第一章:拯救地球的小植物
藻類拯救了我們的星球，將我們的大氣轉(zhuǎn)化為氧氣，讓生命得以生存。藻類為地球提供了第一份食物，再次拯救了我們。藻類會再次拯救我們的星球嗎?
早期的地球既不能供養(yǎng)生物，也不能供養(yǎng)食物。大約37億年前，沒有生命存在，因為地球表面太熱，沒有氧氣。地球的大氣層是由致命的二氧化碳和甲烷氣體組成的。
化石記錄顯示，一種微小的植物出現(xiàn)在原始湯中，并做了一件非同尋常的事情。這種植物吸收了太陽的能量，并通過化學(xué)反應(yīng)，即光合作用，分解出一個二氧化碳和一個水分子。這種微型植物通過從H2O中提取兩個氫原子并將氧分子釋放到大氣中，將碳原子轉(zhuǎn)化為高能的綠色植物鍵，即碳?xì)浠衔?。藻類已?jīng)開始了改變大氣的工作。
研究地球上生命起源的自然發(fā)生理論使用了原始湯理論，認(rèn)為地球上的化學(xué)條件創(chuàng)造了生命的基本組成部分。盡管關(guān)于第一個生命究竟是如何合成的爭論仍在繼續(xù)，但化石表明，第一個植物細(xì)胞——藍(lán)細(xì)菌，也被稱為藍(lán)綠藻，只有5微米大小的納米粒子。
藻類系統(tǒng)地收集太陽能，隔離碳原子并釋放氧氣。藻類以令人難以置信的慢速度，一次移動一個小分子，將無法維持生命的惡劣的二氧化碳大氣變成了支持生命的氧氣大氣。藻類又花了30億年的時間來創(chuàng)造足夠的氧氣來支持其他形式的生命，因為陸地植物大約5億年前才從藻類進(jìn)化而來。
藻類對大氣的轉(zhuǎn)化促進(jìn)了其他水生植物、魚類、昆蟲、陸生植物、兩棲動物、爬行動物以及最終陸地動物的發(fā)展。盡管微藻是地球上最小的植物，但每天藻類產(chǎn)生的氧氣占大氣氧氣的70%，比所有森林和田地加起來還要多。
藻類的第二個禮物——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天賦相匹配——作為食物鏈的基礎(chǔ)。許多最早的植物和水生生物都以藻類為食物來源。從最小的浮游植物到地球上最大的哺乳動物——藍(lán)鯨，藻類都是營養(yǎng)豐富的食物，因為這種植物提供了一系列極好的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素。每天，當(dāng)藻類捕獲二氧化碳并釋放純氧時，這種綠色生物量為地球上任何其他食物來源提供的食物數(shù)量是生物體的100倍。
地球上殘酷的環(huán)境意味著第一批藻類細(xì)胞必須不斷進(jìn)化，再進(jìn)化數(shù)百萬次，因為它們的微環(huán)境遭遇了雷電風(fēng)暴和高溫，隨后是冰凍和熾熱巖石形成的流星雨。藻類表現(xiàn)出令人難以置信的持久性，并發(fā)展出各種各樣的防御機(jī)制，使植物能夠生存和繁殖。藻類為了生存而快速適應(yīng)的能力導(dǎo)致了大約1000萬種藻類物種，每一種都有獨特的生長能力和生物量組成。
由于藻類處于食物鏈的最底層，它們發(fā)展出了一種聰明的生存策略——生長速度比捕食者吃得更快。以藻類為食的食草動物吃了很多但不是所有的快速生長的植物。藻類的繁殖速度比捕食者吃掉它們的速度要快，這創(chuàng)造了巨大的競爭優(yōu)勢，確保了藻類的生存。藻類可能是第一個免費的午餐，因為許多物種發(fā)展出了在中午之前增加一倍生物量的能力。一個藻類細(xì)胞可以在一天內(nèi)產(chǎn)生一百萬個后代。
藻華在古代的海洋、湖泊和池塘中很常見。我們今天燃燒的化石燃料大部分是由藻類化石構(gòu)成的。在學(xué)校里，孩子們被教導(dǎo)說，原油來自于恐龍，但是恐龍在地球上游蕩了大約2億年，太晚了，無法成為化石燃料的首選生物量。
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，藻類可以聚集、聚集、聚集或以可見和可食用的形態(tài)生長。藻類通常比水重，會沉淀下來，在池塘底部形成一層綠色的雪。藻類的綠色太陽能每天為數(shù)萬億生物提供生長燃料，藻類儲存的能量沿著食物鏈向上移動。
被稱為藻類或大型藻類的海洋藻類通常會長成具有陸地植物外觀的形態(tài)，具有偽根、樹干和葉子。這種平行進(jìn)化使藻類能夠長到像樹一樣大。大型藻類經(jīng)常被魚類和哺乳動物直接吃掉，如海獺、海牛、海豚和鯨魚。大型藻類為海洋提供了多種鮮艷的顏色，并且提供了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過食草動物所能吃的生物量。
藻類生長在極地冰蓋下的森林中，冰川下的土壤中，在最熱和最干燥的沙漠中，以及在游泳池、水族館和水道中。藻類的簡單性使得這些植物非常健壯;它們不僅能在極其惡劣的環(huán)境中生存，還能產(chǎn)生高價值的生物量。對于一種在數(shù)十億年前的惡劣環(huán)境中存活下來的植物來說，今天地球上存在的最惡劣的環(huán)境可能顯得很溫順。
豐富的輸入
藻類使用大量且經(jīng)常過剩的輸入物，包括陽光、二氧化碳和廢物、鹽水或海水。藻類的光合作用從周圍的水中帶走二氧化碳和營養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生由各種形式的脂類(油)、蛋白質(zhì)和碳水化合物組成的植物生物量。這個過程向大氣中釋放出相當(dāng)多的純氧。
藻類使用豐富和廉價的投入
在自然環(huán)境中，藻類是許多生物體的主要食物來源。在自然環(huán)境中生長的野生藻類產(chǎn)生難以置信的快速生物量增長，但既不可靠也不可持續(xù)，因為產(chǎn)量通常會由于營養(yǎng)限制或捕食者的攻擊而崩潰。與野生藻類相比，在池塘、水槽或容器中養(yǎng)殖藻類能夠顯著提高產(chǎn)量，因為可以提供足夠的營養(yǎng)，并能管理或避免捕食者。
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，只能作為游離離子在水中稀釋才能獲得。然而，藻類可以在自然環(huán)境中迅速消耗可用的離子，如瀉湖。同樣，藻類有策略地適應(yīng)，許多物種有能力從生物生物量或其他廢物中消耗有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)。
藻類會再次拯救我們嗎?
不起眼的藻類拯救了我們的星球，每磅藻類生物量中可以吸收兩磅二氧化碳。今天，我們的大氣和海洋攜帶著大量由人類造成的化石燃料污染產(chǎn)生的二氧化碳。藻類可以通過減少大氣中的碳負(fù)荷來再次拯救我們的星球。藻類還可以通過生產(chǎn)碳中性液體運輸燃料來減少溫室氣體，這種燃料可以循環(huán)利用大氣中的碳，同時取代化石運輸燃料。當(dāng)種植、收獲和提煉來自太陽能、風(fēng)能、海浪、地?zé)峄蛟孱愑偷瓤稍偕茉磿r，碳中性燃料是用藻類原料制成的。
藻類燃料提供了一個顯著的優(yōu)勢，它們?nèi)紵蓛?，沒有黑色煙灰微粒。導(dǎo)致肺部疾病、呼吸系統(tǒng)疾病和癌癥的黑煙灰污染來自于4億多年來藻類變成原油、煤炭和頁巖的化石。藻類燃料在幾周內(nèi)就能生產(chǎn)出來，而且不會變成化石，所以它們?nèi)紵饋砗芨蓛?，類似于它們的陸上表親——植物油。
藻類有望為我們?nèi)找嫜谉?、擁擠、饑餓和能源消耗的社會提供急需的解決方案。我們面前的機(jī)會是培育藻類，以一種吸引全球人民的方式，為當(dāng)?shù)丶彝ズ蜕鐓^(qū)的需要生產(chǎn)可持續(xù)和負(fù)擔(dān)得起的食物和能源。