第一章
拯救我們星球的微小植物
第二章
海藻是怎么回事？
第三章
藻類歷史和政治
第四章
海藻的競爭優(yōu)勢是什么？
第五章
藻類分類
第六章
藻類物種選擇
第七章
藻類培養(yǎng)
第八章
藻類讓我們變成了人類嗎？
藻類將二氧化碳轉(zhuǎn)化為植物鍵并釋放出氧氣
馬克·愛德華茲博士的藻類基礎(chǔ)知識(shí)
Algae拯救了我們的星球，將我們的大氣層轉(zhuǎn)化為氧氣，讓生命得以存在。海藻通過提供地球上第一份食物再次拯救了我們。海藻能再次拯救我們的星球嗎？
早期的地球既不支持生物也不支持食物。大約37億年前，因?yàn)榈厍虮砻嫣珶?，沒有氧氣，所以沒有生命存在。地球的大氣層由一層致命的吸熱CO?和甲烷氣體組成。
化石記錄顯示，一種微小的植物出現(xiàn)在原始湯里，并做了一件非凡的事情。這種植物吸收了太陽能，并利用化學(xué)反應(yīng)——光合作用——來分解CO?和水分子。這個(gè)微小的植物通過從H?O獲得兩個(gè)氫原子并將氧分子釋放到大氣中，將碳原子轉(zhuǎn)化為高能綠色植物鍵，即碳?xì)浠衔铩：Ｔ逡呀?jīng)開始改變大氣。
自然發(fā)生，研究地球上的生命是如何出現(xiàn)的，使用了原始湯理論，并提出地球上的化學(xué)條件創(chuàng)造了生命的基本組成部分。雖然關(guān)于第一個(gè)生命是如何合成的爭論仍在繼續(xù)，但化石表明，第一個(gè)植物細(xì)胞藍(lán)細(xì)菌，也被稱為藍(lán)綠藻，只有一個(gè)納米粒子的大小，5微米。這句話結(jié)尾的句號(hào)大概是500。
藻類系統(tǒng)地收集太陽能，隔離碳原子并釋放氧氣。藻類以一次一個(gè)微小分子的驚人速度移動(dòng)，將無法維持生命的惡劣二氧化碳大氣轉(zhuǎn)化為支持生命的氧氣大氣。藻類又花了30億年才產(chǎn)生足夠的氧氣來支持其他形式的生命，因?yàn)殛懙刂参飪H在大約5億年前從藻類進(jìn)化而來。
藻類在大氣中的轉(zhuǎn)化使得其他水生植物、魚類、昆蟲、陸生植物、兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物以及最終陸生動(dòng)物得以發(fā)展。盡管微藻是我們星球上最小的植物，但每天藻類產(chǎn)生70%的大氣氧氣，超過所有森林和田野的總和。
海藻的第二份禮物——食物
藻類對我們富氧大氣的貢獻(xiàn)與這種微小植物的另一個(gè)天賦相匹配——充當(dāng)食物鏈的基礎(chǔ)。許多最早的植物和水生生物依賴藻類作為食物來源。從最小的浮游植物到地球上最大的哺乳動(dòng)物，大藍(lán)鯨，海藻都是營養(yǎng)豐富的食物，因?yàn)檫@種植物提供了豐富的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素。每天，當(dāng)藻類捕獲CO?并釋放純氧時(shí)，綠色生物質(zhì)為比地球上任何其他食物來源多100倍的生物體提供食物。
地球上的殘酷條件意味著第一批藻類細(xì)胞不得不進(jìn)化和再進(jìn)化數(shù)百萬次，因?yàn)樗鼈兊奈h(huán)境因電風(fēng)暴和酷熱而崩潰，隨后是冰凍和超高溫巖石的流星雨。藻類表現(xiàn)出令人難以置信的持久性，并發(fā)展出多種多樣的防御機(jī)制，使植物得以生存和繁殖。藻類為了生存而快速適應(yīng)的能力導(dǎo)致了大約1000萬種藻類，每一種都具有獨(dú)特的生長能力和生物量組成。
由于藻類形成了食物鏈的最底層，它們發(fā)展出了一種絕妙的生存策略——生長速度快于捕食者的速度。以藻類為食的食草動(dòng)物吃很多但不是所有快速生長的植物。繁殖速度比掠食者吞噬它們的速度更快，這創(chuàng)造了巨大的競爭優(yōu)勢，確保了藻類的生存。藻類可能是第一頓免費(fèi)的午餐，因?yàn)樵S多物種發(fā)展出了在中午之前將生物量翻倍的能力。一個(gè)藻類細(xì)胞可能在一天內(nèi)產(chǎn)生一百萬個(gè)后代。
藻類大量繁殖在古代海洋、湖泊和池塘中很常見。我們今天燃燒的化石燃料主要由化石藻類構(gòu)成。孩子們在學(xué)校被告知原油來自恐龍，但恐龍?jiān)诘厍蛏嫌问幜舜蠹s2億年，為時(shí)已晚，無法成為化石燃料的首選生物質(zhì)。
大多數(shù)種類的藻類非常小，只有在顯微鏡下才能看到。然而，藻類可以以可見和可食用的形式聚集、成束、成簇或生長。藻類通常比水重，會(huì)沉淀下來，在池塘底部形成一層綠色的雪。隨著藻類儲(chǔ)存的能量在食物鏈中上移，藻類的綠色太陽能每天為數(shù)萬億生物的生長提供燃料。
被稱為海藻或大型海藻的海藻通常生長成具有陸地植物外觀的形式，具有假根、假干和假葉。這種平行進(jìn)化使得海藻可以長到和樹一樣大。大型海藻經(jīng)常被魚類和哺乳動(dòng)物直接食用，如海獺、海牛、海豚和鯨魚。大型海藻為海洋提供了各種鮮艷的顏色，并提供了比食草動(dòng)物能吃的多得多的生物量。
藻類生長在極地冰蓋下的森林中，冰川下的土壤中，最炎熱和最干燥的沙漠中，以及池塘、水族館和水道中。藻類的簡單性使得這些植物異常健壯；它們不僅能在極端惡劣的環(huán)境中生存，還能生產(chǎn)高價(jià)值的生物質(zhì)。對于一種在數(shù)十億年前的惡劣環(huán)境中生存下來的植物來說，今天地球上最惡劣的環(huán)境可能顯得很溫和。
豐富的投入
藻類利用豐富且通常過剩的輸入，包括陽光、CO?、廢物、鹽水或海水。藻類光合作用從周圍的水中剝離CO?和養(yǎng)分，并產(chǎn)生由各種形式的脂質(zhì)(油)、蛋白質(zhì)和碳水化合物組成的植物生物質(zhì)。這個(gè)過程向大氣中釋放出大量的純氧。
藻類使用豐富而廉價(jià)的原料
在未經(jīng)人類培養(yǎng)的自然環(huán)境中，藻類是許多生物的主要食物來源。在自然環(huán)境中生長的野生藻類產(chǎn)生令人難以置信的快速生物量增長，但既不可靠也不可持續(xù)，因?yàn)楫a(chǎn)量通常會(huì)因營養(yǎng)限制或捕食者攻擊而崩潰。與野生藻類相比，在池塘、水槽或容器中培養(yǎng)藻類能夠顯著提高生產(chǎn)力，因?yàn)榭梢蕴峁┳銐虻臓I養(yǎng)，并且可以控制或避免捕食者。
自然環(huán)境中最常見的營養(yǎng)限制來自碳、氮或磷。無機(jī)營養(yǎng)物，如氮，只能以稀釋在水中的游離離子的形式存在。然而，藻類可以快速消耗自然環(huán)境(如瀉湖)中的可用離子。同樣，藻類有策略地適應(yīng)，許多物種有能力從生物量或其他廢物中消耗有機(jī)養(yǎng)分。
海藻會(huì)再次拯救我們嗎？
不起眼的海藻通過在每磅海藻生物質(zhì)中隔離兩磅CO?拯救了我們的星球。今天，我們的大氣和海洋攜帶著大量來自人類化石燃料污染的CO?。藻類可能通過減少大氣碳負(fù)荷來再次拯救我們的星球。藻類還可以通過生產(chǎn)碳中性液體運(yùn)輸燃料來減少溫室氣體，這種燃料可以回收大氣中的碳，同時(shí)取代化石運(yùn)輸燃料。當(dāng)種植、收獲和提煉能源來自太陽能、風(fēng)能、海浪、地?zé)峄蚝Ｔ逵偷瓤稍偕Y源時(shí)，碳中性燃料由海藻原料制成。
藻類燃料有一個(gè)顯著的優(yōu)勢，那就是它們?nèi)紵蓛?，沒有黑色的煙灰顆粒。導(dǎo)致肺部疾病、呼吸系統(tǒng)疾病和癌癥的黑色煤煙污染來自超過4億年的藻類石化成原油、煤和頁巖。海藻燃料在幾周內(nèi)就能生產(chǎn)出來，而且不會(huì)變成化石，所以它們?nèi)紵饋砗芨蓛?，就像它們的陸地近親——植物油一樣。
藻類有望為我們?nèi)找嫜谉?、擁擠、饑餓和消耗能源的社會(huì)提供急需的解決方案。擺在我們面前的機(jī)遇是，以一種讓全球人民參與進(jìn)來的方式來培養(yǎng)藻類，從而生產(chǎn)可持續(xù)的、負(fù)擔(dān)得起的食物和能源，滿足當(dāng)?shù)丶彝ズ蜕鐓^(qū)的需求。
螺旋藻餅干。圖片提供:thedorkyfrench.com
海藻的價(jià)值鏈。
Algae可能是人類最好的朋友。藻類可以提供可持續(xù)和負(fù)擔(dān)得起的食物和燃料，以及生態(tài)和新穎的解決方案。任何可以由陸地作物制成的食物、纖維或材料都可以由藻類制成，因?yàn)殛懙刂参锸窃?億年前由藻類進(jìn)化而來的。海藻提供了比陸地植物更廣泛的顏色、質(zhì)地、味道和化合物。任何由化石燃料制成的燃料、塑料或其他材料都可以由藻類制成，因?yàn)榛剂现皇窃孱惢蛞栽孱悶槭车纳铩?/p>
藻類最有用的屬性并不是我們可以從藻類中制造任何東西。海藻與陸地植物和化石燃料的區(qū)別在于海藻的食物、能量和副產(chǎn)品是如何制造的。我們的大氣中CO?超負(fù)荷，它被自然回收或被海藻隔離。隨著全球變暖，糧食作物將會(huì)歉收，但藻類在高溫下會(huì)繁茂生長。我們的世界沒有足夠的耕地種植糧食作物，但藻類可以在非耕地上生產(chǎn)補(bǔ)充食物和能源。
從全球來看，社會(huì)正經(jīng)歷著淡水的匱乏，然而藻類卻在廢水、鹽水或海水中大量繁殖。我們已經(jīng)過了石油峰值，藻類可以以比開采原油更低的成本提供液體運(yùn)輸燃料。農(nóng)民面臨著自然資源的嚴(yán)重短缺，如藻類可以回收的磷，以及從動(dòng)物和人類廢液中回收和再利用營養(yǎng)物。
藻類種植可以不使用或使用最少的化石資源生產(chǎn)有價(jià)值的生物質(zhì)，這些化石資源與基于陸地的糧食作物競爭，并且不需要肥沃的土壤、淡水、化石燃料、肥料和化石農(nóng)業(yè)化學(xué)品。將藻類生產(chǎn)集中在農(nóng)場或城市垃圾處理場，使藻類能夠?qū)⑦@些昂貴的廢物流從成本中心轉(zhuǎn)變?yōu)槔麧欀行?，提供能源、?dòng)物飼料和豐富的有機(jī)肥料。除了用于生物燃料和有價(jià)值的副產(chǎn)品的生物質(zhì)生產(chǎn)之外，將藻類生產(chǎn)放在碳源附近，如發(fā)電廠或水泥廠或啤酒廠，提供了潛在的污染解決方案。當(dāng)藻類凈化空氣和水時(shí)，綠色生物質(zhì)將CO?和廢物營養(yǎng)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的糖、蛋白質(zhì)、脂類、碳水化合物和其他有機(jī)化合物。
我們目前的食物和運(yùn)輸系統(tǒng)對空氣、土壤和水有很大的污染。藻類可以生產(chǎn)碳中性的食物和燃料，具有積極的生態(tài)足跡。我們目前的燃料燃燒時(shí)會(huì)釋放出骯臟的黑色煤煙顆粒，但海藻燃燒起來很干凈。藻類燃料在幾周內(nèi)就被制造出來了，并且沒有經(jīng)歷3億年又深又臟的石化過程。海藻燃料燃燒清潔，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上是植物油。
海藻是令人著迷的研究，因?yàn)楦鶕?jù)權(quán)威教科書海藻作者:詹姆斯·格拉漢姆、李·威爾庫克斯和琳達(dá)·葛拉罕，估計(jì)存在1000萬種藻類。它們所有的特殊化合物中可能有90%仍有待發(fā)現(xiàn)、描述和培育。藻類產(chǎn)生的化合物比陸地植物或動(dòng)物多得多，因?yàn)樵孱惖姆N類比其他生物多得多。藻類受益于比陸地植物多30億年的適應(yīng)和進(jìn)化，它們創(chuàng)造了巧妙的生存策略，以最大限度地提高它們的生長和活力，并擊退捕食者。
藻類成分已經(jīng)融入到我們的食物、飼料、化妝品和藥品中。亞利桑那州立大學(xué)的市場籃子測試發(fā)現(xiàn)，消費(fèi)者通常在超市購買的近70%的產(chǎn)品含有藻類成分。大多數(shù)人不直接食用藻類，而是喜歡食用由藻類成分制成的產(chǎn)品，包括:代替小麥、玉米或大豆粉的藻類粉；海藻油比玉米油更健康，脂肪含量更低，海藻營養(yǎng)素如Omega 3s。
低熱量，美味的海藻巧克力將使消費(fèi)者擁有他們的蛋糕，吃它沒有高熱量的罪惡感。除了比陸地食物脂肪更低、營養(yǎng)更高之外，俄羅斯和日本的研究表明，藻類可能會(huì)改變肝臟中控制脂肪酸代謝的酶活性，從而降低血液中的脂肪、膽固醇和甘油三酯水平。
巧克力海藻餅干
藻類在為人類關(guān)鍵需求提供產(chǎn)品和解決方案的價(jià)值鏈中具有獨(dú)特的地位。價(jià)值鏈包括可持續(xù)食品、燃料、生態(tài)和新穎的解決方案，以藻類的綠色承諾為代表。
食物
燃料
生態(tài)解決方案
新穎的解決方案
自然界在地球上的第一個(gè)食物生產(chǎn)系統(tǒng)，藻類養(yǎng)殖，提供了非凡的好處。商業(yè)和小規(guī)模種植系統(tǒng)的解決方案將點(diǎn)燃綠色淘金熱，從藻類中生產(chǎn)高價(jià)值和可負(fù)擔(dān)的食物、燃料、飼料、肥料和藥物。
藻類食物產(chǎn)品可以創(chuàng)造豐富的食物和能源，同時(shí)減少對需要大量耕地、淡水、化肥和化石燃料的食物產(chǎn)品的需求。只給大氣增加氧氣而不污染當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的糧食生產(chǎn)將為環(huán)境帶來非常積極的凈收益。
改編自:綠色太陽能花園:海藻終結(jié)饑餓的承諾, 2009.
收獲的螺旋藻作為食物。
N早期，生活在海洋、河口或湖泊附近的每個(gè)人類社會(huì)都使用藻類作為食物、動(dòng)物飼料、農(nóng)田肥料以及治療割傷、擦傷和胃病的藥物。干燥的藻類提供了第一種便攜式方便食品，可能和白色貝殼珠一起在貿(mào)易中作為wampum使用?？脊抛C據(jù)顯示，地中海周圍的早期尼安德特人吃海藻和貝類。
一個(gè)多世紀(jì)以來，藻類非凡的生產(chǎn)力被認(rèn)為是解決全球饑餓的潛在方法。對藻類作為全球食物解決方案的興奮已經(jīng)出現(xiàn)了幾次，每次都以不光彩的方式爆發(fā)。19世紀(jì)90年代，專家們擔(dān)心托馬斯·馬爾薩斯關(guān)于人口增長將超過食物的預(yù)測，并推薦包括酵母、真菌和藻類在內(nèi)的非傳統(tǒng)食物來源。
第一次世界大戰(zhàn)后，類似的倡議來了又去?？茖W(xué)家們繼續(xù)尋找可持續(xù)的食物來源。第二次世界大戰(zhàn)后，超過一半的世界人口處于貧困和饑餓狀態(tài)，專家們推薦非傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)作為擺脫馬爾薩斯陷阱的一種方式。藻類成了最好的解毒劑，許多試驗(yàn)項(xiàng)目試圖生產(chǎn)藻類。
1948年，研究人員宣布，他們能夠在受控的實(shí)驗(yàn)室條件下，用廉價(jià)的材料培育出營養(yǎng)豐富的藻類。當(dāng)在最佳條件下生長時(shí)——陽光充足、溫暖、淺池塘，簡單的CO?—Chlorella將20%的可用太陽能轉(zhuǎn)化為植物生物質(zhì)，干燥后含有50%以上的蛋白質(zhì)。與大多數(shù)植物不同，小球藻的蛋白質(zhì)含有當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是必需的10種氨基酸，并且富含卡路里、脂肪和維生素。
光學(xué)顯微鏡下的小球藻。照片:巴里·h·羅森博士
媒體對藻類的潛力熱情洋溢煤礦工人雜志描繪了一個(gè)未來的農(nóng)場，在自動(dòng)化農(nóng)場里，一圈圈粗大的玻璃管生產(chǎn)出成千上萬噸的蛋白質(zhì)。專家們不甘落后于記者們，創(chuàng)造了一些看似可信的場景，在這些場景中，藻類將以近乎零的成本解決世界糧食供應(yīng)問題。
不幸的是，研究人員被墨菲定律絆倒了，所有可能出錯(cuò)的事情都出錯(cuò)了。小球藻不是很健壯，而是一種非常喜怒無常的生物，隨著溫度、密度、光線、pH值和營養(yǎng)物質(zhì)的微小變化而停止生長。這種植物如此脆弱，以至于用離心機(jī)收割會(huì)破壞生物量，就像脫水所需的熱量一樣。小球藻堅(jiān)硬的細(xì)胞壁使其難以消化，這增加了加熱或額外機(jī)械加工的成本和能量。
雖然大多數(shù)研究人員放棄了用藻類解決世界饑餓的探索，但美國國家航空航天局在20世紀(jì)50年代研究了藻類作為長距離太空飛行中給宇航員提供食物的方法。在所謂的“藻類競賽”中，蘇聯(lián)和美國的項(xiàng)目競相開發(fā)一個(gè)自給自足的航空航天生命支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)將利用藻類將宇航員的廢物轉(zhuǎn)化為清潔的空氣、水，或許還有食物?？茖W(xué)家們無法解決污染和重量問題，該計(jì)劃被取消。
作為這一努力的一部分，至少有一篇研究論文于1961年發(fā)表在營養(yǎng)雜志題目是“人類的藻類飼養(yǎng)”它總結(jié)了藻類作為人類食物的稀疏研究。美國陸軍研究小組檢測了來自日本的小球藻，這些小球藻生長在池塘中，收獲、離心、洗滌、加熱并真空干燥成綠色粉末。他們的分析顯示其成分為:蛋白質(zhì):59%，脂肪(油類):19%，碳水化合物:13%，水分:3%，灰分:6%。
作者發(fā)現(xiàn)，他們的五名人類受試者可以耐受每天高達(dá)100克的藻類食物補(bǔ)充劑。所用的綠藻，小球藻，給補(bǔ)充的食物一種強(qiáng)烈的類似菠菜的味道。最容易接受的食物是餅干、巧克力蛋糕、姜餅和冷牛奶。較大的補(bǔ)充劑會(huì)引起胃部問題，但是在停止補(bǔ)充后癥狀消失了。該小組得出結(jié)論，干藻類可以作為一種食物補(bǔ)充，但在成為主要食物來源之前，進(jìn)一步的加工是必要的。這些發(fā)現(xiàn)將藻類歸為健康食品市場的一小部分。美國對藻類作為食物來源的研究幾乎消失了。
對人類來說幸運(yùn)的是，綠色革命始于20世紀(jì)50年代，海藻食品再次繁榮起來，這要?dú)w功于三個(gè)幾乎同等重要的因素:
更強(qiáng)的水泵和更大的管道使農(nóng)民能夠大量抽取地下水用于灌溉。農(nóng)民們還在他們的田地里堆積了更多的化肥、殺蟲劑和除草劑。綠色革命已經(jīng)開始，在廉價(jià)化石燃料和淡水不斷侵蝕的基礎(chǔ)上，糧食產(chǎn)量翻了一番。
由于糧食生產(chǎn)的進(jìn)步，非農(nóng)業(yè)的食物來源是不必要的。消費(fèi)者受到科幻小說、記者和電影的影響，變得不信任非傳統(tǒng)食物來源。
科幻小說的作者既普及了合成食品的概念，也預(yù)見了不利的消費(fèi)者反應(yīng)和意想不到的后果，如黑仔番茄還有弗蘭肯食品。赫伯特·喬治·威爾斯的時(shí)間機(jī)器, 1895, 世界之戰(zhàn)，1898年，和神的食物，1905年，奧爾德斯·赫胥黎的美麗新世界，1932年和沃德摩爾的比你想象的更環(huán)保，1947年，都警告反對生物技術(shù)萬靈藥。
H阿里·哈里森的騰出空間！騰出空間！1966年和保羅·埃爾利希的人口炸彈，在1968年闡述了無限制人口增長的可怕后果。哈里森的世界末日場景包括浮游生物、酵母和藻類作為饑餓人群的基本食物。小球藻有一種魚腥味，因此營銷人員決定生產(chǎn)一種改良版本，他們將其命名為Soylent Green。這導(dǎo)致了1973年電影改編哈里森的書，索倫特綠這表明藻類生物質(zhì)培養(yǎng)不僅使用人類排泄物，還使用回收的人類。即使有同類相食，這項(xiàng)發(fā)明也不能養(yǎng)活所有人。水和肥料短缺、瘟疫、瘟疫和農(nóng)藥中毒毀壞了莊稼，污染了水源。溫室效應(yīng)加劇，增加了洪水、暴風(fēng)雨和干旱。藝術(shù)的確模仿了生活。
的翻拍索倫特綠會(huì)讓藻類產(chǎn)業(yè)倒退至少十年。當(dāng)科幻小說作者激起公眾對弗蘭肯食品的恐懼時(shí)，人們正在他們的水族館、游泳池和休閑水道中親身體驗(yàn)綠色黏液。媒體急于傳達(dá)藻類產(chǎn)生致命毒素的聳人聽聞的危險(xiǎn)，致命的赤潮和殺死許多生物的死亡區(qū)。
吉米·卡特總統(tǒng)啟動(dòng)了幾個(gè)藻類項(xiàng)目，以推動(dòng)美國走向能源獨(dú)立，但重點(diǎn)是將電網(wǎng)生產(chǎn)從石油轉(zhuǎn)向煤炭?？ㄌ卦孱愌芯康淖詈笠粋€(gè)殘余，即為期18年的水生物種計(jì)劃，被克林頓政府終止，因?yàn)樗麄冏龀隽藢&D政府從藻類生物燃料轉(zhuǎn)向玉米乙醇的政治決定。這一政策的不幸結(jié)果是，十多年來，大學(xué)及其教師無法獲得研究藻類的資助。
藻類研究在20世紀(jì)90年代受到重創(chuàng)，當(dāng)時(shí)國會(huì)無視科學(xué)，將美國生物燃料的未來押在玉米乙醇上。在一波綠色浪潮中，玉米獲得了補(bǔ)貼和激勵(lì)，承諾乙醇將是可持續(xù)的、可再生的、清潔的，并取代石油進(jìn)口?，F(xiàn)有的研究表明玉米乙醇與這些說法相反。每英畝玉米生產(chǎn)會(huì)侵蝕6噸土壤，污染地下水，釋放2.5噸二氧化碳?加上氧化氮、微粒和煙霧。2008年生產(chǎn)的90億加侖乙醇抵消了不到3%的美國石油進(jìn)口，代價(jià)是數(shù)十億美元的補(bǔ)貼和環(huán)境污染。2005年的能源政策法案設(shè)定了可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)，要求更多的可再生生產(chǎn)，但將藻類原料排除在可再生能源政策之外。
藻類在2008年作為生物燃料解決方案再次出現(xiàn)，出現(xiàn)了兩個(gè)行業(yè)協(xié)會(huì)，藻類工業(yè)雜志。2007年藻類生物質(zhì)組織和國家藻類協(xié)會(huì)的第一次行業(yè)會(huì)議吸引了少數(shù)科學(xué)家和一些生物燃料企業(yè)家。2009年在圣地亞哥舉行的藻類生物質(zhì)組織峰會(huì)吸引了800多名與會(huì)者，并得到了國際媒體的報(bào)道。
藻類政治面臨著一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的未來，因?yàn)樵孱惐仨氃诮?jīng)濟(jì)上和生態(tài)上與其他綠色能源解決方案競爭。其他可再生能源解決方案產(chǎn)生電力，但不是汽油、柴油或噴氣燃料。藻類是未來50年內(nèi)實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立的唯一可行的解決方案，而液體運(yùn)輸燃料是船舶、飛機(jī)、卡車和飛機(jī)所必需的。
N納米大小的單細(xì)胞藻類是地球上最早的生命形式之一。它們已經(jīng)在地球上許多最惡劣的環(huán)境中生存了37億年。藻類的簡單性使這些植物變得異常健壯——它們不僅能生存，還能在惡劣的環(huán)境中產(chǎn)生高價(jià)值的生物質(zhì)。在良好的培養(yǎng)條件下，藻類生產(chǎn)蛋白質(zhì)和能源生物質(zhì)，每英畝產(chǎn)量比陸地植物多30至100倍。
藻類對地球上的生命至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生食物鏈底部的有機(jī)物。從最小的磷蝦到巨大的藍(lán)鯨，所有生物都吃這種生物量。藻類還產(chǎn)生其他水生生物所需的大部分氧氣，并提供我們?nèi)粘４髿庵屑s70%的氧氣。
海藻是海藻的拉丁名稱，以各種形狀和大小出現(xiàn)。微藻是單細(xì)胞的微生物，寬度通常小于5微米。這句話結(jié)尾的句號(hào)大概是100。
藻類遍布地球，包括兩個(gè)冰蓋下。它們最喜歡的環(huán)境是潮濕的地方或水中，但是藻類在陸地和水生環(huán)境中都很常見。土壤、巖石、樹木和冰中含有干燥的藻類細(xì)胞，許多仍然是有活力的。各種藻類在各種水中生長，這使它們成為控制污染的絕佳選擇。
海藻約占藻類的10%，還有更大的物種生活在海洋環(huán)境中，如海帶:褐色海藻可以長到180英尺。海藻可能看起來有類似于陸地植物的樹干和葉子，但這些結(jié)構(gòu)實(shí)際上是未分化的細(xì)胞，稱為假葉。在熱帶地區(qū)，珊瑚藻幫助建造珊瑚，支持珊瑚礁和其他與海綿共生的物種的形成。
海帶、硅藻和纖維狀綠藻
遠(yuǎn)離海洋，大多數(shù)藻類不生活在水道中，而是生活在土壤中。藻類共生生活在陸地植物的根部，在那里它們分解土壤化合物，并使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)為植物所用。藍(lán)綠藻，也被稱為藍(lán)細(xì)菌，也通過將大氣中的氮固定在根瘤中或直接在植物表面來為作物服務(wù)。許多平原、山區(qū)和沙漠都覆蓋著藻類結(jié)皮，它們可以保持土壤，為有根植物提供基礎(chǔ)，并保持關(guān)鍵的土壤水分。藻類生物工程建筑材料，如石灰石，這是埃及人用來建造大金字塔的材料。
藻類外殼
各種藻類最大限度地利用不同的成分。一些種類提供超過50%的脂質(zhì)(油)，其他60%的蛋白質(zhì)和其他90%的碳水化合物。某些種類的食品，蛋白質(zhì)，幾乎沒有天然的氣味或味道，因此該產(chǎn)品可以呈現(xiàn)所需的特征，例如任何氣味、顏色、質(zhì)地、密度或味道。藻類和大豆之間的盲品試驗(yàn)偏愛藻類，因?yàn)樵孱悰]有未加工大豆的苦味和淀粉味。像糧食一樣，藻類生物質(zhì)受益于食品加工，以最大限度地提高味道、質(zhì)地、顏色和口感。
藻類在將光、水和碳轉(zhuǎn)化為含有油性化合物(脂質(zhì))的生物質(zhì)方面非常有效，這些油性化合物可以被提取并加工成汽油、綠色柴油或噴氣燃料。剩余的生物質(zhì)，主要是蛋白質(zhì)和碳水化合物，可以制成食物、藥物、疫苗、礦物質(zhì)、動(dòng)物飼料、肥料、色素、沙拉醬、冰淇淋、布丁、瀉藥和護(hù)膚霜。藻類組成的一個(gè)例子顯示了一種藻類，其中40%的植物生物質(zhì)是油。
藻類組成
脂肪藻類，也稱為含油藻類，是產(chǎn)生大量脂質(zhì)的物種。綠藻可能看起來不像生物原油原料，但今天車輛中使用的石油來自史前生物質(zhì)，主要來自古代濕地和海洋中的藻類大量繁殖。
自然界的生物質(zhì)分解始于兩億多年前的石炭紀(jì)，當(dāng)時(shí)處于高溫高壓條件下。從北海抽取的石油由被稱為球殼藻的分解的觸生藻類組成。藻類也是硅藻土、油頁巖和煤的主要成分。埃及人用藻類形成的石灰石建造了他們的金字塔。
藻類優(yōu)勢
藻類每英畝30-100倍的年產(chǎn)量生產(chǎn)率優(yōu)勢主要是由于陸地和水基植物之間的差異。藻類以幾乎無限的種類和菌株表達(dá)自己，這使它們成為一種獨(dú)特的有機(jī)體。藻類和陸生植物有幾個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別。
藻類是生長在淡水、鹽水、半咸水、海水或廢水中的水基生物。陸地植物的生長需要淡水，因?yàn)榇罅康柠}離子堵塞了它們的管道和根系，使植物缺乏水分和養(yǎng)分。海藻在鹽水中繁盛，因?yàn)樗鼈兪窃诜浅Ｏ痰墓糯Ｑ笾羞M(jìn)化而來的。鹽離子對藻類沒有問題，因?yàn)樵孱悰]有根。
在地球上的幾十億年中，藻類發(fā)展了重要的生長、繁殖和生存策略。陸地植物僅在5億年前從藻類進(jìn)化而來，需要一個(gè)完整的生長季節(jié)，120-140天來為新一代產(chǎn)生種子。在陸地植物生長一代的時(shí)間里，藻類可以繁殖幾百萬代，因?yàn)樵孱悰]有生長季節(jié)。藻類在許多方面與陸地植物不同。
藻類是健壯的生物，與陸地作物相比具有許多優(yōu)勢。藻類仍然是地球上最不發(fā)達(dá)的生物。馴化藻類以獲得其諸多益處是21世紀(jì)最具吸引力的挑戰(zhàn)之一。
Algae是打破植物分類規(guī)則的活體植物，因?yàn)樗鼈円栽S多不同的形式進(jìn)化——細(xì)胞、多細(xì)胞植物、細(xì)菌和幾乎無限的組合。雖然不同種類的藻類具有某些共同的特征，但不同的藻類，甚至是同一種類的藻類，在形狀、大小、結(jié)構(gòu)、組成和顏色上表現(xiàn)出非凡的多樣性。
根據(jù)培養(yǎng)變量，如可用光能、營養(yǎng)物、溫度和酸度、pH值，單個(gè)藻類物種可能在一天內(nèi)改變形狀、組成和顏色。與所有活生物體類似，當(dāng)藻類受到壓力時(shí)，它們會(huì)切換到生存模式，從而改變細(xì)胞代謝的速度和組成。緊張性刺激可能導(dǎo)致藻類以蛋白質(zhì)或碳水化合物為代價(jià)儲(chǔ)存更多的油，以便在以后用作能量。一些藻類似乎積累了更多的油，以便上升到水柱的頂部，在那里它們可以收獲更多的太陽能。
藻類分類遵循與陸生植物分類相同的規(guī)則。陸地植物的分類先于藻類，因?yàn)樵S多納米大小的藻類在先進(jìn)的顯微鏡之前是看不到的。根據(jù)色素、形狀、結(jié)構(gòu)、細(xì)胞壁組成、鞭毛特征、儲(chǔ)存的產(chǎn)品和繁殖方法來區(qū)分主要的藻類群。
藻類顯示出如此多的變異，甚至在每一個(gè)物種中，它們幾乎對每一個(gè)分類規(guī)則都有例外。有趣的是，許多物種可以根據(jù)環(huán)境條件改變它們的繁殖方式。當(dāng)條件好的時(shí)候，它們會(huì)有性繁殖。當(dāng)條件退化時(shí)，它們能夠使用一種或多種無性方法，如細(xì)胞分裂、破碎或孢子。
自20世紀(jì)60年代以來，用電子顯微鏡觀察藻類細(xì)胞細(xì)微差別的能力極大地改變了分類。隨著新的競爭優(yōu)勢的發(fā)現(xiàn)，分類也在不斷變化。
藻類不同于其他植物，因?yàn)樗鼈兺ǔ?
陸地植物大約在5億年前從藻類進(jìn)化而來，進(jìn)化出專門的細(xì)胞來吸收和移動(dòng)營養(yǎng)物質(zhì)并進(jìn)行繁殖。藻類與高等植物的區(qū)別在于它們沒有真正的根、莖或葉。一些海藻，如海帶，看起來有葉子，但它們是假葉子，由與植物其余部分相同的細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成?？茖W(xué)家認(rèn)為大型海藻與陸地植物平行進(jìn)化。
多倫多大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、德克薩斯大學(xué)、哥本哈根大學(xué)、蘇格蘭海洋研究所、中國科學(xué)院、布拉格大學(xué)和世界培養(yǎng)物保藏中心聯(lián)盟均有藻類物種培養(yǎng)物保藏。大多數(shù)收藏提供組成和文化信息，文化銷售，描述細(xì)節(jié)和圖片。德克薩斯大學(xué)的優(yōu)秀收藏提供了廣泛的可搜索參數(shù)。這藻類圖像實(shí)驗(yàn)室Bowling Green為教育目的免費(fèi)提供藻類的數(shù)字圖像。
許多物種是單細(xì)胞和微觀的，包括浮游植物和其他微藻，而其他物種是多細(xì)胞的，可以長得像樹一樣高，如海帶。藻學(xué)是對藻類的研究，包括對被稱為藍(lán)綠藻或藍(lán)細(xì)菌的原核形式的研究。一些藻類也與地衣、珊瑚和海綿共生?；镜膯渭?xì)胞生物，藻類，具有如圖所示的一般外觀。
藻類細(xì)胞
真核綠藻(希臘語“真正的堅(jiān)果”)植物的結(jié)構(gòu)像一個(gè)堅(jiān)果，有一個(gè)殼保護(hù)它們的遺傳物質(zhì)，遺傳物質(zhì)排列在細(xì)胞器中。綠藻產(chǎn)生具有特定功能的離散結(jié)構(gòu)，并具有雙膜結(jié)合的細(xì)胞核。藍(lán)綠藻的原核細(xì)胞，即藍(lán)細(xì)菌，不含細(xì)胞核或其他膜結(jié)合的細(xì)胞器。
海藻可能是活潑的小動(dòng)物，盡管它們不是動(dòng)物。許多動(dòng)物會(huì)游泳，例如溝鞭藻有一種叫做鞭毛的小鞭狀結(jié)構(gòu)，可以在水中推拉它們。一些藻類向前擠壓身體的一部分，沿著固體表面爬行。一些藻類甚至可以形成能夠檢測光線的眼芽，這對它們的能量供應(yīng)至關(guān)重要。
其他物種由細(xì)胞首尾相連的細(xì)絲構(gòu)成。一些聚集在一起形成群體，而另一些獨(dú)立漂浮。海藻幾乎可以生長成任何形狀，如圓錐形、管狀、絲狀或圓形。藻類形成的形狀比陸地植物多得多，并且可以改變形狀或結(jié)構(gòu)以適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件。隨著從病毒到細(xì)菌，然后從細(xì)菌的原核細(xì)胞到藻類的真核細(xì)胞的進(jìn)化過程，細(xì)胞復(fù)雜性發(fā)生了重大變化。細(xì)胞壁使藻類能夠保護(hù)自己免受周圍環(huán)境的影響，通常是水和壓力，稱為滲透壓。
藻類細(xì)胞壁
由于溶液濃度的差異，細(xì)胞壁調(diào)節(jié)試圖通過半透膜流入或流出細(xì)胞的水所產(chǎn)生的滲透壓。藻類通常具有由纖維素、糖蛋白和多糖構(gòu)成的細(xì)胞壁。有些種類的細(xì)胞壁由硅或褐藻酸組成。
例如，紅藻是一大群約10，000種多細(xì)胞海藻，包括海藻。其中包括珊瑚藻，它們與珊瑚共生，分泌碳酸鈣，在建造珊瑚礁中發(fā)揮著重要作用。紅藻，如杜爾塞(帕爾馬利亞帕爾馬塔)紫菜(nori或gim)是歐洲和亞洲菜肴的傳統(tǒng)部分，用于制作其他產(chǎn)品，如瓊脂、角叉菜膠和其他食品添加劑。
廣義的藻類分類包括:
硅藻、石藻和甲藻
綠藻進(jìn)化出葉綠體，葉綠體能夠進(jìn)行光合作用，并大大提高可利用的氧氣?。藍(lán)綠藻得到了最近的大部分研究，因?yàn)樵S多受過細(xì)菌研究訓(xùn)練的科學(xué)家已經(jīng)開始研究這種植物的商業(yè)價(jià)值，這種植物被分類為藍(lán)綠藻和細(xì)菌；藍(lán)藻。
原綠球藻(Prochlorococcus)，一種藍(lán)綠色的藻類，可能是地球上最小的生物，只有0.6微米(百萬分之一米)，但它是地球上最豐富的生物之一。一滴水可能包含超過10萬個(gè)這樣的單細(xì)胞生物。麻省理工學(xué)院的莎莉·齊索姆研究原綠球藻，她說數(shù)萬億這樣的微小細(xì)胞組成了看不見的森林，并提供了海洋中大約一半的光合作用。
分類組 | 葉綠素 | 類胡蘿卜素 | 存儲(chǔ)產(chǎn)品 |
[植物學(xué)]硅藻門 | 甲，丙 | β-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素 | 海帶多糖油 |
綠藻門 | 甲，乙 | β-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、鮮胡蘿卜素和番茄紅素、葉黃素 | 淀粉、油 |
金藻門(金藻) | 甲，丙 | β-胡蘿卜素、巖藻黃素 | 海帶多糖油 |
藍(lán)細(xì)菌(藍(lán)綠藻) | 甲，丙 | β-胡蘿卜素、藻膽素 | |
褐藻門(褐藻) | 甲，丙 | β-胡蘿卜素、巖藻黃素、紫黃質(zhì) | 海帶多糖、可溶性碳水化合物、油 |
甲藻門 | 甲，丙 | β-胡蘿卜素，甲氧芐氨嘧啶，新甲氧芐氨嘧啶，新甲氧芐氨嘧啶。 | 淀粉、油 |
紅藻門(紅藻) | a，很少d | β-胡蘿卜素、玉米黃質(zhì)、β-胡蘿卜素 | 佛羅里達(dá)淀粉、油 |
顏色；色彩；色調(diào)
通常與藻類有關(guān)的綠色來自葉綠素，但藻類也含有許多顏色的色素，尤其是青色、紅色、橙色、黃色、藍(lán)色和棕色。有些品種是無色的。綠藻呈現(xiàn)綠色是因?yàn)榫G色是它唯一不吸收的顏色。紅藻吸收全光譜的顏色并反射紅色。紅藻可以比大多數(shù)其他物種在海洋中生長得更深，因?yàn)樗鼈兡軌蛭沾┩负Ｑ笊钐幍乃{(lán)光。
藻類利用色素捕捉陽光進(jìn)行光合作用，但每種色素只與光譜的一個(gè)狹窄范圍發(fā)生反應(yīng)。因此，藻類產(chǎn)生各種不同顏色的色素，以捕捉更多的太陽能量。藻類將光導(dǎo)入葉綠素a，將光能轉(zhuǎn)化為有機(jī)分子的高能鍵。
綠色、藍(lán)色和紅色藻類
海藻為以它們?yōu)槭车氖巢輨?dòng)物提供顏色。海藻給著名的巨型樹懶的白色皮毛染上了綠色。海藻生活在北極熊的中空毛發(fā)中，為火烈鳥提供粉紅色的色素，它們在蝦和海藻中消耗這種色素。類似的海藻類胡蘿卜素使鮭魚呈現(xiàn)粉紅色。
幾年前，亞利桑那州的帕洛維德核電站吸引了一只粉紅色的火烈鳥來到它的冷卻池。這只可憐的鳥變成了白色，引起了全世界媒體對可能的輻射泄漏的猜測。幸運(yùn)的是，一位生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)池塘中的藻類缺乏足夠的β-胡蘿卜素來維持鳥兒的粉紅色?；鹆银B飛到另一個(gè)有藻類的池塘，很快恢復(fù)了粉紅色。
藻類可能與真菌共生生長，形成地衣——巖石和樹木向陽面的彩色粗糙物質(zhì)。藻類和真菌相互依賴，因?yàn)樵孱悶閮煞N植物生產(chǎn)食物，作為交換，從真菌獲得水和礦物質(zhì)。這種真菌還提供了防止干燥的關(guān)鍵保護(hù)——在陽光下干燥和死亡。
在朱利葉斯·凱撒之前，海藻地衣植物就被用作顏料和染料。羅馬束腰外衣的經(jīng)典紅色來自于從地衣中提取的色素。羅馬婦女重視這種植物，并把它用作胭脂，讓她們的臉更有顏色。幾乎所有的現(xiàn)代化妝品都含有藻類成分來改善顏色、乳化和/或保濕。
Algae生產(chǎn)者選擇特定的藻類菌株，以獲得藻類生物質(zhì)中生長的有價(jià)值的化合物。藻類生物質(zhì)主要包括脂類，用于生產(chǎn)生物燃料、食物蛋白質(zhì)、飼料和保健品，以及淀粉和碳水化合物，可制成一系列產(chǎn)品。
脂質(zhì)是長碳鏈分子，為植物儲(chǔ)存能量，并作為細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)成分。脂類是使植物更有浮力的油，這樣它就可以沿著水柱向上移動(dòng)到太陽能。一些藻類物種天然具有非常高的脂質(zhì)產(chǎn)量，例如80%干重，但是它們生長非常緩慢。其他物種生長非?？?，自然儲(chǔ)存約20%的脂質(zhì)，但當(dāng)受到營養(yǎng)限制時(shí)，儲(chǔ)存約40%的脂質(zhì)。
蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的大型有機(jī)化合物，排列成由肽鍵連接的線性鏈。植物的遺傳密碼決定了氨基酸的順序，但是營養(yǎng)限制可能會(huì)導(dǎo)致氨基酸生產(chǎn)的變化。大多數(shù)蛋白質(zhì)是催化生化反應(yīng)和植物新陳代謝的酶。其他蛋白質(zhì)維持細(xì)胞形狀，并在植物中提供信號(hào)功能。
藻類利用光合作用和太陽能從二氧化碳中產(chǎn)生葡萄糖。葡萄糖主要以淀粉顆粒的形式儲(chǔ)存在葉綠體和淀粉體等質(zhì)體中。藻類可以制造水溶性葡萄糖、植物糖，但它消耗相當(dāng)大的空間。藻類適應(yīng)了以淀粉形式制造葡萄糖的能力，淀粉是不可溶的復(fù)雜碳水化合物，儲(chǔ)存緊密。淀粉是人類飲食中最重要的碳水化合物，藻類碳水化合物可以替代谷物粉，如玉米、小麥、土豆或大米。淀粉也可以發(fā)酵成各種各樣的酒精或生物燃料。
前進(jìn)的道路基于水生物種計(jì)劃其他藻類生產(chǎn)研究的經(jīng)驗(yàn)表明，用于生物燃料生產(chǎn)的健壯藻類物種需要以下特性:
藻類種植者可以從德克薩斯大學(xué)、多倫多大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、哥本哈根大學(xué)、蘇格蘭海洋研究所、中國科學(xué)院、布拉格大學(xué)和世界培養(yǎng)物保藏中心的培養(yǎng)物保藏中心選擇和購買物種。大多數(shù)收藏提供文化銷售，組成和圖片。藻類畫廊在史密森尼國家自然歷史博物館，包括大量關(guān)于藻類的信息和藻類網(wǎng)站的鏈接。
不同物種之間的成分差異很大。一些藻類含有80%的脂質(zhì)，而另一些藻類產(chǎn)生60%的蛋白質(zhì)，還有一些藻類含有92%的碳水化合物。物種選擇不僅對期望的組成至關(guān)重要，而且對在物種和品系之間變化很大的許多結(jié)構(gòu)和生長變量也至關(guān)重要。
藻類物種間的組成差異
當(dāng)藻類受到營養(yǎng)限制時(shí)，例如氮、磷或硫，它們會(huì)減少必需多不飽和脂肪酸的產(chǎn)生，并可能產(chǎn)生氨基酸較少的低質(zhì)量蛋白質(zhì)。營養(yǎng)缺乏可能導(dǎo)致藻類增加脂質(zhì)生產(chǎn)，但通常會(huì)減緩或停止繁殖和生長。生物工程學(xué)家正在研究能夠在不剝奪營養(yǎng)的情況下增加脂質(zhì)的藻類。幾個(gè)研究實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)創(chuàng)造了轉(zhuǎn)基因藻類菌株，無需收獲就能分泌石油，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。避免收獲和榨油消除了巨大的時(shí)間和成本因素。
藻類品種提供了幾乎無限的特征組合。通過對自然發(fā)生的有機(jī)體、生物工程和雜交的篩選，特殊屬性正在得到加強(qiáng)。像Milton Sommerfeld博士和Jerry Brand博士這樣的藻類專家已經(jīng)投入了幾十年的時(shí)間在濕地、湖泊和沙漠中尋找具有理想特性的天然藻類。布魯斯·里特曼博士一直致力于對藻類進(jìn)行基因改造，以生產(chǎn)更多的油或其他高級(jí)化合物。許多藻類生產(chǎn)者已經(jīng)致力于通過雜交受精來雜交藻類菌株，以便最大化期望的生長特性、收獲和提取的容易性以及期望的化合物。
每種藻類提供不同比例的脂類、淀粉和蛋白質(zhì)，見表1。一些藻類富含蛋白質(zhì)，而另一些主要是淀粉或脂類。培養(yǎng)中的變化可以顯著改變藻類生物質(zhì)的組成。
表1。各種藻類的組成(干物質(zhì)的%)
海藻 | 脂質(zhì) | 蛋白質(zhì) | 碳水化合物 |
圓柱魚腥藻 | 4–7 | 43–56 | 25–30 |
水花束絲藻 | 3 | 62 | 23 |
巨大節(jié)旋藻 | 6–7 | 60–71 | 13–16 |
布朗葡萄藻 | 86 | 4 | 20 |
萊茵衣藻。 | 21 | 48 | 17 |
橢圓小球藻 | 84 | 5 | 16 |
蛋白核小球藻 | 2 | 57 | 26 |
普通小球藻 | 14–22 | 51–58 | 12–17 |
鹽藻 | 6 | 57 | 32 |
纖細(xì)裸藻 | 14–20 | 39–61 | 14–18 |
小前胡 | 22-38 | 30-45 | 25-33 |
紫球藻 | 9-14 | 28–39 | 40–57 |
斜生柵藻 | 12–14 | 50–56 | 10–17 |
鈍頂螺旋藻 | 4-6 | 46-630 | 8-14 |
極大螺旋藻 | 6-7 | 60-71 | 13-16 |
水綿屬。 | 11–21 | 6–20 | 33–64 |
鈍頂螺旋藻 | 4–9 | 46–63 | 8–14 |
聚球藻屬。 | 11 | 63 | 15 |
海藻油中不飽和脂肪酸含量極高，各種海藻提供:
藻類成分通常存在于食物成分中。一個(gè)使用普通乳制品的普通家庭可能會(huì)發(fā)現(xiàn)他們食品購物車中70%的物品含有藻類成分。構(gòu)成幾種紅色和棕色海藻細(xì)胞壁的角叉菜膠是一種線性多糖。角叉菜膠細(xì)胞壁物質(zhì)是一種膠體，用作穩(wěn)定劑或乳化劑，通常存在于乳制品和烘焙產(chǎn)品中。
瓊脂。這種物質(zhì)，一種多糖，幾乎可以固化任何液體。瓊脂是一種膠體劑，用于增稠、懸浮和穩(wěn)定。然而，最著名的是它在低溫下形成熱可逆凝膠的獨(dú)特能力。瓊脂從17世紀(jì)開始在中國使用，目前在日本、韓國、澳大利亞、新西蘭和摩洛哥生產(chǎn)。
瓊脂
今天，瓊脂作為一種類似明膠的培養(yǎng)基為全球科學(xué)家服務(wù)，用于科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中的生物生長。瓊脂在制藥工業(yè)中廣泛用作瀉藥或藥物產(chǎn)品的惰性載體，其中需要緩慢釋放藥物。細(xì)菌學(xué)和真菌學(xué)在生長培養(yǎng)基中使用瓊脂作為硬化劑。
瓊脂也用作乳劑的穩(wěn)定劑和化妝品皮膚制劑、軟膏和洗液的成分。它用于攝影膠片、鞋油、牙齒印模模具、剃須皂、洗手液和制革工業(yè)。在食品中，瓊脂被用作明膠的替代品，在面包和糕點(diǎn)中用作防干燥劑，也用于膠凝和增稠。瓊脂用于加工奶酪、蛋黃醬、布丁、奶油、果凍和冷凍乳制品的生產(chǎn)。
紫菜，日語是海藻的意思，在世界各地都很受歡迎，尤其是在亞洲，它有各種各樣的名字，如昆布、裙帶菜、海苔、海帶和李牧。蘇格蘭廚師稱其為dulse，愛爾蘭人稱其產(chǎn)品為dillisk。Amanori特指那些由紫菜制成的食物，因?yàn)樗斜匦璧陌被?、維生素和礦物質(zhì)。在朝鮮，紫菜，被稱為金或拉沃爾。它提供健康的食物，不含西方飲食中的糖和脂肪。
從史前時(shí)代起，內(nèi)陸淡水藻類的野生種群就被采集和食用，以獲取其新鮮的味道和營養(yǎng)價(jià)值。念珠藻是最常見的念珠藻之一，由串珠狀長鏈組成，并形成絲狀凝膠狀集合體。單個(gè)細(xì)絲很微小，但聚集成各種大小的小球，看起來很像葡萄。
念珠藻屬
螺旋藻的微小細(xì)絲不會(huì)形成橢圓形的小球，而是經(jīng)常聚集成漂浮的團(tuán)塊，被風(fēng)推向海岸。其他藻類物種在快速流動(dòng)的水中表現(xiàn)為附著在巖石上的自由漂浮物或細(xì)絲。粉末形式的螺旋藻在總蛋白質(zhì)和可用蛋白質(zhì)方面領(lǐng)先于大多數(shù)傳統(tǒng)食物。只有家禽和魚的可利用蛋白質(zhì)含量超過45%。螺旋藻搭配肉類和奶制品，含30%到45%的蛋白質(zhì)。螺旋藻和念珠藻提供的蛋白質(zhì)重量比任何其他蔬菜都多。Earthrise營養(yǎng)品在其南加州100英畝的農(nóng)場中，每年生產(chǎn)500噸食用螺旋藻。
地面農(nóng)場
藻類物種選擇將繼續(xù)是藻類生產(chǎn)者的一個(gè)關(guān)鍵問題，因?yàn)檎_的物種選擇會(huì)提高養(yǎng)殖、收獲、提取和產(chǎn)品價(jià)值。幸運(yùn)的是，藻類物種收藏提供了豐富的物種信息，并以適中的價(jià)格提供了可靠的物種。
改編自:綠藻策略:停止石油進(jìn)口，設(shè)計(jì)可持續(xù)的食物和燃料，2008.
Algae生長在開放、封閉或半封閉系統(tǒng)中的圓形、長形或管狀容器中，以最大限度地獲取全部生物質(zhì)的陽光。除非發(fā)生混合，否則生長只發(fā)生在生長培養(yǎng)基的頂層，大約兩英寸。新細(xì)胞的生長為下面的植物阻擋了陽光。半連續(xù)混合對于給所有的藻類充足的光照是必要的。一些生產(chǎn)系統(tǒng)將光源放在水中或附近以增加陽光。
生長的發(fā)生基于許多變量，這些變量不僅限制生長，而且可能改變藻類的組成。主要變量包括以下內(nèi)容。
光。通常陽光可以提供充足的光線，但是人造光也可以——特別是對于室內(nèi)種植系統(tǒng)。一些種植系統(tǒng)可能是傾斜的，以優(yōu)化對太陽和反射光的定向。一些生產(chǎn)商正在試驗(yàn)使用鏡子或玻璃電纜的彎曲燈，其他生產(chǎn)商正在使用LED燈，以最大限度地減少能源消耗。
混合。由于大多數(shù)生長發(fā)生在面向光源的表面的頂層，混合是必要的。每個(gè)細(xì)胞在它們的光生長期和暗生長期都需要進(jìn)出光線，因?yàn)樗鼈兾隒O2和呼出O2。藻類比水重，如果不混合，會(huì)從它們的光源下沉。
藻類生長如此之快，以至于它們在靜止的水中很快就變得營養(yǎng)有限。它們不能移動(dòng)和覓食，因?yàn)樗鼈兺ǔ]有推進(jìn)力?；旌蠟槊總€(gè)藻類細(xì)胞帶來營養(yǎng)和CO?，并提供間歇性光照。混合也有助于將水中的氧氣釋放到大氣中。過多或過少的混合會(huì)阻礙生長，粗糙的混合方法可能會(huì)因剪切應(yīng)力而造成細(xì)胞損傷。
一些藻類進(jìn)化出了兩個(gè)有趣的分化特征:鞭毛和眼點(diǎn)。在特定的生長階段，一些藻類會(huì)長出鞭毛，鞭毛是從身體上伸出的細(xì)長突起，像精子的尾巴一樣，以鞭狀運(yùn)動(dòng)推動(dòng)藻類。眼點(diǎn)識(shí)別光，鞭毛推動(dòng)植物走向光。移動(dòng)非常緩慢，可能一小時(shí)一英寸。
水。藻類幾乎在任何一種水中都能很好地生長。它們特別擅長利用光合作用將廢水中溶解的養(yǎng)分和金屬轉(zhuǎn)化為綠色生物質(zhì)，在綠色生物質(zhì)中金屬可以被去除和回收。生產(chǎn)系統(tǒng)可以使用廢水、灰水、鹽水或海水，這取決于所種植的物種。種植系統(tǒng)可以循環(huán)水，所以唯一的損失來自蒸發(fā)。
CO?.微藻生物質(zhì)干重的大約一半是碳，典型地來自CO?或碳酸鹽，并且在白天被持續(xù)供給。每100噸藻類生物質(zhì)可以固定大約183噸CO?.藻類最喜歡的食物，CO?，需要以氣體或碳酸氫鹽的形式加入，因?yàn)榕囵B(yǎng)的藻類生長太快，不能從水中吸收足夠的CO?。在CO?，大多數(shù)水對于高產(chǎn)來說太稀了?；旌嫌懈哌_(dá)20%co?的壓縮空氣通常為藻類光合作用提供碳。工業(yè)CO?或廢氣是典型的來源，但一些燃煤電廠過量生產(chǎn)硫，這可能會(huì)抑制藻類生長。一些生產(chǎn)者如Solazyme使用乙酸或葡萄糖形式的有機(jī)碳源。
營養(yǎng)物質(zhì)。藻類用與陸地植物相同的肥料來滋養(yǎng)它們的生長，但是這些肥料可能來自對陸地植物來說太咸的廢水。與玉米等糧食作物相比，藻類生長每磅生物質(zhì)消耗的氮和其他肥料要少得多，而且養(yǎng)分更容易施用，成本也更低。溶解的化學(xué)肥料或廢物流營養(yǎng)物被藻類利用的效率比陸地植物高得多，因?yàn)槲⑿〉膯渭?xì)胞藻類直接消耗營養(yǎng)物，而不需要長距離運(yùn)輸營養(yǎng)物。未使用的肥料也可以用循環(huán)水再利用。
pH。水的酸度可能取決于所產(chǎn)生的藻類類型。控制水的pH值是抑制競爭藻類生長的一個(gè)好策略。由于高的光合活性，水的pH值可能在中午最高，這消耗了最大的CO?.
穩(wěn)定。在高速增長的情況下，保持穩(wěn)定的增長環(huán)境存在困難。生長介質(zhì)可能保留過多的任何營養(yǎng)或O2，這可能對植物產(chǎn)生壓力和/或成分變化。一些生產(chǎn)商捕獲釋放的氧氣，并作為增值產(chǎn)品出售。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)
藻類生物質(zhì)生長在被稱為生物工廠或培養(yǎng)藻類生產(chǎn)系統(tǒng)(cap)的池塘或容器中。水、無機(jī)營養(yǎng)物、CO?和光被提供給藻類培養(yǎng)物以促進(jìn)生物質(zhì)生長。藻類更喜歡不太亮的漫射光，因此一些系統(tǒng)使用遮光來限制光線并使其漫射。不同的物種在特定的溫度下產(chǎn)量最高，因此一些系統(tǒng)在生物工廠外面使用循環(huán)水來保持最佳溫度。
盡管CO?可能只占生產(chǎn)成本的5%,但通過將生物工廠選址在生產(chǎn)CO?.的發(fā)電廠或制造廠附近，可以將這一成本降至最低養(yǎng)分可以由廢水、從藻類槽中回收的或收獲的肥料提供。去除海藻油后，剩余的生物質(zhì)含有相當(dāng)多的營養(yǎng)物質(zhì)。
生物量增長
封閉系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是高營養(yǎng)水可以在系統(tǒng)中循環(huán)。這種做法大大降低了添加營養(yǎng)素的成本。它還可以最大限度地減少水分蒸發(fā)損失。使用高鹽水(例如農(nóng)業(yè)廢物流或鹽水)的藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)產(chǎn)生含有大量鹽的生物質(zhì)，這些鹽需要在副產(chǎn)品提取過程中去除。一些商業(yè)模式表明，利用藻類從工業(yè)廢水中獲取重金屬，然后提取出來并在化學(xué)品市場上出售。
可以每天通過過濾、離心或絮凝進(jìn)行收獲。懸浮在培養(yǎng)液中的細(xì)胞從水中分離出來，剩余的營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)用于生物質(zhì)生產(chǎn)。從回收的生物質(zhì)中提取海藻油并轉(zhuǎn)化為生物柴油。一些非石油生物質(zhì)可用作動(dòng)物飼料、肥料和其他副產(chǎn)品。
部分廢棄生物質(zhì)經(jīng)過厭氧消化產(chǎn)生沼氣，產(chǎn)生電能，為生物質(zhì)混合和水運(yùn)輸提供動(dòng)力。厭氧消化產(chǎn)生的廢水可用于生產(chǎn)更多的藻類或作為營養(yǎng)豐富的灌溉用水。沼氣產(chǎn)生的大部分能量都消耗在生物質(zhì)生產(chǎn)中，任何多余的能量都可以賣給電網(wǎng)。一些系統(tǒng)使用帶有光伏電池的太陽能電池板將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，電能通常被直接使用或儲(chǔ)存在電池中。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)
在連續(xù)培養(yǎng)中，以恒定的速率加入新鮮培養(yǎng)基，并取出相同量的微藻肉湯。進(jìn)料在夜間停止，但混合繼續(xù)防止生物質(zhì)沉淀。多達(dá)20%的生物量，在白天產(chǎn)生，可能在晚上被消耗，以維持細(xì)胞直到日出。夜間生物量損失取決于生長光照水平、生長溫度和夜間溫度。一些生產(chǎn)系統(tǒng)正在試驗(yàn)用夜燈來提高生產(chǎn)率。
微藻含有高但可變的百分比的關(guān)鍵常量營養(yǎng)素:通常20-50%的蛋白質(zhì)，5-30%的碳水化合物和10-30%的脂質(zhì)，以及約10%的灰分或廢物。每種營養(yǎng)物的比例可以通過物種選擇、改變生長條件或通過在不同生長階段收獲藻類來改變。大多數(shù)物種富含氨基酸，并提供各種色素。多糖的糖組成是高度可變的，但是大多數(shù)種類具有高比例的葡萄糖，20-87%。微藻含有大量的微量營養(yǎng)素和抗氧化劑，如維生素、抗壞血酸、核黃素、類胡蘿卜素和各種新型脂質(zhì)。
在油組分被用于生物燃料后，剩余的高蛋白生物質(zhì)可以被脫水并以方便的形式儲(chǔ)存，例如蛋糕，其不需要冷藏并具有大約兩年的保質(zhì)期。藻餅可以被分離成各種食物、食物成分、飼料、肥料、精細(xì)藥物或其他成分。
藻類成分、產(chǎn)品和用途
用于食物、燃料、藥物或其他副產(chǎn)品的藻類生產(chǎn)可以是碳中性的，因?yàn)樯a(chǎn)和加工藻類所需的能量可以來自于石油提取后剩余的生物質(zhì)殘?jiān)膮捬跸a(chǎn)生的甲烷?；旌虾褪斋@所需的適度能量也可能來自其他非碳源，如風(fēng)能、地?zé)峄蛱柲堋?/p>
收獲的生物質(zhì)極具延展性，因?yàn)樗梢砸耘c玉米、小麥、大米或大豆產(chǎn)品相同的形式儲(chǔ)存。這些包括富含蛋白質(zhì)的牛奶、任何大小、形狀或質(zhì)地的軟糊狀物、玉米粉圓餅、餅干或面粉。生物質(zhì)可制成添加纖維的組織化植物蛋白，或擠壓制成肉類添加劑，以改善水分保持并增加蛋白質(zhì)，同時(shí)降低脂肪。
我們未來的食物很可能富含藻類和來自藻類的高級(jí)化合物。
改編自:綠藻策略:停止石油進(jìn)口，設(shè)計(jì)可持續(xù)的食物和燃料，2008.
Algae在35億年前拯救了我們的星球2和甲烷大氣中獲得足夠的氧氣來維持生命。僅在200萬年前，藻類可能通過提供引發(fā)人類大腦擴(kuò)大的微量營養(yǎng)素，完成了另一項(xiàng)令人難以置信的壯舉。大腦比黑猩猩大三倍，區(qū)分了我們的同性戀者前人類和靈長類動(dòng)物的祖先。
大約在200萬年前，一種神秘的營養(yǎng)來源引發(fā)了大腦的擴(kuò)大，即腦瘤。科學(xué)家們一致認(rèn)為，早期的類人必須找到一種更有活力的飲食，比他們以前的靈長類動(dòng)物的堅(jiān)果、樹葉、樹皮、嫩枝、樹根和昆蟲更豐富。新的飲食需要富含重要的營養(yǎng)物質(zhì)，尤其是蛋白質(zhì)和ω-3脂肪酸，以支持大腦的擴(kuò)張。教科書表明早期同性戀者通過擴(kuò)大他們的飲食，包括稀樹草原野味肉，采取了一步到位的方式來發(fā)展和支持更大的大腦，這將提供必要的能量和營養(yǎng)。
然而，獲取肉類需要小腦容量(略大于黑猩猩的大腦)和骨瘦如柴的早期類人與野生動(dòng)物競爭獲取肉類。早期的；在早期；提早同性戀者為了直立行走犧牲了肌肉質(zhì)量、大小和速度，大腦體積略有增加。野味肉的場景忽略了與更大、更快、更強(qiáng)的野生動(dòng)物競爭所帶來的巨大能量和生存風(fēng)險(xiǎn)，這些野生動(dòng)物擁有專門的清道夫和狩獵技能。200萬年前的非洲食肉動(dòng)物是現(xiàn)在的兩倍大。
在狩獵武器或烹飪用火發(fā)明之前，人類的大腦已經(jīng)擴(kuò)大了一百萬年。早吃過了同性戀者沒有武器的狩獵肉，他們很可能成為食物鏈。即使他們找到了肉，他們也沒有牙齒來撕掉或咀嚼生肉。他們的胃不能消化生肉，生肉可能會(huì)讓他們腹瀉。富含omega-3的營養(yǎng)、安全、方便和易消化的食物來源必須先于野味食用，以允許大腦增大的初始階段。
左圖:早期的小腦容量人類。右:強(qiáng)大的劍齒虎。
ω-3脂肪酸
DHA包含大腦中27%的多不飽和脂肪和97%的ω-3脂肪酸。花生四烯酸(ARA)是一種ω-6長鏈多不飽和脂肪，占大腦中多不飽和脂肪的35%，ω-6脂肪酸的48%。DHA和ARA一起占大腦中結(jié)構(gòu)脂肪的近三分之二。它們對于正常的大腦發(fā)育和功能以及眼睛和心臟的運(yùn)作至關(guān)重要。這些脂肪酸集中在大腦中負(fù)責(zé)復(fù)雜思維技能的區(qū)域——對獲取食物至關(guān)重要。
哺乳動(dòng)物從飲食前體合成DHA和ARA的能力有限，因此脂肪酸可能是限制大多數(shù)哺乳動(dòng)物譜系中更大大腦尺寸進(jìn)化的限制性營養(yǎng)物質(zhì)。非洲稀樹草原上的野生植物食物，草，谷物，塊莖和堅(jiān)果含有微不足道的ARA和DHA。野生非洲反芻動(dòng)物的肌肉組織和器官只能提供中等水平的這些關(guān)鍵脂肪酸。
食物鏈的下游
早期人科動(dòng)物的第一步可能是在飲用水中攝取藻類，而不是在食物鏈上移動(dòng)到野味肉。消耗藻類可能是有意的，但更有可能是偶然的，因?yàn)槲⑿〉脑孱惣?xì)胞只有在它們使水微微變綠的意義上才可見。東非大裂谷的湖泊和濕地是人類大腦發(fā)達(dá)的地方，也是地球上一些最古老的湖泊和濕地的家園，這些湖泊和濕地產(chǎn)生了大量高蛋白和營養(yǎng)豐富的螺旋藻藻。螺旋藻是當(dāng)今市場上最暢銷的藻類營養(yǎng)補(bǔ)充劑，因?yàn)樗峁┝艘徽妆匦璧臓I養(yǎng)素。藻類湖泊背風(fēng)面的一個(gè)類人部落可能每天在他們的飲用水中攝入幾克藻類。這幾克藻類不會(huì)為完整的飲食提供足夠的粗糧或蛋白質(zhì)。藻類本來可以作為一種天然的食物補(bǔ)充，提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)、維生素和抗氧化劑，為顱內(nèi)活動(dòng)提供綠色火花。
早期的；在早期；提早同性戀者可能是被綠色的甜水所吸引，因?yàn)樗鼈兦宓?、干燥、多砂的食物幾乎沒有甜味。藻類吸引了多種其他有營養(yǎng)的微生物，包括酵母、真菌、細(xì)菌、病毒和其他能夠提供額外營養(yǎng)價(jià)值的微生物。攝入后，藻類通過適度的葡萄糖釋放產(chǎn)生飽腹感，這對于有饑餓嬰兒的母親來說是天賜之物。藻類也有助于消化，所以母親們可能會(huì)確保她們的后代在飯后喝富含藻類的綠色甜水。在湖泊和濕地的背風(fēng)面，風(fēng)將海藻吹成墊子，用手一掃就可以輕松收獲。這些濃縮藻類可能因其甜味和蛋白質(zhì)價(jià)值而具有吸引力。
隨著他們的大腦變大，早期同性戀者可能通過利用水生生態(tài)系統(tǒng)來獲取富含藻類蛋白質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)的藻類，如無脊椎動(dòng)物、有殼魚類和有鰭魚類、昆蟲和兩棲動(dòng)物，從而擴(kuò)大了它們的飲食。當(dāng)?shù)厝甓加性孱悹I養(yǎng)，易于收獲和即食，或曬干儲(chǔ)存以備后用。藻類可能是最初美味的方便食品，并提供健康的蛋白質(zhì)和全套關(guān)鍵氨基酸、支持大腦和身體發(fā)育的必需脂肪酸以及關(guān)鍵的維生素和礦物質(zhì)。非洲的土著居民繼續(xù)從漂浮在水面上的墊子上收獲藻類，用作營養(yǎng)補(bǔ)充劑。
收割藻類的婦女。《人性的繪畫》, 1978年3月，作者彼得·福斯特。
健康
早期人類的大腦并不是唯一受益于藻類的身體部位。今天，全球公共衛(wèi)生中最普遍的四種缺乏癥是:營養(yǎng)不良、營養(yǎng)性貧血(鐵和B12缺乏)，眼球干燥癥(維生素A缺乏)和地方性甲狀腺腫(碘缺乏)。這些營養(yǎng)缺乏中的每一種都會(huì)挑戰(zhàn)既沒有狩獵武器也沒有狩獵技能并且也沒有烹飪火的前人類。森林和熱帶稀樹草原的植物食物，尤其是在冬季和春季，會(huì)給早期人類帶來嚴(yán)重的營養(yǎng)缺乏。如果沒有燒火來軟化細(xì)胞壁，釋放食物中的營養(yǎng)物質(zhì)，如堅(jiān)果、谷物、嫩枝和根莖，大部分營養(yǎng)價(jià)值將會(huì)流失同性戀者.
即使當(dāng)?shù)氐娘嬍巢荒芴峁┳銐虻木S生素A、碘、鐵、鋅和其他營養(yǎng)物質(zhì)，一個(gè)微小的海藻補(bǔ)充劑似乎也不可能提供。通常，這些關(guān)鍵的微量元素存在于當(dāng)?shù)氐乃?，但稀釋度極低。人們，尤其是兒童，不能喝足夠的水來獲得足夠的碘。在許多生態(tài)系統(tǒng)中，幾乎沒有淡水可供飲用。藻類高營養(yǎng)價(jià)值的秘密源于其在水中生物積累營養(yǎng)物質(zhì)的能力，其濃度是環(huán)境水平的1000倍。這意味著，即使人類飲食中缺乏某些營養(yǎng)物質(zhì)、礦物質(zhì)或維生素，藻類也能在綠色生物質(zhì)中濃縮這些營養(yǎng)物質(zhì).
一旦類人猿的大腦和身體達(dá)到臨界質(zhì)量，智人擴(kuò)大他們的飲食，并最終成為獵人。第一個(gè)狩獵武器的化石記錄只有40萬年的歷史。狩獵武器和烹飪用火的增加使得飲食更加多樣化，也促進(jìn)了現(xiàn)代人類大腦、交流和合作的發(fā)展。
成為人類的飲食路徑可能并不是食物鏈上收獲稀樹草原野味的一步。更有可能的是，我們的祖先首先在水生食物鏈上跳了兩步華爾茲，以獲取藻類的營養(yǎng)價(jià)值，尤其是ω-3脂肪酸。由于藻類的營養(yǎng)，我們的祖先大腦變大后，他們準(zhǔn)備在陸地營養(yǎng)食物網(wǎng)上邁出一大步來收獲野味。
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