1492年9月16日,在大西洋上已经航行了一个多月的哥伦布,突然在前方发现了一片绿色的“草原”。“上帝,终于到达大陆了!”哥伦布和他的船员都兴奋得欢呼起来。他们打起精神,飞速前进。可是,当他们驶进“草地”时,却大失所望了。原来,那根本不是什么陆地,而是漂浮在海面上的一大片海草,海草里还栖息着小鱼、小虾、小蟹、章鱼和其他生物。
后来,人们知道这是一种藻类植物——马尾藻。
藻类植物是一个很大的植物类群,约有3万种。藻类植物分布的范围极广,对环境条件要求不严,适应性较强,在极低的营养浓度、极微弱的光照强度和相当低的温度下也能生活。藻类植物不仅能生长在江河、溪流、湖泊和海洋,而且也能生长在短暂积水或潮湿的地方。从热带到两极,从积雪的高山到温热的泉水,从潮湿的地面到不是很深的土壤内,几乎到处都有藻类植物的分布。
根据生态特点,一般藻类植物分为浮游藻类、飘浮藻类和底栖藻类。
温度是影响藻类地理分布的主要因素。如海藻根据生长地点温度的差异可分为3种类型:
(1)冷水性种。生长和生殖最适温小于4℃,其下又可分为适温为0℃左右的寒带种及适温为0℃~4℃的亚寒带种。
(2)温水性种。生长和生殖的最适温为4℃~20℃,其下又可分为适温为4℃~12℃的冷温带种和适温为12℃~20℃的暖温带种。
(3)暖水性种。生长和生殖适温大于20℃,又可分适温为20℃~25℃的亚热带种及适温大于25℃的热带种。
多数海藻对温度的适应能力不强,因此在海水温度变化大的海区,一年中种类的变化也很大,冬天有冷水性藻类,夏天有温水性藻类,它们能在较短的适温时间内完成生命周期。但有些底栖海藻对温度变化的适应能力很强,如石莼几乎在世界各地都能全年生长。淡水藻中多数硅藻和金藻类在春天和秋天出现,属于狭冷性种;有些蓝藻和绿藻仅在夏天水温较高时出现,为狭温性种。
光照是决定藻类垂直分布的决定性因素。水体对光线的吸收能力很强,湖泊10米深处的光强仅为水表面的10%;海洋100米深处的光强仅为水表面的1%;而且由于海水易于吸收长波光,还能造成各水层的光谱差异。各种藻类对光强和光谱的要求不同,绿藻一般生活于水表层,而红藻、褐藻则能利用绿、黄、橙等短波光线,可在深水中生活。
藻类植物是从原始的光合细菌发展而来的。光合细菌具有细菌绿素,利用无机的硫化氢作为氢的供应者,产生了光系统。原始藻类植物,如蓝藻类所具有的叶绿素a,很可能是由细菌绿素进化而来的。蓝藻类利用广泛存在的水为氢的供应者,具有光系统,通过光合作用产生了氧。随着蓝藻类的产生,光合细菌类逐渐退居次要地位,而放氧型的蓝藻类则逐渐成为占优势的种类,释放出来的氧气逐渐改变了大气性质,使整个生物界朝着能量利用效率更高的喜氧生物方向发展。这个方向的进一步发展就产生了具有真核的红藻类,同时,类囊体单条地组成为叶绿体,但集光色素基本上一样,仍以藻胆蛋白为集光色素。蓝藻和红藻的集光色素、藻胆蛋白,需要用大量能量和物质合成,是很不经济的原始类型,所以只能发展到红藻类,形成进化上的一个盲枝。
藻类植物的第二个发展方向,是在海洋里产生含叶绿素a和叶绿素c的杂色藻类。叶绿素c代替了藻胆蛋白,进一步解决了光能的问题。在开始的时候,藻胆蛋白仍继续存在,如在隐藻类,但进一步的进化,效率较低的藻胆蛋白没有继续存在的必要而逐渐被淘汰,所以在比隐藻类较为高级的种类,如在甲藻类、硅藻类,除叶绿素a以外,只有叶绿素c,而藻胆蛋白消失了。迄今,海洋仍为含有叶绿素c的种类,包括甲藻类、金藻类、黄藻类和硅藻类等浮游藻类和褐藻类的底栖藻类占据优势。但这个类群不能离开水,仍是一个盲枝。
藻类植物的第三发展方向,是在海洋较浅处产生绿色植物。它们除了叶绿素a以外,还产生了叶绿素b。据科学家估计,叶绿素a+b系统比之叶绿素a+藻胆蛋白系统,光合作用效率高出了3倍,也高于叶绿素a+c系统。这是藻类植物进化的主流。很可能十几年前发现的原绿藻就是这类植物的祖先。原绿藻植物出现的时间可能与原核的杂色藻类差不多,但由于某种原因,可能与当时的大气光照条件有关,杂色藻类大量发展起来而原绿藻却停留在原始状态。后来,环境条件变得适合叶绿素b的生长,所以原绿藻植物就产生了真核的绿藻类。它们不但已产生了叶绿体,而且已经有了比较其他藻类更加进步的光合器,即具有基粒的叶绿体。这类植物终于登陆,进一步演化为苔藓植物、蕨类植物及种子植物。
几亿年前,地球大气的含氧量已达到现在大气的10%,从而形成了臭氧屏蔽层,阻挡了杀伤生物的紫外线,使陆地具备了生命生存的条件。登上陆地后,光合生物的进化速度大大加快,在大约5亿年内就从原始的陆地植物发展到高等的种子植物。藻体各式各样,在外形上有时类似高等植物的根、茎、叶的构造,但在功能上都能进行光合作用、释放氧气,因而实际上藻体就是一个简单的叶,因此藻类植物的藻体统称为叶状体。