您当前的位置: 首页 >  博客资讯

深海压强巨大,潜艇超过深度都会被压瘪,为啥深海鱼能活动自如?

钢筋铁骨的潜艇潜深了,都会被高压压瘪,为什么深海鱼能在高压下活得很潇洒呢?这是一个科学问题,说来话长。

先说下压力和压强这个概念

压力是指两个物体接触表面的作用力,或者气体作用于液体和固体表面的垂直作用力,又或者是液体相对于固体表面的垂直作用力。压力对物体的作用力大小以压强表示,比如海平面为1个大气压,也就是101325Pa(帕斯卡),也可以说101.325kPa(千帕),1013.25mPa(毫巴或百帕)。

而压力作用于一定面积单位的力就称为压强,1个大气压的压强为1kg/cm^2,也就是在1个平方厘米上需要承受1公斤的压力,如果相对1m^2(平方米)来说,1个大气压的压强就是10000公斤。

地球陆地上的人类和所有动物,都是在这种压力和压强环境下长期进化过来的,因此这些动物体内就具有了与这个压强相对应的压力。当然,各地域动物承受的压强并不是很精准统一的,根据海拔高低,大气压会有变化,海拔越高压力就越小,海拔越低压力相对越大。

所以在高原生存的动物,到平原或盆地就生活不习惯;反之,盆地和平原的动物到了高原也不适应。

人类承受压力的能力也有一个范围,比如青藏高原上的大气压只有海平面的0.5~0.6,那里长期生活的人们也能够承受,但低海拔的人去了就有高原反应;同理青藏高原土生土长的人来到平原,也会晕晕乎乎醉氧。

但人类承受能力是有伸缩性的,如潜水到10米深,压力就达到了2个大气压(1个海平面的空气压力,每10米水深增加1个大气压力),也就是压强达到2公斤/cm^2,人类也能承受。受过训练的人可以潜泳到100多米深,就有十几个大气压强。

但再深就无法承受了,人的胸腔和腹腔等空旷处,就会被压瘪,甚至骨骼也被压碎而死。于是人们制造潜水艇,用于深潜保护自己。一般的潜水艇可以潜到几百米深,军用潜水艇最深可以潜到1250米深,但再深就吃不消了,钢板也被压瘪崩溃。

深海潜水器可以到达马里亚纳海沟最深处11000米深,那里的大气压强达到1100多个,这不但需要潜水艇有足够厚的钢板铠甲,还要具有很高的工艺制造水平,才能够承受这么大的压力。

那么深海鱼类是肉体凡胎,为啥能够承受这么大的压力呢?

深海鱼之所以能抵抗深海压力,是进化的结果

物种进化的精髓就是物竞天择适者生存,具体来说就是要适应环境和竞争的需要,才能在残酷的环境和竞争中生存和繁衍下去。深海鱼类就是在深海这种环境中孕育进化过来的,才能够适应这种环境。

深海鱼进化到现在,无论是外观还是骨骼等具象宏观结构,还是深入到细胞层面的微观结构,都与浅海浅水鱼类有着根本的不同。

首先说下深海鱼类的微观结构特点

深海鱼类从一开始的原始细胞,到进化出多细胞生物,一直都在高压黑暗环境中,因此它们的机体结构就是为这种环境而存在的。研究发现,深海鱼的细胞膜上有更多的不饱和脂肪酸,从而能够让细胞膜能够在高压环境下保持高水平流动,提高维持生命系统足够的营养物质的运输效率。

直观地说,所谓不饱和脂肪酸就是容易凝固结块的那种脂肪酸,如动物油脂,在常温下也结成固体状,这就是含有太多的不饱和脂肪酸;而而植物油里面含有的不饱和脂肪酸更多,因此不容易凝固,即便在冬天,也能够保持流动。

高比例的不饱和脂肪酸,能让深海鱼即便处于深海冰冷水中的高压环境,仍然拥有柔软的细胞膜,细胞就不容易被破坏;与此同时,深海鱼的蛋白质也有抗压特点,如其体内α肌动蛋白在多个位点发生了氨基酸取代,其中包括了钙离子和ATP的结合位点,这样就能够保证肌动蛋白在高压环境下正常工作。

此外,深海鱼的蛋白质化学键数目和种类也发生了变化,从而导致蛋白质三级结构改变,加强了结构的刚性,也提升了其对高压环境的适应性;深海鱼体内的氧化三甲胺也远远高于浅海鱼,这是一种重要的蛋白稳定剂,能够帮助蛋白质恢复原有结构和功能,从而保证细胞活性。

不过三甲胺是鱼腥味的主要来源,深海鱼类死亡后氧化三甲胺就分解为三甲胺,因此深海鱼死后比浅海鱼更腥。

深海鱼宏观外形结构特点

我们知道,气体是很容易压缩的,而液体或固体就比较难压缩。因此深海鱼在进化中首先就抛弃了鱼鳔这个脏器。所谓鱼鳔就是我们宰杀潜水鱼时腹腔内看到的鱼泡泡,这是浅水鱼用于调节上升下沉“工具”。泡泡里面有气体,要上升就充入更多气体,让鱼泡加大,从而取得更大浮力;要下沉就排出气体,让鱼泡变小,身体密度加大。

这个鱼泡如果在深海,就会被压破。抛弃这个鱼泡器官后,深海鱼主要利用体内脂类来调节浮沉。我们打个比方,一个空着的玻璃瓶很容易被深海压力压碎,而装满水的玻璃瓶,即便沉入深海也不会破裂,这是因为瓶子内外形成了相对平衡的压力。

深海鱼的骨骼和肌肉含量也比浅海鱼少,脂类和胶质相对更多,骨骼中软骨的比例也远高于浅海鱼。俗话说,过刚则易折,深海鱼用软骨和脂类胶质对抗深海压力,就能够在高压下活动自如。

因此,深海鱼类体内已经具备了抵御高压的能力,也就是体内压力与环境压力形成了平衡,就能够抵御深海高压了。但真正的深海鱼只能活动在深海,如果游到浅水,或被捕捞上来,突然失去高压平衡,深海鱼的细胞物质就会从里面渗出来,有的甚至会被体内高压胀爆,很快死亡。

因此,我们市面上售卖的深海鱼,是不可能有活物的,一般在捕捞船上就要备好冰库,鱼打捞上来就立刻冷冻保存。

不同层次深度的海中具有代表性的几种鱼类

深海鱼有很多种类,但严格来说,市面上常见的一些鱼类不能说是深海鱼,如老虎斑、青斑、粉斑、加力鱼、马加鱼、红利鱼等,这些鱼一般都生活在数十米水深的海中,百米以上的都不多。因此有些鱼在饭店的水族箱里都可养活。这些鱼更准确的称呼只能叫海鱼,真正的深海鱼在水族箱里是无法养活的

越深的水中越黑暗,压力越大,因此生长在越深海水中的鱼类,长得越怪,令人恐怖,就像是外来物种。一般来说,深海鱼眼大嘴大牙齿长大锋利,不少深海鱼身体某些部位会发光,可以在漆黑的环境中勾引同类交配,也可以用于诱捕猎物。

一般到了200米,微弱的光线就再也无法进行光合作用了,因此这种深度就没有绿色植物了,鱼类也不多了。有一种叫皇带鱼的鱼,俗称海龙王;200米深以下的海中,还有一些蟹类,蓝鲸和帝企鹅最深可以潜泳到500米深度。

到了600米,就基本是黑暗的世界了,这里的光线极其微弱,有一种大气后钢鱼在这里活动,脑袋是透明的,眼睛就像挂在头颅左右两半的圆球,眼珠子只往上瞅,因为完全不需要往下看~根本看不见;700米以下还生活着一些欧洲带鱼和鳗鱼等深海鱼类,900米深度还有大王乌贼。

到了1000米,就完全是一片漆黑的世界了,这个深度的鱼类就更少了,但在1300米的深度,还有一种叫革龟的海归生活在这里,欧式尖吻鲨,也在这种深度活动;随着深度增加,鱼类越来越少,但南海象鼻豹可以潜泳到1700米。

2000米有一种叫黑龙鱼的怪鱼,长得像外星物种,下面长着两条长须,会发光,用于吸引猎物;而巨大的抹香鲸可以潜泳到3000米深度,它们主要食物是大王乌贼,据统计每年全球抹香鲸要吃掉500万只大王乌贼。

到了四千米,有一种叫蝰鱼的深海鱼,长长的牙齿大大的眼睛,在漆黑的深海捕捉猎物很不容易,因此它们进化出犀利的长牙,猎物一旦被咬住,就别想逃脱。

人类的潜水深度

4000米以下的深海中,已经非常难得见到鱼类了,但2017年4月,中国一个深海探测小组在8150米深处看到过一只白色的鱼;凑巧的是同年8月,日本的一个勘探小组也在同一地方发现了同一种鱼,有人认为可能是同一条。在这样深的海域,鱼类已经非常罕见,人们把这种鱼命名为马里亚纳蜗牛鱼。

最深的生物是一种巨型单细胞生物,生活在10660米的海底,这种单细胞生物体长有20厘米。

人类一直在设法探索更深的海域,包括无装备潜水和有装备潜水,以及无人潜艇和载人潜艇。迄今为止,人类无装备潜水最深深度为113米,是一位叫吉翁・奈瑞的法国籍探险家于2006年创造的;有装备潜水的世界技术是332米深度,是一位41岁的埃及男子阿梅德・加布尔在2014年创造的。

人类的深潜器已经能够潜到马里亚纳海沟最深处。目前创造载人潜艇最深记录的,是美国著名导演詹姆斯・卡梅隆,这位以导演《泰坦尼克号》、《终结者》、《阿凡达》等大片著称的电影人,有着强烈的童心和探险欲望,2012年3月,他乘坐“深海挑战号”潜艇,下潜到10929米的马里亚纳海沟沟底,创造了载人深潜的世界纪录,至今无人打破。

载人潜水器深潜第二名的是咱中国。2012年6月24日,中国蛟龙号深潜器在马里亚纳海沟处进行深潜实验,最深潜到7062米深度;2020年11月10日,奋斗者号在马里亚纳海沟成功坐底,深度达到10909米。

而无人深潜器保持世界纪录的是日本的“海沟号”,1995年创造了10970米的深度;中国研发的深潜器“海斗号”,于2016年7月28日,下潜了10767米,名列世界第二。

这是人类在与深海动物和深海高压特殊自然环境的较量,随着科学技术进一步提升,人类对海洋的探索开发将不断得到提升。

为什么深海鱼类更受人们青睐

物以稀为贵,深海鱼本来就少,捕捞困难,按照价值规律,当然就很受人类欢迎了。除了价值规律原因,深海鱼相对浅海鱼还有很多好处。

首先,深海鱼由于海水盐度和压力很大,寄生虫和细菌等微生物很少,加上工业污染对深海影响较小,因此深海鱼是更清洁健康的海产品,是生鱼片、刺身等美味佳肴的主要来源。

深海鱼含有更多更高对人体有利的营养,不但含有丰富的蛋白质,还有许多人体需要的特殊氨基酸、脂肪酸、DHA等。如不饱和脂肪酸,钙、铁、锌等矿物质微量元素,维生素a、b、c等。

因此,多吃深海鱼类,有利于促进营养均衡,调节体内营养物质平衡,促进发育,健脑益脑,降低胆固醇,让血管更健康,减少心血管疾病发生和风险,有效控制冠心病等等。

一些科学机构和企业,从深海鱼类身上提取出深海鱼油等各种营养保健品,以满足人类健康需求,很受欢迎。

各位有什么看法,欢迎讨论,感谢阅读。

时空通讯原创版权,侵权抄袭是不道德的行为,敬请理解合作。