当 19 世纪英国生物学家托马斯·亨利·赫胥黎首次将海底泥土置于显微镜下时，他发现了大量微小的圆形和椭圆形颗粒。他不知道它们是什么，便根据希腊语“种子”和“石头”的词根给它们起了“球石”（coccoliths）这个名字。直到后来，科学家们才了解到，球石是围绕某些浮游植物物种的方解石板，如同盔甲。如今，在赫胥黎之后 100 多年，研究团队仍在揭示浮游植物在制造我们呼吸的空气、食用的食物、燃烧的燃料，甚至我们脚下的土地方面所扮演的角色。
浮游植物几乎存在于世界上所有的海洋、湖泊和河流中。但科学家们主要关注的是海水中的物种，这些物种加在一起，可能比其他任何生物群体对地球生命的影响都大。浮游生物是食物链的底层，是海洋中几乎所有动物的食物来源。它们是陆地植物的祖先，陆地植物似乎是在数亿年前从某些海洋浮游植物进化而来的。它们从大气中吸收二氧化碳——通过光合作用产生氧气，并通过另一种过程形成赫胥黎发现如此有趣的方解石板。经过漫长的岁月，一层又一层的球石沉积形成了多佛白崖这样的地标。浮游植物细胞中的有机碳在当今的全球经济中扮演着重要角色。“数亿年来，这些生物一直在向海底沉降，”罗格斯大学的生物海洋学家保罗·福尔科夫斯基说。“一小部分被埋藏起来，变成了石油。”
扫描电子显微镜（SEM）拍摄的三种主要大型浮游植物——硅藻、甲藻和球石藻（拥有球石外壳的）——的图像显示，它们可以美得令人惊叹。球石不总是圆形的、扁平的板状，像汽车轮毂盖；许多看起来像喇叭、卷心菜叶、雏菊或星星。硅藻的硅石外骨骼，有时看起来像微小的、精美的药盒，一半嵌套在另一半中。有些看起来像曼陀罗。甲藻的形态各异，从凹坑状的花粉粒到微小的船锚。无论其具体形态如何，这些微小生物的坚硬外壳似乎都有相同的目的：保护。那里是一个“浮游生物吞食浮游生物”的世界——德国生物地质学家兼电子显微镜学家马库斯·盖森称之为“水生军备竞赛”——其中大部分是由浮游动物（食物链向上一个等级）完成的捕食。
尽管体型微小，浮游植物却能大量繁殖。当条件适宜时，它们会生长成巨大的“水华”，大到可以从太空中看到。一种名为赫胥黎（以赫胥黎命名）的球石藻 *Emiliania huxleyi* 的球石会反射阳光，使数千平方英里的水域变成白色或蓝绿色。其他广泛分布的种群爆发可能是有毒的——例如，五月份，甲藻的水华覆盖了中国近 4000 平方英里的海域，形成了一种所谓的“赤潮”，导致数百万条鱼死亡。
20 世纪 80 年代末，大西洋两岸的科学家们开始进行大规模、多学科的研究，这些研究以 *Emiliania huxleyi* 开始，并扩展到包括球石藻、甲藻和硅藻之间的全球长期动态。研究人员特别关注全球变暖的影响以及它可能如何影响浮游植物种群。其数量的任何大规模、长期变化都可能改变鱼类的迁徙模式、生长速度和死亡率，以及改变大气中氧气和二氧化碳的含量。当然，这会影响到我们所有人。
球石藻
扫描电子显微镜图像由 Markus Geisen 提供
水晶般清澈
这些球石藻的扫描电子显微镜图像均由德国不来梅港阿尔弗雷德·韦格纳极地和海洋研究所的马库斯·盖森拍摄。盖森是最近完成一项名为 CODENET 的广泛研究的数十位欧洲科学家之一，该研究调查了几种球石藻的生物学和生态关系。伦敦自然历史博物馆的微体古生物学家杰里米·杨说：“这些难以置信的小生物创造了难以置信的精美晶体。“它们越引人注目，就越能证明它们具有重要的生物学功能。”
双层板
这种球石藻 *Algirosphaera robusta* 是从地中海西部的阿尔沃兰海采集的。它有两层盔甲：一层是花瓣状的垂直板，覆盖在内层肋状椭圆形圆盘上。中心区域是微小的鞭毛生长的地方，这使得它具有一定的活动能力，但无法逆流而上。尽管有许多部分，但整个生物体是一个只有约 10 微米直径的单细胞，比人体大多数细胞还要小。为了突出特定的结构特征，生物地质学家兼电子显微镜学家盖森为这张由他于 2000 年拍摄的图像添加了数字着色。
硅藻和甲藻
自然多样性
硅藻是生态和进化研究人员最喜欢的工具，因为它们坚硬的硅壳通常保存完好，并且几乎在地球上的所有类型的水体中都能找到，包括淡水和海水，从海洋到农田池塘，从五大湖到西非海岸。一些硅藻甚至可以在潮湿的岩石、土壤和树皮中找到。许多硅藻，如 *Biddulphia laevis*、*Actinocyclus* 和 *Skeletonema punctatum*，被称为中心硅藻，意味着它们围绕一个中心点对称。甲藻 *Peridinium furca* 以两条透明的鞭状鞭毛而闻名——一条环绕身体，另一条从两点之间伸出。甲藻也以其多样性而闻名。它们的形态各异。有些依靠光合作用生存，有些则通过吞食其他生物。有些会发光，就像萤火虫一样。有些成为鱼类和其他水生生物的寄生虫。有些会释放毒素，这些毒素可以麻痹或杀死蛤蜊、贻贝和牡蛎等贝类，并可能对直至人类的整个食物链产生不利影响。
球石藻
扫描电子显微镜图像由 Markus Geisen 提供
小战士
从任何海洋中取一桶水，其中很可能漂浮着数百万个 *Emiliania huxleyi*（左上）标本。它们是最常见的球石藻，是单细胞植物，具有重叠的称为球石的板，这些板显然用于保护。其他球石藻，如 *Calcidiscus quadriperforatus*（中上），也拥有盘状的板，但球石可以有多种形式。例如，*Discosphaera tubifera*（右上）周围环绕着看起来像喇叭的结构，这使得它看起来比实际大得多。每种球石的具体形态很可能是在浮游动物的压力下进化而来的，浮游动物是食物链上一级的微观动物群体，它们进化出了颚、爪和其他装备，以穿透坚硬的方解石球石。一些球石藻可能与硅藻形成共生关系。例如，*Reticulofenestra sessilis*（下）的板与硅藻 *Thalassiosira* 形成一种浮游植物群落。它们之间是否存在任何益处——如果有的话——尚不清楚。
更多浮游生物的图像可在 2004 年 8 月的《Discover》印刷版中找到。
