本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
玻璃殼沉積矽藻Cocconeis，內部活體已被清除。圖片來源：Picturepest Flickr (CC-by-2.0)
海灘是一個很容易去的地方，但卻是一個很難生存的地方。當潮水沒有把你高高地擱置在乾燥的地方時，你就會受到海浪的衝擊，被翻滾的沙子拍打，並週期性地被掩埋。
被稱為矽藻和其他利用光來供養自己的藻類的微生物，可能會因為風、浪和潮汐的變幻莫測而發現自己被困在沒有氧氣或光線的地方數天或數週。它們吃什麼？它們如何生存？
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來自澳大利亞、丹麥、英國和德克薩斯州的一個科學家團隊決定收集一些海灘沙子並找出答案。他們將沙子放入柱子中，在那裡他們可以控制進入的化學物質並測量流出的物質。他們發現答案很簡單：生活在海灘沙子中的矽藻和綠藻
透過發酵來擺脫困境。
對於任何想知道葡萄酒、啤酒和麵包來自哪裡的人來說，發酵並不陌生。這是一種微生物在被化學野孩子氧氣切斷能量時，可以利用其燃料儲備來製造乾草的方式。有氧呼吸允許從燃料儲存化學物質（如澱粉和糖）中產生大量的能量。但是，當氧氣不可用時，細胞仍然可以透過發酵以低得多的效率燃燒這些燃料。在密封的釀造罐中，被稱為酵母的發酵真菌會產生涓涓細流的能量來執行它們的細胞，同時還會產生二氧化碳——這使得啤酒和麵包中產生了氣泡——以及酒精。
某種事情顯然發生在黑暗的沙柱中，因為科學家們可以看到大量的二氧化碳和氫氣從末端流出。氫氣與二氧化碳一起，是藻類發酵的產物之一，還有各種奇怪的有機醇和脂質，如乙酸鹽、甲酸鹽、蠟酯、甘油，甚至乙醇（好吧，不是一種奇怪的發酵產物）。
對於觀眾中的生物化學愛好者，這是假設的藻類黑暗發酵途徑。酶的指定是丙酮酸鐵氧還蛋白氧化還原酶 (PFR) 和鐵氧還蛋白 (FDX)。圖片來源：Bourke 等人，2017 年的圖 3
這些產物是否在柱子的流出物中？沒有。但是，一些藻類和矽藻可以在主要的生化風向轉變時（即氧氣返回時）保留它們以供使用。不浪費。
事實上，當他們測試沉積物本身時，他們發現的正是他們期望藻類發酵產生的各種複雜生物化學物質。
為了幫助證明藻類是罪魁禍首，他們還用足夠廣譜的抗生素處理沙子，以摧毀整個細菌群落，並發現這並沒有阻止二氧化碳的流動。然而，當他們用殺藻劑處理沙子時，二氧化碳的流動完全停止了。
以前人們認為細菌在這些沙質海洋沉積物中承擔了大部分的代謝重擔，因此這些結果令人驚訝。這可能一開始就是一個糟糕的假設，因為人們已經知道藻類構成了這些沉積物中生物量的 10-40%，而細菌構成的比例不到 10%。沙質沉積物中微藻的生物量是如此之大，以至於它通常超過了上方照明水中的生物量。另一方面，依賴太陽作為食物的微生物也會在黑暗、令人窒息的沉積物中大展拳腳，這確實有悖常理。
因此，看起來儘管矽藻和藻類是為光而生的生物，但那些適應生活在沙子中的生物也被塑造為充分利用黑暗。我想這對我們所有人來說都是一個教訓。
參考資料
Michael F. Bourke、Philip J. Marriott、Ronnie N. Glud、Harald Hasler-Sheetal、Manoj Kamalanathan、John Beardall、Chris Greening 和 Perran L. M. Cook. 厭氧滲透性沉積物中的代謝以真核生物黑暗發酵為主。《自然地球科學》，2016 年 11 月 DOI：10.1038/ngeo2843