【蓝藻】蓝藻：是天使，还是魔鬼？是地球超级制氧机？还是远古冷血屠夫？

关于蓝藻，我不知道你们知道多少。

但是，当绝大多数人听到这个名字的时候，首先浮现的一定是漂浮在湖面上的厚厚的绿藻化。

蓝藻水华爆发

很多人常常把湖泊河流的水质变坏归咎于蓝藻的过度生长，但实际上蓝藻水华的爆发，只是大自然面对水体污染和过度富营养化的一种自我净化。

蓝藻不但不是水质污染的罪魁祸首，从某种程度上来说，蓝藻恰恰是我们可以用来重建水体生态平衡、再造绿水青山的关键武器。

蓝藻的分类

蓝藻又叫做蓝细菌，在地球上有可能已经繁衍生息了将近35亿年的时间，是我们地球上含量最丰富的光合微生物，整个大气中超过40%的氧气都来自于蓝藻的光合作用。

我们平常所说的蓝藻其实是一个总体概念，科学家们已经在地球上发现了至少2000种以上的蓝藻品种，根据外形和细胞分工的不同，我们通常可以把蓝藻分为5个类别。

现代蓝藻通常被分为5个类别

最简单的蓝藻被称为色球藻，他们由单个细胞组成，通常通过1分为2的方式分裂出新的个体。

色球藻

宽球藻同样由单个细胞组成，但是他们的分裂方式是1分为3，所以分裂出新个体的速度比色球藻要快得多。

由于分裂速度太快，许多新细胞经常会被最初那个蓝藻外面厚实的一层纤维膜包裹在一起，来不及分开，所以粗看起来显得比色球藻个头大了许多。但在显微镜下细看，你就会发现这个大胖子实际上是由许多个彼此完全独立的小蓝藻细胞组成的。

宽球藻

颤藻是最简单的多细胞蓝藻，由几十个到上百个功能相同的细胞连成一条线；当一个细胞生长成熟后，它可以通过先一分为二，然后两个小细胞再分别长大的方法让颤藻不断生长；但这种分裂能力并不会一直持续下去，分裂过几次的细胞会逐渐衰亡，最终死去。

颤藻

念珠藻的外形和颤藻类似，也是由多个细胞排列成一条线；但与颤藻不同的是，在念珠藻中有两种功能不同的细胞，一种是负责进行光合作用的营养细胞，另一种则是专门负责吸收和固定氮气，为蓝藻提供氮肥的固氮细胞。

念珠藻

在蓝藻家族中，真枝藻是结构和功能最复杂的类型，他们除了具备营养细胞和固氮细胞的分工之外，还可以向各个方向进行细胞分裂。所以，不同于颤藻和念珠藻总是排成一条由单细胞组成的长链，在真枝藻里，可以有多排细胞并列排在一起，组成真枝藻的细胞们甚至可以向各个方向长出像树枝一样的分叉。

真枝藻

蓝藻的起源

在大致了解了蓝藻的分类情况后，让我们来看看蓝藻的起源和进化过程。

蓝藻的起源和进化时间表

通过地层化石，我们大致可以知道早在35亿年前，地球上就开始出现了疑似蓝藻的生物（由于缺乏进一步证据，这个推测尚无定论）。

早期的蓝藻虽然可以进行光合作用，但并不能产生氧气；直到约30亿年前，我们现在非常熟悉的光合系统II才在蓝藻中开始出现，从这以后蓝藻才能够一边生长一边向外界环境放出氧气。

到了距今大约26亿年前的时候，多细胞形式的蓝藻开始出现，蓝藻适应环境的能力得到大幅度提升，其分布范围和总量有了突飞猛进的增长。

“大氧化事件”引发的史前生物大屠杀

蓝藻的蓬勃生长带来了源源不断的氧气，使得海洋和大气中的氧气含量不断攀升。

氧气对现代生物而言，虽然是必不可少的生命之源，但对于地球早期从来没有接触过氧气的厌氧生物而言，杀伤力绝不亚于我们耳熟能详的砒霜、鹤顶红。

大约在距今24亿年前，急剧增高的氧气浓度将原来地球上占主导地位的厌氧生物大批量杀死，同时使得海水和空气从原来的还原态逐渐转变成了氧化状态。

这一过程就是著名的“大氧化事件”，他不但扭转了生命进化的整体方向，还引发了地球化学环境的根本性改变。

蓝藻种类的重新分化

蓝藻引发的大氧化事件不但改变了其他生命体的演化方向，对蓝藻自身的进化也产生了显著的干扰。

现在我们能够看到的5个大类的蓝藻其实绝大多数都是由大氧化事件前的原始多细胞蓝藻演化而来，只是由于生存环境变化，部分多细胞蓝藻又重新回到了单细胞状态。

另外由于生成氧气和从空气中固氮需要在不同的细胞中分别完成，在距今约23亿年前，多细胞蓝藻中发生了第一次细胞功能分化，一部分细胞专心光合作用生产营养物质和氧气，另一些则专心将空气中的氮转变为蓝藻可以吸收利用的形式。

蓝藻的进化分析树：揭示了多细胞起源和固氮细胞分化起源

从进化分析树上，我们可以清楚地看出，具有固氮细胞的念珠藻和真枝藻在蓝藻家族中的亲缘关系最近，在进化上他们可以被看作是区别于其他三类蓝藻的一个独立的进化分支。

内共生形成叶绿体

蓝藻在引发大氧化事件后，还参与了另一个对现代生物体系至关重要的生物事件，就是被不具有光合作用能力的真核细胞吞食后，不但没有被消化吸收，反而演变成了能够帮助这些真核细胞吸收阳光、制造营养物质的叶绿体。今天地球上之所以能有这么丰富多彩的植物资源，全都离不开蓝藻以“内共生”的形式变成叶绿体这关键的一步。至于“内共生”的故事，我们以后会找单独的机会专门来聊。

蓝藻通过内共生形成叶绿体

前边我们曾提到过蓝藻贡献了今天大气中超过40%的氧气，而另外的50%多氧气则来源于植物中的叶绿体。

如果从生物进化史的角度来看，叶绿体其实就是以另一种形式存在的蓝藻。所以，我们完全可以认为，到目前为止，蓝藻依然是地球上最主要的氧气来源！

被误解的蓝藻

蓝藻一直以来都是维护生态圈稳定的重要力量。但是近几十年来，随着人类活动和工业化程度的增加，大量日常生活和工农业生产废弃物被不断排入我们周边的自然水体，造成了水体环境的急剧富营养化和严重的重金属污染。

过量的氮、磷营养素，再加上重金属污染的刺激，让部分蓝藻像脱缰的野马一般疯狂生长，覆盖了整个水面，遮挡了其他水生植物和微生物赖以生存的阳光，也耗尽了鱼虾蟹贝所需要的氧气，再加上蓝藻死亡后释放出来的微囊藻毒素对人、畜健康的严重损害，每一次的蓝藻水华爆发，都不亚于一场可怕的生态灾难。

每一次蓝藻水华爆发都是一场可怕的生态灾难

但是，如果能够让蓝藻在受控的条件下快速生长，那么蓝藻就可以仅仅依靠晒太阳和吸收空气中的二氧化碳，去有效消耗水中富余的磷和氮，并且吸纳各种有毒有害的重金属物质，实现低碳环保的水质净化效果。

当然，想要利用好蓝藻净化水质的本领，选定合适的净化场所，设置适当的净化流程，并且找到打捞、处理成熟蓝藻的低成本方法，同样是决定蓝藻净水方案成败的关键所在。

万事万物，失控为灾，受控为宝！

希望我们能尽快凭借生物学的努力，和蓝藻一起，还大自然一个水秀山清！

我是李旭，您的生物学知识搬运工！