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。
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:
- 灌溉用强力泵的发明
- 合成肥料生产新技术
- 高产种子分子遗传学研究进展
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、*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*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
- 上层建筑。陆生植物将大量的能量用于构建纤维素结构，包括树干、叶子和茎，以抵御风吹雨打。藻类没有这样的要求。水就像一个天然的子宫一样支持着藻类。
- 性。陆地植物将它们35%的能量用于建造和支持它们的性器官。藻类是一种简单的单细胞生物，不需要考虑性结构。条件好的时候，藻类有性繁殖。当应激源出现时，这些细胞可以无性繁殖。
- 根源。陆地植物将25%的能量投入到根系中，根系将它们固定在原地，使植物依赖于土壤水分和生物可利用的营养物质，这些营养物质通常由土壤微生物(如藻类)提供。藻类没有根，有些种类还长有鞭毛，它们可以通过鞭毛摆动来获取营养、水分或太阳能。
- 增长速度。粮食等陆地植物需要一个完整的生长季节，从春季到秋季，通常需要140天或更多的时间来生产一种作物。藻类学会了在得到营养的情况下繁茂生长，可以迅速成长成熟。一个藻类细胞可以在一天内产生超过一百万个后代。
- 方向。陆地植物朝着太阳的一个方向缓慢生长，10天内生物量可能会增加一倍。然后，它们逐渐缓慢成长至成熟。藻类向四面八方360度生长，每天的生物量可以增加三到四倍。
- 持续的收获。藻类生长如此之快，每天可以捕获一半的藻类生物量。在亚利桑那州、新墨西哥州、科罗拉多州和德克萨斯州等地，每年可能有360天的时间在阳光普照的每一天进行收获。
- 连续的生长季节。一些藻类生产者全年都在种植藻类，使用适合每个季节的品种。一些生产商使用种植灯来增加太阳能。一些生产商正在用LED和其他形式的光进行实验，以延长日光下的生长时间。
- 强大的生产。在整个生长季节的一个单一事件，如气温上升、干旱、昆虫、风或冰雹可以摧毁整个粮食作物。当坏天气发生时，藻类会休息，放慢生长速度或进入休眠状态。当天气好转时，藻类恢复快速生长。
- 固氮作用。被称为蓝藻细菌的蓝绿藻能够从大气中固定氧气，这促进了生长，因为氮通常是固定水体中的限制性营养物质。
- 组成。陆地植物绿色生物量如玉米可能是80%的非油类或废物，因为大多数植物组成是纤维素结构，而不是用于食物或能源生产的蛋白质。一些藻类菌株可以产生50%的油脂，这些油脂可以直接转化为航空燃料或绿色柴油。
- 存储能量。像玉米这样的陆地植物可以转化为乙醇，燃烧的热量更少，每加仑只能提供汽油的64%。藻类将阳光、二氧化碳和其他营养物质转化为长碳链，这些碳链可以转化为更强大的液体运输燃料，如JP-8、航空燃料和绿色柴油，这些燃料每加仑的能量可能比汽油多30 - 50%。
- 积极的能量。用玉米生产乙醇是一种能量汇，因为它消耗了更多的能量，主要是柴油和燃料提供的电力。藻类可以用最少或不使用化石燃料产生燃料。
- 可持续的。土地作物消耗大量即将耗尽的化石资源——肥沃的土壤、淡水、化石燃料、化肥和化石农业化学品。藻类不会与土地作物争夺资源，可以在充足的资源下生长，这些资源包括阳光、废水和过剩的二氧化碳。
- 生态的积极。现代粮食生产每英亩增加2.5吨二氧化碳，加上一氧化氮、微粒和烟雾。每英亩作物会侵蚀6吨土壤，这些土壤所携带的营养物质和化学物质会污染湿地、河流和湖泊。藻类养殖只向大气中排放氧气，同时封存二氧化碳，避免土壤侵蚀和生态系统污染。
- 地理上的独立性。与陆地作物不同，许多藻类物种生长在地球上最恶劣的环境中。在封闭和半封闭的生长系统中，藻类几乎可以在任何海拔、纬度、经度或地理位置生长。
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。
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。
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:
- Bacillariophyta — diatoms硅藻
- Charophyta — stoneworts轮藻
- Chlorophyta — green algae绿藻
- Chrysophyta — golden algae金藻
- Cyanobacteria — blue-green蓝藻
- Dinophyta — dinoflagellates甲藻
- Phaeophyta — brown algae黄藻
- Rhodophyta — red algae红藻
