硅藻的身份揭秘：動(dòng)物與植物之間的神秘生物

原創(chuàng)：植夢(mèng)書的魚老板

來(lái)源：物種日歷

自盤古開天辟地以來(lái)……（不好意思，拿錯(cuò)劇本了）

在遙遠(yuǎn)的侏羅紀(jì)，一億五千萬(wàn)年前，硅藻與恐龍共同生存在地球上。它們把周圍的硅酸占為己有，構(gòu)建它們堅(jiān)硬多孔的硅質(zhì)保護(hù)殼。死去之后，那些難朽的軀殼大片大片沉入大海，經(jīng)億萬(wàn)年的時(shí)光堆積成土，竟也能為人類所用。

雖然用途廣泛，硅藻土看上去也不過(guò)就是白色土塊，平平無(wú)奇，但如果你把硅藻放在顯微鏡下的話，新世界的大門就此打開：

顯微鏡下的硅藻標(biāo)本。圖片：Klaus Kemp

顯微鏡下的異世界

硅藻個(gè)體非常小，一般只有2微米到200微米，最大的圓篩盤藻屬（Coscinodiscus）種類直徑也不過(guò)半毫米，肉眼顯然沒法看真切，因此在18世紀(jì)之前，人類從來(lái)沒有注意過(guò)它們的存在。

第一個(gè)在顯微鏡下觀察到硅藻的人很有可能是荷蘭人列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek），他自制的光學(xué)顯微鏡具有觀察硅藻的能力，他觀察過(guò)的樣本中也肯定有硅藻存在。然而可惜的是，他發(fā)表過(guò)的所有插畫中沒有任何一幅可以肯定是來(lái)自硅藻。

列文虎克簡(jiǎn)易顯微鏡的復(fù)制品。圖片：Wellcome Images / wiki commons

真正可以確定的最早的硅藻觀察記錄，出自倫敦皇家學(xué)會(huì)在1703年收到的一篇稿件。作者姓名已不可考，但在文章插畫中，我們可以清晰地看到一種淡水硅藻：平板藻（Tabellaria sp.）的身影。

最早的硅藻插畫（左）和現(xiàn)實(shí)中的平板藻（右）。左圖：Anonymous (1703). Philos. Trans. R. Soc. London. 23(288): 1494；右圖：EQAT Phytoplankton

硅藻最早的科學(xué)記錄是100多年之后。1846年，荷蘭植物學(xué)家范登博世（R. B. van den Bosch）在他出版的澤蘭省藻類名錄中收錄了硅藻。而真正讓大家見識(shí)到硅藻之美的，還是恩斯特·海克爾（Ernst Haeckel）在1904年出版的《自然界的藝術(shù)形態(tài)》——當(dāng)然，與此同時(shí)，讓大家見識(shí)到的也有很多其他奇奇怪怪物種的美麗。

圖片：《自然界的藝術(shù)形態(tài)》 (1904)，Ernst Haeckel

圖片：《自然界的藝術(shù)形態(tài)》 (1904)，Ernst Haeckel

是動(dòng)物還是植物？

一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，人們就在為硅藻到底是動(dòng)物還是植物而爭(zhēng)論不休。

它曾被認(rèn)為是種像草履蟲那樣的單細(xì)胞動(dòng)物，然后又因?yàn)槟軌蜻M(jìn)行光合作用，被分到了植物一邊——它們甚至還有細(xì)胞壁！

顯微鏡下的海生硅藻。圖片：NOAA / wiki commons

然而，真核生物遠(yuǎn)非動(dòng)植物兩分就可以簡(jiǎn)單解決的，尤其是顯微鏡發(fā)明之后，那些微小的單細(xì)胞生物如何分類難壞了生物學(xué)家。研究得越多，就越會(huì)發(fā)現(xiàn)這些小東西的多樣性、復(fù)雜程度都遠(yuǎn)超之前的想象。

圓篩盤藻和甲藻——顯微鏡下的都是些什么魔鬼。圖片：Picturepest

現(xiàn)在，科學(xué)界的共識(shí)是：硅藻既不是動(dòng)物，也不是植物，而是不等鞭毛生物中的一支。不等鞭毛生物和囊泡蟲、有孔蟲組成一個(gè)叫做“SAR超類群”的類群。這個(gè)類群和包括綠色植物在內(nèi)的原始色素體細(xì)胞生物不在一條分支上，和動(dòng)物、真菌所在的后鞭毛類生物的關(guān)系就更遠(yuǎn)了。

精美的“玻璃”外殼

硅藻的細(xì)胞壁和植物的有著本質(zhì)的區(qū)別，雖然都用果膠作為黏結(jié)部分，但是硅藻的細(xì)胞壁里沒有纖維素， 取而代之的是二氧化硅。這層保護(hù)殼質(zhì)地堅(jiān)硬，表面多孔卻依然“刀槍不入”。有研究者曾嘗試用堅(jiān)硬的針頭碾壓硅藻，試圖將其外殼壓碎，但以失敗告終。

掃描電鏡下的硅藻外殼。圖片：Mogana Das Murtey and Patchamuthu Ramasamy / wiki commons

如此堅(jiān)硬的外殼，可以讓它們免受傷害，但是凡事有利就有弊。硅質(zhì)外殼不能像植物的纖維素質(zhì)細(xì)胞壁那樣變形、長(zhǎng)大，這也就意味著一出生，硅藻的大小形狀就已經(jīng)基本上決定了。

你可能已經(jīng)開始擔(dān)心長(zhǎng)這樣的硅藻怎樣分裂增殖了，其實(shí)它們自有良計(jì)。硅藻在英文中被稱為diatom，源自希臘語(yǔ)，直譯過(guò)來(lái)是“分成兩半”的意思。硅藻外殼都是分成兩片的，一片大一些一片小一些，二者恰好可以扣起來(lái)，就像微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的培養(yǎng)皿一樣。

還原度相當(dāng)之高。左圖：Sunlin Hu and Chao Liu / diatoms.org；右圖：CSIRO / wiki commons

硅藻分裂增殖的時(shí)候，分生的兩個(gè)新細(xì)胞一人頂著一片舊有的細(xì)胞壁，然后它們?cè)趯?duì)面內(nèi)側(cè)再分泌產(chǎn)生一塊新的，將自己保護(hù)起來(lái)，物盡所用，非常經(jīng)濟(jì)。

然而，這樣的策略帶來(lái)的問(wèn)題是，每次分裂，就會(huì)有一半的后代不可逆地變小一號(hào)，幾代過(guò)后，一些運(yùn)氣差的硅藻，屋子可就小到?jīng)]法兒住了。這時(shí)候，它們就會(huì)不再繼續(xù)分裂，而是突然轉(zhuǎn)為有性繁殖，雌雄配子合體成為復(fù)大孢子，重新鑄造一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的外殼，繼而又重新開始進(jìn)入下一輪慢慢變小的歷程。

硅藻的繁殖。圖片：Matt / wiki commons

雖說(shuō)硅藻是單細(xì)胞生物，不過(guò)也并不都是獨(dú)來(lái)獨(dú)往的。它們聚在一起時(shí)更像是一個(gè)個(gè)嚴(yán)守紀(jì)律、戰(zhàn)術(shù)縝密的作戰(zhàn)部隊(duì)，不同的種類有它們自有的陣型：

帶狀分布的脆桿藻屬（Fragilaria）群體。圖片：Proyecto Agua

扇狀的扇形藻屬（Meridion）群體。圖片：Detlef Kramer / wiki commons

星形排列的聯(lián)星硅藻屬（Asterionella）群體。圖片：nps.gov

維多利亞時(shí)代的硅藻藝術(shù)

如果說(shuō)硅藻特殊的結(jié)構(gòu)和排列方式是大自然在微觀世界中的精妙杰作，那么維多利亞時(shí)代的顯微鏡工藝師更可以說(shuō)是巧奪天工。

在維多利亞時(shí)代，隨著一系列工業(yè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人們對(duì)自然科學(xué)的好奇心越來(lái)越狂熱，開始運(yùn)用技術(shù)展開大膽的奇思妙想。在那個(gè)時(shí)候，普通中產(chǎn)階級(jí)家庭擁有一臺(tái)顯微鏡已經(jīng)并不稀奇了，人們熱衷于收集玻片標(biāo)本，在這里，硅藻憑實(shí)力趕上了第一批顯微鏡工藝片的熱潮。

那個(gè)年代的顯微鏡們。圖片：Wellcome Images / wiki commons

大部分的顯微鏡工藝載玻片在大約1830年到1900年間被制作出來(lái)，工藝師用頭發(fā)把擁有精美又穩(wěn)定硅質(zhì)外殼的硅藻挑起，將它們按照想好的圖案擺放并調(diào)整而成。

如果只看硅藻的載玻片你會(huì)發(fā)現(xiàn)“什么也沒有”，而其實(shí)比針尖還小的硅藻正在里面排布了魔法陣，正等著對(duì)剛打開顯微鏡的收藏愛好者施“快帶我走”咒（大誤）。

各種漂亮的玻片。圖片：victorianmicroscopeslides.com

雖然顯微鏡加玻片標(biāo)本看上去相當(dāng)實(shí)驗(yàn)室，但這些玻片不論是制作還是觀賞過(guò)程，顯然已經(jīng)和科學(xué)本身沒有任何關(guān)系了，只是一些愛好者利用硅藻作為原料進(jìn)行的藝術(shù)創(chuàng)作。然而不得不說(shuō)，這樣的創(chuàng)作，對(duì)于大眾對(duì)自然科學(xué)的了解有著非常大的幫助。

不信？左右滑動(dòng)看看下面這組照片吧：

強(qiáng)迫癥滿足終極vip套餐！圖片：california academy of sciences geology

原標(biāo)題：硅藻既不是動(dòng)物也不是植物，那它是什么？