藻類：神奇的“煉金術(shù)士”

林聲

藻類是地球上真正了不起的“煉金術(shù)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(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)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(chǎn)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(nèi)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(jī)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?nèi)庋劭床灰姷奈⑿∩?。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(xì)胞生物也許永遠(yuǎn)都不會出現(xiàn)。小球藻是最早出現(xiàn)的藻類之一。在大約5億年前，它們開始適應(yīng)陸地上的生活，并逐漸進(jìn)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(xù)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(guān)鍵的營養(yǎng)物質(zhì)，人類也就不會進(jìn)化出超發(fā)達(dá)的大腦?？傊?，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(xiàn)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(nèi)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(jìn)化和存續(xù)貢獻(xiàn)巨大，甚至在藻類死亡后的很長一段時間內(nèi)也繼續(xù)發(fā)揮著重要的影響。死亡藻類已不能成為水生動物和細(xì)菌的食物，這些極其微小的碳物質(zhì)顆粒就像紛紛揚揚的降雪一樣在海水中持續(xù)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(zhuǎn)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(dāng)北極最后一次無冰年出現(xiàn)的時候，長達(dá)100萬年的藻類大爆發(fā)為地球大氣降溫做出了巨大貢獻(xiàn)，并幫助創(chuàng)造了今天的寒冷北極。

至今為止，藻類學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)了的藻類大約72萬種，但尚未命名的藻類種數(shù)可能是這個數(shù)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(nèi)華達(dá)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(nèi)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(shù)億人類提供經(jīng)濟(jì)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(guān)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(shù)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(shù)語。按照進(jìn)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(xì)胞藻類，單細(xì)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(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微藻;最后一種，也是最美味的一種，是我們?nèi)庋劭梢姷暮Ｔ?，或稱“大海藻”。無論是直徑小到只有人類頭發(fā)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(chǎn)生光合作用，少數(shù)不進(jìn)行光合作用的物種也曾經(jīng)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(jìn)行光合作用，但藻類不是植物。直到20世紀(jì)，藻類還被認(rèn)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(qū)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(yǎng)物質(zhì)豐富的水體環(huán)境中。營養(yǎng)物質(zhì)很容易穿過藻類的細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。

大海藻。藻類不是植物，但藻類幾乎都會進(jìn)行光合作用。

你永遠(yuǎn)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?nèi)祟愃枰臓I養(yǎng)物質(zhì)（如碳水化合物、蛋白質(zhì)和維生素等）方面，以及在石油和礦物質(zhì)的積累方面，藻類的生產(chǎn)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(yǎng)物質(zhì)，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(dá)2500多萬噸，價值超過60億美元。在日本和韓國的飲食結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(nèi)一直都在增長。海藻如此受歡迎的原因是：營養(yǎng)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(xué)家發(fā)現(xiàn)，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(jù)統(tǒng)計，地球上25億農(nóng)場反芻動物每年排放出大量甲烷，相當(dāng)于71億噸二氧化碳，幾乎是人類二氧化碳排放量的18%——相當(dāng)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(nóng)場反芻動物每年排放出大量甲烷.相當(dāng)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(chǎn)生始于動物的第一個胃腔（反芻動物的第一個胃），在那里細(xì)菌將牧草中的堅硬碳水化合物發(fā)酵后產(chǎn)生大量甲烷。多年來，科學(xué)家們一直在尋找能夠阻止細(xì)菌產(chǎn)生這種氣體的飼料添加劑，但一直收效甚微，因為牛體內(nèi)的微生物似乎會逐漸適應(yīng)每一種新的添加劑。大約十年前，澳大利亞科學(xué)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(jié)果顯示，所有已經(jīng)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(tǒng)。隨后，科學(xué)家們試驗了一種大型藻類——紫杉狀海門冬。研究發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)的。三溴甲烷是海藻中的一種化合物，它能保護(hù)海藻免受細(xì)菌感染。三溴甲烷可阻止甲烷細(xì)菌完成產(chǎn)生氣體消化過程的最后一步。在澳大利亞進(jìn)行的實驗中，飼喂少量紫杉狀海門冬海藻的綿羊產(chǎn)生的甲烷可減少85%。美國科學(xué)家的實驗報告顯示：奶牛飼料中添加1%的海藻，產(chǎn)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(fā)現(xiàn)是環(huán)境保護(hù)的一大成果，對動物養(yǎng)殖者來說。也是一場勝利。因為奶牛產(chǎn)生甲烷需要消耗能量，海門冬屬海藻喂養(yǎng)的奶?？伞笆　毕赂嗄芰縼碇苯又圃鞂ζ渖L有利的蛋白質(zhì)或?qū)θ祟惤】涤幸娴呐Ｄ獭?/p>

目前還沒有人工培育的紫杉狀海門冬海藻，但研究人員預(yù)計，一個新的海藻產(chǎn)業(yè)將為印度尼西亞、菲律賓和其他熱帶國家?guī)砹己玫慕?jīng)濟(jì)利益。如果這些海藻生長在肥料徑流經(jīng)過的地方，就能幫助吸收富余營養(yǎng)，避免水體中其他藻類大量繁殖而形成死亡地帶，幫助修復(fù)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(chǎn)項目，讓藻類成為動物蛋白的替代品。人類通過飼養(yǎng)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(chǎn)品中產(chǎn)生蛋白的許多倍。有美國科學(xué)家稱，如果美國目前飼養(yǎng)牲畜的谷物全部由人類直接食用，可以養(yǎng)活近8億人。

目前“人造肉”市場正在擴(kuò)大。雀巢公司預(yù)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(yù)測：到2045年，美國銷售的肉類產(chǎn)品中有20%將是植物性肉類。雖然目前植物是這些產(chǎn)品中大部分蛋白質(zhì)的來源，但藻類生產(chǎn)蛋白質(zhì)的效率更高，對環(huán)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(kuò)大。

微藻制藥

每年，制藥公司都會生產(chǎn)價值數(shù)百億美元的“基因重組藥物”（由轉(zhuǎn)基因細(xì)胞在實驗室中生產(chǎn)的以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的藥物）。這些細(xì)胞曾經(jīng)主要是大腸桿菌，但現(xiàn)在越來越多用的是哺乳動物的細(xì)胞，其中添加了對細(xì)胞天然蛋白質(zhì)制造機(jī)制進(jìn)行指導(dǎo)的基因來表達(dá)外來蛋白質(zhì)。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(yī)學(xué)治療，近1500種藥物正在研發(fā)中。

但無論是細(xì)菌細(xì)胞還是哺乳動物細(xì)胞，都不是理想的蛋白質(zhì)制造工廠。雖然細(xì)菌很容易被改造，并能有效地產(chǎn)生許多簡單的蛋白質(zhì)，但它們?nèi)狈φ婧松飶?fù)雜的裝配過程。問題是，蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，這些氨基酸被結(jié)合、盤繞、折疊成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，而細(xì)菌不能完成所有這些步驟來形成人類需要的蛋白質(zhì)。另一方面，雖然哺乳動物細(xì)胞能夠?qū)⒒蛑噶钷D(zhuǎn)化為最復(fù)雜的蛋白質(zhì)，但它們繁殖速度很慢，對生存條件也很挑剔，這使得大規(guī)模生產(chǎn)變得困難而昂貴。此外，使用哺乳動物細(xì)胞還有將致癌基因序列和傳染性病毒顆粒引入藥物的風(fēng)險。

一些公司正在致力于生產(chǎn)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(chǎn)平臺的途徑。作為真核生物，海藻具有哺乳動物細(xì)胞所擁有的先進(jìn)的蛋白質(zhì)生成機(jī)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(xué)家的目標(biāo)不是細(xì)胞核中的DNA，而是葉綠體。海藻葉綠體擁有它們的藍(lán)藻祖先遺留給它們的簡單染色體?？偠灾?，科學(xué)家們從微藻中得到了世界上所有最好的東西：不那么復(fù)雜的原核基因，可以通過復(fù)雜的真核機(jī)器進(jìn)行改變，可通過遺傳指令轉(zhuǎn)化復(fù)雜蛋白質(zhì)。

一些公司正在致力于生產(chǎn)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(chǎn)生的初乳狀蛋白質(zhì)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(fā)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(xiàn)。它們不斷地將有害氣體和水轉(zhuǎn)化為寶貴的生命物質(zhì)，創(chuàng)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(jìn)化而來的。

至此可以說，藻類，它們創(chuàng)造了我們，養(yǎng)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(zé)任編輯 張虹）