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海洋里的花花世界——硅藻

2021-01-11 | 来源:科普开放部| 【  

  从大海中取一滴海水,表面看上去晶莹透亮,如果在显微镜下放大二十五倍,却是另一个生机勃勃的世界。有灵巧的纤毛虫,不断变换着躯体形状游走采食;有弹簧一样的蓝藻,它是地球上最原始的一种生命形式;有长着大触角的桡足动物,矫健好动;还有一类生物,体型微小却结构精妙,常令观者惊叹不已,它就是硅藻。

(图片来自网络)
  硅藻,异鞭藻门硅藻纲,是一类具有色素体的单细胞藻类,一般非常微小,小的仅有几微米,大的也不超过1-2毫米,它们是海洋中最常见的浮游生物,以群体形式栖息于几乎所有的水生环境中,分布极其广泛。
  世界各地的海洋中都有硅藻的踪迹,尤其是在温带和热带海区分布更多,可营浮游生活,也可营附着生活。营附着生活时,硅藻附生在岩石或水生生物等基质上形成大量的褐绿色膜层,例如鱼缸长时间不换水,缸壁上生出的泥土状斑点就是硅藻的一种。
  安能辨我是动物还是植物?
  曾几何时,人们还在为硅藻是动物还是植物而争论不休,它曾被认为是种像草履虫那样的单细胞动物,然后又因为能够进行光合作用,同时还有细胞壁而被分到了植物一边。目前,学界较为统一的认识是硅藻既不属于动物、也不属于植物,而是不等鞭毛生物的一支,因为植物的细胞壁是由果胶组成,而硅藻的细胞壁由硅质组成,这与植物有着本质的区别。
  硅藻的典型特征就是它们能分泌一层由硅质构成的细胞外壁,即硅藻壳,硅藻也因此而得名。其细胞形似一个培养皿,两个硅质外壳通过环带嵌套在一起,一大一小相互扣合保护住原生质,同时又保证有充分的光线通过。 
(左图:Sunlin Hu and Chao Liu / diatoms.org;右图:CSIRO / wiki commons)
  与显微镜下其他微生物略显杂乱的美不同,硅藻壳中的硅质以某种有序的方式进行沉积,使得其细胞外壳极具观赏性,严整精密,仿佛经过了精心的设计,不由得让人惊叹大自然的绝妙。
  在硅藻的瓣壳上有许多美妙的不可思议的花纹和图案。根据壳的形状和花纹排列的方式,硅藻可分为中心硅藻纲和羽纹硅藻纲,如果硅藻是圆盘状的,那它的花纹通常呈中心放射状,即中心硅藻纲;如果硅藻是舟形或是杆状等细长形的,那在壳的纵向会看到一条轴,而花纹呈轴对称分布,即羽纹硅藻纲。?
(图片来源:diatoms.org)
  硅藻瓣壳上漂亮的图案在普通光学显微镜下并不明显,为了向人们展示单细胞硅藻复杂的构造和美丽的体形,美国海洋生物研究人员保罗·哈格里夫斯先用一些电子束照亮这些单细胞生物,同时用电子显微镜拍摄它们的3D照片。这些照片拍摄出来是黑白的,为了突出它们的结构层次,哈格里夫斯邀请艺术家法耶·达尔林给这些生物上色(并非真实的颜色)。结果,一张张美丽的单细胞硅藻的显微图就呈现在了我们眼前。
(图片来源:Paul Hargreaves and Faye Darling/BNPS.co.uk)
  就像压花师利用自然界中的花草来做出美丽的作品,一些爱好者利用硅藻为原材料进行艺术创作,更是把硅藻的美展示的淋漓尽致。?
(图片来源:california academy of sciences geology)
  硅藻不仅仅是颜值出众,在整个地球生态系统里有着举足轻重的地位。硅藻是海洋初级生产者的主要贡献者,是鱼、贝、虾类特别是其幼体的主要饵料。凭借着极大的数量和高效的光合作用,硅藻为地球供应了近20%的氧气,同时,它还是水环境的指示针,如果水体受到富营养污染或其他原因,一些硅藻会大规模繁殖而形成赤潮,使水质恶劣,不仅影响美观,更会对渔业带来危害。
  化作硅土更显神通。硅藻死后,在某些情况下它们坚固多孔的硅质外壳不会分解,而会完整的堆积在水底,当条件利于保存且保存时间很长时,那些在海底沉积下来的以硅藻为主要成分的沉积层,逐渐形成了经济价值极高的硅藻土。历经长期的地质变迁,已在内陆和一些高于海平面的地方发现硅藻土,最有名的就是美国加利福尼亚州的斯波克,那里的硅藻土可直接露天开采。硅藻土本质是含水的非晶质二氧化硅,有时还能完好地保存动植物的遗体,在古生物学研究领域具有重要意义。
  硅藻土在工业上有很多用途,可以作为牙膏和金属抛光剂中一种柔和的研磨剂成分,诺贝尔发现了硅藻土具有化学惰性和强吸水能力,利用其作为硝化甘油的载体,增加液体炸药的稳定性,便于储存和运输;另外因为其微孔构造,可制造过滤剂、隔热及隔音材料、面膜、吸水垫等。
(图片来自网络)   
  硅藻这些小精灵已经在地球上存在了亿万年,看似微不足道,却演绎出千姿百态的生命形态。
  撰文:霍岩
 

 

  

 
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