硅藻既不是動物也不是植物,那它是什麼?

2020-12-22 澎湃新聞

原創植夢書的魚老闆物種日曆

自盤古開天闢地以來……（不好意思，拿錯劇本了）

在遙遠的侏羅紀，一億五千萬年前，硅藻與恐龍共同生存在地球上。它們把周圍的矽酸佔為己有，構建它們堅硬多孔的矽質保護殼。死去之後，那些難朽的軀殼大片大片沉入大海，經億萬年的時光堆積成土，竟也能為人類所用。

雖然用途廣泛，硅藻土看上去也不過就是白色土塊，平平無奇，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：

顯微鏡下的硅藻標本。圖片：Klaus Kemp

顯微鏡下的異世界

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

第一個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），他自製的光學顯微鏡具有觀察硅藻的能力，他觀察過的樣本中也肯定有硅藻存在。然而可惜的是，他發表過的所有插畫中沒有任何一幅可以肯定是來自硅藻。

列文虎克簡易顯微鏡的複製品。圖片：Wellcome Images / wiki commons

真正可以確定的最早的硅藻觀察記錄，出自倫敦皇家學會在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）和現實中的平板藻（右）。左圖：Anonymous (1703). Philos. Trans. R. Soc. London. 23(288): 1494；右圖：EQAT Phytoplankton

硅藻最早的科學記錄是100多年之後。1846年，荷蘭植物學家範登博世（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《自然界的藝術形態》——當然，與此同時，讓大家見識到的也有很多其他奇奇怪怪物種的美麗。

圖片：《自然界的藝術形態》 (1904)，Ernst Haeckel

是動物還是植物？

一經發現，人們就在為硅藻到底是動物還是植物而爭論不休。

它曾被認為是種像草履蟲那樣的單細胞動物，然後又因為能夠進行光合作用，被分到了植物一邊——它們甚至還有細胞壁！

顯微鏡下的海生硅藻。圖片：NOAA / wiki commons

然而，真核生物遠非動植物兩分就可以簡單解決的，尤其是顯微鏡發明之後，那些微小的單細胞生物如何分類難壞了生物學家。研究得越多，就越會發現這些小東西的多樣性、複雜程度都遠超之前的想像。

圓篩盤藻和甲藻——顯微鏡下的都是些什麼魔鬼。圖片：Picturepest

現在，科學界的共識是：硅藻既不是動物，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、有孔蟲組成一個叫做「SAR超類群」的類群。這個類群和包括綠色植物在內的原始色素體細胞生物不在一條分支上，和動物、真菌所在的後鞭毛類生物的關係就更遠了。

精美的「玻璃」外殼

硅藻的細胞壁和植物的有著本質的區別，雖然都用果膠作為黏結部分，但是硅藻的細胞壁裡沒有纖維素，取而代之的是二氧化矽。這層保護殼質地堅硬，表面多孔卻依然「刀槍不入」。有研究者曾嘗試用堅硬的針頭碾壓硅藻，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

如此堅硬的外殼，可以讓它們免受傷害，但是凡事有利就有弊。矽質外殼不能像植物的纖維素質細胞壁那樣變形、長大，這也就意味著一出生，硅藻的大小形狀就已經基本上決定了。

你可能已經開始擔心長這樣的硅藻怎樣分裂增殖了，其實它們自有良計。硅藻在英文中被稱為diatom，源自希臘語，直譯過來是「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，就像微生物學實驗中常用的培養皿一樣。

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

硅藻分裂增殖的時候，分生的兩個新細胞一人頂著一片舊有的細胞壁，然後它們在對面內側再分泌產生一塊新的，將自己保護起來，物盡所用，非常經濟。

然而，這樣的策略帶來的問題是，每次分裂，就會有一半的後代不可逆地變小一號，幾代過後，一些運氣差的硅藻，屋子可就小到沒法兒住了。這時候，它們就會不再繼續分裂，而是突然轉為有性繁殖，雌雄配子合體成為復大孢子，重新鑄造一個標準尺寸的外殼，繼而又重新開始進入下一輪慢慢變小的歷程。

硅藻的繁殖。圖片：Matt / wiki commons

雖說硅藻是單細胞生物，不過也並不都是獨來獨往的。它們聚在一起時更像是一個個嚴守紀律、戰術縝密的作戰部隊，不同的種類有它們自有的陣型：

帶狀分布的脆杆藻屬（Fragilaria）群體。圖片：Proyecto Agua

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

星形排列的聯星硅藻屬（Asterionella）群體。圖片：nps.gov

維多利亞時代的硅藻藝術

如果說硅藻特殊的結構和排列方式是大自然在微觀世界中的精妙傑作，那麼維多利亞時代的顯微鏡工藝師更可以說是巧奪天工。

在維多利亞時代，隨著一系列工業技術的蓬勃發展，人們對自然科學的好奇心越來越狂熱，開始運用技術展開大膽的奇思妙想。在那個時候，普通中產階級家庭擁有一臺顯微鏡已經並不稀奇了，人們熱衷於收集玻片標本，在這裡，硅藻憑實力趕上了第一批顯微鏡工藝片的熱潮。

那個年代的顯微鏡們。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年間被製作出來，工藝師用頭髮把擁有精美又穩定矽質外殼的硅藻挑起，將它們按照想好的圖案擺放並調整而成。

如果只看硅藻的載玻片你會發現「什麼也沒有」，而其實比針尖還小的硅藻正在裡面排布了魔法陣，正等著對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本看上去相當實驗室，但這些玻片不論是製作還是觀賞過程，顯然已經和科學本身沒有任何關係了，只是一些愛好者利用硅藻作為原料進行的藝術創作。然而不得不說，這樣的創作，對於大眾對自然科學的了解有著非常大的幫助。