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原生生物:水藻拥有超能力?

水藻无处不在

无论是浩瀚的海洋里还是公园里的小池塘,你几乎在任何有水的地方可以找到水藻。在你的印象中,水藻是什么样的?是包裹着寿司的海苔,是海底的海藻森林,还是漂浮在池塘水面的绿藻?其实,这些都是水藻家族的成员。水藻是个庞大的家族,它们既不是动物,也不是植物,除了部分属于原核生物,大部分藻类属于一个特殊的群体——原生生物。

水藻种类繁多,分起类来实在不容易,一般将水藻分为两类:大型藻类和微藻。虽然都是水藻,但体型、习性等都要“因藻而异”。大型水藻,如海藻,不像植物有深深扎在泥土中的根,不过它们有类似根的结构,这些根状结构不能像真正的根一样从土里汲取水分和矿物质,它们的唯一功能就是牢牢抓住岩石。大型水藻可以长得很高,其中最大的要属海藻森林里的巨藻,巨藻从海底开始生长,可以长到20层楼高,这里是许多海洋动物躲避、嬉戏、觅食、休息的圣地,无论是躲藏在假根里的小型生物还是在海藻森林里穿梭的大型生物如海豹,都常常在此流连。

微藻则不同,它是单细胞生物,肉眼无法看到,只有在显微镜下才会显形。在微藻中,有一大部分微藻属于硅藻。如果举办水藻界选美大赛,硅藻大概会拔得头筹,它们色彩纷呈,结构像宝石,有棱有角。这主要是因为硅藻细胞外包裹着一层硅质细胞壁,主要成分是二氧化硅。硅质细胞壁纹理、形态各异,但多呈对称排列,因此硅藻都具有一种整齐的对称美。硅藻死亡后,沉到水体底部,形成硅藻土。硅藻土有大用处,从净水过滤器、猫砂到绘画颜料都少不了硅藻土。硅藻还参与了法医鉴定程序,通过判定尸体血管中的硅藻,法医可以鉴别出死者是入水后死亡还是死亡后入水,根据特定的硅藻种类还能鉴别出死者的第一死亡水域。

除此之外,地球上许多生命的生存要仰仗水藻。无论是在海洋还是淡水里,水藻是所有水生生物的生存基石,无论是直接还是间接以海藻为食,水藻都是它们赖以生存的能量来源。此外,地球上有一半的氧气来自水藻,因此水藻可以说是名副其实的“制氧机”。这些数量庞大、种类繁多的生物拥有超能力。

超能力一:

环境极端,顽强生存

历经几百万年岁月的洗礼,水藻已然锻炼出了顽强的生命力,它们在各种极端的环境下都可以生存,如北极的冰层中、海底火山口等。

2016年,科学家在美国黄石火山温泉发现了一种水藻——温泉红藻。黄石火山温泉中含有大量重金属物质,具有腐蚀性,这也导致了火山温泉极酸,pH 值在0~1之间,在这样的酸度下,大多数生命是无法忍受的,因为酸性会破坏蛋白质,使生命体内发生紊乱,从而导致它们无法存活。另外,黄石火山温泉的温度高达56℃,虽然这个温度看起来并不是特别高,因为在海底热液喷口100℃以上的环境下仍有细菌活动,但其实56℃对于真核生物来说已经极具破坏性了,高温会破坏细胞结构,还会破坏酶的形成,影响代谢。温泉红藻是真核生物,却能在这样高温的环境中生存。那么,这些红藻是如何生存下来的呢?

原来,在温泉里还生存着一些细菌,细菌是原核生物,没有细胞内膜、没有核膜、没有任何有膜的细胞器如线粒体、叶绿体等,在地球上大多数极端环境中都有细菌的身影,黄石火山温泉中也不例外。温泉红藻能在此生存还得感谢细菌。科学家对红藻及细菌进行基因检测发现,这里的红藻耐酸耐高温的遗传物质并不是从它们的祖先那里得来的,而是从它们的邻居——细菌那里得来。在极端环境中怡然自得的细菌早就进化出了能抵御种种极端环境的遗传物质,红藻自身没有这样的遗传物质,只能从它的邻居身上“借”,它们能够将细菌的这些遗传物质复制下来,供自己使用。至于具体是如何复制的,目前还不清楚,温泉红藻就靠着这种特殊能力在火山温泉里定居的。

温泉红藻只是水藻大家庭的其中之一,其他水藻也各有各的生存妙招,使得它们能够在各种极端的环境中生生不息。

超能力二:水藻工厂

上面说到水藻能制氧,其实水藻的能力不仅限于此,如果利用得当,它还是一个强大的制造车间。

如果你是女生,大概听说过许多从水藻中提取相关物质制作的护肤品。水藻中含有虾青素,俗称“抗氧化之王”,还有β-胡萝卜素,也具有抗氧化的功效,这两者皆受各种抗氧化护肤品的追捧。水藻中还有一种物质叫做“海藻酸”,能够快速吸收水分,可添加在护肤品中充当保湿成分,它还可以形成海藻胶,起粘合剂的作用,通常用于口红中,使口红易于着色。因此,水藻成了各种护肤品、化妆品的生产车间。

水藻还能制油。如今人类正在逐步减少对石油的依赖,之前生产出了用谷物制作的生物燃料。但谷物制作燃料有种种限制,譬如大豆和玉米,生长周期长,对土壤和水质要求高,于是科学家把目光转向了水藻。水藻对生长环境不大挑剔,几乎只要有水就能生长,甚至能够在被污染的水域中生存。生长周期短,一些水藻如马尾藻和绿藻生长周期只有10天,比谷物要快得多。最重要的是,有些种类的水藻能够产出自身干重60%的藻油,可利用率极高。藻油燃烧后与用玉米等制作的乙醇燃料类似,对环境很友好。

水藻工厂在医学领域也占有一席之地。萜类是一种自然抗癌物,广泛分布于植物、昆虫、微生物体内,结构十分复杂,在实验室中合成既耗资又耗时。但如果把这项任务交给水藻,就没那么困难了。例如,在一种植物——南欧大戟的汁液中含有一种能够治疗皮肤癌的萜类,这种萜类的生成受南欧大戟独特的基因控制。为了批量生产出这种药物,科学家用基因编辑技术使得绿藻也能够生产出这种独特的萜类药物。

水藻工厂的用途还有许多,它们仿佛无所不能,现在全球许多公司开始用水藻作为建筑覆盖层代替原来的植被、把水藻做成灯罩、用水藻造纸等等,不一而足。

能力者的未来

在未来,水藻也许会像大豆、玉米一样,成为人类的主要作物。越来越多的水藻工厂已经逐渐在全球各地建立起来。

水藻工厂一般有两种模式。一为人工养殖,比如在我国云南省丽江市就有一个占地面积40万平方米的水藻工厂,是目前世界上最大的人造水藻工厂。这种人造水藻工厂胜在用水节俭,占地面积小,生产效率高,但造价高昂。另一种为放养式,例如夏威夷的科纳海岸,在这里,企业利用海水养殖水藻,是最为经济的一种水藻养殖方式。

在不久的将来,拥有超能力的水藻不仅仅只满足于我们的口腹之欲,还会逐步渗入生活的方方面面,在我们的日常生活中扎根。

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