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五彩繽紛的藻類
2018/04/13
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近來健康養生的風氣盛行,民眾開始熱衷於一些「藻類」製成的保健食品,事實上可作為保健食品或是佐餐用的藻類也相當多,很多人因此對形形色色的藻類產生了興趣。
 
 
石蓴(pixabay.com用戶leechentou作品)
▲石蓴(pixabay.com用戶leechentou作品)
近來健康養生的風氣盛行,民眾開始熱衷於一些「藻類」製成的保健食品,事實上可作為保健食品或是佐餐用的藻類也相當多,很多人因此對形形色色的藻類產生了興趣。由於筆者專業研藻類,也熟悉那傳說中的「小球藻」。因此,每與人聊起我的研究時,很多人都會反應「啊…那個不就是水族館裡賣的一顆顆圓圓的來自日本阿寒湖的球藻嗎﹖」我想有這種誤解的人一定很多,因為我們常把水草﹣這些生活在水中的維管束植物,通稱為「藻」。
藻類的分門別類主要是以顏色作區分,上半部的六種藻類是屬於單細胞的     微型藻,下半部的四種藻類是肉眼可見的大型藻。(圖片來源:李讚虔)
▲藻類的分門別類主要是以顏色作區分,上半部的六種藻類是屬於單細胞的 微型藻,下半部的四種藻類是肉眼可見的大型藻。(圖片來源:李讚虔)
生物學上,藻類可分為大型藻與微型藻兩大類,前者指的是一群不具根、莖、葉及維管束,也不會產生花朵與果實的物種,如同〈綠色小精靈–藻類〉文中所述。大型藻類幾乎都生存在海洋中,它們藉由固著器黏附在礁岩上,使整株藻都可以固定在一個位置,「葉狀體」則是我們所見會隨水流漂盪的部分。後者則是一種單細胞生物,或是由同型的細胞聚集在一起生活的群體,這些物種需要顯微鏡的輔助才能清楚辨認。此外,藻類表現出來的顏色也是分類學上很重要的依據,例如:紅藻門、綠藻門、褐藻綱、金藻綱等都是依照其顏色命名的,本文將引介讀者進入那五彩繽紛的藻類世界。

 

藻類是地球上最古老的生命體之一,從化石及地質的證據推估,早在二十二億年前藻類就能進行光合作用產生氧氣,並改變了地球大氣的成分。隨著演化的進行,藻類出現多種不同的分歧,例如演變出不同顏色的吸光色素,導致今日看到的藻類五彩繽紛。

 

藻類橫跨數個分類群。首先介紹我們用眼睛就可以看見的植物界的輪藻,其外型跟另一種水生維管束植物「金魚藻」非常類似,全株皆為綠色。雖然它的構造有很大部分跟陸生植物相似,但因有明顯的藏精器與產卵器的構造,跟金魚藻明顯不同,故被認為可能是藻類演化為陸生植物前的先驅物種。

 

在我們日常所見的大型藻類中,大多數為海洋藻,在〈海洋生物多樣性:妙用無窮的海藻〉及〈海洋環境與保育:外來海藻的生態衝擊〉等文章中,描述了幾種大型的海洋藻,它們可分為三大類:綠藻、褐藻以及紅藻。分述如下:紅藻具有葉綠素a與藻紅素(phycoerythrin),其中藻紅素是一種輔助色素,能加強藍光被藻類吸收的效率。由於藍光能穿透到海洋裡較深的地方,因此,紅藻可以分布在其他藻類無法生存的較深海域。常見的紅藻有:紫菜、凹頂藻、小杉藻、角叉菜。

 

褐藻具有藻褐素與葉綠素,依色素含量比例的不同,其形態顏色從褐色到橄欖綠都有,分布在礁岩及淺海區域,是屬於囊泡藻界 Chromalveolata的不等鞭毛類,之所以被稱為不等鞭毛藻,是因在其能夠游動時會具有兩種不同形狀的鞭毛;葉狀體長度達一公尺的物種相當多,常見的有:昆布(俗稱:海帶)、裙帶菜(俗稱:海帶芽)、羊栖菜、匍扇藻。在〈藥用及保健植物:海藻–來自海洋的保健藥草〉一文中,也介紹了褐藻與紅藻這兩大類所含有的色素與其他成分對人體在營養補充與身體保健上的助益。

屬於綠藻門的雨生紅球藻,遇到環境逆境時,會產生大量的蝦紅素,而成為紅色。由左至右為雨生紅球藻由綠轉紅的過程。(圖片來源:李讚虔)
▲屬於綠藻門的雨生紅球藻,遇到環境逆境時,會產生大量的蝦紅素,而成為紅色。由左至右為雨生紅球藻由綠轉紅的過程。(圖片來源:李讚虔)
綠藻所含的色素則為葉綠素a、b,綠藻的物種相當多,也包含有大型藻與微型藻兩大類,外部形態更是千變萬化。體型較大的有絲狀、分枝狀、膜狀的外觀,分布於潮間帶及較淺的近岸海域。微型藻則需藉顯微鏡輔助方得觀察,如:小球藻、衣藻與聯營藻等即是,它們的外型相當多變。有些種類在特殊情況下會變色。例如:綠藻中的「雨生紅球藻」在生存環境不良時,會合成大量的蝦紅素,而成為橘紅色,蝦紅素的抗氧化能力相當強,使得雨生紅球藻成為保健食品界的寵兒,在〈微生物與健康產業:微藻產業〉文章中即有提到蝦紅素及類胡蘿蔔素的應用價值。

 

接下來,要介紹的藻類都屬於單細胞體制。首先介紹與褐藻同樣屬於不等鞭毛類的金藻、黃藻與矽藻。金藻外觀呈金黃色,包有葉綠素a與c、胡蘿蔔素、葉黃素,大多具有鞭毛,會自己游動,少數具有矽質外殼,以油滴與金藻糖的形式儲存能量。黃藻與金藻所含有的色素與儲存能量的形式一樣,但黃藻的葉綠素含量比例較高,使得外觀呈現黃綠色色澤,並且有矽質外殼。矽藻則具有二氧化矽與果膠構成的外殼,外形就像是刻有著美麗花紋的肥皂盒,其中一邊的殼會比另一邊大。如同在〈臺灣櫻花鉤吻鮭與牠的鄰居:溪流中的藻類〉中所介紹的,在七家灣溪的兩大優勢藻種:卵形藻與曲殼藻,都有很美麗的外殼,同時矽藻也是水質優劣的指標物種,它們所含的色素是:葉綠素a和c、α-胡蘿蔔素、β-胡蘿蔔素及墨角藻黃素。由於葉綠素含量占比稍低,所以呈現橘黃色或黃褐色。大多數的矽藻分布在遠洋區域的海面上,靠著水流及自身油質產生的浮力以防止下沉,少數分布於淡水、泥土及潮濕的表土上。

 

雙鞭毛類的甲藻,又稱為渦鞭毛藻,能與珊瑚進行共生的蟲黃藻就屬於此類,由於這種共生藻顏色變化多端,也造就了珊瑚的五彩繽紛世界,當這些共生藻離開珊瑚時,就會使珊瑚白化,在〈珊瑚:珊瑚與共生藻〉一文中對這種共生現象的變化,有更進一步的描述;有些甲藻若繁殖過度過快會造成「赤潮」(也稱為紅潮),在海面上產生紅紅的一大片。有些甲藻會釋放毒素,造成附近海域大量的魚蝦暴斃。另外,過度繁殖的甲藻也會因分泌過多的黏液,阻塞了魚類的呼吸道,使魚類窒息死亡;然而,卻有一些生物,像是河豚、毒蟹以及二枚貝類等卻能將藻類的毒性儲存在體內,人們誤食之就會中毒,在〈河魨毒及麻痺性貝毒:麻痺性貝毒的分布及來源〉一文中,對這些含毒的甲藻有更詳細的描述。目前甲藻種類裡最熱門的,就是「夜光藻」。它們會因為海浪的翻攪流動而產生生物冷光。馬祖夏季盛極一時的景觀–「藍色的眼淚」,那海面上的藍色螢光,就是由夜光藻受到海浪攪動時所產生的。

 

古蟲界的眼蟲,含有葉綠體,所以外表呈現綠色,但與其他的藻類有很大的不同,首先是細胞表面的凹口處,有延伸出一至三條鞭毛,能自由運動,因為沒有細胞壁,故能自由伸縮,改變外形前進,所以又稱「裸藻」,在〈浮生〉影片中,可以看到牠藉由改變外形而運動的樣貌。除了能利用葉綠體的光合作用進行自營生活外,也能主動「攝食」周遭環境的食物,進行異營生活,算是同時具備了動物與植物的特徵。在鞭毛的基部附近,可以找到一個具感光功能的紅色眼點,這也是「眼蟲」名稱的由來,在顯微鏡下很容易辨認。

 

最後,尚有兩種較特殊的類別,是最近在分類學上重新做了修正。第一類是:原核生物界的藍綠菌,早期的文獻命名為「藍綠藻」。與藻類一樣可行光合作用,也含有多種不同的色素,包含:葉綠素a、類胡蘿蔔素和結合在藻膽體上藻藍素、異藻藍素及藻紅素等,細胞內具有類似高等植物葉綠體的類囊體膜構造,依色素含量比例不同,外觀顏色也很多樣化,在〈環境新議題:藍綠藻的美麗與憂慮〉一文中,讀者可以發現許多不同種類的藍綠藻,以及牠們對於生態環境的影響。

在電子顯微鏡下觀察藍綠菌,可發現許多形態特徵與其他藻類不同,比較像細菌,不像一般真核生物一樣有細胞核的結構。紅色虛線上方為藍綠菌;下方為小球藻(綠藻)。(圖片來源:李讚虔)
▲在電子顯微鏡下觀察藍綠菌,可發現許多形態特徵與其他藻類不同,比較像細菌,不像一般真核生物一樣有細胞核的結構。紅色虛線上方為藍綠菌;下方為小球藻(綠藻)。(圖片來源:李讚虔)
藍綠藻造成的影響最有名的例子就是「紅海束毛藻」,這種藍綠藻含有藻紅素,當它大量繁衍時,會使海水呈現紅色,在阿拉伯半島與非洲大陸間的「紅海」就是因此得名,這跟形成「赤潮」的甲藻是不一樣的,千萬別弄混了。但由於藍綠菌細胞結構中有許多特徵與藻類差異太大,目前藍綠菌是否算是藻類的議題還在爭論中,然而目前國際藻類學術期刊仍會收錄藍綠藻相關的研究論文,顯示並未將藍綠菌排除於藻類之外。

 

第二類則是學界最近才將之由真菌界改為原藻界的〈破囊壺菌〉,它雖然與藻類一樣具有β-胡蘿蔔素、玉米黃素等吸光色素,但卻不具有葉綠素。因此,這是一種「不會行光合作用,必須藉外來養分以維持生存的異營性海洋藻類」這點與其他藻類差異最大。

 

講了這麼多關於藻類顏色的介紹,那麼藻類的顏色對人類有什麼用呢?答案是有的,除了像雨生紅球藻的蝦紅素,許多藻類都有的類胡蘿蔔素具有抗氧化功能外,許多色素也被提煉出來當作食品添加的著色劑。另外,藻類的顏色是被養魚人家用來判斷水質是否正常的依據。「養魚先養水」是水產養殖必備的知識,除了常見的曝氣外,預先培養藻類也是方法之一,先將藻類加入魚塭或養魚池中,幾天後藉由水中藻類的顏色,來判別水質的好壞,以避免珍貴魚種在進到養殖池後,因水質不佳致死或損失。

 

適量的藻類固然可以行光合作用,維持水中的溶氧量,但藻類繁殖過量,將使光照缺乏,反而會造成耗氧量的提高,使水質下降,因此維持適當的「水色」,是水產養殖業者必備的功夫。在〈養殖智慧結晶:「做水色」〉一文中也強調了這ㄧ點,有興趣的讀者可以仔細閱讀。

 
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