各种藻类介绍（藻类基础知识）(1)

第一章

拯救地球的小植物

第二章

藻类到底是怎么回事?

第三章

藻类的历史与政治

第四章

藻类的竞争优势是什么?

第五章

藻的分类

第六章

藻类物种选择

第七章

藻类养殖

第八章

藻类使我们成为人类吗?

藻类转化为二氧化碳

藻类将二氧化碳转化为植物键并释放出氧气

Dr. Mark Edwards的藻类基础知识

第一章:拯救地球的小植物

藻类拯救了我们的星球，将我们的大气转化为氧气，让生命得以生存。藻类为地球提供了第一份食物，再次拯救了我们。藻类会再次拯救我们的星球吗?

早期的地球既不能供养生物，也不能供养食物。大约37亿年前，没有生命存在，因为地球表面太热，没有氧气。地球的大气层是由致命的二氧化碳和甲烷气体组成的。

化石记录显示，一种微小的植物出现在原始汤中，并做了一件非同寻常的事情。这种植物吸收了太阳的能量，并通过化学反应，即光合作用，分解出一个二氧化碳和一个水分子。这种微型植物通过从H2O中提取两个氢原子并将氧分子释放到大气中，将碳原子转化为高能的绿色植物键，即碳氢化合物。藻类已经开始了改变大气的工作。

研究地球上生命起源的自然发生理论使用了原始汤理论，认为地球上的化学条件创造了生命的基本组成部分。尽管关于第一个生命究竟是如何合成的争论仍在继续，但化石表明，第一个植物细胞——蓝细菌，也被称为蓝绿藻，只有5微米大小的纳米粒子。

藻类系统地收集太阳能，隔离碳原子并释放氧气。藻类以令人难以置信的慢速度，一次移动一个小分子，将无法维持生命的恶劣的二氧化碳大气变成了支持生命的氧气大气。藻类又花了30亿年的时间来创造足够的氧气来支持其他形式的生命，因为陆地植物大约5亿年前才从藻类进化而来。

藻类对大气的转化促进了其他水生植物、鱼类、昆虫、陆生植物、两栖动物、爬行动物以及最终陆地动物的发展。尽管微藻是地球上最小的植物，但每天藻类产生的氧气占大气氧气的70%，比所有森林和田地加起来还要多。

藻类的第二个礼物——食物

藻类对我们富氧大气的贡献与这种微小植物的另一个天赋相匹配——作为食物链的基础。许多最早的植物和水生生物都以藻类为食物来源。从最小的浮游植物到地球上最大的哺乳动物——蓝鲸，藻类都是营养丰富的食物，因为这种植物提供了一系列极好的蛋白质、矿物质和维生素。每天，当藻类捕获二氧化碳并释放纯氧时，这种绿色生物量为地球上任何其他食物来源提供的食物数量是生物体的100倍。

地球上残酷的环境意味着第一批藻类细胞必须不断进化，再进化数百万次，因为它们的微环境遭遇了雷电风暴和高温，随后是冰冻和炽热岩石形成的流星雨。藻类表现出令人难以置信的持久性，并发展出各种各样的防御机制，使植物能够生存和繁殖。藻类为了生存而快速适应的能力导致了大约1000万种藻类物种，每一种都有独特的生长能力和生物量组成。

由于藻类处于食物链的最底层，它们发展出了一种聪明的生存策略——生长速度比捕食者吃得更快。以藻类为食的食草动物吃了很多但不是所有的快速生长的植物。藻类的繁殖速度比捕食者吃掉它们的速度要快，这创造了巨大的竞争优势，确保了藻类的生存。藻类可能是第一个免费的午餐，因为许多物种发展出了在中午之前增加一倍生物量的能力。一个藻类细胞可以在一天内产生一百万个后代。

藻华在古代的海洋、湖泊和池塘中很常见。我们今天燃烧的化石燃料大部分是由藻类化石构成的。在学校里，孩子们被教导说，原油来自于恐龙，但是恐龙在地球上游荡了大约2亿年，太晚了，无法成为化石燃料的首选生物量。

大多数种类的藻类非常小，只有在显微镜下才能看到。然而，藻类可以聚集、聚集、聚集或以可见和可食用的形态生长。藻类通常比水重，会沉淀下来，在池塘底部形成一层绿色的雪。藻类的绿色太阳能每天为数万亿生物提供生长燃料，藻类储存的能量沿着食物链向上移动。

被称为藻类或大型藻类的海洋藻类通常会长成具有陆地植物外观的形态，具有伪根、树干和叶子。这种平行进化使藻类能够长到像树一样大。大型藻类经常被鱼类和哺乳动物直接吃掉，如海獭、海牛、海豚和鲸鱼。大型藻类为海洋提供了多种鲜艳的颜色，并且提供了远远超过食草动物所能吃的生物量。

藻类生长在极地冰盖下的森林中，冰川下的土壤中，在最热和最干燥的沙漠中，以及在游泳池、水族馆和水道中。藻类的简单性使得这些植物非常健壮;它们不仅能在极其恶劣的环境中生存，还能产生高价值的生物量。对于一种在数十亿年前的恶劣环境中存活下来的植物来说，今天地球上存在的最恶劣的环境可能显得很温顺。

丰富的输入

藻类使用大量且经常过剩的输入物，包括阳光、二氧化碳和废物、盐水或海水。藻类的光合作用从周围的水中带走二氧化碳和营养物质，产生由各种形式的脂类(油)、蛋白质和碳水化合物组成的植物生物量。这个过程向大气中释放出相当多的纯氧。

各种藻类介绍（藻类基础知识）(2)

藻类使用丰富和廉价的投入

在自然环境中，藻类是许多生物体的主要食物来源。在自然环境中生长的野生藻类产生难以置信的快速生物量增长，但既不可靠也不可持续，因为产量通常会由于营养限制或捕食者的攻击而崩溃。与野生藻类相比，在池塘、水槽或容器中养殖藻类能够显著提高产量，因为可以提供足够的营养，并能管理或避免捕食者。

自然环境中最常见的营养限制来自碳、氮或磷。无机营养物，如氮，只能作为游离离子在水中稀释才能获得。然而，藻类可以在自然环境中迅速消耗可用的离子，如泻湖。同样，藻类有策略地适应，许多物种有能力从生物生物量或其他废物中消耗有机营养物质。

藻类会再次拯救我们吗?

不起眼的藻类拯救了我们的星球，每磅藻类生物量中可以吸收两磅二氧化碳。今天，我们的大气和海洋携带着大量由人类造成的化石燃料污染产生的二氧化碳。藻类可以通过减少大气中的碳负荷来再次拯救我们的星球。藻类还可以通过生产碳中性液体运输燃料来减少温室气体，这种燃料可以循环利用大气中的碳，同时取代化石运输燃料。当种植、收获和提炼来自太阳能、风能、海浪、地热或藻类油等可再生能源时，碳中性燃料是用藻类原料制成的。

藻类燃料提供了一个显著的优势，它们燃烧干净，没有黑色烟灰微粒。导致肺部疾病、呼吸系统疾病和癌症的黑烟灰污染来自于4亿多年来藻类变成原油、煤炭和页岩的化石。藻类燃料在几周内就能生产出来，而且不会变成化石，所以它们燃烧起来很干净，类似于它们的陆上表亲——植物油。

藻类有望为我们日益炎热、拥挤、饥饿和能源消耗的社会提供急需的解决方案。我们面前的机会是培育藻类，以一种吸引全球人民的方式，为当地家庭和社区的需要生产可持续和负担得起的食物和能源。

第二章:藻类到底是怎么回事?

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螺旋藻的饼干。照片由:thedorkyfrench藻类的价值链

藻类可能是人类最好的朋友。藻类可以提供可持续和负担得起的食物和燃料，以及生态和新颖的解决方案。任何可以从陆生作物中提取的食物、纤维或材料都可以从藻类中提取，因为陆生植物是5亿年前由藻类进化而来的。与陆地植物相比，藻类提供了更广泛的颜色、质地、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从藻类中制成，因为化石燃料就是石化的藻类或以藻类为食的生物。

藻类最有用的特性不是我们可以用藻类制造任何东西。藻类与陆地植物和化石燃料的区别在于它们的食物、能源和副产品是如何产生的。我们的大气中充斥着过量的二氧化碳，这些二氧化碳被自然地循环利用，或者被藻类的产生隔离。粮食作物会因全球变暖而歉收，但藻类会在高温下旺盛生长。我们的世界没有足够的耕地来种植粮食作物，但藻类可以在非耕地上生产补充食物和能源。

在全球范围内，各个社会都在经历着淡水的匮乏，而藻类却在废物、盐水或海水中蓬勃生长。我们已经超过了石油峰值，藻类可以以比开采原油更低的成本提供液体运输燃料。农民们面临着严重的自然资源短缺，比如藻类可以回收的磷，以及从动物和人类排泄物中回收和再利用营养物质。

藻类养殖可以生产有价值的生物质，不使用或只使用与陆地粮食作物竞争的化石资源，而且不需要肥沃的土壤、淡水、化石燃料、化肥和化石农业化学品。在农场或城市垃圾处理场的藻类生产使藻类能够将这些昂贵的废物流从一个提供能源、动物饲料和丰富的有机肥料的成本中心转变为利润中心。在发电厂、水泥厂或啤酒厂等碳源附近生产藻类，除了生产生物燃料和有价值的副产品之外，还提供了潜在的污染解决方案。当藻类净化空气和水时，绿色生物量将二氧化碳和营养废物转化为有价值的糖、蛋白质、脂质、碳水化合物和其他有机化合物。

我们当前的食物和运输系统对空气、土壤和水造成了巨大的污染。藻类可以产生碳中性的食物和燃料与积极的生态足迹。我们目前的燃料燃烧时会释放出肮脏的黑色烟灰微粒，但藻类燃烧起来很干净。藻类燃料在几周内就能生产出来，而且不会在3亿年的时间里经历肮脏的石化过程。藻类燃料燃烧干净，因为它们本质上是植物油。

藻类是一项引人入胜的研究，因为根据詹姆斯·格雷厄姆、李·威尔科克斯和琳达·格雷厄姆合著的《藻类》一书，估计有1000万种藻类存在。它们所有的特殊化合物中可能有90%还有待发现、描述和培养。藻类产生的化合物比陆地植物或动物多得多，因为藻类的种类比其他生物多得多。与陆地植物相比，藻类得益于超过30亿年的适应和进化，它们创造了巧妙的生存策略，以最大限度地提高自己的生长和活力，并击退捕食者。

藻类成分已经整合到我们的食物，饲料，化妆品和药品。亚利桑那州立大学(Arizona State University)的一项篮子测试发现，消费者通常在超市购买的近70%的产品都含有藻类成分。大多数人不直接吃藻类，但喜欢用藻类成分制成的产品，包括:用藻类粉代替小麦、玉米或大豆粉;藻类油比玉米油更健康，更不容易发胖，藻类营养物质如Omega 3。

低热量，美味的藻类巧克力将使消费者有他们的蛋糕，并吃它没有罪恶感高热量。俄罗斯和日本的研究表明，与陆地食物相比，藻类不仅脂肪含量低，营养含量高，而且还可能改变肝脏中控制脂肪酸代谢的酶的活性，从而降低血液中脂肪、胆固醇和甘油三酯的水平。

藻类巧克力饼干

藻类具有独特的定位，为关键的人类需求提供产品和解决方案的价值链。价值链包括可持续的食物，燃料，生态和新颖的解决方案，藻类的绿色承诺代表。

藻类的绿色承诺

食物。藻类为人类提供高蛋白、低脂、营养、健康、美味的食品。藻类比陆地植物提供更多的维生素、矿物质和营养物质，是天然的健康食品。藻类并不能完全解决营养不良的问题，因为它们的热量很少。

注:在找到几个关键问题的解决方案之前，藻类的食物价值将是次优的;使坚硬的细胞壁易于消化，产生较少的核酸。所有其他的绿色承诺都只等着宏观和微观规模的养殖藻类生产系统。

生态解决方案

新颖的解决方案

自然界在地球上的第一个食物生产系统，藻类养殖，提供了非凡的好处。商业和小规模种植系统的解决方案将引发一场绿色淘金热，从藻类中生产高价值和负担得起的食品、燃料、饲料、化肥和药物。

藻类食品可以创造丰富的食物和能源，同时减少对需要大量农田、淡水、化肥和化石燃料的食品的需求。只向大气中添加氧气而不污染当地生态系统的粮食生产将为环境提供非常积极的净产量。

改编自:绿色太阳能花园:藻类终结饥饿的承诺，2009。

各种藻类介绍（藻类基础知识）(4)

收获的螺旋藻作为食物。

第三章:藻类的历史与政治

几乎每一个生活在海洋、河口或湖泊附近的人类社会都使用藻类作为食物、动物饲料、农田肥料以及治疗伤口、擦伤和胃病的药物。干藻类提供了第一个便携式方便食品，可能作为wampum贸易，连同白色贝壳珠。考古证据显示，地中海附近的早期尼安德特人吃藻类和贝类。

一个多世纪以来，藻类非凡的生产力被认为是解决全球饥饿的潜在方法。将藻类作为全球食物解决方案的热情已经高涨了好几次，但每次都以不光彩的方式爆发。19世纪90年代，专家们对托马斯•马尔萨斯(Thomas Malthus)关于人口增长将超过食物增长的预测表示担忧，建议使用包括酵母、真菌和藻类在内的非传统食物来源。

第一次世界大战后出现了类似的倡议，科学家们继续寻找可持续的食物来源。第二次世界大战后，世界上超过一半的人口处于贫困和饥饿之中，专家们建议将非传统农业作为摆脱马尔萨斯陷阱的方法。藻类成为最有效的解毒剂，许多试验项目试图生产藻类。

1948年，研究人员宣布，他们能够在实验室条件可控的情况下，用廉价的材料种植有营养的藻类。当小球藻生长在阳光充足、温暖、由简单二氧化碳喂养的浅池塘时，干燥后将20%的可用太阳能转化为含有50%以上蛋白质的植物生物量。与大多数植物不同的是，小球藻的蛋白质含有10种当时被认为是必需的氨基酸，并且富含卡路里、脂肪和维生素。

各种藻类介绍（藻类基础知识）(5)

小球藻光学显微镜。照片:Dr. Barry H. Rosen

媒体对藻类的潜力热情高涨，《高力》杂志描绘了一个未来的农场，在自动化农场里，用脂肪制成的玻璃管可以生产数千吨蛋白质。专家们不甘示弱，创造了一些看似合理的设想，认为藻类可以以近乎零成本的方式解决世界粮食供应问题。

不幸的是，研究人员被墨菲定律绊倒了，所有可能出错的事情都发生了。小球藻不但没有茁壮成长，反而变得非常喜怒无常，只要温度、密度、光照、pH值和营养成分发生微小变化，它就会停止生长。这种植物是如此脆弱，以至于用离心机收割会破坏生物量，也破坏了去湿所需的热量。小球藻坚硬的细胞壁使其难以消化，这增加了热量或额外的机械加工的成本和能量。

当大多数研究人员放弃了用藻类解决世界饥饿问题的努力时，美国宇航局在20世纪50年代就开始研究利用藻类作为长时间太空飞行期间宇航员的食物。在所谓的“藻类竞赛”中，苏联和美国的项目竞相开发一个自给自足的航天生命支持系统，该系统将利用藻类将宇航员的排泄物转化为清洁的空气、水，或许还有食物。科学家们无法解决污染和重量问题，该项目被取消了。

作为这项努力的一部分，至少有一篇研究论文发表在1961年的《营养杂志》(Journal of Nutrition)上，题目是“藻类在人类中喂养”。总结了藻类作为人类食物的研究现状。美国陆军研究小组对来自日本的小球藻进行了检测，这些小球藻在池塘中生长，经过收获、离心、洗涤、加热和真空干燥后成为绿色粉末。他们的分析表明，其成分为:蛋白质59%，脂肪(油)19%，碳水化合物13%，水分3%，灰分6%。

作者发现，五名受试者可以耐受每天最多100克的藻类食物补充剂。使用的绿藻小球藻给补充的食物带来了一种强烈的菠菜风味。最受欢迎的准备是饼干、巧克力蛋糕、姜饼和冷牛奶。大量的补品会引起胃病，但停用后症状消失了。研究小组得出的结论是，干藻类可以作为一种食物补充剂，但在它成为主要食物来源之前，还需要进一步处理。这些发现使藻类在保健食品市场中只占一小部分。美国关于藻类作为一种食物来源的研究几乎消失了。

对人类来说幸运的是，20世纪50年代开始的绿色革命和藻类食物的再次繁荣是由于三个几乎相同的因素:

更强的水泵和更大的管道使农民们能够大量抽取地下水用于灌溉。农民们还在地里堆了更多的肥料、杀虫剂和除草剂。绿色革命已经开始，粮食产量在廉价化石燃料和淡水侵蚀的基础上翻了一番。

由于粮食生产的进步，非农业的粮食来源是不必要的。消费者受到科幻小说、记者和电影的影响，开始不信任非传统的食物来源。

科幻小说的作者们都推广了合成食品的概念，并预测了消费者的不良反应和意外后果，如致命的西红柿和法兰克福食品。H.G.威尔斯的《时间机器》（The Time Machine），1895年，《世界大战》（War of The Worlds），1898年，《诸神的食物》（The Food of The Gods），1905年，《赫胥黎的勇敢新世界》（Aldus Huxley）的《1932年》（The Brave New World），以及沃德·摩尔（Ward Moore）的《比你想象的更绿》（Greener That You Think），1947年，都警告人们不要使用生物技术的灵丹。

哈里哈里森的腾出空间！腾出空间！1966年和1968年保罗埃利希的人口炸弹解释了不受限制的人口增长带来的可怕后果。哈里森的世界末日场景包括浮游生物、酵母和藻类作为饥饿群众的基本食物。小球藻有一种鱼腥味，所以市场营销人员决定生产一种改良型，他们将其命名为Soylent Green。这导致了1973年哈里森的书《大豆绿》的电影改编，该书提出藻类生物量培养不仅使用人类的废物，而且可以回收人类。即使是吃人，这项发明也不能养活所有人。水和肥料短缺、瘟疫、瘟疫和农药中毒毁坏了农作物，污染了水。温室效应加剧，增加了洪水、暴风骤雨和干旱。艺术的确模仿生活。

对Soylent Green的改造将使藻类产业倒退至少10年。当科幻小说作者激起公众对弗兰肯福德的恐惧之时，人们在水族馆、游泳池和休闲水道中亲身体验到了绿色黏液。媒体急于传达藻类造成致命毒素、致命赤潮和死亡区域的耸人听闻的危险，这些危险杀死了许多生物。

吉米·卡特总统启动了几个藻类项目，以推动美国实现能源独立，但重点是将电网生产从石油转向煤炭。卡特的藻类研究的最后一个残余，18年水生物种计划，被克林顿政府终止，因为他们做出了将政府研发从藻类生物燃料转向玉米乙醇的政治决定。这一政策的不幸结果是，大学及其教职员工在过去的十年里无法获得研究藻类的资助。

上世纪90年代，美国国会忽视了科学，将美国生物燃料的未来押注在玉米乙醇上，藻类研究受到了彻底的打击。玉米获得了补贴和激励措施，一系列的环保承诺表明乙醇将是可持续的、可再生的、清洁的，并取代石油进口。现有的研究表明，玉米乙醇与这些说法恰恰相反。每英亩的玉米生产会侵蚀6吨土壤，污染地下水，释放2.5吨二氧化碳加上氮氧化物、微粒和烟雾。2008年生产的90亿加仑乙醇抵消了不到3%的美国石油进口，而这是以数十亿美元的补贴和环境污染为代价的。2005年的《能源政策法》制定了一项可再生燃料标准，要求更多的可再生能源生产，但将藻类原料排除在可再生能源政策之外。

2008年，藻类作为生物燃料解决方案再次出现，当时出现了两个行业协会，随后又出现了一份行业贸易杂志《藻类行业杂志》。2007年，藻类生物量组织和国家藻类协会的首次行业会议吸引了少数科学家和一些生物燃料企业家。2009年在圣地亚哥举行的藻类生物量组织峰会吸引了800多人参加，并得到了国际新闻报道。

藻类的政治面临着一个具有挑战性的未来，因为藻类必须在经济上以及生态上与其他绿色能源解决方案竞争。其他可再生能源解决方案生产电力，但不生产汽油、柴油或喷气燃料。藻类是未来50年船舶、飞机、卡车和飞机所需的液体运输燃料，是实现能源独立的可行解决方案。

第四章:藻类的竞争优势是什么?

纳米大小的单细胞藻类是地球上最早的生命形式之一。它们在地球上最恶劣的环境中生存了37亿年。藻类的简单性使这些植物非常健壮——它们不仅能生存，而且能在恶劣的环境中产生高价值的生物量。在良好的栽培条件下，藻类产生蛋白质和能量生物量，每英亩的产量是陆地植物的30到100倍。

藻类对地球上的生命至关重要，因为它们产生了处于食物链最底层的有机物。从最小的磷虾到巨大的蓝鲸，所有生物都吃这些生物。藻类还产生了其他水生生物所需的大部分氧气，并提供了我们日常大气中70%的氧气。

藻类，藻类的拉丁名称，呈现出各种形状和大小。微藻是单细胞的微生物，通常小于5 μ g(微米)宽。这个句子末尾的句号大约是100µ。

藻类在地球上到处生长，包括在两个冰盖下。它们喜欢的环境是潮湿的地方或水中，但藻类在陆地和水生环境中很常见。土壤、岩石、树木和冰中含有干燥的藻类细胞，而且许多藻类仍然存活。各种各样的藻类生长在各种各样的水中，这使得它们非常适合于污染控制。

藻类约占藻类的10%，还有一些更大的物种生活在海洋环境中，比如藻类:可以长到180英尺的棕色藻类。藻类可能看起来有类似于陆地植物的树干和叶子，但这些结构实际上是未分化的细胞，称为假叶。在热带地区，珊瑚藻帮助建造珊瑚，支持珊瑚礁和其他与海绵共生的物种的形成。

藻类、硅藻及纤维绿藻

远离海洋，大多数藻类不是生活在水路，而是生活在土壤中。藻类在陆地植物的根部共生，它们分解土壤化合物，使植物可利用的营养物质。蓝绿藻，也被称为蓝藻细菌，通过将大气中的氮固定在根瘤中或直接固定在植物表面，也为农作物提供服务。许多平原、山脉和沙漠都覆盖着藻类壳，藻类壳能固定土壤，为有根的植物提供基础，并保持关键的土壤水分。藻类生物工程建筑材料，如石灰石，这是埃及人用来建造大金字塔的材料。

藻壳

各种藻类最大限度地利用了不同的成分。一些物种提供超过50%的脂质(油)，其他60%的蛋白质和其他90%的碳水化合物。某些种类的食品蛋白质几乎没有自然的气味或味道，因此产品可能具有所需的气味、颜色、质地、密度或味道等特征。藻类和大豆之间的盲测有利于藻类，因为藻类没有未经加工的大豆的苦味和淀粉味。和粮食一样，藻类生物从食品加工中获益，使味道、质地、颜色和口感最大化。

藻类能非常有效地将光、水和碳转化为含有油性化合物(脂类)的生物质，这些化合物可以被提取并加工成汽油、绿色柴油或航空燃料。其余的生物量，主要是蛋白质和碳水化合物，可制成食品、药品、疫苗、矿物质、动物饲料、化肥、色素、沙拉调味料、冰淇淋、布丁、泻药和护肤霜。一个藻类组成的例子显示了一种藻类，其中40%的植物生物量是石油。

藻类组成

脂肪藻类，也称为产油藻类，是一种产生大量脂质。绿藻可能看起来不像生物原油的原料，但今天车辆使用的石油主要来自史前生物质，这些生物质大部分来自古代湿地和海洋中的藻类。

自然界的生物质分解始于2亿多年前的石炭纪，当时处于巨大的高温和压力下。从北海抽上来的石油由被称为颗石藻的腐烂的附着植物藻类组成。藻类也是硅藻土、煤泥和煤的主要成分。埃及人用藻类形成的石灰石建造金字塔。

藻类的优势

藻类每年每英亩产量30-100倍的生产力优势主要是由于陆生植物和水生植物之间的差异。藻类表现为几乎无限数量的物种和菌株，这使它们成为一种独特的生物。把藻类与陆生植物区分开来的几个关键特征。

藻类是生长在淡水、盐水、半咸水、海水或废水中的水生生物。陆地植物需要淡水来生长，因为大量的盐离子堵塞了它们的管道和根系，使植物缺水和缺乏营养。藻类在咸水中大量生长是因为它们是在非常咸的古代海洋中进化的。盐离子对藻类没有问题，因为藻类没有根。

在地球上的几十亿年里，藻类发展出了关键的生长、繁殖和生存策略。陆生植物从5亿年前的藻类进化而来，需要整整一个生长季节，120-140天的时间来产生新一代的种子。在陆生植物生长一代的时间里，藻类可能会繁殖数百万代，因为藻类没有生长季节。藻类在很多方面与陆地植物不同。

藻类的竞争优势

藻类是一种生命力很强的生物，与陆地上的作物相比，它们具有许多优势。藻类仍然是地球上最不发达的生物。驯化藻类以获得其许多好处是21世纪最具吸引力的挑战之一。

第五章:藻类分类

藻类是活的植物，它们打破了植物分类的规则，因为它们以许多不同的形式进化——细胞、多细胞植物、细菌和几乎无限的组合。虽然各种藻类具有某些共同的特征，但不同的藻类，甚至是同一种藻类，在形状、大小、结构、组成和颜色上都表现出惊人的多样性。

单一藻类物种可能会改变形状、构图和颜色在一天之内基于文化变量如可用光能量,营养物质,温度和酸度,博士与所有生物体相似,当藻类强调,他们转向生存模式,改变的速度和组成细胞的新陈代谢。压力源可能会导致藻类以蛋白质或碳水化合物为代价储存更多的油，以供以后使用。一些藻类似乎会积聚更多的石油，以便上升到水柱的顶部，从而获得更多的太阳能。

藻类的分类规则与陆生植物的分类规则相同。陆地植物分类出现在藻类之前，因为许多纳米级的藻类物种在先进的显微镜之前无法看到。根据颜色、形状、结构、细胞壁组成、鞭毛特征、储存产物和繁殖方式等，对主要藻类类群进行了区分。

藻类显示出如此多的变化，甚至在每个物种内，他们表达了几乎每一个分类规则的例外。有趣的是，许多物种可以根据环境条件改变它们的繁殖方式。条件好的时候，它们就有性繁殖。当条件恶化时，它们能够使用一种或多种无性繁殖方法，如细胞分裂、碎裂或孢子。

自20世纪60年代以来，利用电子显微镜观察藻类细胞细微差异的能力已经大大改变了藻类的分类。随着新的区分点的发现，分类的变化也在继续。

藻类不同于其他植物，因为它们通常:

通过分子氧的产生来显示进行光合作用的能力，分子氧与叶绿素a、b或c的存在有关;

没有专门的运输组织或器官，由相互连接的细胞组成，在生物体的不同位置之间移动营养和代谢物;

有性繁殖或无性繁殖以产生通常不被保护性多细胞亲代组织包围的配子。

陆生植物大约在5亿年前从藻类进化而来，进化出专门的细胞来吸收和移动营养物质并进行繁殖。藻类与高等植物的区别在于，它们缺乏真正的根、茎或叶。有些藻类，如海带，看起来有叶子，但它们是假叶子，由相同的细胞结构组成的植物的其他部分。科学家们认为，大型藻类(藻类)是与陆地植物平行进化而来的。

多伦多大学、加州大学伯克利分校、德克萨斯大学、哥本哈根大学、苏格兰海洋研究所、中国科学院、布拉格大学和世界文化收藏联合会都有藻类物种文化收藏。大多数收藏品提供构图和文化信息，文化销售，描述细节和图片。德克萨斯大学的优秀集合提供了一系列广泛的可搜索参数。博林格林的藻类图像实验室为教育目的免费提供藻类的数字图像。

许多物种是单细胞的和微观的，包括浮游植物和其他微藻，而其他的是多细胞的，可能长得像树一样高，如藻类。生理学，研究藻类，包括研究原核生物形式被称为蓝藻或蓝藻细菌。有些藻类还与地衣、珊瑚和海绵共生。基本的单细胞生物藻类具有如图所示的一般外观。

各种藻类介绍（藻类基础知识）(6)

藻类细胞

真核绿藻(希腊语为“真正的坚果”)植物的结构像坚果，有一个外壳保护其遗传物质，外壳排列在细胞器中。绿藻产生具有特殊功能的离散结构，并有一个或多个双膜结合的细胞核。蓝绿藻的原核细胞，蓝藻细菌，不包含核或其他膜结合的细胞器。

藻类可以是活泼的小动物，即使它们不是动物。许多会游泳，比如甲藻，它有一个叫做鞭毛的鞭状结构，可以在水中拉动或推动它们。一些藻类挤压身体的一部分，沿着固体表面爬行。一些藻类甚至可以形成可以探测光线的眼蕾，这对它们的能量供应至关重要。

其他种类由细丝构成，细胞端到端相连。一些聚集在一起形成蜂群，而另一些则独立漂浮。藻类几乎可以生长成任何形状，如球果、管状、丝状或圆形。藻类比陆地植物形成更多的形状，并可能改变形状或结构以适应当地的条件。从病毒到细菌，再从细菌的原核细胞到藻类的真核细胞的进化过程中，细胞复杂性发生了重要的步骤。细胞壁使藻类能够保护自己不受周围环境的影响，通常是水和压力，称为渗透压。

各种藻类介绍（藻类基础知识）(7)

藻细胞壁

细胞壁调节渗透压产生的水试图通过半透膜流入或流出细胞由于不同的溶液浓度。藻类通常拥有由纤维素、糖蛋白和多糖构成的细胞壁。有些物种的细胞壁是由硅或藻酸组成的。

例如，红藻是一个庞大的群体，大约有10000种多细胞的海洋藻类，包括藻类。其中包括与珊瑚共生的珊瑚藻，它们能分泌碳酸钙，在建造珊瑚礁方面起着重要作用。红藻，如海苔(Palmaria palmata)和紫菜(紫菜或金紫菜)是欧洲和亚洲菜肴的传统组成部分，被用来制作其他产品，如琼脂、卡拉胶和其他食品添加剂。

广义藻类的分类包括:

各种藻类介绍（藻类基础知识）(8)

硅藻、轮藻和甲藻

绿藻是由叶绿体进化而来的，叶绿体能够进行光合作用并极大地增加可用氧气。蓝绿藻得到了最近的大部分研究，因为许多受过细菌研究训练的科学家已经开始研究这种植物的商业价值，它既属于蓝绿藻，也属于细菌;蓝藻。

原绿球藻，一种蓝绿色藻类，可能是地球上最小的生物，只有0.6微米(百万分之一米)，但它是地球上最丰富的生物之一。一滴水可能含有超过100,000个这样的单细胞生物。麻省理工学院的莎莉·奇泽姆研究了原绿球藻，她说，上万亿这样的小细胞组成了看不见的森林，提供了海洋中大约一半的光合作用。

藻类分类

生物分类组别 叶绿素 类胡萝卜素 贮藏物质

各种藻类介绍（藻类基础知识）(9)

颜色

绿色通常与藻类联系在一起，来自叶绿素，但藻类也包含许多颜色的色素，特别是青色，红色，橙色，黄色，蓝色和棕色。有些品种是无色的。绿藻之所以呈绿色，是因为绿色是它唯一不吸收的光的颜色。红藻能吸收光谱中的所有颜色，并反射红色。红藻可以在海洋深处生长，因为它们有能力吸收进入海洋深处的蓝光。

藻类利用色素捕捉阳光进行光合作用，但每种色素只与一个狭窄的光谱范围发生反应。因此，藻类会产生各种不同颜色的色素来获取更多的太阳能。藻类将光转化为叶绿素a，叶绿素a将光能转化为有机分子的高能量键。

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绿色，蓝色和红色的藻类

藻类为以它们为食的食草动物提供颜色。众所周知，巨型树懒的白色皮毛被藻类染上了绿色。藻类生活在北极熊的中空毛发中，并为火烈鸟提供了粉红色的色素，它们以虾和藻类为食。类似的藻类类胡萝卜素赋予了鲑鱼粉红色的色素。

几年前，亚利桑那州帕洛维德核电站的冷却池吸引了一只粉红色的火烈鸟。这只可怜的鸟变白了，引起了全世界媒体对可能的辐射泄漏的猜测。幸运的是，一位生物学家发现这些池塘的藻类中缺乏足够的β -胡萝卜素来维持这种鸟的粉红色。火烈鸟飞到另一个长满水藻的池塘，很快就恢复了粉红色。

藻类可能与真菌共生生长，形成地衣——在岩石和树木向阳的一面上的彩色粗糙物质。藻类和真菌相互依赖，因为藻类为两种植物生产食物，并通过交换从真菌那里获得水和矿物质。真菌也提供了重要的保护，防止干燥-干燥和死在阳光下。

早在恺撒大帝时代，就已经有人利用藻类地衣植物来制造颜料和染料了。罗马长袍的经典红色来自于从地衣中提取的色素。罗马妇女重视这种植物，把它用作胭脂，使她们的脸更有颜色。几乎所有的现代化妆品都含有藻类成分，以改善颜色、乳化和/或保湿。

第六章:藻类物种选择

藻类生产者选择特定的藻类菌株在藻类生物量中生长有价值的化合物。藻类生物量主要包括用于生产生物燃料的脂类，用于食品、饲料和营养食品的蛋白质，以及可以制成一系列产品的淀粉和碳水化合物。

脂质是一种长碳链分子，为植物储存能量，并作为细胞膜的结构成分。脂类是使植物更有浮力的油脂，这样植物就能沿着水柱向上移动，获得太阳能。有些藻类的脂质产量自然非常高，例如干重的80%，但它们生长非常缓慢。其他物种生长非常快，自然储存约20%的脂质，但当受到营养限制时，储存约40%的脂质。

蛋白质是由氨基酸组成的大型有机化合物，排列成由肽键连接的线性链。植物的遗传密码决定了氨基酸的序列，但营养的限制可能会导致氨基酸产量的变化。大多数蛋白质是催化生化反应和植物代谢的酶。其他蛋白质在植物中维持细胞形状并提供信号功能。

藻类利用光合作用和太阳能从二氧化碳中产生葡萄糖。葡萄糖主要以淀粉颗粒的形式储存在叶绿体和淀粉体等质体中。藻类可以制造水溶性葡萄糖、植物糖，但它消耗相当大的空间。藻类适应了以淀粉的形式制造葡萄糖的能力，淀粉是一种复杂的碳水化合物，不溶于水，不易储存。淀粉是人类饮食中最重要的碳水化合物，藻类碳水化合物可以代替玉米、小麦、土豆或大米等粮食面粉。淀粉也可以发酵成各种各样的酒精或生物燃料。

基于水生物种计划和其他藻类生产研究经验的前进道路表明，用于生物燃料生产的健壮的藻类物种需要以下特性:

藻类种植者可以从德克萨斯大学(University of Texas)、多伦多大学(University of Toronto)、加州大学伯克利分校(ucla Berkeley)、哥本哈根大学(University of Copenhagen)、苏格兰海洋研究所(Scottish Marine institute)、中国科学院(Chinese Academy of Sciences)、布拉格大学(University of Prague)和世界文化收藏联合会(World Federation of culture collections)的养殖藏品中选择和购买藻类品种。大部分藏品提供文化销售、构图和图片。史密森国家自然历史博物馆的藻类画廊包含了大量关于藻类的信息和藻类地点的链接。

物种间的组成变化很大。一些藻类含有80%的脂质，而另一些则产生60%的蛋白质，还有一些是92%的碳水化合物。物种选择不仅对所需的成分至关重要，而且对许多结构和生长变量也至关重要，这些变量在不同的物种和菌株之间存在很大差异。

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不同藻类种类的组成变化

当藻类营养有限时，如氮、磷或硫，它们会减少必需的多不饱和脂肪酸的产量，并可能产生较低质量的蛋白质和较少的氨基酸。营养剥夺可能导致藻类增加脂质生产，但通常会减缓或停止繁殖和生长。生物工程师正在研究在不剥夺营养的情况下增加脂质的藻类。一些研究实验室已经创造了转基因藻类菌株，可以在不收获的情况下分泌油脂，从而实现持续生产。避免收获和采油，消除了巨大的时间和成本因素。

藻类品种提供了几乎无限的特征组合。通过对自然发生的有机体、生物工程和杂交的选择筛选，特殊属性正在增强。像dr。Milton Sommerfeld和Jerry Brand花了几十年的时间在湿地、湖泊和沙漠中寻找具有理想特性的天然藻类。布鲁斯·里特曼(Bruce Rittmann)博士一直致力于对藻类进行基因改造，以产生更多的油或其他高级化合物。许多藻类生产者通过交叉施肥的方式杂交藻类菌株，以最大限度地提高理想的生长特性、易于收获和提取以及理想的化合物。

每种藻类提供不同比例的脂质、淀粉和蛋白质，表1。有些藻类蛋白质含量高，有些藻类主要是淀粉或脂质。养殖方式的变化可能会极大地改变藻类的生物量组成。

表1。各种藻类组成(干物质百分比)

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藻类油含有极高的不饱和脂肪酸，各种藻类提供:

亚油酸，一种Omega-6不饱和脂肪酸，用于肥皂、乳化剂、快干油和各种美容辅助剂。保持水分的特性是宝贵的皮肤补救措施，用于光滑和保湿，作为消炎和减少痤疮。

花生四烯酸，一种也存在于花生油中的-6脂肪酸。该产品缓和炎症，并在中枢神经系统的运作中起重要作用。

二十碳五烯酸，一种omega-3脂肪酸，和来自藻类的鱼油有同样的好处。研究表明，EPA可以改善大脑活动，减少抑郁和适度的自杀行为。

十二碳六烯酸是一种omega-3脂肪酸，通常存在于鱼油中，是大脑和视网膜中含量最丰富的脂肪酸。DHA缺乏与认知能力下降和神经细胞死亡增加有关。严重抑郁症患者的大脑皮层中DHA消耗殆尽。

亚麻酸，一种在植物油中发现的-6脂肪酸，最初是从月见草中提取出来的。它作为一种膳食补充剂出售，用于治疗炎症和自身免疫疾病。对其抑制肿瘤生长和转移的治疗价值的研究正在进行。

藻类成分普遍存在于食品配料中。一个使用普通奶制品的普通家庭可能会发现，他们食品购物车中70%的物品都含有藻类成分。卡拉胶构成了几种红褐藻类的细胞壁，是线性多糖的一个家族。角叉菜胶细胞壁材料是一种胶体，用作稳定剂或乳化剂，通常存在于乳制品和烘焙产品中。

琼脂。这种物质是一种多糖，几乎可以固化任何液体。琼脂是一种胶体剂，用于增稠、悬浮和稳定。然而，它最著名的是它在低温下形成热可逆凝胶的独特能力。琼脂从17世纪开始在中国使用，目前在日本、韩国、澳大利亚、新西兰和摩洛哥生产。

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琼脂

今天，琼脂作为一种凝胶状的介质，在科学和医学研究中为全世界的科学家提供帮助。琼脂广泛用于制药工业作为泻药或作为药物产品的惰性载体，其中药物缓释是必需的。细菌学和真菌学用琼脂作为生长介质中的硬化剂。

琼脂也用作乳剂的稳定剂和化妆品皮肤制剂、软膏和洗液的组成部分。它用于照相胶片、鞋油、牙印模、剃须皂、洗手液和制革工业。在食品中，琼脂被用作明胶的替代品，在面包和糕点中用作抗干剂，也用于胶凝和增稠。琼脂用于加工奶酪、蛋黄酱、布丁、奶油、果冻和冷冻乳制品的制造。

紫菜(Nori)在日语中是藻类的意思，在世界各地都很受欢迎，但在亚洲尤其受欢迎。在亚洲，紫菜有各种各样的名字，如海带(kombu)、裙带菜(wakame)、海带(hai dai)、海带(laminaria)和limu。苏格兰厨师称其为dulse，爱尔兰人称其产品为dillisk。天食是指那些由紫菜制成的食物，因为它含有必需的氨基酸，维生素和矿物质。在韩国，紫菜被称为金或香料。它提供不含糖和脂肪的健康食品，而这些与西方饮食有关。

由于其新鲜的味道和营养价值，自史前以来，内陆淡水藻类的野生种群就被收集和食用。念珠是最常见的一种，它由长长的串珠链组成，并形成凝胶状的细丝聚集。单个的细丝是微观的，但聚集出现各种大小的球状物，看起来类似葡萄。

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念珠藻属

螺旋藻的细丝并不形成椭圆形的球状体，而是经常聚集成漂浮的团块，这些团块被风吹向岸边。其他种类的藻类在快速移动的水中以自由漂浮的团丝或细丝的形式附着在岩石上。螺旋藻，粉状，是大多数传统食物中总蛋白质和可用蛋白质的主要来源。只有家禽和鱼类的蛋白质含量超过45%。螺旋藻可以为肉类和乳制品搭配30%到45%的蛋白质。螺旋藻和念珠藻比其他任何蔬菜提供更多的蛋白质。Earthrise Nutritionals在南加州拥有100英亩的农场，每年生产500吨可食用螺旋藻。

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Earthrise 农场

藻类物种的选择将继续是藻类生产者的一个关键问题，因为正确的物种选择可以提高养殖、收获、提取和所生产产品的价值。幸运的是，藻类物种的收集提供了大量的物种信息，并以低廉的价格可靠地获得这些物种。

摘自2008年《绿藻战略:终结石油进口和制造可持续食品和燃料》。

第七章:藻类养殖

藻类生长在开放的、封闭的或半封闭的圆形、长形或管状容器中，最大限度地利用整个生物量和阳光。除非发生混合，生长只发生在生长介质的最上层，大约两英寸。新细胞的生长阻挡了下面植物的阳光。半连续混合是必要的，以给予所有的藻类足够的光。一些生产系统将光源放在水中或靠近水中以增加阳光。

藻类的生长取决于一系列变量，这些变量不仅限制了藻类的生长，还可能改变藻类的组成。主要变量包括以下内容。

光。通常阳光提供足够的光，但人造光也能起到同样的作用，特别是对室内生长系统。有些种植系统可能是倾斜的，以优化朝向太阳和反射光的方向。一些生产商正在用镜子或玻璃电缆试验弯曲光线，还有一些则使用LED灯来减少能源消耗。

混合。由于大多数生长发生在面对光源的表面的顶层，混合是必要的。每个细胞在光明和黑暗的生长期都需要在光照下进出，因为它们吸收二氧化碳，呼出氧气。藻类比水重，在不混合的情况下会从它们的光源下沉。

藻类生长得很快，它们在静止的水中很快就失去了营养。它们不能移动，也不能觅食，因为它们通常没有动力。混合会给每个藻类细胞带来营养和二氧化碳，并提供间歇性的光照。混合还有助于将水中的氧气释放到大气中。过多或过少的混合会阻碍生长，粗糙的混合方法可能会造成细胞剪切应力损伤。

一些藻类进化出了两个有趣的特征:鞭毛和眼斑。在特定的生长阶段，一些藻类会长出鞭毛，这是从身体上像精子尾巴一样细长的突起，以鞭子一样的运动推动藻类。眼斑识别光线，鞭毛推动植物走向光线。移动非常缓慢，可能每小时一英寸。

水。藻类在几乎任何种类的水中都能生长得很好。它们特别擅长利用光合作用将废水中的溶解营养物和金属转化为绿色生物质，金属可以被去除和回收。生产系统可以使用废水、灰水和盐水或海水，这取决于种植的物种。种植系统可以对水进行循环利用，因此唯一的损失来自蒸发。

二氧化碳。大约一半的微藻生物量干重是碳，通常来自二氧化碳或碳酸盐，并在白天持续喂食。每100吨的藻类生物量可以固定大约183吨的二氧化碳。藻类最喜欢的食物，二氧化碳，需要以气体或碳酸氢盐的形式添加，因为种植的藻类生长太快，无法从水中吸收足够的二氧化碳。大多数水在二氧化碳中过于稀释，不利于高产。压缩空气与二氧化碳混合高达20%，通常为藻类光合作用提供碳。工业二氧化碳或废气是典型的来源，但一些燃煤电厂产生过多的硫，这可能会抑制藻类的生长。有些生产商，如Solazyme，使用的是醋酸或葡萄糖形式的有机碳源。

营养。藻类生长的肥料和陆地植物生长的肥料是一样的，但是这些肥料可能来自于对陆地植物来说太咸的废物流。与谷物(如玉米)相比，藻类每磅消耗的氮和其他肥料要少得多，而且这些营养物质更容易施用，成本也更低。与陆地植物相比，藻类利用溶解的化肥或废物流养分的效率要高得多，因为微小的单细胞藻类直接消耗养分，而不需要长途运输养分。未使用的肥料也可以随着循环水重复使用。

ph值:水的酸度可能取决于所产生的藻类的类型。控制水的pH值是一种很好的策略，可以抑制竞争藻类的生长。由于高光合作用活动，水的pH值可能在中午最高，这消耗了最大的二氧化碳。

稳定。保持稳定的增长环境，是高速增长的难题。生长介质可能会保留过多的养分或氧气，这可能会对植物造成压力或成分变化。一些生产商捕获释放的氧气，并将纯气体作为增值产品出售。

藻类养殖生产

藻类生物量生长在池塘或容器中，这些容器被称为生物工厂或养殖藻类生产系统(CAPS)。为藻类培养提供水、无机养分、CO2和光，促进生物量生长。藻类喜欢不太亮的漫射光，所以一些系统使用阴影来限制光线并漫射。不同的物种在特定的温度下产量最高，所以一些系统使用生物工厂外部的循环水来保持最佳温度。

尽管二氧化碳可能只占生产成本的5%，但如果把生物工厂建在产生二氧化碳的发电厂或制造工厂附近，成本可以降到最低。营养物可以从废水、藻类池回收或收获的肥料中提供。除去藻类油后，剩余的生物量中含有相当多的营养物质。

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生物量增长

封闭系统的优点是高营养水可以通过系统循环。这种做法显著降低了添加营养素的成本。它还能使水分蒸发损失最小化。使用高含盐量水的藻类养殖系统，如农业废水或卤水，产生的生物质中含有大量的盐，需要在提取副产品时去除。一些商业模式显示，利用藻类从工业废水中获取重金属，然后提取出来，在化学品市场上出售。

每天都可以通过过滤、离心或絮凝来收获。悬浮在肉汤中的细胞从水中分离出来，剩余的营养物质被回收用于生物质生产。藻类油从回收的生物质中提取，并转化为生物柴油。一些非油类生物质可以用作动物饲料、肥料和其他副产品。

部分用过的生物质经过厌氧消化产生沼气发电，为生物质混合和水运输提供动力。厌氧消化产生的废水可用于更多的藻类生产或作为营养丰富的灌溉用水。沼气产生的大部分能量被消耗在生物质能生产中，任何多余的能量都可以卖给电网。有些系统使用带有光伏电池的太阳能板将太阳能直接转化为电能，通常直接使用或存储在电池中。

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Algaculture生产系统

在连续培养中，以恒定的速度加入新鲜培养基，提取相同数量的微藻肉汤。在夜间停止喂食，但混合继续阻止生物质的沉淀。多达20%的生物质是在白天产生的，可以在夜间消耗，以维持电池直到日出。夜间生物量损失取决于生长光照水平、生长温度和夜间温度。一些生产系统正在试验夜间照明来提高生产率。

微藻含有大量的主要营养素:通常是20-50%的蛋白质，5-30%的碳水化合物和10-30%的脂质，大约10%的灰分或废物。每一种营养物质的比例可能会因物种选择、不同的生长条件或在不同的生长阶段收获藻类而改变。大多数物种富含氨基酸并提供多种色素。多糖的糖组成是高度可变的，但大多数物种有高比例的葡萄糖，20-87%。微藻含有大量的微量营养素和抗氧化剂，如维生素、抗坏血酸、核黄素、类胡萝卜素和各种新型脂质。

在油组分用于生物燃料后，剩余的高蛋白生物量可以被脱水，并以一种方便的形式储存，如蛋糕，不需要冷藏，大约有两年的货架寿命。藻饼可分为各种食品、食品配料、饲料、肥料、精细药品或其他成分。

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藻类成分，产品和用途

用于食品、燃料、药物或其他副产品的藻类生产可以是碳中性的，因为生产和处理藻类所需的动力可以来自提取石油后剩余的生物质厌氧消化产生的甲烷。混合和收获所需的少量能源也可能来自其他非碳来源，如风能、地热或太阳能。

收获的生物质具有极强的可塑性，可以像玉米、小麦、大米或豆制品一样储存。这些食物包括富含蛋白质的牛奶、任何大小、形状或质地的软泥、玉米饼、饼干或面粉。生物质可以通过添加纤维制成结构性植物蛋白或挤压制成肉类添加剂，以提高保湿性和增加蛋白质，同时降低脂肪。

我们未来的食物很可能富含藻类和来自藻类的高级化合物。

摘自2008年《绿藻战略:终结石油进口和制造可持续食品和燃料》。

第八章:藻类使我们成为人类吗?

35亿年前，藻类拯救了我们的地球，因为它们将炽热而致命的二氧化碳和甲烷大气转化为足以支持生命的氧气。仅仅在200万年前，藻类可能还完成了另一项令人难以置信的壮举:它们提供了触发人类大脑扩张的微量营养素。大脑比黑猩猩大三倍，将我们的智人祖先与他们的前人类和灵长类表亲区分开来。

大约200万年前，一种神秘的营养来源引发了大脑的扩张，也就是脑畸形。科学家们一致认为，早期的类人动物必须找到一种比之前的灵长类动物(坚果、树叶、树皮、芽、根和昆虫)更有活力的饮食。新的饮食需要富含重要的营养物质，特别是蛋白质和omega-3脂肪酸，以支持大脑的扩大。教科书显示，早期人属通过扩大饮食，包括草原野味，向大脑发育迈出了一步，这些野味为发育和支撑更大的大脑提供了必要的能量和营养。

然而，肉食需要小的大脑(略大于黑猩猩的大脑)和骨瘦如柴的早期类人猿与野生动物竞争来获取肉食。早期的人为了直立行走牺牲了肌肉的质量、大小和速度，大脑的大小也略有增加。游戏中的肉食场景忽略了与更大、更快、更强、拥有特殊食腐和狩猎技能的野生动物竞争所带来的巨大能量和生存风险。两百万年前的非洲食肉动物是现在的两倍大。

在狩猎武器和烹饪用的火发明之前，人类的大脑扩大了100万年。如果早期的人没有武器狩猎肉类，他们很可能成为食物链。即使他们找到了肉，他们也没有牙齿来撕下或咀嚼生肉。他们的胃无法消化生肉，这可能会让他们腹泻。一个营养、安全、方便、易消化的富含omega-3脂肪酸的食物来源必须在食用野味之前，才允许大脑在最初阶段扩大。

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左:早期小脑人。右图:强大的剑齿虎。

Omega- 3脂肪酸

DHA包含27%的多不饱和脂肪和97%的大脑中的omega-3脂肪酸。花生四烯酸(ARA)是一种omega-6长链多不饱和脂肪，由大脑中35%的多不饱和脂肪和48%的omega-6脂肪酸组成。DHA和ARA总共占大脑结构脂肪的近三分之二。它们对正常的大脑发育和功能以及眼睛和心脏的运作都是必不可少的。这些脂肪酸集中在大脑中负责复杂思维技能的区域——对获取食物至关重要。

哺乳动物从饮食前体合成DHA和ARA的能力有限，所以脂肪酸可能是限制大多数哺乳动物进化出更大大脑尺寸的限制性营养素。在非洲大草原上的野生植物食物，草，谷物，块茎和坚果含有很少的ARA和DHA。野生非洲反刍动物的肌肉组织和器官只能提供中等水平的这些关键脂肪酸。

食物链下游

早期类人猿的第一步可能是从饮用水中摄取藻类，而不是从食物链上移到猎食肉类。食用藻类可能是有意为之，但更有可能是偶然发生的，因为微小的藻类细胞只有在它们把水变绿的时候才可见。东非大裂谷的湖泊和湿地是一些地球上最古老的湖泊和湿地的家园，这些湖泊和湿地产生了大量的高蛋白和富含营养的螺旋藻。螺旋藻是目前市场上最畅销的藻类营养补充品，因为它提供了一整套必需营养素。一个位于绿藻湖背风一侧的古人类部落可能每天从他们的饮用水中摄取了几克的绿藻。这几克藻类不能提供足够的粗饲料或蛋白质。藻类可以作为一种天然的食物补充，提供必要的营养、维生素和抗氧化剂，为大脑提供绿色的火花。

早期的人类之所以被绿色的淡水所吸引，可能是因为他们平淡、干燥、粗糙的饮食几乎没有甜味。藻类吸引了多种多样的其他营养微生物，包括酵母菌、真菌、细菌、病毒和其他可以提供额外营养价值的微生物。当藻类被摄入时，葡萄糖的适度释放会产生一种饱腹感，这对有饥饿婴儿的母亲来说简直是天赐之物。藻类也促进消化，所以母亲可能会确保他们的后代在饭后饮用含有藻类的绿色甜水。在湖泊和湿地的背风处，风把藻类吹成草席，用手一扫就能轻松收获。这些浓缩的藻类可能因其甜味和蛋白质价值而吸引人。

随着大脑的扩大，早期人类可能通过利用水生生态系统来喂养藻类，以获取藻类蛋白质和营养物质，如无脊椎动物、贝壳和鳍鱼、昆虫和两栖动物。藻类营养物质在当地全年都可以获得，而且很容易收获，可以随时食用，也可以晒干并储存起来供以后食用。藻类可能是最原始的美味方便食品，提供健康的蛋白质和一系列关键的氨基酸，必需的脂肪酸，支持大脑和身体发育，以及关键的维生素和矿物质。非洲的土著居民继续从漂浮在水面上的垫子上收获藻类，作为营养补充。

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女人收获藻类。《描绘人性》，彼得·弗斯特，1978年3月。

健康

早期人类的大脑并不是唯一受益于藻类的身体部位。今天，全球公共卫生中四种最普遍的缺乏性疾病是:营养不良、营养性贫血(铁和B12缺乏症)、干眼症(维生素A缺乏症)和地方性甲状腺肿(碘缺乏症)。每一种营养缺乏都会对既没有狩猎武器，也没有狩猎技能，也没有烹饪用火的史前人类构成挑战。森林和稀树草原的植物食物，特别是在冬季和春季，会使早期的类人猿严重缺乏营养。如果没有烹饪火来软化细胞壁和释放坚果、谷物、芽和根等食物中的营养物质，早期人就会失去很多营养价值。

即使在当地饮食不能提供足够的维生素a、碘、铁、锌和其他营养的情况下，一种微小的藻类补充剂也能提供足够的维生素a、碘、铁、锌和其他营养，这似乎是不可能的。通常，这些关键的微量元素存在于当地的水中，但稀释极弱。人们，特别是儿童，不能喝足够的水来获得足够的碘。在许多生态系统中，可供饮用的淡水很少。藻类具有高营养价值的秘密在于它能够在水中生物积累营养物质，其含量是环境水平的1000倍。这意味着，即使人类的饮食中可能缺乏一些营养、矿物质或维生素，藻类可以将这些营养集中在绿色生物量中。

一旦人类的大脑和身体达到临界质量，智人扩大了他们的饮食，最终成为猎人。狩猎武器的第一个化石记录只有40万年。狩猎武器和烹饪火的出现使得饮食更加多样化，也促进了现代人类大脑、交流与合作的发展。

成为人类的饮食途径可能不是向食物链的上游一步，去收获热带草原上的野味。更有可能的是，我们的祖先首先沿着水生食物链走了两步，以获取藻类的营养价值，尤其是omega-3脂肪酸。由于藻类的营养物质，我们的祖先的大脑变大了，他们准备在陆地营养食物网上迈出一大步，去收获猎物肉。

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