微藻的秘密武器！它们怎样利用“眼睛”在深海中适应环境变化？

摘要：海洋里有一种非常微小的生物，它们叫微藻，虽然它们看起来像是水中的“微尘”，但它们却是我们地球生态系统中不可或缺的“超级英雄”。今天，我们要聊的这个话题，就是这类小小生物的一个惊人发现——它们竟然也有“眼睛”！你没听错，微藻居然能感知光线的变化，而且这种“感知能

我们地球生态系统中不可或缺的“超级英雄”。

本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：

作者 | 王海诗（Amphitrite Wong）

本文约2600字，阅读约6分钟

海洋里有一种非常微小的生物，它们叫微藻，虽然它们看起来像是水中的“微尘”，但它们却是我们地球生态系统中不可或缺的“超级英雄”。

今天，我们要聊的这个话题，就是这类小小生物的一个惊人发现——它们竟然也有“眼睛”！

你没听错，微藻居然能感知光线的变化，而且这种“感知能力”就像是它们的眼睛一样，帮助它们在海洋中找到合适的生长位置。听起来是不是有点不可思议？

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微藻到底是什么？

首先，咱们得先了解一下，“微藻”是什么。

你可能听过“浮游植物”这个词，微藻其实就是浮游植物中的一种。说白了，微藻就是漂浮在水里的“植物”。

你可能会想，植物不是应该扎根在土壤里吗？怎么会在水里漂着？其实，这种漂浮在水中的植物，虽然没有土壤，但它们有着强大的生存本领——它们可以在水中自由漂流，通过光合作用吸收阳光，制造能量，并且释放氧气。

澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）微藻培养实验室中的微藻培养物。图源：CSIRO

在地球上，微藻的作用非常重要。就像我们地面上的大树一样，微藻也是地球上氧气的主要来源。它们通过光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，帮助维持地球生态系统的平衡。想象一下，如果没有微藻，海洋中的氧气就会大大减少，其他生物也会面临生存危机。所以，微藻虽然小，但它们却在地球生命的循环中起到了至关重要的作用。

更有意思的是，微藻不仅仅是制造氧气的“工厂”，它们还是食物链中的重要一环。许多海洋动物，像小型甲壳类、鱼类等等，都以微藻为食。你可以把微藻想象成海洋中的“草地”，为海洋中的许多生物提供能量。所以说，微藻不仅是氧气制造者，还是食物链的基础，甚至它们的存在影响着整个海洋生态系统的平衡。

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微藻怎么感知光线的变化呢？

那么，它们是如何在广阔的海洋中找到自己的位置，并在变化的光照条件下生存呢？这就牵涉到了微藻的一个惊人发现——它们居然能感知光线的变化。

你可能会觉得奇怪，微藻怎么能“感知”光线呢？毕竟它们没有眼睛，也没有神经系统。

其实，微藻并不是真的通过眼睛来感知光线，而是通过一种叫做“光敏色素”的物质。这种物质就像是微藻的“眼睛”，它能够感知水中的光线变化，并帮助微藻在海洋中做出合适的反应。

那么，光敏色素又是什么呢？

简单来说，光敏色素就是一种能感知光线的特殊物质。它们能够察觉到水下不同深度的光线强度和光谱的变化，从而帮助微藻判断自己处于什么样的光照条件下，并根据这个信息调整自己的生理状态。比如，如果微藻感觉到光线变弱，它们就会减少光合作用，节省能量；而如果光线变强，它们就会加速光合作用，制造更多的能量。

硅藻 Thalassiosira pseudonana 的扫描电子显微镜图像，右图为其生物硅结构的伪彩色图像，重点突出显示了硅藻的阀门区、孔足结构和环带区域。这些结构展示了硅藻复杂的微观形态和生物矿化特性，提供了深入研究其生态功能和进化适应的重要线索。图片由Philip Gröger等研究团队提供，来源于Nature期刊。（图文无关）

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为什么微藻需要“眼睛”？

那么，为什么微藻要有这样的“眼睛”呢？其实，这和海洋的环境有关。

我们知道的，海洋是一个非常复杂的环境，光线并不是均匀分布的。在水面上，阳光照射强烈，光合作用非常活跃；而越往深处走，光线就变得越来越弱，到了深海，几乎没有任何光线。所以，微藻就需要通过感知光线变化、来决定自己在哪个深度最适合生长。

更有趣的是，水中的光线不仅仅是强度不同，颜色也会发生变化。浅水区的光线偏蓝色，而越往深处，光线的颜色会变得更偏绿色或红色。微藻通过它们的“眼睛”——光敏色素，就能感知到这些光线的变化，调整自己的位置和生理活动。比如，在光线较强的地方，它们会加速光合作用；而在光线较弱的深水区，它们会减缓光合作用，节省能量。

说到这里，你可能会觉得，微藻的“眼睛”是不是有点神奇？其实，科学家们也正是通过研究微藻的光敏色素，发现了这个惊人的秘密。最近，法国国家科学研究中心（CNRS）和索邦大学的科学家们通过研究硅藻（一种常见的微藻），发现它们体内的光敏色素就能感知水中的光线变化，并根据这些变化调整自己的生理活动。这项发现，不仅帮助我们更好地理解微藻如何在海洋中生存，也让我们认识到——微藻其实并不是像我们想象的那样，只是随波逐流的“漂浮物”，它们实际上有着非常复杂的适应机制，能够精确地感知环境变化，做出相应的反应。

这项研究于2024年12月18日发表在《自然》期刊上，为浮游植物如何感知和响应光线、从而在复杂的水域环境中找到适宜的生存空间提供了新的见解。

这些科学家们还发现，这种光敏色素不仅能够帮助微藻感知光的强度，还能帮助它们判断水中的光谱变化，进而调整自己的活动。举个例子，当水中的蓝光变弱时，硅藻就会启动一系列反应，减少光合作用；而在光线较强的浅水区，它们则会增加光合作用，尽可能吸收更多的阳光。

更有意思的是，科学家们还发现，硅藻并不是随便在哪里都能感知光线变化的。只有在一些特定的地区，硅藻才具备这种能力。比如在热带地区以外，像是高纬度的极地，硅藻就会利用光敏色素感知季节性变化，并通过调整自己的生理状态，来应对不同的环境挑战。这种适应性，让硅藻能够在这些极端环境中生存下去。

硅藻（Thalassiosira pseudonana）的卵细胞（oogonium）正在通过细胞壁膨胀的过程。人工着色中，蓝色表示叶绿素，红色代表DNA。这种微观细胞的生长过程揭示了硅藻独特的生物特性和繁殖机制，对研究海洋生态和光合作用具有重要意义。图源：俄勒冈州立大学（图文无关）

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微藻的“眼睛”为什么重要？

从生态角度来说，微藻不仅仅是海洋中的氧气制造者，它们的活动还直接影响着海洋食物链的平衡。

微藻通过光合作用固定二氧化碳，释放氧气，帮助减少温室气体排放，减缓气候变化。它们是海洋生态系统的基础，也是地球气候系统中的重要一环。

如果微藻能通过光敏色素感知光线变化，从而在适宜的水深进行光合作用，那么，它们不仅能保证自己在光照不足时生存下来，还能帮助调节海洋生态系统的平衡。而这项研究的发现，恰恰为我们提供了一个新的视角，让我们更加了解微藻在气候变化中的角色。

所以，今天的故事其实很简单——微藻不仅是海洋中的“氧气工厂”，它们还有“眼睛”，能感知光线的变化，帮助它们在海洋中找到最佳生长位置。科学家们通过研究，揭示了这些小小生物如何利用光敏色素，在水中做出精准的生理反应，确保自己能够在变化的环境中生存下去。

海洋与湿地

专栏作者

（注：本文仅代表资讯或者作者个人观点。不代表平台观点。欢迎留言、讨论。）

资讯源 | 《自然》期刊

文 | 王海诗（Amphitrite Wong）

编辑 | Linda

排版 | 绿叶

王海诗

Amphitrite Wong

【作者简介】王海诗（Amphitrite Wong）是一名热爱海洋的环境观察青年，求知、好学和热爱探索。关心海洋生物、环境健康以及人类健康。长期关注全球海洋治理、海洋生物多样性保护、海洋污染问题、可持续渔业、以及社区粮食安全等议题，并努力通过分享知识和实际行动让更多人了解海洋保护的重要性。

【引用本文】

王海诗. 微藻的秘密武器！它们怎样利用“眼睛”在深海中适应环境变化？. 海洋与湿地. 2024-12-20

全球环境治理·海湿专栏作者

Youth Perspective on Global Environmental Governance

【参考资料】

这项研究于2024年12月18日发表在《自然》杂志上。感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看全文：

Duchêne, C., Bouly, JP., Pierella Karlusich, J.J. et al. Diatom phytochromes integrate the underwater light spectrum to sense depth. Nature (2024).
https://doi.org/10.1038/s41586-024-08301-3

来源：中国绿发会