藻类:神奇的“炼金术士”

藻類是地球上真正了不起的“炼金术士”。藻类以太阳光为动力.吸收二氧化碳,再加上水和少量的矿物质,将其转化为有机物。更妙的是,在藻类施展这套组合魔法时所释放出来的废弃物——氧气,对地球生物来说却是弥足珍贵不可或缺的。我们吸入的氧气中至少有50%都是由藻类产生的。对藻类来说是废物的东西,对所有需要呼吸的动物来说都是无价之宝。没有藻类,包括人类在内的绝大部分生物就都会因缺氧而喘不过气来。

藻类让地球生机盎然

地球上的藻类资源极其丰富。每一滴海水中都含有几千个这种我们肉眼看不见的微小生物。海藻是海洋食物链底层微小食草动物的基本食物,假如哪一天地球上所有的藻类都消失了,那么,许多水生生物(从食物链底层的磷虾,到食物链顶端的鲸鱼)都会很快被饿死。

如果没有藻类从20多亿年前就开始为地球大气提供氧气,那么海洋中的多细胞生物也许永远都不会出现。小球藻是最早出现的藻类之一。在大约5亿年前,它们开始适应陆地上的生活,并逐渐进化成地球上的各种植物,如果没有这些植物作为食物,3.6亿年前从水里爬上岸的第一批海洋动物就不可能生存下来,也不可能继续演化成为我们今天所知道的多样化的所有陆地生物。如果几百万年前,我们的祖先没有鱼类和其他以藻类为食的水生生物作为食物,也就无法获得某些关键的营养物质,人类也就不会进化出超发达的大脑。总之,没有藻类,就不会有如今蓬勃兴旺的地球生物圈。

小球藻是最早出现的藻类之一。没有藻类,就不会有如今蓬勃兴旺的地球生物圈。藻类在珊瑚体内与之共生,如果没有藻类的相生相伴,珊瑚就无法生存。珊瑚礁是世界上25%鱼类的家园。

不仅活着的藻类对地球生命的进化和存续贡献巨大,甚至在藻类死亡后的很长一段时间内也继续发挥着重要的影响。死亡藻类已不能成为水生动物和细菌的食物,这些极其微小的碳物质颗粒就像纷纷扬扬的降雪一样在海水中持续飘向海底,并静静地积累起来。这些碳在海底被封存了亿万年。通过将二氧化碳从大气中转移到海底长期储存,藻类帮助我们的星球避免成为一个生命无法忍受的巨大温室。大约5000万年前,当北极最后一次无冰年出现的时候,长达100万年的藻类大爆发为地球大气降温做出了巨大贡献,并帮助创造了今天的寒冷北极。

至今为止,藻类学家已经确认了的藻类大约72万种,但尚未命名的藻类种数可能是这个数目的十倍之多。今天,藻类生活在地球上的每一个角落,从南极洲冰层下看不见的地方,到内华达山脉的雪峰上,从沙漠的沙子里到岩石缝隙中,从树上到三趾树懒的皮毛里……藻类<samp 能够阻止细菌产生这种气体的饲料添加剂,但一直收效甚微,因为牛体内的微生物似乎会逐渐适应每一种新的添加剂。大约十年前,澳大利亚科学家开始试验在牛饲料中添加海藻,看其对甲烷的排放的影响。结果显示,所有已经测试过的海藻都有积极效果,但高剂量海藻的添加也会扰乱牛的消化系统。随后,科学家们试验了一种大型藻类——紫杉状海门冬。研究发现,只要在饲料中添加2%的这种海藻,排放到大气中的甲烷量就会大大减少,甚至少到几乎无法检测到。

这种神奇效果是由三澳甲烷实现的。三溴甲烷是海藻中的一种化合物,它能保护海藻免受细菌感染。三溴甲烷可阻止甲烷细菌完成产生气体消化过程的最后一步。在澳大利亚进行的实验中,饲喂少量紫杉状海门冬海藻的绵羊产生的甲烷可减少85%。美国科学家的实验报告显示:奶牛饲料中添加1%的海藻,产生的甲烷可减少50%,并且减少的速度很快。味觉测试显示:喂食海藻和不喂食海藻的奶牛,其牛奶样本的口味没有什么不同。

紫杉状海门冬海藻作用的发现是环境保护的一大成果,对动物养殖者来说。也是一场胜利。因为奶牛产生甲烷需要消耗能量,海门冬属海藻喂养的奶牛可“省”下更多能量来直接制造对其生长有利的蛋白质或对人类健康有益的牛奶。

目前还没有人工培育的紫杉状海门冬海藻,但研究人员预计,一个新的海藻产业将为印度尼西亚、菲律宾和其他热带国家带来良好的经济利益。如果这些海藻生长在肥料径流经过的地方,就能帮助吸收富余营养,避免水体中其他藻类大量繁殖而形成死亡地带,帮助修复这些水域。虽然海门冬属海藻的研究还处于早期阶段,但其前景十分广阔。

“植物汉堡”

长期以来,藻类一直是人类饮食的—部分。我们将来会吃到更多的藻类,而不仅仅是海带和紫菜等。一些公司将开始投资新的藻类生产项目,让藻类成为动物蛋白的替代品。人类通过饲养动物来作为食物是一种非常低效的方式——大型牲畜吃掉的植物蛋白常常是它们最终在肉类产品中产生蛋白的许多倍。有美国科学家称,如果美国目前饲养牲畜的谷物全部由人类直接食用,可以养活近8亿人。

目前“人造肉”市场正在扩大。雀巢公司预计:到2020年,美国将销售价值50亿美元的植物性肉类。泰森食品公司预测:到2045年,美国销售的肉类产品中有20%将是植物性肉类。虽然目前植物是这些产品中大部分蛋白质的来源,但藻类生产蛋白质的效率更高,对环境的影响也小得多。

目前,一些新的投资项目正在让藻类成为动物蛋白的替代品。“人造肉”市场正在扩大。

微藻制药

每年,制药公司都会生产价值数百亿美元的“基因重组药物”(由转基因细胞在实验室中生产的以蛋白质为基础的药物)。这些细胞曾经主要是大肠杆菌,但现在越来越多用的是哺乳动物的细胞,其中添加了对细胞天然蛋白质制造机制进行指导的基因来表达外来蛋白质。这些基因重组药物用于治疗癌症、激素缺乏、自身免疫性和病毒性疾病等。目前约有400种重组蛋白药物用于医学治疗,近1500种药物正在研发中。

但无论是细菌细胞还是哺乳动物细胞,都不是理想的蛋白质制造工厂。虽然细菌很容易被改造,并能有效地产生许多简单的蛋白质,但它们缺乏真核生物复杂的装配过程。问题是,蛋白质是由氨基酸组成的,这些氨基酸被结合、盘绕、折叠成复杂的三维结构,而细菌不能完成所有这些步骤来形成人类需要的蛋白质。另一方面,虽然哺乳动物细胞能够将基因指令转化为最复杂的蛋白质,但它们繁殖速度很慢,对生存条件也很挑剔,这使得大规模生产变得困难而昂贵。此外,使用哺乳动物细胞还有将致癌基因序列和传染性病毒颗粒引入药物的风险。

一些公司正在致力于生产更便宜、更安全、基于藻类的重组药物。

一些公司正在寻找将微藻作为一个额外生产平台的途径。作为真核生物,海藻具有哺乳动物细胞所拥有的先进的蛋白质生成机制,但它们对生存條件不那么挑剔,繁殖速度更快,而且不会感染人类病原体。科学家的目标不是细胞核中的DNA,而是叶绿体。海藻叶绿体拥有它们的蓝藻祖先遗留给它们的简单染色体。总而言之,科学家们从微藻中得到了世界上所有最好的东西:不那么复杂的原核基因,可以通过复杂的真核机器进行改变,可通过遗传指令转化复杂蛋白质。

一些公司正在致力于生产更便宜、更安全、基于藻类的重组药物。美国一家公司已培育出一种绿藻,这种绿藻产生的初乳状蛋白质具有人类母乳的独特特性,可用于婴儿配方奶粉。美国另外一家公司正在研发一种口服疟疾疫苗,这种疫苗可以耐受更高的温度。在那些并不总是具备制冷条件的地方,这一特性非常有用。

藻类在给我们带来困扰的同时,我们也不要忘记神奇的海藻对地球生命的贡献。它们不断地将有害气体和水转化为宝贵的生命物质,创造并不断更新我们富含氧气的大气层。从食物链底层的微小食草生物(如磷虾)到食物链顶端的巨鲸,海洋中的每一条鱼的生存都要依存于藻类,陆地上的每一种植物也都是藻类进化而来的。

至此可以说,藻类,它们创造了我们,养活了我们,也折磨着我们。如果是它们让我们变得聪明,那么它们也可以帮助拯救我们和地球。

(责任编辑 张虹)

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午10:50。
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