第一章
拯救我们星球的微小植物
第二章
海藻是怎么回事？
第三章
藻类历史和政治
第四章
海藻的竞争优势是什么？
第五章
藻类分类
第六章
藻类物种选择
第七章
藻类培养
第八章
藻类让我们变成了人类吗？
藻类将二氧化碳转化为植物键并释放出氧气
马克·爱德华兹博士的藻类基础知识
第一章:拯救我们星球的微小植物Algae拯救了我们的星球，将我们的大气层转化为氧气，让生命得以存在。海藻通过提供地球上第一份食物再次拯救了我们。海藻能再次拯救我们的星球吗？
早期的地球既不支持生物也不支持食物。大约37亿年前，因为地球表面太热，没有氧气，所以没有生命存在。地球的大气层由一层致命的吸热CO₂和甲烷气体组成。
化石记录显示，一种微小的植物出现在原始汤里，并做了一件非凡的事情。这种植物吸收了太阳能，并利用化学反应——光合作用——来分解CO₂和水分子。这个微小的植物通过从H₂O获得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绿色植物键，即碳氢化合物。海藻已经开始改变大气。
自然发生，研究地球上的生命是如何出现的，使用了原始汤理论，并提出地球上的化学条件创造了生命的基本组成部分。虽然关于第一个生命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，只有一个纳米粒子的大小，5微米。这句话结尾的句号大概是500。
藻类系统地收集太阳能，隔离碳原子并释放氧气。藻类以一次一个微小分子的惊人速度移动，将无法维持生命的恶劣二氧化碳大气转化为支持生命的氧气大气。藻类又花了30亿年才产生足够的氧气来支持其他形式的生命，因为陆地植物仅在大约5亿年前从藻类进化而来。
藻类在大气中的转化使得其他水生植物、鱼类、昆虫、陆生植物、两栖动物、爬行动物以及最终陆生动物得以发展。尽管微藻是我们星球上最小的植物，但每天藻类产生70%的大气氧气，超过所有森林和田野的总和。
海藻的第二份礼物——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——充当食物链的基础。许多最早的植物和水生生物依赖藻类作为食物来源。从最小的浮游植物到地球上最大的哺乳动物，大蓝鲸，海藻都是营养丰富的食物，因为这种植物提供了丰富的蛋白质、矿物质和维生素。每天，当藻类捕获CO₂并释放纯氧时，绿色生物质为比地球上任何其他食物来源多100倍的生物体提供食物。
地球上的残酷条件意味着第一批藻类细胞不得不进化和再进化数百万次，因为它们的微环境因电风暴和酷热而崩溃，随后是冰冻和超高温岩石的流星雨。藻类表现出令人难以置信的持久性，并发展出多种多样的防御机制，使植物得以生存和繁殖。藻类为了生存而快速适应的能力导致了大约1000万种藻类，每一种都具有独特的生长能力和生物量组成。
由于藻类形成了食物链的最底层，它们发展出了一种绝妙的生存策略——生长速度快于捕食者的速度。以藻类为食的食草动物吃很多但不是所有快速生长的植物。繁殖速度比掠食者吞噬它们的速度更快，这创造了巨大的竞争优势，确保了藻类的生存。藻类可能是第一顿免费的午餐，因为许多物种发展出了在中午之前将生物量翻倍的能力。一个藻类细胞可能在一天内产生一百万个后代。
藻类大量繁殖在古代海洋、湖泊和池塘中很常见。我们今天燃烧的化石燃料主要由化石藻类构成。孩子们在学校被告知原油来自恐龙，但恐龙在地球上游荡了大约2亿年，为时已晚，无法成为化石燃料的首选生物质。
大多数种类的藻类非常小，只有在显微镜下才能看到。然而，藻类可以以可见和可食用的形式聚集、成束、成簇或生长。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。随着藻类储存的能量在食物链中上移，藻类的绿色太阳能每天为数万亿生物的生长提供燃料。
被称为海藻或大型海藻的海藻通常生长成具有陆地植物外观的形式，具有假根、假干和假叶。这种平行进化使得海藻可以长到和树一样大。大型海藻经常被鱼类和哺乳动物直接食用，如海獭、海牛、海豚和鲸鱼。大型海藻为海洋提供了各种鲜艳的颜色，并提供了比食草动物能吃的多得多的生物量。
藻类生长在极地冰盖下的森林中，冰川下的土壤中，最炎热和最干燥的沙漠中，以及池塘、水族馆和水道中。藻类的简单性使得这些植物异常健壮；它们不仅能在极端恶劣的环境中生存，还能生产高价值的生物质。对于一种在数十亿年前的恶劣环境中生存下来的植物来说，今天地球上最恶劣的环境可能显得很温和。
丰富的投入
藻类利用丰富且通常过剩的输入，包括阳光、CO₂、废物、盐水或海水。藻类光合作用从周围的水中剥离CO₂和养分，并产生由各种形式的脂质(油)、蛋白质和碳水化合物组成的植物生物质。这个过程向大气中释放出大量的纯氧。
藻类使用丰富而廉价的原料
在未经人类培养的自然环境中，藻类是许多生物的主要食物来源。在自然环境中生长的野生藻类产生令人难以置信的快速生物量增长，但既不可靠也不可持续，因为产量通常会因营养限制或捕食者攻击而崩溃。与野生藻类相比，在池塘、水槽或容器中培养藻类能够显著提高生产力，因为可以提供足够的营养，并且可以控制或避免捕食者。
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，只能以稀释在水中的游离离子的形式存在。然而，藻类可以快速消耗自然环境(如泻湖)中的可用离子。同样，藻类有策略地适应，许多物种有能力从生物量或其他废物中消耗有机养分。
海藻会再次拯救我们吗？
不起眼的海藻通过在每磅海藻生物质中隔离两磅CO₂拯救了我们的星球。今天，我们的大气和海洋携带着大量来自人类化石燃料污染的CO₂。藻类可能通过减少大气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，这种燃料可以回收大气中的碳，同时取代化石运输燃料。当种植、收获和提炼能源来自太阳能、风能、海浪、地热或海藻油等可再生资源时，碳中性燃料由海藻原料制成。
藻类燃料有一个显著的优势，那就是它们燃烧干净，没有黑色的烟灰颗粒。导致肺部疾病、呼吸系统疾病和癌症的黑色煤烟污染来自超过4亿年的藻类石化成原油、煤和页岩。海藻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，就像它们的陆地近亲——植物油一样。
藻类有望为我们日益炎热、拥挤、饥饿和消耗能源的社会提供急需的解决方案。摆在我们面前的机遇是，以一种让全球人民参与进来的方式来培养藻类，从而生产可持续的、负担得起的食物和能源，满足当地家庭和社区的需求。
第二章:海藻是怎么回事？
螺旋藻饼干。图片提供:thedorkyfrench.com
海藻的价值链。
Algae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。任何可以由陆地作物制成的食物、纤维或材料都可以由藻类制成，因为陆地植物是在5亿年前由藻类进化而来的。海藻提供了比陆地植物更广泛的颜色、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由藻类制成，因为化石燃料只是藻类化石或以藻类为食的生物。
藻类最有用的属性并不是我们可以从藻类中制造任何东西。海藻与陆地植物和化石燃料的区别在于海藻的食物、能量和副产品是如何制造的。我们的大气中CO₂超负荷，它被自然回收或被海藻隔离。随着全球变暖，粮食作物将会歉收，但藻类在高温下会繁茂生长。我们的世界没有足够的耕地种植粮食作物，但藻类可以在非耕地上生产补充食物和能源。
从全球来看，社会正经历着淡水的匮乏，然而藻类却在废水、盐水或海水中大量繁殖。我们已经过了石油峰值，藻类可以以比开采原油更低的成本提供液体运输燃料。农民面临着自然资源的严重短缺，如藻类可以回收的磷，以及从动物和人类废液中回收和再利用营养物。
藻类种植可以不使用或使用最少的化石资源生产有价值的生物质，这些化石资源与基于陆地的粮食作物竞争，并且不需要肥沃的土壤、淡水、化石燃料、肥料和化石农业化学品。将藻类生产集中在农场或城市垃圾处理场，使藻类能够将这些昂贵的废物流从成本中心转变为利润中心，提供能源、动物饲料和丰富的有机肥料。除了用于生物燃料和有价值的副产品的生物质生产之外，将藻类生产放在碳源附近，如发电厂或水泥厂或啤酒厂，提供了潜在的污染解决方案。当藻类净化空气和水时，绿色生物质将CO₂和废物营养转化为有价值的糖、蛋白质、脂类、碳水化合物和其他有机化合物。
我们目前的食物和运输系统对空气、土壤和水有很大的污染。藻类可以生产碳中性的食物和燃料，具有积极的生态足迹。我们目前的燃料燃烧时会释放出肮脏的黑色煤烟颗粒，但海藻燃烧起来很干净。藻类燃料在几周内就被制造出来了，并且没有经历3亿年又深又脏的石化过程。海藻燃料燃烧清洁，因为它们本质上是植物油。
海藻是令人着迷的研究，因为根据权威教科书海藻作者:詹姆斯·格拉汉姆、李·威尔库克斯和琳达·葛拉罕，估计存在1000万种藻类。它们所有的特殊化合物中可能有90%仍有待发现、描述和培育。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。藻类受益于比陆地植物多30亿年的适应和进化，它们创造了巧妙的生存策略，以最大限度地提高它们的生长和活力，并击退捕食者。
藻类成分已经融入到我们的食物、饲料、化妆品和药品中。亚利桑那州立大学的市场篮子测试发现，消费者通常在超市购买的近70%的产品含有藻类成分。大多数人不直接食用藻类，而是喜欢食用由藻类成分制成的产品，包括:代替小麦、玉米或大豆粉的藻类粉；海藻油比玉米油更健康，脂肪含量更低，海藻营养素如Omega 3s。
低热量，美味的海藻巧克力将使消费者拥有他们的蛋糕，吃它没有高热量的罪恶感。除了比陆地食物脂肪更低、营养更高之外，俄罗斯和日本的研究表明，藻类可能会改变肝脏中控制脂肪酸代谢的酶活性，从而降低血液中的脂肪、胆固醇和甘油三酯水平。
巧克力海藻饼干
藻类在为人类关键需求提供产品和解决方案的价值链中具有独特的地位。价值链包括可持续食品、燃料、生态和新颖的解决方案，以藻类的绿色承诺为代表。
食物
- 食物。藻类提供高蛋白、低脂肪、营养、健康和美味的人类食物。海藻比陆地植物提供更多的维生素、矿物质和营养物质，是一种天然的健康食品。藻类由于热量少，不能为营养不良提供全面的解决方案。
- 注意:藻类的食物价值将是次优的，直到找到一些关键问题的解决方案；使坚硬的细胞壁易于消化并产生较少的核酸。所有其他绿色承诺只等待宏观和微观规模的培养藻类生产系统。
- 食品配料。藻类成分增强了现代超市中约70%的产品，包括乳制品、啤酒、软饮料、果酱、烘焙产品、汤、沙司、馅饼馅、蛋糕、糖霜、色素、溃疡治疗剂、助消化剂、眼药水、牙膏、护肤霜和洗发水。
- 饲料。藻类产生高蛋白、低成本、营养丰富的动物饲料，含有多种维生素、矿物质和营养物质。替代一半作为美国出口商品出售给动物的粮食将节省2000万英亩耕地和数万亿加仑淡水。当地村庄的藻类生产可以喂养数百万只动物，并且每年可以拯救2000万英亩的森林和草原免于因动物饲料而荒漠化。
- 渔业。藻类提供高蛋白；低成本，营养丰富的鱼饲料，维生素和营养素。藻类可以在原位生长，在水中生长的有鳍的鱼和有壳的鱼。鱼在海藻上比在陆地谷物上生长得更快，更有活力，因为鱼在它们的自然栖息地吃海藻。
燃料
- 燃料——生物柴油。直接从藻类生物质中压榨出的海藻油从阳光、二氧化碳和废水中生产出可再生和可持续的高能生物燃料。替代美国的乙醇产量需要200万英亩的沙漠，相当于一个亚利桑那州县的一半。用藻类代替玉米作为生物燃料原料，每年将节省4000万英亩耕地、2万亿加仑水、2 . 4亿吨土壤侵蚀和大范围水污染。
- 燃料——喷气燃料、乙醇和氢气。藻类可以生产包括汽油在内的多种高能液体运输燃料。虽然提炼通常比压榨海藻油需要更多的能源投入，但美国的乙醇提炼能力可能会过剩。藻类可以在化石燃料精炼厂中精炼成由化石燃料制成的相同产品，因为化石燃料仅仅是化石藻类。
- 化石燃料。替代美国的乙醇生产也将节省70亿加仑用于生产乙醇的化石燃料。将1/10的美国农业生产从肮脏的柴油转移到清洁的海藻柴油将清洁环境并每年节省200亿加仑化石燃料。用海藻油代替卡车、火车、轮船和飞机使用的一部分柴油，可以节省更多的化石燃料。
- 火——烹饪。烧火和用木头、杂草和粪便取暖产生的黑烟每年导致160万人因吸烟而死亡，1000万人因吸烟而残疾，其中大多数是妇女和儿童。清洁燃烧的高能海藻油可以结束吸烟死亡和许多吸烟残疾。用海藻油代替木材、粪便和农业材料将节省大量收集柴火的劳动力，并允许重新种植森林。
生态解决方案
- 淡水。让废水流过藻类植物来滋养植物并净化水质。使用废水或盐水生产燃料、饲料或肥料节省了原本用于陆地作物的水。用农业食品取代美国一半的食品出口将节省3000万英亩耕地、2万亿加仑水和50亿加仑化石燃料。
- 新鲜空气。使烟道气通过藻类培养去除发电厂或工厂中的CO₂、氮氧化物、硫和重金属如汞，隔离温室气体并净化空气。藻类仅代表部分解决方案，因为植物仅在有阳光的情况下生长，并且发电厂一天24小时运行。一些制作人报道了夜间生产的成长灯的成功。
- 肥料。固氮藻类可以以非常低的生产和能量投入成本提供高氮肥。该产品是天然的，支持有机食品生产，并能为全球农民提供廉价的当地肥料。海藻灰在烹饪用火中燃烧后保留了肥料的价值。
- 森林。高能海藻油燃料可以结束砍伐森林和草原来做饭和取暖的需要。村民们可能会在他们的森林中重新种植坚果树或豆科植物作为食物，以抵消藻类食物提供的低热量。
新颖的解决方案
- 面料。藻类碳水化合物类似于木材，可以制成纺织品、纸张和建筑材料。海藻纸和建筑材料拯救森林。织物为粮食作物节省了耕地，并提供了温暖。藻类可以制成可生物降解的塑料、生物燃料或其他精炼产品。
- 外援。美国对外援助提供美国补贴的粮食，破坏或摧毁当地的粮食生产，因为农民无法与美国补贴的粮食竞争。赠送食物未能解决饥饿和贫困的根源——当地对食物资源的控制和社区参与。外国农业援助将转让知识和一些启动材料，以在当地种植藻类食品、燃料、饲料、肥料和药物。
- 饥荒与救灾。海藻含有丰富的维生素和矿物质，可以激活免疫系统，抵御饥饿，同时提供燃料、饲料、织物、肥料和优质药物。当地农业生产救灾可以防止数百万人的社区饥饿。当地的藻类生产解决了食物分配的关键问题。
- 优质药品。高质量、负担得起的药品、疫苗和药物可由藻类副产品制成，或在藻类生物工程中生长，以生产高级化合物，如抗生素、维生素、营养制品和疫苗。这些化合物如今在陆地植物和动物中生长，因此藻类提供了显著更快和更低成本的生产。通过提供低成本疫苗或其他不需要包装或分销的药物，在当地村庄生长的特制藻类可以挽救数百万人的生命。优质药物，尤其是为个人量身定制的个性化药物，可能比所有其他藻类副产品的总和更有价值。
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点燃绿色淘金热，从藻类中生产高价值和可负担的食物、燃料、饲料、肥料和药物。
藻类食物产品可以创造丰富的食物和能源，同时减少对需要大量耕地、淡水、化肥和化石燃料的食物产品的需求。只给大气增加氧气而不污染当地生态系统的粮食生产将为环境带来非常积极的净收益。
改编自:绿色太阳能花园:海藻终结饥饿的承诺, 2009.
