藻類：神奇的“煉金術士”

林聲

藻類是地球上真正了不起的“煉金術士”。藻類以太陽光為動力.吸收二氧化碳，再加上水和少量的礦物質，將其轉化為有機物。更妙的是，在藻類施展這套組合魔法時所釋放出來的廢棄物——氧氣，對地球生物來說卻是彌足珍貴不可或缺的。我們吸入的氧氣中至少有50%都是由藻類產生的。對藻類來說是廢物的東西，對所有需要呼吸的動物來說都是無價之寶。沒有藻類，包括人類在內的絕大部分生物就都會因缺氧而喘不過氣來。

藻類讓地球生機盎然

地球上的藻類資源極其豐富。每一滴海水中都含有幾千個這種我們肉眼看不見的微小生物。海藻是海洋食物鏈底層微小食草動物的基本食物，假如哪一天地球上所有的藻類都消失了，那么，許多水生生物（從食物鏈底層的磷蝦，到食物鏈頂端的鯨魚）都會很快被餓死。

如果沒有藻類從20多億年前就開始為地球大氣提供氧氣，那么海洋中的多細胞生物也許永遠都不會出現。小球藻是最早出現的藻類之一。在大約5億年前，它們開始適應陸地上的生活，并逐漸進化成地球上的各種植物，如果沒有這些植物作為食物，3.6億年前從水里爬上岸的第一批海洋動物就不可能生存下來，也不可能繼續演化成為我們今天所知道的多樣化的所有陸地生物。如果幾百萬年前，我們的祖先沒有魚類和其他以藻類為食的水生生物作為食物，也就無法獲得某些關鍵的營養物質，人類也就不會進化出超發達的大腦。總之，沒有藻類，就不會有如今蓬勃興旺的地球生物圈。

小球藻是最早出現的藻類之一。沒有藻類，就不會有如今蓬勃興旺的地球生物圈。

藻類在珊瑚體內與之共生，如果沒有藻類的相生相伴，珊瑚就無法生存。珊瑚礁是世界上25%魚類的家園。

不僅活著的藻類對地球生命的進化和存續貢獻巨大，甚至在藻類死亡后的很長一段時間內也繼續發揮著重要的影響。死亡藻類已不能成為水生動物和細菌的食物，這些極其微小的碳物質顆粒就像紛紛揚揚的降雪一樣在海水中持續飄向海底，并靜靜地積累起來。這些碳在海底被封存了億萬年。通過將二氧化碳從大氣中轉移到海底長期儲存，藻類幫助我們的星球避免成為一個生命無法忍受的巨大溫室。大約5000萬年前，當北極最后一次無冰年出現的時候，長達100萬年的藻類大爆發為地球大氣降溫做出了巨大貢獻，并幫助創造了今天的寒冷北極。

至今為止，藻類學家已經確認了的藻類大約72萬種，但尚未命名的藻類種數可能是這個數目的十倍之多。今天，藻類生活在地球上的每一個角落，從南極洲冰層下看不見的地方，到內華達山脈的雪峰上，從沙漠的沙子里到巖石縫隙中，從樹上到三趾樹懶的皮毛里……藻類頑強生長的身影無處不在。藻類在珊瑚體內與之共生，如果沒有藻類的相生相伴，珊瑚無法生存。珊瑚礁是世界上25%魚類的家園，也為地球上數億人類提供經濟支持，但令人心痛的是，如今海洋珊瑚礁正以令人震驚的速度在死亡，原因是海洋變暖破壞了藻類與宿主之間的共生關系。

藻類究竟是什么？

藻類到底是什么呢？沒有確切的答案。藻類并不是一個精確的術語。也不是一個像動物界、人屬或智人物種那樣的分類類別。藻類是一個代表很多生物體的術語。按照進化的順序，藻類可分為三種類型：其中最小、最古老的藻類是單細胞藻類，單細胞藻類中小球藻是地球上最早的生命之一：其二是肉眼看不見、但內部結構復雜的微藻;最后一種，也是最美味的一種，是我們肉眼可見的海藻，或稱“大海藻”。無論是直徑小到只有人類頭發十分之一的小球藻，還是大到超過50米的巨藻，藻類都具有某些共同的特征：它們幾乎都會產生光合作用，少數不進行光合作用的物種也曾經有過光合作用的歷史。

藻類的定義還包括它們“不是什么”。盡管藻類和植物都進行光合作用，但藻類不是植物。直到20世紀，藻類還被認為是植物王國的成員。畢竟許多海藻看起來確實像植物，生長在潮濕土壤上的微藻群落看起來極像苔蘚。雖然如此，藻類與植物有根本區別。藻類可以輕松自如地在水中漂浮，沐浴在陽光下，生活在營養物質豐富的水體環境中。營養物質很容易穿過藻類的細胞壁進入細胞質。

大海藻。藻類不是植物，但藻類幾乎都會進行光合作用。

你永遠不會看到藻類會像植物一樣開滿鮮花，飄散花香，或以種子和漿果炫耀于世間。藻類沒有花瓣或花蜜，沒有雌蕊或雄蕊，沒有樹木那樣的樹皮防止干燥，也沒有支撐它們直立起來的樹干，因此藻類只能努力吸收更多的太陽能量來幫助自己生長和繁衍。但在制造我們人類所需要的營養物質（如碳水化合物、蛋白質和維生素等）方面，以及在石油和礦物質的積累方面，藻類的生產力是植物的幾十倍。

藻類大受人們喜愛

我們可以通過食用海藻直接獲得許多營養物質，尤其是海藻中對人體健康十分有益的奧米伽-3。每年從東亞水田中收獲的海藻或從新英格蘭、加拿大大西洋和北歐沿海采集的海藻達2500多萬噸，價值超過60億美元。在日本和韓國的飲食結構中，海藻約占10%;美國各大超市的貨架上擺滿了各種各樣的干海藻產品。藻類在歐洲的銷售也一樣廣泛。海藻的銷量在全球范圍內一直都在增長。海藻如此受歡迎的原因是：營養豐富，口感鮮美（鮮味是我們舌頭能感知的五種基本口味之一）。

減少甲烷排放

科學家發現，在牛和羊等反芻動物的飼料中加入少量海藻，可以降低這些動物排放的甲烷水平。據統計，地球上25億農場反芻動物每年排放出大量甲烷，相當于71億噸二氧化碳，幾乎是人類二氧化碳排放量的18%——相當于目前我們交通運輸燃燒燃料排放到大氣中的二氧化碳量。

地球上的25億只農場反芻動物每年排放出大量甲烷.相當于71億噸二氧化碳，幾乎是目前交通運輸燃料排放到大氣中的二氧化碳量。

在反芻家畜飼料中添加海藻，可顯著降低排放的甲烷水平。

動物排放的甲烷產生始于動物的第一個胃腔（反芻動物的第一個胃），在那里細菌將牧草中的堅硬碳水化合物發酵后產生大量甲烷。多年來，科學家們一直在尋找能夠阻止細菌產生這種氣體的飼料添加劑，但一直收效甚微，因為牛體內的微生物似乎會逐漸適應每一種新的添加劑。大約十年前，澳大利亞科學家開始試驗在牛飼料中添加海藻，看其對甲烷的排放的影響。結果顯示，所有已經測試過的海藻都有積極效果，但高劑量海藻的添加也會擾亂牛的消化系統。隨后，科學家們試驗了一種大型藻類——紫杉狀海門冬。研究發現，只要在飼料中添加2%的這種海藻，排放到大氣中的甲烷量就會大大減少，甚至少到幾乎無法檢測到。

這種神奇效果是由三澳甲烷實現的。三溴甲烷是海藻中的一種化合物，它能保護海藻免受細菌感染。三溴甲烷可阻止甲烷細菌完成產生氣體消化過程的最后一步。在澳大利亞進行的實驗中，飼喂少量紫杉狀海門冬海藻的綿羊產生的甲烷可減少85%。美國科學家的實驗報告顯示：奶牛飼料中添加1%的海藻，產生的甲烷可減少50%，并且減少的速度很快。味覺測試顯示：喂食海藻和不喂食海藻的奶牛，其牛奶樣本的口味沒有什么不同。

紫杉狀海門冬海藻作用的發現是環境保護的一大成果，對動物養殖者來說。也是一場勝利。因為奶牛產生甲烷需要消耗能量，海門冬屬海藻喂養的奶牛可“省”下更多能量來直接制造對其生長有利的蛋白質或對人類健康有益的牛奶。

目前還沒有人工培育的紫杉狀海門冬海藻，但研究人員預計，一個新的海藻產業將為印度尼西亞、菲律賓和其他熱帶國家帶來良好的經濟利益。如果這些海藻生長在肥料徑流經過的地方，就能幫助吸收富余營養，避免水體中其他藻類大量繁殖而形成死亡地帶，幫助修復這些水域。雖然海門冬屬海藻的研究還處于早期階段，但其前景十分廣闊。

“植物漢堡”

長期以來，藻類一直是人類飲食的—部分。我們將來會吃到更多的藻類，而不僅僅是海帶和紫菜等。一些公司將開始投資新的藻類生產項目，讓藻類成為動物蛋白的替代品。人類通過飼養動物來作為食物是一種非常低效的方式——大型牲畜吃掉的植物蛋白常常是它們最終在肉類產品中產生蛋白的許多倍。有美國科學家稱，如果美國目前飼養牲畜的谷物全部由人類直接食用，可以養活近8億人。

目前“人造肉”市場正在擴大。雀巢公司預計：到2020年，美國將銷售價值50億美元的植物性肉類。泰森食品公司預測：到2045年，美國銷售的肉類產品中有20%將是植物性肉類。雖然目前植物是這些產品中大部分蛋白質的來源，但藻類生產蛋白質的效率更高，對環境的影響也小得多。

目前，一些新的投資項目正在讓藻類成為動物蛋白的替代品。“人造肉”市場正在擴大。

微藻制藥

每年，制藥公司都會生產價值數百億美元的“基因重組藥物”（由轉基因細胞在實驗室中生產的以蛋白質為基礎的藥物）。這些細胞曾經主要是大腸桿菌，但現在越來越多用的是哺乳動物的細胞，其中添加了對細胞天然蛋白質制造機制進行指導的基因來表達外來蛋白質。這些基因重組藥物用于治療癌癥、激素缺乏、自身免疫性和病毒性疾病等。目前約有400種重組蛋白藥物用于醫學治療，近1500種藥物正在研發中。

但無論是細菌細胞還是哺乳動物細胞，都不是理想的蛋白質制造工廠。雖然細菌很容易被改造，并能有效地產生許多簡單的蛋白質，但它們缺乏真核生物復雜的裝配過程。問題是，蛋白質是由氨基酸組成的，這些氨基酸被結合、盤繞、折疊成復雜的三維結構，而細菌不能完成所有這些步驟來形成人類需要的蛋白質。另一方面，雖然哺乳動物細胞能夠將基因指令轉化為最復雜的蛋白質，但它們繁殖速度很慢，對生存條件也很挑剔，這使得大規模生產變得困難而昂貴。此外，使用哺乳動物細胞還有將致癌基因序列和傳染性病毒顆粒引入藥物的風險。

一些公司正在致力于生產更便宜、更安全、基于藻類的重組藥物。

一些公司正在尋找將微藻作為一個額外生產平臺的途徑。作為真核生物，海藻具有哺乳動物細胞所擁有的先進的蛋白質生成機制，但它們對生存條件不那么挑剔，繁殖速度更快，而且不會感染人類病原體。科學家的目標不是細胞核中的DNA，而是葉綠體。海藻葉綠體擁有它們的藍藻祖先遺留給它們的簡單染色體。總而言之，科學家們從微藻中得到了世界上所有最好的東西：不那么復雜的原核基因，可以通過復雜的真核機器進行改變，可通過遺傳指令轉化復雜蛋白質。

一些公司正在致力于生產更便宜、更安全、基于藻類的重組藥物。美國一家公司已培育出一種綠藻，這種綠藻產生的初乳狀蛋白質具有人類母乳的獨特特性，可用于嬰兒配方奶粉。美國另外一家公司正在研發一種口服瘧疾疫苗，這種疫苗可以耐受更高的溫度。在那些并不總是具備制冷條件的地方，這一特性非常有用。

藻類在給我們帶來困擾的同時，我們也不要忘記神奇的海藻對地球生命的貢獻。它們不斷地將有害氣體和水轉化為寶貴的生命物質，創造并不斷更新我們富含氧氣的大氣層。從食物鏈底層的微小食草生物（如磷蝦）到食物鏈頂端的巨鯨，海洋中的每一條魚的生存都要依存于藻類，陸地上的每一種植物也都是藻類進化而來的。

至此可以說，藻類，它們創造了我們，養活了我們，也折磨著我們。如果是它們讓我們變得聰明，那么它們也可以幫助拯救我們和地球。

（責任編輯 張虹）