關(guān)于藍(lán)藻，我不知道你們知道多少。

但是，當(dāng)絕大多數(shù)人聽到這個(gè)名字的時(shí)候，首先浮現(xiàn)的一定是漂浮在湖面上的厚厚的綠藻化。

藍(lán)藻水華爆發(fā)

很多人常常把湖泊河流的水質(zhì)變壞歸咎于藍(lán)藻的過(guò)度生長(zhǎng)，但實(shí)際上藍(lán)藻水華的爆發(fā)，只是大自然面對(duì)水體污染和過(guò)度富營(yíng)養(yǎng)化的一種自我凈化。

藍(lán)藻不但不是水質(zhì)污染的罪魁禍?zhǔn)?，從某種程度上來(lái)說(shuō)，藍(lán)藻恰恰是我們可以用來(lái)重建水體生態(tài)平衡、再造綠水青山的關(guān)鍵武器。

藍(lán)藻的分類

藍(lán)藻又叫做藍(lán)細(xì)菌，在地球上有可能已經(jīng)繁衍生息了將近35億年的時(shí)間，是我們地球上含量最豐富的光合微生物，整個(gè)大氣中超過(guò)40%的氧氣都來(lái)自于藍(lán)藻的光合作用。

我們平常所說(shuō)的藍(lán)藻其實(shí)是一個(gè)總體概念，科學(xué)家們已經(jīng)在地球上發(fā)現(xiàn)了至少2000種以上的藍(lán)藻品種，根據(jù)外形和細(xì)胞分工的不同，我們通?？梢园阉{(lán)藻分為5個(gè)類別。

現(xiàn)代藍(lán)藻通常被分為5個(gè)類別

最簡(jiǎn)單的藍(lán)藻被稱為色球藻，他們由單個(gè)細(xì)胞組成，通常通過(guò)1分為2的方式分裂出新的個(gè)體。

色球藻

寬球藻同樣由單個(gè)細(xì)胞組成，但是他們的分裂方式是1分為3，所以分裂出新個(gè)體的速度比色球藻要快得多。

由于分裂速度太快，許多新細(xì)胞經(jīng)常會(huì)被最初那個(gè)藍(lán)藻外面厚實(shí)的一層纖維膜包裹在一起，來(lái)不及分開，所以粗看起來(lái)顯得比色球藻個(gè)頭大了許多。但在顯微鏡下細(xì)看，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)大胖子實(shí)際上是由許多個(gè)彼此完全獨(dú)立的小藍(lán)藻細(xì)胞組成的。

寬球藻

顫藻是最簡(jiǎn)單的多細(xì)胞藍(lán)藻，由幾十個(gè)到上百個(gè)功能相同的細(xì)胞連成一條線；當(dāng)一個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)成熟后，它可以通過(guò)先一分為二，然后兩個(gè)小細(xì)胞再分別長(zhǎng)大的方法讓顫藻不斷生長(zhǎng)；但這種分裂能力并不會(huì)一直持續(xù)下去，分裂過(guò)幾次的細(xì)胞會(huì)逐漸衰亡，最終死去。

顫藻

念珠藻的外形和顫藻類似，也是由多個(gè)細(xì)胞排列成一條線；但與顫藻不同的是，在念珠藻中有兩種功能不同的細(xì)胞，一種是負(fù)責(zé)進(jìn)行光合作用的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，另一種則是專門負(fù)責(zé)吸收和固定氮?dú)?，為藍(lán)藻提供氮肥的固氮細(xì)胞。

念珠藻

在藍(lán)藻家族中，真枝藻是結(jié)構(gòu)和功能最復(fù)雜的類型，他們除了具備營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和固氮細(xì)胞的分工之外，還可以向各個(gè)方向進(jìn)行細(xì)胞分裂。所以，不同于顫藻和念珠藻總是排成一條由單細(xì)胞組成的長(zhǎng)鏈，在真枝藻里，可以有多排細(xì)胞并列排在一起，組成真枝藻的細(xì)胞們甚至可以向各個(gè)方向長(zhǎng)出像樹枝一樣的分叉。

真枝藻

藍(lán)藻的起源

在大致了解了藍(lán)藻的分類情況后，讓我們來(lái)看看藍(lán)藻的起源和進(jìn)化過(guò)程。

藍(lán)藻的起源和進(jìn)化時(shí)間表

通過(guò)地層化石，我們大致可以知道早在35億年前，地球上就開始出現(xiàn)了疑似藍(lán)藻的生物（由于缺乏進(jìn)一步證據(jù)，這個(gè)推測(cè)尚無(wú)定論）。

早期的藍(lán)藻雖然可以進(jìn)行光合作用，但并不能產(chǎn)生氧氣；直到約30億年前，我們現(xiàn)在非常熟悉的光合系統(tǒng)II才在藍(lán)藻中開始出現(xiàn)，從這以后藍(lán)藻才能夠一邊生長(zhǎng)一邊向外界環(huán)境放出氧氣。

到了距今大約26億年前的時(shí)候，多細(xì)胞形式的藍(lán)藻開始出現(xiàn)，藍(lán)藻適應(yīng)環(huán)境的能力得到大幅度提升，其分布范圍和總量有了突飛猛進(jìn)的增長(zhǎng)。

“大氧化事件”引發(fā)的史前生物大屠殺

藍(lán)藻的蓬勃生長(zhǎng)帶來(lái)了源源不斷的氧氣，使得海洋和大氣中的氧氣含量不斷攀升。

氧氣對(duì)現(xiàn)代生物而言，雖然是必不可少的生命之源，但對(duì)于地球早期從來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)氧氣的厭氧生物而言，殺傷力絕不亞于我們耳熟能詳?shù)呐?、鶴頂紅。

大約在距今24億年前，急劇增高的氧氣濃度將原來(lái)地球上占主導(dǎo)地位的厭氧生物大批量殺死，同時(shí)使得海水和空氣從原來(lái)的還原態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變成了氧化狀態(tài)。

這一過(guò)程就是著名的“大氧化事件”，他不但扭轉(zhuǎn)了生命進(jìn)化的整體方向，還引發(fā)了地球化學(xué)環(huán)境的根本性改變。

藍(lán)藻種類的重新分化

藍(lán)藻引發(fā)的大氧化事件不但改變了其他生命體的演化方向，對(duì)藍(lán)藻自身的進(jìn)化也產(chǎn)生了顯著的干擾。

現(xiàn)在我們能夠看到的5個(gè)大類的藍(lán)藻其實(shí)絕大多數(shù)都是由大氧化事件前的原始多細(xì)胞藍(lán)藻演化而來(lái)，只是由于生存環(huán)境變化，部分多細(xì)胞藍(lán)藻又重新回到了單細(xì)胞狀態(tài)。

另外由于生成氧氣和從空氣中固氮需要在不同的細(xì)胞中分別完成，在距今約23億年前，多細(xì)胞藍(lán)藻中發(fā)生了第一次細(xì)胞功能分化，一部分細(xì)胞專心光合作用生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣，另一些則專心將空氣中的氮轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)藻可以吸收利用的形式。

藍(lán)藻的進(jìn)化分析樹：揭示了多細(xì)胞起源和固氮細(xì)胞分化起源

從進(jìn)化分析樹上，我們可以清楚地看出，具有固氮細(xì)胞的念珠藻和真枝藻在藍(lán)藻家族中的親緣關(guān)系最近，在進(jìn)化上他們可以被看作是區(qū)別于其他三類藍(lán)藻的一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)化分支。

內(nèi)共生形成葉綠體

藍(lán)藻在引發(fā)大氧化事件后，還參與了另一個(gè)對(duì)現(xiàn)代生物體系至關(guān)重要的生物事件，就是被不具有光合作用能力的真核細(xì)胞吞食后，不但沒(méi)有被消化吸收，反而演變成了能夠幫助這些真核細(xì)胞吸收陽(yáng)光、制造營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的葉綠體。今天地球上之所以能有這么豐富多彩的植物資源，全都離不開藍(lán)藻以“內(nèi)共生”的形式變成葉綠體這關(guān)鍵的一步。至于“內(nèi)共生”的故事，我們以后會(huì)找單獨(dú)的機(jī)會(huì)專門來(lái)聊。

藍(lán)藻通過(guò)內(nèi)共生形成葉綠體

前邊我們?cè)岬竭^(guò)藍(lán)藻貢獻(xiàn)了今天大氣中超過(guò)40%的氧氣，而另外的50%多氧氣則來(lái)源于植物中的葉綠體。

如果從生物進(jìn)化史的角度來(lái)看，葉綠體其實(shí)就是以另一種形式存在的藍(lán)藻。所以，我們完全可以認(rèn)為，到目前為止，藍(lán)藻依然是地球上最主要的氧氣來(lái)源！

被誤解的藍(lán)藻

藍(lán)藻一直以來(lái)都是維護(hù)生態(tài)圈穩(wěn)定的重要力量。但是近幾十年來(lái)，隨著人類活動(dòng)和工業(yè)化程度的增加，大量日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物被不斷排入我們周邊的自然水體，造成了水體環(huán)境的急劇富營(yíng)養(yǎng)化和嚴(yán)重的重金屬污染。

過(guò)量的氮、磷營(yíng)養(yǎng)素，再加上重金屬污染的刺激，讓部分藍(lán)藻像脫韁的野馬一般瘋狂生長(zhǎng)，覆蓋了整個(gè)水面，遮擋了其他水生植物和微生物賴以生存的陽(yáng)光，也耗盡了魚蝦蟹貝所需要的氧氣，再加上藍(lán)藻死亡后釋放出來(lái)的微囊藻毒素對(duì)人、畜健康的嚴(yán)重?fù)p害，每一次的藍(lán)藻水華爆發(fā)，都不亞于一場(chǎng)可怕的生態(tài)災(zāi)難。

每一次藍(lán)藻水華爆發(fā)都是一場(chǎng)可怕的生態(tài)災(zāi)難

但是，如果能夠讓藍(lán)藻在受控的條件下快速生長(zhǎng)，那么藍(lán)藻就可以僅僅依靠曬太陽(yáng)和吸收空氣中的二氧化碳，去有效消耗水中富余的磷和氮，并且吸納各種有毒有害的重金屬物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保的水質(zhì)凈化效果。

當(dāng)然，想要利用好藍(lán)藻凈化水質(zhì)的本領(lǐng)，選定合適的凈化場(chǎng)所，設(shè)置適當(dāng)?shù)膬艋鞒?，并且找到打撈、處理成熟藍(lán)藻的低成本方法，同樣是決定藍(lán)藻凈水方案成敗的關(guān)鍵所在。

萬(wàn)事萬(wàn)物，失控為災(zāi)，受控為寶！

希望我們能盡快憑借生物學(xué)的努力，和藍(lán)藻一起，還大自然一個(gè)水秀山清！

我是李旭，您的生物學(xué)知識(shí)搬運(yùn)工！

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