藻类在自然界中几乎到处都有分布,在潮湿的岩石上、墙壁和树干上、土壤中也都有它们的分布。但主要是生长在水中(淡水或海水)。在水中生活的藻类,有的浮游于水中,也有的固着于岩石上或附着于其他植物体上。藻类植物对环境条件要求不高,适应环境能力强,可以在营养贫乏、光照强度微弱的环境中生长。在地震、火山爆发、洪水泛滥后形成的新鲜无机质上,它们是最先的居住者,是新生活区的先锋植物之一,有些海藻可以在100米深的海底生活,有些藻类能在零下数十摄氏度的南北极或终年积雪的高山上生活,有些蓝藻能在高达85℃的温泉中生活,有的藻类能与真菌共生,形成共生复合体(如地衣)。
藻类还可用以修饰布料、浆丝等,如我国广东产的香云纱就是用海萝胶作浆料制成的。硅藻在工业中的用途也很广,例如加入硝酸甘油后,可以防止爆炸,可作为制造耐火砖、滤器、牙粉的原料。
随着对藻类认识的日益深入,利用的范围也在不断扩大,从现在初步的研究成果来看,藻类在解决人类目前普遍存在的粮食缺乏、能源危机和环境污染等问题中,将发挥重要作用。
§§§第三节海藻趣闻
海上庄稼别样栽
大家对大田里种的庄稼都有一些了解,比如玉米,每年春天把种子播入土里,很快,种子发芽,植株长高,直至开花、结穗。海带这样的海上庄稼如何在海上种植并生长呢?海带种植的第一步是在室内培育海带苗;第二步是将室内育出的海带苗夹在长长的棕绳上;第三步是将绑有竹筒或空心玻璃球的棕绳一排排地半浮半沉地吊挂在海面上。以后,海带随着棕绳随波漂荡,远远看去,宛如一片海上粮田。
有趣的是,陆地庄稼都是扎根于土壤,茎叶向上生长,而海上庄稼恰恰相反,假根朝上,叶片向海底伸展。另外,二者在营养供给方法上也不一样,陆地庄稼靠根吸收土壤中的水分和肥料,从而茁壮成长,海上庄稼靠叶子吸收纱袋里的化肥。
海藻的颜色比高等植物丰富
与高等植物相比,藻类的颜色可谓五彩缤纷,有的像春风吹绿的江南,呈现一片绿色;有的像金秋染就的霜叶,红似二月之花;有的像玻璃海棠,呈现一片褐色。是什么把藻类打扮得如此美丽?答案就是色素。色素在植物界普遍存在。植物能进行光合作用,就是靠色素。色素有三大类,即叶绿素、类胡萝卜素和藻胆蛋白。根据化学结构,各大类色素又可细分为不同的种类或类型,如叶绿素可分为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、叶绿素d等种类,叶绿素c又可进一步分为叶绿素c1和叶绿素c2;类胡萝卜素可分为胡萝卜素和叶黄素,胡萝卜素又有胡萝卜素α、胡萝卜素β、胡萝卜素γ、胡萝卜素δ、胡萝卜素ε等不同的类型,藻胆蛋白的类型更是变化多端,有数十种之多。各类色素在光合作用中分工明确,叶绿素是吸收日光能量进行光合作用的主要色素,其他色素则是辅助色素,负责将接收到的日光能量传递给叶绿素a进行光合成。
与高等植物相比,藻类不但具有高等植物所具有的叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素。c、胡萝卜素β、胡萝卜素γ、叶黄素、玉米黄素,还具有高等植物不具有的叶绿素c、叶绿素d、胡萝卜素δ、胡萝卜素ε、褐藻黄素、硅藻黄素、蓝藻黄素及藻胆蛋白等。正因如此,藻类才表现出比高等植物更加丰富的颜色。
海藻的“变色术”
在显微镜里,明明看到活的硅藻是黄褐色,可死亡后,硅藻有时却会变成绿色。为什么会有如此奇妙的变化?原来这一切都是藻体内色素变化的缘故。活的硅藻呈黄褐色,是因为硅藻的细胞里除了叶绿素外,还含有特殊的黄色物质——硅藻素。当硅藻死亡后,硅藻素随水排出体外,叶绿素却仍然保留在硅藻体内,硅藻因此也就变成了绿色。
裙带菜是褐藻。与所有褐藻一样,裙带菜体内既有绿色系列的叶绿素,又有黄色系列的类胡萝卜素。鲜时,裙带菜呈褐色,是由于类胡萝卜素占优势,掩盖了叶绿素的颜色。当裙带菜在开水中时,黄色系列的类胡萝卜素不耐高温,首先遭到破坏;叶绿素因为能耐受较高的温度而得到保留,因而叶绿素的绿色就表现出来。
烤紫菜是大家非常喜欢吃的一种休闲食品,商品名称叫“海苔”。与新鲜紫菜相比,烤紫菜的外在形态发生了很大变化,同时味道也发生了改变,因而许多人不知道它究竟是什么东西,有的商家也因此迷惑消费者,说什么“海苔是不同于紫菜的另外一种海藻,营养价值比紫菜高”。商家的这种行为固然不值得提倡,但也道出了紫菜烘烤后的变化。
新鲜紫菜入口后略带甜味,烘烤后则香气袭人、鲜美可口。这是细胞壁变化的结果。鲜紫菜的细胞为黑色的方形细胞,由甘露聚糖组成的细胞壁像一层薄膜包裹着细胞内的各种物质,一定程度上阻止了胞内物质的释放和味道的显现,甘露聚糖的甜味则显现出来。烘烤后的紫菜,细胞发生变形。甘露聚糖组成的细胞壁受到破坏,细胞内的各种物质可以自由地从细胞壁通过,香味和鲜味就会明显地释放出来。
藻中“珊瑚”
珊瑚是生活在热带海域的腔肠动物,它们以“辛勤劳动”及子孙后代的不断努力,用自己的骨骼建造了一个又一个美丽的珊瑚礁。在沿海礁石上,还有另外一类珊瑚,它们不是动物,而是植物。植物珊瑚实际上是红藻,又名珊瑚藻。珊瑚藻生活在海洋中,全身充满了钙质,身体粗糙而坚硬,与海洋中的动物珊瑚真有几分相像,就连18世纪著名的生物分类学家林奈也极为肯定地说它是动物。但研究表明,珊瑚藻虽然身体里充满了钙质,但细胞内却含有叶绿素,能通过光合作用养活自己,而不像动物那样靠吞食别的生物为生。
珊瑚藻身高5厘米左右,基部固着在珊瑚礁上或浅海的岩穴内。它的身体数次重复叉状分枝,并排列成羽状。
珊瑚藻的钙质身体为研究工作带来了难度。科学家要研究它,必须用酸性物质使其脱钙变软。同时,珊瑚藻的钙质身体在古生物学和地质学的研究上又有特殊的意义。由于钙质化,珊瑚藻在漫长的地质年代变迁中不会像其他藻类一样消失得无影无踪,而是始终保持着当初的面目,成为可供现代人研究的化石。20世纪60年代,中国科学工作者在珠穆朗玛峰地区进行科学考察,在第三纪岩层中发现了一种珊瑚藻化石,据此,科学家推断珠穆朗玛峰曾经是一片海洋。人们还根据珊瑚藻提供的证据,发现大型海相碳酸盐型油田。
海藻体内的“脑黄金”
DHA是二十二碳六烯酸英文名字的缩写,因为具有健脑作用,因而被形象地称为“脑黄金”。
传统DHA的商业来源是深海鱼油。由于受物种、海域、气候、资源等自然因素的影响,深海鱼油产量和质量不是十分稳定。而且,深海鱼油中含有胆固醇和无法去除的EPA(二十碳五烯酸)。EPA既有软化血管的功能,又有抑制儿童及青少年生长发育、影响胎儿生长、破坏血小板使血液不易凝固等副作用,因此,不能随便将来自鱼油的DHA添加到婴幼儿食品中。美国食品和药物管理局(FDA)(1997)认为,鱼油中含有一些不安全的成分,长期服用可对人体产生副作用。研究发现,海洋微藻是DHA的新来源,许多单细胞藻中的DHA含量都超过微藻所产生的纯油的15%,有的甚至超过纯油的40%。
进一步研究的结果更令人惊喜,微藻DHA不但含量高,而且具有比鱼油DHA食用安全、稳定性强、生物利用率高等优点。临床试验表明,微藻DHA油可作为食品添加剂用于食品加工,婴儿和成人食用都安全可靠。微藻DHA供成人食用时,即使食用剂量高达每日15克,也无任何临床副作用。有人分别用添加了鱼油DHA和微藻DHA的面包做对比后发现,前者存放几天后会散发出难闻的哈喇气味,而后者则很少发生这种现象。结果说明,微藻DHA比鱼油DHA稳定性强。在生物利用率方面,微藻DHA极易被成人和婴儿吸收。鉴于微藻DHA的这些优点,目前欧洲国家已普遍开始食用微藻DHA。
世界上许多国家已经着手从微藻中提取DHA。美国通过海洋微藻的大规模培养率先获得了DHA,我国也攻克了利用生物反应器培养深海植物的世界难题,生产出了高纯度的DHA营养素。微藻DHA的成功提取,为人类的健脑行动提供了很好的帮助。
海洋环境与海洋生物
1.海洋区带与海洋生物
地球表面71%是海洋。广阔的海洋可以按地形和海水深度的不同划分为沿岸地区和深海地区。沿岸地区(或近海区)是指由海陆相接处到海底深200米以内的坡度较小的海区(此区也称大陆棚,此海底称大陆架)。在此区内又根据海水深度和其物理、化学的特性,分为滨海带和浅海带两个地带。滨海带是由高潮线到50…米水深的地区。在此区域内动、植物的种类比较多。高潮线(即海水涨潮至最高处的海岸线)与低潮线(即海水退潮至最低处的海岸线)间的地带称为潮间带。浅海带是由50米水深到200米水深的地区。沿岸地区的面积只占海洋总面积的8%左右。可是,人们从近海捕获的鱼、虾却占海洋渔产总捕获量的90%左右,尽管这与大洋区的渔业资源尚未得到充分开发有关,但近海区的生物资源确实要比大洋区丰富得多。我国的渤海、黄海和东海(合称“东中国海”)都在大陆架区,绝大部分海底的水深都在200米以内,是世界上有名的渔场之一。深海地区(或大洋区)是指沿岸地区以外的极大部分开阔海域。此区又分为倾斜带和深海带两个地带,前者是指水深200~2440米之间的地区,后者是指水深2440米以上至最深的海域。深海带的特点是水温低(界于0~5℃),海床柔软,环境稳定,光线缺乏、无季节性变化,没有什么植物,少数栖息的动物均为肉食性动物。通常把生活在近海和大洋的生物分别称为近海生物和大洋生物。
2.水温与海洋生物
海水温度状况是海洋生物地理分布的限制因素,除海鸟和海洋哺乳动物外,所有的海洋生物都是变温生物,而海水温度又随着纬度和深度变化着,因此,海洋生物的分布就必然与海水温度的地理差异有关。根据海洋表层温度和整个生物的分布状况,可以划分出3个主要生物地理区:
(1)极区。表层有冷冻和冰块影响,生物分布在此深度以下,浮游动物幼体种类较少而数量多,常成片集中分布,表层动物多,吸引大量海鸟和海洋哺乳动物。
(2)温带。季节变化显著,表层水只在夏季是温和的,由冷水团和温水团侵入,生物组成复杂,有些地区生产力高,为重要渔场。
(3)热带。无明显的季节变化,表层水温终年都在20~30℃之间,生物种类多,垂直分层位置较深,有珊瑚礁分布。根据海洋生物对水温适应范围的大小,可将其分为两类,即广温性生物和狭温性生物。前者如牡蛎、抹香鲸、海豚等。后者又可分为狭喜冷动物,如端足类、哲水潘、鳟、深海鱼类等;狭喜热动物,如造礁珊瑚、异足类、多数翼足类、十足类的虾、蟹等。
3.光与海洋生物
太阳光辐射是海洋环境中最重要的生态因子之一。光能是海洋植物进行光合作用的能源,直接影响着海洋有机物的生成,从而也关系到整个海洋生物的生活和生存。光还直接或间接地影响着海洋生物的行为和分布。