誰是地球上最大的生產者？

原綠球藻是一種非常特殊的海洋超微型放氧光合自養原核生物。原綠球藻細胞極小、色素組成獨特、分類和進化地位在生物界頗受爭議。原綠球藻在海洋中分布特別廣泛而且數量極大，其生態功能特別重要，並與資源環境關係密切。

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誰是地球上最大的生產者？

誰也不會想到地球上最大的生產者，是生活在海洋里的原綠球藻。儘管它們的個體非常小，但它們的數量卻十分龐大，而且在適宜的環境中生長速度快得驚人。特別是它們有利用弱光的本領，原綠球藻分布在從海面到200米深度的海水中，並且在全球海洋的北緯40°到南緯40°之間的海洋中都是優勢種。如果全球變暖，原綠球藻的分布範圍還可能進一步擴大。

可想而知，一個生物物種佔據著如此大的空間，其總生產力該有多高。事實上，每升海水裡就有億萬個原綠球藻個體。此外，它們的繁殖速度也令人咂舌，在環境條件比較適宜時，它們的數量每天可翻一倍。所以，原綠球藻實際上是地球上單一物種生物量和生產力最高的生物。

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海洋里的光合自養生物——原綠球藻

提起光合自養生物，人們都會想到陸地上的植物，因為大家都植物是通過光合作用養育自身的。

其實，海洋里也有大量光合自養生物，比如原綠球藻。這是一種非常古老的海洋生物。雖說叫「藻」，可它與人們想像當中的海藻很不相同。通常所說的海藻是指多細胞的真核生物，而原綠球藻是單細胞的原核生物，所以也歸為藍細菌類群。

原綠球藻的個體大小通常只有0.7微米左右，只相當於頭髮絲粗細的1/100。別看原綠球藻如此微小，可它卻擁有進行光合作用的所有部件。更特別的是，它還具有地球上獨一無二的光合色素——二乙烯基葉綠素，而且有a、b兩種類型。原綠球藻有一個難以想像的本領，它可以利用海洋深處微弱的光進行高效的光合作用，來合成大量的有機物。一般植物都需要氮營養，硝酸鹽氮(硝態氮)就是陸地施肥最常用的化肥之一。然而，有些原綠球藻卻不利用硝態氮。科學家已經通過實驗查明，這是因為原綠球藻不具有編碼硝酸氮還原酶的基因。這可能與原綠球藻這一古老物種起源時地球尚處在無氧狀態有關。

如果科學家們能夠通過轉基因手段將這種高效利用弱光進行光合作用的基因移植到經濟作物上，就有可能提高這些作物的光合作用水平，進而提高它們生產有機物的能力。這對高溫多雨、日照不足的我國南方地區意義重大。

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為什麼說最大的發現卻「最小」？

原綠球藻的發現，那可不是一件簡單的事情。從發現原綠球藻到原綠球藻定名就花了4年時間。1979年，約翰遜和西伯斯首先用電子顯微鏡觀察到了原綠球藻。儘管他們意識到這種單細胞生物沒有藻紅蛋白，而藻紅蛋白是聚球藻的特徵色素，但由於當時受限於研究手段和經驗，他們仍把它歸類於聚球藻「II型」。1983年傑斯凱斯和克瑞在大西洋發現了一種未知的葉綠素a的衍生物，隨後證實這種色素就是原綠球藻的特徵色素——二乙烯基葉綠素。

在1985年，奧森和阿姆布拉斯特利用船載流式細胞儀發現了一種發弱紅色熒光的微型生物，它的數量超過所有微型生物的數量。此後，原綠球藻才引起了足夠的重視。最終薩利·瓦·切薩姆等人在純化培養的基礎上，於1992年將其命名為海洋原綠球藻，整個過程歷時13年。儘管分布的地域不同，但地球上所有的原綠球藻都是屬於同一種，不同海域中的原綠球藻都可以產生特有的羊毛硫氨酸類多肽。

作者：李劍、李浩

來源：科普中國-科學原理一點通

本作品為「科普中國-科學原理一點通」原創

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