深海鱼类为什么能承受海底巨大的压力

作者: 杨阳, 郑宇

来源: 百科知识

发布日期: 2021-08-24

深海鱼类和潜水动物如企鹅、海豹等,由于其特殊的生理结构和机能,能够承受极端的水下压力。这些动物的骨骼、肌肉、皮肤和肺部都经过特殊进化,以适应深海环境。此外,它们还能够高效地储存和利用氧气,以及减缓新陈代谢,从而在深潜时保持活动能力。相比之下,人类由于生理限制,无法长时间深潜,且深潜过深会面临减压病的风险。

在万米深的海渊里,身长几厘米的小鱼所承受的压力接近1吨重,这么大的压力可以将比坦克更坚硬的东西压扁,为什么这些小鱼就能承受如此巨大的压力呢?

原来,为了适应环境,深海鱼类的生理机能已经发生了很大变化。这些变化反映在深海鱼的肌肉和骨骼上。由于深海环境的巨大水压作用,鱼的骨骼变得非常薄,而且容易弯曲;肌肉组织变得特别柔韧,纤维组织变得出奇的细密。更有趣的是,鱼皮组织变得仅仅是一层非常薄的层膜,它能使鱼体内的生理组织充满水分,保持体内外压力的平衡。这就是它们为什么在如此巨大的压力条件下,也不会被压扁的主要原因。

人类潜水已经有2000多年的历史了,从最初的“扎猛子”到如今携带各种专业潜水器械,越来越多的人喜欢上了潜水运动。不过对于人类来说,不携带氧气瓶,仅靠面镜和蛙蹼进行自由潜水,确实是一件相当困难的事情。迄今为止,人类自由潜水的极限深度不过100多米,可企鹅、海豚、海豹等动物的潜水深度可达500米以上!是什么让这些同样用肺呼吸的动物能潜水如此之深呢?

原来,这些具有深潜功能的动物们都有一个神奇的肺——即使被压扁、变形、收缩,也不会造成任何伤害,并且可以在短时间内自行恢复。这些动物的肺还具有特殊的保护器,比如海豹的肺部表面有一层活性剂,在这层活性剂的保护下,海豹的肺相当柔韧有力,不仅能轻松对付水中的高压,还能自如地舒展、恢复。

如果人类拥有这种神奇的肺,是不是就可以长时间深潜呢?回答是否定的。因为,决定生物能否长时间深潜还有一个指标,那就是摄取和储存氧气的能力。与陆地动物不一样的是,深潜动物在屏住呼吸时,主要依赖储存在肌肉中的氧气,而陆地动物却是依靠停留于肺部的氧气。研究显示,王企鹅在下潜至510米深时,可将体内全部氧气量的47%储存在肌肉中,其余氧气则在血液和肺部循环,而人类只能将体内15%的氧气储存在肌肉中。

科学家们还发现,在海豚、海豹和抹香鲸等深潜高手的肌肉中,肌红蛋白的含量都格外高。肌红蛋白是一种将血液中的氧吸收并储存起来的蛋白质,因此,即便这些动物不进行呼吸,它们的也能坚持长时间的工作。

当然,如果能使新陈代谢的速度减缓,就能更加合理地分配有限的氧气,同时保存体力,这对需要长时间潜水捕食的动物来说很重要。幸运的是,这些深潜高手们真的具有这样的能力。

有科研人员做过实验,他们在7头海象身上绑了传感器,用以测算它们的心率。在陆地上时,这7头海象的平均心率为107次/分钟,但随着它们在海水里下潜深度的不断增加,心率也开始逐渐下降,直至下降到39次/分钟。在另一次对海豹的测试中,科研人员甚至得到了3次/分钟的极限心率记录,而且有两次心跳的间隔居然长达26秒!

心跳减慢就意味着新陈代谢的下降,所以,在含氧量低和血液循环减慢的情况下,这些动物仍然能长时间地进行深潜捕食。

人类不能像这些深潜动物拥有功能强大的肺,也不能将过多的氧气存储在肌肉里,更不能随意地降低心率,相反,一旦人类潜水过深,还容易患上减压病,造成严重伤害甚至死亡!

人在潜水时,越来越大的压力会将人体内的氮气压迫进人的血液或别的组织液中;当潜水者快速返回水面,压力突然下降时,氮气又会从中离开,这个过程非常容易在人体内形成气泡,而这些气泡轻则会引起人们头晕、关节痛等不适,重则会造成人们耳聋、失忆、呼吸困难甚至死亡!

深潜动物在下潜时,体内氮的浓度基本不变,而且,当它们的肺被压扁后,不仅氮气,肺里的其他气体也不会进入血液或其他组织中,因此这些动物们就免去了减压病的烦恼。

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