每年最終出現在人們餐桌上的1.6億噸海鮮中，50%來自水產養殖（pdf）。養殖所有這些鮭魚、羅非魚和蝦需要穩定的完美食物補充：富含蛋白質、脂肪和維生素的油性鯷魚和沙丁魚，通常被稱為飼料魚。每年從野外捕撈的2000萬噸飼料魚中，約有90%被磨成魚粉或魚油，用於滋養供人類食用的養殖魚類。
但隨著人們預期水產養殖業將繼續蓬勃發展——聯合國預測到2026年產量將增加34%——該行業的飼料供應正在超出需求。這一困境促使研究人員嘗試合成一種替代品，它將提供飼料魚中的營養物質，在經濟上可行，並且不會耗盡人類直接依賴的糧食資源，如穀物。“魚粉在水產養殖中很重要，如果[水產養殖]想要發展，它必須擺脫對飼料魚的依賴，”馬薩諸塞大學波士頓分校的可持續發展和食品系統副教授邁克爾·特拉斯蒂說。但是，“你如何提出全新的產品”來滿足這種需求？
即使在目前的水產養殖產量水平下，高需求和有限的供應使得魚粉和魚油過於昂貴，無法用於超過養殖魚類飲食的30%。即將成為加州大學聖巴巴拉分校助理教授、研究全球水產養殖和漁業的哈莉·E·弗勒利希說，這個比例提供了足夠必需的營養混合物（包括夢寐以求的omega-3脂肪酸），以幫助一些物種生長更快，從而減少總體飼料需求。大多數生產商用大豆、穀物和其他廉價產品來補充剩餘的卡路里。
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但大豆和穀物已經面臨壓力，要為牛和豬等其他養殖動物提供食物——並直接維持人類的生存——約翰霍普金斯大學約翰霍普金斯未來宜居中心的海鮮和公共衛生研究員吉莉安·弗萊說。對此類作物的需求不斷增長已經導致
森林砍伐和使水域因化肥徑流而超負荷。
考慮到這一切，研究人員和初創公司正在從其他資源中開發新型飼料。一些實驗室正在透過追溯食物鏈，找到飼料魚本身吃的藻類，以及那些珍貴的omega-3和其他微量營養素的來源，來模仿飼料魚。加州大學聖克魯茲分校可持續水產養殖副研究教授帕拉布·薩克和他的團隊發現，當尼羅羅非魚食用特定的藻類而不是通常的魚油時，它們在更少的飼料上增重更多——並且含有更多的omega-3；這表明藻類可能是這種養殖魚類可行的魚類脂肪酸替代來源。其他實驗室的研究表明，類似的微生物可以替代一部分餵給紅鼓魚和大西洋鮭魚的魚產品。
藻類並不是研究人員正在關注的唯一替代生物。挪威生命科學大學挪威食品公司的教授瑪格麗特·奧弗蘭正在測試一種特定的富含蛋白質的酵母是否可以作為人造魚飼料，這種酵母是在挪威雲杉木和海藻糖上生長的。“這種酵母是可持續的，因為它可以在不佔用耕地的情況下生產，使用很少的淡水，並且可以使用人類很少用於食物的低價值生物質，”她說。奧弗蘭和她的團隊發現，將三分之一的飲食轉換為這種酵母的大西洋鮭魚的增重速度與傳統餵養的鮭魚一樣快。為了使該產品更容易被魚消化，研究人員正在調整酵母菌株和他們餵養酵母的糖組合，看看這是否能幫助它更順利地進入魚的食道。
其他研究人員正在嘗試從細菌到蟋蟀的一切作為飼料魚的替代品。特拉斯蒂說，一些人，雖然不是薩克或奧弗蘭，正在參加名為F3挑戰賽的比賽，以看看誰能儘可能多地出售他們的石油替代品，以推動創新。
對於大多數研究人員來說，擴大規模是最大的障礙。取代每年使用的2200萬噸野生水產養殖魚類將需要大量的微藻生產。“我們的實驗室無法滿足我們滿足飼料水平所需的數量，”薩克說。還需要達到該產量水平來降低價格，因為否則農民仍然會選擇足夠且廉價的穀物，他補充說。他希望透過使用從其他公司收穫的用於人類膳食補充劑和其他商品的藻類的副產品來實現這些目標。“這種產品將幫助微藻產業透過另一條收入來源實現增長，”他說。
這些飼料替代品增產問題的固有之處在於確定脂肪酸（如omega-3）的正確比例。模仿魚油中發現的天然平衡需要兩種方法之一：研究人員必須找到完美的藻類或酵母菌株並餵養其正確的起始物質，以便相關的微生物按比例生產一切——或者他們必須結合來自各種來源的脂肪酸，這使得協調生產更加困難。
即使可以再現這種微妙的營養平衡，並將藻類或酵母擴大到所需的水平，問題仍然存在——例如，仿製飼料精煉過程會排放多少溫室氣體。特拉斯蒂說，這些飼料想法還很年輕，很難進行這方面的計算，儘管當前的工業發酵過程，如啤酒釀造，暗示了排放可能是什麼樣子。
克服各種障礙並回答這些問題可能對於在不增加過度捕撈和氣候變化對海洋生態系統造成的壓力的情況下維持人類糧食生產系統至關重要。“水產養殖正在生產更多，”特拉斯蒂說，“我們需要確保作為一個負責任的行業，我們已經規劃好了所有未來的場景。”