每年最终出现在人们餐桌上的1.6亿吨海鲜中，50%来自水产养殖（pdf）。养殖所有这些鲑鱼、罗非鱼和虾需要稳定的完美食物补充：富含蛋白质、脂肪和维生素的油性鳀鱼和沙丁鱼，通常被称为饲料鱼。每年从野外捕捞的2000万吨饲料鱼中，约有90%被磨成鱼粉或鱼油，用于滋养供人类食用的养殖鱼类。
但随着人们预期水产养殖业将继续蓬勃发展——联合国预测到2026年产量将增加34%——该行业的饲料供应正在超出需求。这一困境促使研究人员尝试合成一种替代品，它将提供饲料鱼中的营养物质，在经济上可行，并且不会耗尽人类直接依赖的粮食资源，如谷物。“鱼粉在水产养殖中很重要，如果[水产养殖]想要发展，它必须摆脱对饲料鱼的依赖，”马萨诸塞大学波士顿分校的可持续发展和食品系统副教授迈克尔·特拉斯蒂说。但是，“你如何提出全新的产品”来满足这种需求？
即使在目前的水产养殖产量水平下，高需求和有限的供应使得鱼粉和鱼油过于昂贵，无法用于超过养殖鱼类饮食的30%。即将成为加州大学圣巴巴拉分校助理教授、研究全球水产养殖和渔业的哈莉·E·弗勒利希说，这个比例提供了足够必需的营养混合物（包括梦寐以求的omega-3脂肪酸），以帮助一些物种生长更快，从而减少总体饲料需求。大多数生产商用大豆、谷物和其他廉价产品来补充剩余的卡路里。
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但大豆和谷物已经面临压力，要为牛和猪等其他养殖动物提供食物——并直接维持人类的生存——约翰霍普金斯大学约翰霍普金斯未来宜居中心的海鲜和公共卫生研究员吉莉安·弗莱说。对此类作物的需求不断增长已经导致
森林砍伐和使水域因化肥径流而超负荷。
考虑到这一切，研究人员和初创公司正在从其他资源中开发新型饲料。一些实验室正在通过追溯食物链，找到饲料鱼本身吃的藻类，以及那些珍贵的omega-3和其他微量营养素的来源，来模仿饲料鱼。加州大学圣克鲁兹分校可持续水产养殖副研究教授帕拉布·萨克和他的团队发现，当尼罗罗非鱼食用特定的藻类而不是通常的鱼油时，它们在更少的饲料上增重更多——并且含有更多的omega-3；这表明藻类可能是这种养殖鱼类可行的鱼类脂肪酸替代来源。其他实验室的研究表明，类似的微生物可以替代一部分喂给红鼓鱼和大西洋鲑鱼的鱼产品。
藻类并不是研究人员正在关注的唯一替代生物。挪威生命科学大学挪威食品公司的教授玛格丽特·奥弗兰正在测试一种特定的富含蛋白质的酵母是否可以作为人造鱼饲料，这种酵母是在挪威云杉木和海藻糖上生长的。“这种酵母是可持续的，因为它可以在不占用耕地的情况下生产，使用很少的淡水，并且可以使用人类很少用于食物的低价值生物质，”她说。奥弗兰和她的团队发现，将三分之一的饮食转换为这种酵母的大西洋鲑鱼的增重速度与传统喂养的鲑鱼一样快。为了使该产品更容易被鱼消化，研究人员正在调整酵母菌株和他们喂养酵母的糖组合，看看这是否能帮助它更顺利地进入鱼的食道。
其他研究人员正在尝试从细菌到蟋蟀的一切作为饲料鱼的替代品。特拉斯蒂说，一些人，虽然不是萨克或奥弗兰，正在参加名为F3挑战赛的比赛，以看看谁能尽可能多地出售他们的石油替代品，以推动创新。
对于大多数研究人员来说，扩大规模是最大的障碍。取代每年使用的2200万吨野生水产养殖鱼类将需要大量的微藻生产。“我们的实验室无法满足我们满足饲料水平所需的数量，”萨克说。还需要达到该产量水平来降低价格，因为否则农民仍然会选择足够且廉价的谷物，他补充说。他希望通过使用从其他公司收获的用于人类膳食补充剂和其他商品的藻类的副产品来实现这些目标。“这种产品将帮助微藻产业通过另一条收入来源实现增长，”他说。
这些饲料替代品增产问题的固有之处在于确定脂肪酸（如omega-3）的正确比例。模仿鱼油中发现的天然平衡需要两种方法之一：研究人员必须找到完美的藻类或酵母菌株并喂养其正确的起始物质，以便相关的微生物按比例生产一切——或者他们必须结合来自各种来源的脂肪酸，这使得协调生产更加困难。
即使可以再现这种微妙的营养平衡，并将藻类或酵母扩大到所需的水平，问题仍然存在——例如，仿制饲料精炼过程会排放多少温室气体。特拉斯蒂说，这些饲料想法还很年轻，很难进行这方面的计算，尽管当前的工业发酵过程，如啤酒酿造，暗示了排放可能是什么样子。
克服各种障碍并回答这些问题可能对于在不增加过度捕捞和气候变化对海洋生态系统造成的压力的情况下维持人类粮食生产系统至关重要。“水产养殖正在生产更多，”特拉斯蒂说，“我们需要确保作为一个负责任的行业，我们已经规划好了所有未来的场景。”