第四章:藻類的競爭優(yōu)勢是什么? 納米大小的單細胞藻類是地球上最早的生命形式之一。它們在地球上最惡劣的環(huán)境中生存了37億年。藻類的簡單性使這些植物非常健壯——它們不僅能生存，而且能在惡劣的環(huán)境中產(chǎn)生高價值的生物量。在良好的栽培條件下，藻類產(chǎn)生蛋白質(zhì)和能量生物量，每英畝的產(chǎn)量是陸地植物的30到100倍。
藻類對地球上的生命至關(guān)重要，因為它們產(chǎn)生了處于食物鏈最底層的有機物。從最小的磷蝦到巨大的藍鯨，所有生物都吃這些生物。藻類還產(chǎn)生了其他水生生物所需的大部分氧氣，并提供了我們?nèi)粘４髿庵?0%的氧氣。
藻類，藻類的拉丁名稱，呈現(xiàn)出各種形狀和大小。微藻是單細胞的微生物，通常小于5 μ g(微米)寬。這個句子末尾的句號大約是100µ。
藻類在地球上到處生長，包括在兩個冰蓋下。它們喜歡的環(huán)境是潮濕的地方或水中，但藻類在陸地和水生環(huán)境中很常見。土壤、巖石、樹木和冰中含有干燥的藻類細胞，而且許多藻類仍然存活。各種各樣的藻類生長在各種各樣的水中，這使得它們非常適合于污染控制。
藻類約占藻類的10%，還有一些更大的物種生活在海洋環(huán)境中，比如藻類:可以長到180英尺的棕色藻類。藻類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)實際上是未分化的細胞，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。
藻類、硅藻及纖維綠藻遠離海洋，大多數(shù)藻類不是生活在水路，而是生活在土壤中。藻類在陸地植物的根部共生，它們分解土壤化合物，使植物可利用的營養(yǎng)物質(zhì)。藍綠藻，也被稱為藍藻細菌，通過將大氣中的氮固定在根瘤中或直接固定在植物表面，也為農(nóng)作物提供服務(wù)。許多平原、山脈和沙漠都覆蓋著藻類殼，藻類殼能固定土壤，為有根的植物提供基礎(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。
藻殼各種藻類最大限度地利用了不同的成分。一些物種提供超過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)幾乎沒有自然的氣味或味道，因此產(chǎn)品可能具有所需的氣味、顏色、質(zhì)地、密度或味道等特征。藻類和大豆之間的盲測有利于藻類，因為藻類沒有未經(jīng)加工的大豆的苦味和淀粉味。和糧食一樣，藻類生物從食品加工中獲益，使味道、質(zhì)地、顏色和口感最大化。
藻類能非常有效地將光、水和碳轉(zhuǎn)化為含有油性化合物(脂類)的生物質(zhì)，這些化合物可以被提取并加工成汽油、綠色柴油或航空燃料。其余的生物量，主要是蛋白質(zhì)和碳水化合物，可制成食品、藥品、疫苗、礦物質(zhì)、動物飼料、化肥、色素、沙拉調(diào)味料、冰淇淋、布丁、瀉藥和護膚霜。一個藻類組成的例子顯示了一種藻類，其中40%的植物生物量是石油。
藻類組成脂肪藻類，也稱為產(chǎn)油藻類，是一種產(chǎn)生大量脂質(zhì)。綠藻可能看起來不像生物原油的原料，但今天車輛使用的石油主要來自史前生物質(zhì)，這些生物質(zhì)大部分來自古代濕地和海洋中的藻類。
自然界的生物質(zhì)分解始于2億多年前的石炭紀，當時處于巨大的高溫和壓力下。從北海抽上來的石油由被稱為顆石藻的腐爛的附著植物藻類組成。藻類也是硅藻土、煤泥和煤的主要成分。埃及人用藻類形成的石灰石建造金字塔。
藻類的優(yōu)勢藻類每年每英畝產(chǎn)量30-100倍的生產(chǎn)力優(yōu)勢主要是由于陸生植物和水生植物之間的差異。藻類表現(xiàn)為幾乎無限數(shù)量的物種和菌株，這使它們成為一種獨特的生物。把藻類與陸生植物區(qū)分開來的幾個關(guān)鍵特征。
藻類是生長在淡水、鹽水、半咸水、海水或廢水中的水生生物。陸地植物需要淡水來生長，因為大量的鹽離子堵塞了它們的管道和根系，使植物缺水和缺乏營養(yǎng)。藻類在咸水中大量生長是因為它們是在非常咸的古代海洋中進化的。鹽離子對藻類沒有問題，因為藻類沒有根。
在地球上的幾十億年里，藻類發(fā)展出了關(guān)鍵的生長、繁殖和生存策略。陸生植物從5億年前的藻類進化而來，需要整整一個生長季節(jié)，120-140天的時間來產(chǎn)生新一代的種子。在陸生植物生長一代的時間里，藻類可能會繁殖數(shù)百萬代，因為藻類沒有生長季節(jié)。藻類在很多方面與陸地植物不同。
藻類的競爭優(yōu)勢
- 上層建筑。陸生植物將大量的能量用于構(gòu)建纖維素結(jié)構(gòu)，包括樹干、葉子和莖，以抵御風吹雨打。藻類沒有這樣的要求。水就像一個天然的子宮一樣支持著藻類。
- 性。陸地植物將它們35%的能量用于建造和支持它們的性器官。藻類是一種簡單的單細胞生物，不需要考慮性結(jié)構(gòu)。條件好的時候，藻類有性繁殖。當應(yīng)激源出現(xiàn)時，這些細胞可以無性繁殖。
- 根源。陸地植物將25%的能量投入到根系中，根系將它們固定在原地，使植物依賴于土壤水分和生物可利用的營養(yǎng)物質(zhì)，這些營養(yǎng)物質(zhì)通常由土壤微生物(如藻類)提供。藻類沒有根，有些種類還長有鞭毛，它們可以通過鞭毛擺動來獲取營養(yǎng)、水分或太陽能。
- 增長速度。糧食等陸地植物需要一個完整的生長季節(jié)，從春季到秋季，通常需要140天或更多的時間來生產(chǎn)一種作物。藻類學會了在得到營養(yǎng)的情況下繁茂生長，可以迅速成長成熟。一個藻類細胞可以在一天內(nèi)產(chǎn)生超過一百萬個后代。
- 方向。陸地植物朝著太陽的一個方向緩慢生長，10天內(nèi)生物量可能會增加一倍。然后，它們逐漸緩慢成長至成熟。藻類向四面八方360度生長，每天的生物量可以增加三到四倍。
- 持續(xù)的收獲。藻類生長如此之快，每天可以捕獲一半的藻類生物量。在亞利桑那州、新墨西哥州、科羅拉多州和德克薩斯州等地，每年可能有360天的時間在陽光普照的每一天進行收獲。
- 連續(xù)的生長季節(jié)。一些藻類生產(chǎn)者全年都在種植藻類，使用適合每個季節(jié)的品種。一些生產(chǎn)商使用種植燈來增加太陽能。一些生產(chǎn)商正在用LED和其他形式的光進行實驗，以延長日光下的生長時間。
- 強大的生產(chǎn)。在整個生長季節(jié)的一個單一事件，如氣溫上升、干旱、昆蟲、風或冰雹可以摧毀整個糧食作物。當壞天氣發(fā)生時，藻類會休息，放慢生長速度或進入休眠狀態(tài)。當天氣好轉(zhuǎn)時，藻類恢復(fù)快速生長。
- 固氮作用。被稱為藍藻細菌的藍綠藻能夠從大氣中固定氧氣，這促進了生長，因為氮通常是固定水體中的限制性營養(yǎng)物質(zhì)。
- 組成。陸地植物綠色生物量如玉米可能是80%的非油類或廢物，因為大多數(shù)植物組成是纖維素結(jié)構(gòu)，而不是用于食物或能源生產(chǎn)的蛋白質(zhì)。一些藻類菌株可以產(chǎn)生50%的油脂，這些油脂可以直接轉(zhuǎn)化為航空燃料或綠色柴油。
- 存儲能量。像玉米這樣的陸地植物可以轉(zhuǎn)化為乙醇，燃燒的熱量更少，每加侖只能提供汽油的64%。藻類將陽光、二氧化碳和其他營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為長碳鏈，這些碳鏈可以轉(zhuǎn)化為更強大的液體運輸燃料，如JP-8、航空燃料和綠色柴油，這些燃料每加侖的能量可能比汽油多30 - 50%。
- 積極的能量。用玉米生產(chǎn)乙醇是一種能量匯，因為它消耗了更多的能量，主要是柴油和燃料提供的電力。藻類可以用最少或不使用化石燃料產(chǎn)生燃料。
- 可持續(xù)的。土地作物消耗大量即將耗盡的化石資源——肥沃的土壤、淡水、化石燃料、化肥和化石農(nóng)業(yè)化學品。藻類不會與土地作物爭奪資源，可以在充足的資源下生長，這些資源包括陽光、廢水和過剩的二氧化碳。
- 生態(tài)的積極。現(xiàn)代糧食生產(chǎn)每英畝增加2.5噸二氧化碳，加上一氧化氮、微粒和煙霧。每英畝作物會侵蝕6噸土壤，這些土壤所攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)和化學物質(zhì)會污染濕地、河流和湖泊。藻類養(yǎng)殖只向大氣中排放氧氣，同時封存二氧化碳，避免土壤侵蝕和生態(tài)系統(tǒng)污染。
- 地理上的獨立性。與陸地作物不同，許多藻類物種生長在地球上最惡劣的環(huán)境中。在封閉和半封閉的生長系統(tǒng)中，藻類幾乎可以在任何海拔、緯度、經(jīng)度或地理位置生長
藻類是一種生命力很強的生物，與陸地上的作物相比，它們具有許多優(yōu)勢。藻類仍然是地球上最不發(fā)達的生物。馴化藻類以獲得其許多好處是21世紀最具吸引力的挑戰(zhàn)之一。