我们的星球正面临日益严重的粮食危机。根据联合国的数据，超过8亿人经常营养不良。到2050年，还将有20亿至30亿名新食客加入全球的餐桌。
应对这一挑战，不仅要为每个人提供充足的热量，还要确保饮食均衡，包含维持身体健康所必需的蛋白质和营养素。在一项新近发表的研究中，我们阐述了海洋微藻如何成为解决全球大规模饥饿问题的可持续方案。
当前粮食生产体系面临的问题
当前西方饮食需要消耗大量土地、水和能源，造成严重污染，也是气候变化的重要推手。随着全球人口持续增长、人均需求不断增加，为人们提供有营养的食物，正使现有粮食生产体系不堪重负。
畜牧业生产正以农田和牧场取代森林，用于生产肉类和动物饲料。种植饲料谷物及其他作物所用的氮肥和磷肥正在破坏土壤，并造成生物死区，全球约有400个河口受到影响。
鱼类是欧米伽-3脂肪酸和构成我们蛋白质的必需氨基酸的重要来源。然而，食用鱼类也有一些弊端。鱼类体内可能积聚重金属和有毒有机化学物质，并将它们传递给我们。此外，大多数海洋渔场都已遭到过度捕捞，或已达到最大产量。
水产养殖产量占全球海产品的比例越来越大。但鱼类养殖场可能造成严重的环境影响，包括水污染、疾病传播给野生鱼类以及栖息地破坏。为了给养殖鱼类提供饲料，对小型海鱼的需求正在导致野生鱼类资源枯竭。
另一种思路：跳过“中间鱼”
在我们的论文中，我们提出一种替代方案：商业化生产海洋微藻，将其作为人类的主食，并用作动物和养殖鱼类的饲料。这些微小生物是欧米伽-3脂肪酸和氨基酸的终极来源，而这些正是人类饮食所需、许多人通过吃鱼获取的营养。但在营养供给链中，鱼类不过是水生中间环节。通过“跳过中间鱼”，我们可以更高效地养活全世界。
微藻是一种几乎尚未开发的资源，存在于淡水和海洋水生系统中。尽管它们的体型只有几微米，却能生成氨基酸、脂肪酸、维生素、矿物质、抗氧化剂、聚合物和碳水化合物。
例如，富含欧米伽-3的微藻微拟球藻（Nannochloropsis oculata，简称Nanno）有望成为营养丰富的食品和饲料来源。按干重计算，其蛋白质含量为40%，其中三分之一含有必需氨基酸；此外，它还含有6%的EPA欧米伽-3必需脂肪酸，且生物利用度很高。
目前只有少数几种藻类用于商业生产，但数百种藻类菌株有望成为食品和饲料来源。微藻目前被用作食品配料、膳食补充剂和鱼类水产饲料。
生产Nanno
微藻的商业化养殖采用多种方法，各自的可持续性影响不尽相同。第一种是好氧发酵系统：在黑暗、持续搅拌的容器中养殖藻类，并以糖作为主要能源。藻类也可以在开放式池塘中养殖，使用淡水或盐水、二氧化碳和阳光。另一种方法是在封闭的透明管道（称为光生物反应器）中，使用半咸水或海水进行养殖。
目前，Nanno已在美国得克萨斯州的户外池塘中以商业规模养殖，使用半咸水并添加二氧化碳；在冰岛的一座地热发电站，则在光生物反应器中使用海水和二氧化碳养殖。那里用高效LED灯取代阳光，电力由发电站提供，价格低廉、零污染且可再生。
光生物反应器所需的水和肥沃土地最少。这些反应器就像乐高积木，可以垂直堆叠。由于采用封闭系统，这种方法能最大限度地减少水分蒸发损失。
比较动物、植物和海洋藻类蛋白质生产可持续性的一项指标，是生产等量必需氨基酸所需的土地和水。我们计算得出，生产1千克源自牛肉的必需氨基酸，需要148,000升淡水和125平方米肥沃土地。相比之下，在开放式池塘中用半咸水养殖Nanno，生产同样数量的必需氨基酸只需20升淡水和1.6平方米非肥沃土地。
出人意料的是，与某些肉类来源相比，一些植物蛋白的生产甚至需要消耗更多土地和水。例如，生产与鸡肉等量的必需氨基酸，豌豆所需淡水约为鸡肉的两倍，所占肥沃土地面积则是鸡肉的6.5倍。
将微藻制成食品
Nanno怎么吃？目前，它以海洋微藻油软胶囊的形式销售，作为磷虾油或鱼油的替代品，供人们日常补充欧米伽-3。制成粉末后，整株藻类或藻类提取物可用作能量棒、运动零食或意大利面的配料。螺旋藻等整株藻类螺旋藻和小球藻已具备商业可行性并进入市场，其他藻类产品也已上市，例如藻类茶和藻类面粉。
目前，Nanno可用作蛋白质和脂肪酸补充剂，改善全球营养不良人群的营养状况，也可用作养殖鱼类和牲畜的饲料。大多数藻类产品在美国以膳食补充剂的形式销售，但我们认为，现在已到了将藻类食品端上餐桌的时候。
已有多家公司推出创新的替代肉类产品，这些产品有望成为大规模的食物来源，其营养成分和口味可与肉类媲美。但以土豆、小麦和大豆为基础的产品仍消耗大量淡水和耕地，带有与当前农业相同的环境弊端。
据我们计算，营养氨基酸价值与Nanno相近的豌豆和大豆类替代肉产品，生产时所需淡水比牛肉少6.4倍，但所需肥沃土地多2.2倍。相比之下，使用海洋微藻可使土地使用量减少75倍以上，因为无需肥沃土地；淡水使用量则可降低7,400倍。
我们的论文介绍了一种经济上可行的可持续微藻养殖系统。下一步是说服食品科学家将其用于替代肉类产品的开发。厨师、鉴赏家、美食家、饕客、消费者和评论家都可以参与全球向藻类汉堡转型的进程，为地球出一份力。
