作者：汪婕舒 | Jieshu Wang

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No man is an island, Entire of itself

Each is a piece of the continent

A part of the main.

——John Donne

看着这张图，你想到了什么呢？这些仪态万千、精雕细琢、艺术品一般的小珠宝，是一种肉眼无法看见、却无处不在的小生物——硅藻。

从海洋到湖泊，从热带暗礁到北极浮冰，从淡水到咸水，硅藻的兄弟姐妹遍布全世界。科学家认为，硅藻是种类最丰富的真核生物，可能有多达20万种。别看它们个子小，硅藻对其他生物却至关重要。甚至，你现在呼吸着的氧气，有1/5都来自它们的光合作用呢。今天就让咱们一起来走进硅藻的神奇世界吧！

 

珠宝，还是珠宝盒？

硅藻是一种体积非常微小的单细胞浮游植物。10个硅藻排排坐，还能塞进一个针尖里。它们虽然变化多端，但是结构都大同小异——像一个小盒子，由上下两个盖子扣在一起组成。上面的盖子直径略大，把稍小的下盖扣合在里面，就像培养皿那样。这个小盒子就是它们的细胞壁，厚度大约只有1/4微米，几乎全部由非晶质的二氧化硅和果胶组成。所以呢，说它们像珠宝，不如说更像珠宝盒。

 

如此精美为哪般？

硅藻的小盒子上遍布精巧复杂的花纹和孔洞，有的盖子边缘还有一圈小刺，看上去很像人工雕琢的古董首饰盒，但它却是大自然的杰作。

显微镜让我们可以一窥这些花纹深层的秘密——花纹实际上是由更细微的孔洞排列而成。这些繁复精致的结构，让人惊叹不已，以至于科学家第一次在显微镜下看到硅藻时，以为它们是某种晶体。

面对这样美妙的纹饰，再精巧的手工艺也黯然失色。所以，科学家曾经认为，这些美丽的花纹就是一种浪费。可是，事实果真如此吗？

德国科学家对此进行了研究，并在《自然》杂志上发表了论文。他们尝试用玻璃微针压碎活硅藻，却发现它们坚硬异常，有的甚至能承受每平方米100-700吨的重量。通过有限元分析推算出，如果藻壳变光滑，其强度会减少60％。科学家认为，硅藻似乎在外壳重量和强度之间找到了完美的平衡。它那纹饰繁密的外壳，比中世纪最精良的铠甲还要巧妙得多。如果掠食者不把硅藻弄碎就囫囵吞下去，硅藻有可能完好无损地排出来。

奇特的生殖——俄罗斯套“藻”

硅藻最主要的繁殖方式是无性繁殖。它们的分裂有点类似俄罗斯套娃。分裂时，硅藻会打开自己的小盒子，将上盖和下盖分开——这两个盖子都将成为子代硅藻稍大的那个“上盖”，在里面会长出一个稍小的下盖，再次扣合在一起，成为两个完整的子代硅藻。这时，其中一个硅藻和原来的一样大，另一个就会稍小一点。

如此这般进行下去，总有一个幸运的硅藻永远保持原来的大小。而总是分到下盖的那个不幸的孩子就会越来越小。直到缩小到最初的1/3时，它们就再也不想缩小了。这时为了恢复到原来的尺寸，它们不再分裂，而是通过硅藻特有的生殖细胞——复大孢子，来进行有性繁殖。两个不愿意再缩小的小硅藻一拍即合，相互靠拢，将它们减数分裂产生的精子和卵子结合，形成一个合子。这个合子包裹在一层薄膜内，逐渐长大，这就是复大孢子。复大孢子慢慢长成一个最大尺寸的硅藻。新的一代诞生，而新一轮的俄罗斯套“藻”游戏又开始了。

硅从哪里来？

硅藻壳里的硅，到底是怎么来的呢？英国布里斯托大学的科学家将假微型海链藻（Thalassiosira pseudonana）体内与硅转运蛋白有关的遗传物质植入酿酒酵母，进行了研究。酵母是一种实验室里常用的微生物，它们可以生产出大量来自其他生物的蛋白质。

研究者发现，这种蛋白质结合了溶解于水中的硅酸，带着它们穿过了细胞膜，进入硅藻体内。他们还发现，根据环境的不同，硅藻还会产生几种亲和性不同的硅转运蛋白。

一旦硅酸进入了硅藻的细胞，就能被转化为特殊形式的二氧化硅。美国佐治亚理工学院的科学家发现，假微型海链藻的蛋白质不仅能将硅酸矿化为二氧化硅，还能形成外壳的骨架，有可能正是硅藻形状如此多变的决定性因素。

来自远古的小客人

硅藻虽小，但拥有非常古老的历史。目前已知最早的硅藻化石来自白垩纪。有报告称，在寒武纪和三叠纪的化石中，也发现了疑似它们的身影。还有一份号称来自侏罗纪的硅藻化石，不过受到了专家的质疑。

大部分硅藻化石都沉积在始新世和中新世的地层中，比如下面这张。这是一个远古硅藻的其中一个盖子，来自中新世的海洋沉积物。

然而，硅藻的起源远远早于化石的记录。有人认为，它们起源于2.5亿年前的晚二叠纪生物大灭绝时期。

它的家在星辰大海？

关于硅藻的起源，还有一个有趣的故事。2013年，英国白金汉大学的天体生物学家钱德勒•维克马辛格（Chandra Wickramasinghe）声称在斯里兰卡发现的一块陨石中包含着一个硅藻化石，认为这是地球生物来自太空的证据。不过这个发现受到了学术界的广泛质疑。有的质疑他的陨石是假的，有的质疑刊登这篇论文的《宇宙学杂志》（ Journal of Cosmology）根本不是一本严肃的科学杂志。以《邪恶宇宙》闻名的美国天文学家菲利普•普雷特（Philip Cary Plait）则说：“维克马辛格太狂热了。他认为一切都来自于太空。他认为流感来自外太空，SARS来自外太空……这个表单将会越来越长。我认为这只是他的搞笑表单中的其中一个。”你认为呢？

“万精油”似的硅藻土

硅藻化石最富集的地方，就是硅藻土。这是古代的硅藻遗骸下沉到海洋或湖泊底部，沉积所形成的一种生物沉积岩。今天，它们被开采出来，应用到十分广泛的领域，例如过滤剂、干燥剂、催化剂载体、吸附剂、抛光剂、环保隔热隔音材料、玻璃钢和橡胶填料、造纸、农业粉剂等等，甚至还可以做杀虫剂。一些牙膏和化妆品中也包含硅藻土。

世界上第一位将硅藻土运用到工业领域的人是诺贝尔。发明了硝化甘油的他，发现硅藻土具有化学惰性，吸水能力也很强，就将其制成了一种容易处理的固体塑胶炸药。它的爆炸力比普通炸药高五倍，而硝化甘油对震动和温度敏感、运输困难等缺点，却被有效的消除了。不过由于当时显微镜技术有限，人们还无法知道硅藻的真实面貌。

在一些季节性的湖泊，硅藻沉积物形成了一层一层的结构，可以让科学家观察到环境在一段时间内的变化，是优良的古代环境指示图。

小小的它，有大大的梦想

硅藻的数量之大，超乎我们的想象。每一个小小的硅藻，都在不停的进行着光合作用，吸收二氧化碳，释放出氧气。数以亿兆的硅藻一起进行这个过程，带来了两个非常重要的结果：组成了全球25%的初级生产力，并生产出大气中20%的氧气——相当于地球上所有热带雨林所产生的氧气。

这巨大的成就，来源于亿万年中，每一个小硅藻不停歇的生命过程。虽然它们小到连肉眼都看不见，但却拥有了改变世界的能力。这生命的奇迹怎能不叫人赞叹！

图片来自《自然界的艺术形态》（德国生物学家恩斯特•海克尔（Ernst Haeckel）于1904年出版的平板印刷插画图鉴）