深海的鱼为什么没被水的压强压死?

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。

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目前发现的生存深度最深的是深海狮子鱼,可生活在8170多米深度,超越8300米的“生命极限”后,已经不存在大型生物,最多是类似于小虾米的生物。深海虽然压力庞大,但生物可适应。

深海的压力是毋庸置疑的,尤其是马里亚纳海沟最深处,水压超过110兆帕,也就是1000多个大气压力,相当于2000头非洲象踩在一个人的背上,深海压力大的原因就在于深,水的压力不断累积,可以用公式P=ρgh(ρ水的密度,g重力加速度,h深度)计算。超强的压力导致越深的地方大型动物种类越少,主要原因恐怕还不是压力巨大而是物质匮乏,上层生物粪便、遗骸残渣在没有落入海沟时就已经被各深度的生物吃完了,而阳光在水中穿行的距离只有几百米,10000多米深处的地方也没有光照,单细胞植物无法存活于那里,因此深海缺乏生物。

目前对于深海的探索并不算很多,因为深海载人潜具很难制造,深入海沟的探索历史上只有十来次。今天早上传来喜讯,我国自主研发的深海潜具奋斗者号,携带着3名潜航员成功坐底马里亚纳海沟,坐底深度10909米将进行采样工作,采集深海淤泥、生物等样本,预计持续6个小时。这艘潜艇是2016年开始设计制造的,而它的体积并不大,只能搭载3名潜航员,而军用或者民用的潜艇虽然能搭乘更多的人,却无法潜入深海,主要是由于潜艇内部中空,为了潜航者的安全,其内气压不能太大,潜艇存粹靠自身的强度抵抗压力,而内部中空很容易被压扁。奋斗者号使用新型钛合金制造的,强度高、韧性好。

7500米左右的阿米巴

因为探索较少,所以很难接触到生命的“极限”,此前发现的鱼类生存记录是活动在大约8000米的一种狮子鱼,这种鱼通体粉白,身躯柔软,日本团队在8170多米的地方发现过它们的身影;还曾在7500米附近发现了一种单细胞动物,巨型阿米巴虫,直径可以达到15厘米。曾经8300米左右的深度被称为生命极限,以此为界限,上部可以有大型动物活动,下部不再有大型动物。此前一次坐底海沟的是大导演卡梅伦,他潜入了10800多米的地方,据他回忆那里看起来就像荒漠,似乎看到了一些类似于小虾的动物,没有看到鱼类。

深海狮子鱼

鱼类适应深海压力的方式比人类的方式更巧妙,人类就是简单粗暴地用高强度的材料做成一个球体结构,用于人乘坐,然后连接动力推进、科学探索等装置,造一个长条型的壳子套上就完事了,壳子不需要太高的强度,因为允许水进入。鱼类则是提升身体组织的含水量,水拥有很好的流动性和抗压能力,即便是深海水的密度也没有明显变化,难以被压缩。

鱼体内水含量高,用水抵抗水压,生活在8000米左右的那种狮子鱼就有很强的透光性,说明身体组织含水量高,区别于浅海的硬骨鱼,深海鱼骨头纤薄、柔软富有韧性,这允许它们的骨组织在压力下变形,能更好地适应压力的变化,最后,它们的体内没有空腔,就类似于一层皮包裹着一包子水,深海压力奈何不得。

没被压死自然是生物适应了海水的压力。生命的适应性可能远超我们想象,上文提到的7500米深度的巨型阿米巴,在一两千米到七八千米的范围内都有分布,说明压力并没有给这种生物带来太多困扰。深海尤其是马里亚纳海沟底,最主要的问题可能是缺乏有机物,生存在那里的生物难以找到食物,因此不允许体型大的动物存在,上图中的深海狮子鱼,投喂一点食物就引来一大群,而周围海底环境看起来就像是沙漠一样缺乏生机。

没有压力,你把气球按到水力,气球要承受压力,水压会把它顶上来,因为气球里面装的是气,可如果气球里也装满了水,内外一样,也就没有压力了,懂了吗,内外都是水,内外压力一样,也就不存在压力了

目前发现的活动深度最深的是一种全身透明的狮子鱼,在深度8370米的地方仍见到它们的身影,而8300米左右的深度已经被认为是生命极限,其下生物种类和数量很少。

具有肺和鱼鳔的生物都怕挤压,不管是肺还是鱼鳔,其内储存的气体压力有限,生物薄膜结构组成的器官,内压只能小幅度升高,无法抵抗数个大气压。大气压力压死生物和直接用重物压死生物区别不大,在于强大的压力直接压迫生物身体,使得身体变形,肺(对于来说是鱼鳔)中难以储存气体,呼吸无法进行,而压力也作用于神经血管,导致血液流动阻塞,进而引起微循环障碍,生物因为窒息和多脏器的损伤而死亡。但是地球上的生物不是都有肺和鱼鳔这样的,深海鱼体内缺少空腔。

深海的很多生物,安康鱼、带鱼等这些通常只活动在数百米深度的生物,其体内就已经缺乏空腔,带鱼只有很小的鱼鳔,安康鱼体内没有空腔,将带鱼的带出海面后,带鱼会很快死亡,所以除了刚补立马吃,带鱼几乎没有鲜鱼。带鱼和安康鱼就已经为适应深海做好了一些准备,但是还有所不足。但是鱼能生存在深海,必然是已经适应了深海的压力,压力虽然很强,但是生命也有适应的方式,就像人一样,为了活肯定不会往火堆里跳。常说的深海鱼其实大多数都生存在数百米的深度,和真正生活在数千米深海底的生物是没法比的。

日本发现的那种狮子鱼在马里亚纳海沟数千米的深度比较常见,这是一种全身组织柔软几乎透明的鱼类,主要以上层海水中沉降下来的动植物残渣为食物,国外有团队捕捉过这种鱼,因为深海缺乏食物,所以只要带些小鱼小虾过去,很容易就能逮到这种鱼。这种狮子鱼的皮肤组织十分柔软仿佛能透水,而身体组织柔软充满了水分,体内没有空腔结构,高含水的身躯就是抵抗海水的利器,深海的海水被压缩的程度也很低,高含水量的组织在深海中无非就是稍微变些形状,而这种鱼的骨骼也比较柔软,身躯很容易适应压力。

抵抗不了你,我就变成你,这是大量深海生物的生存策略,深海水母几乎全身都是水,一种在一两千米到7500米深度都存在的巨型阿米巴虫,其体内也是绝大多数成份都是水,靠这种方式抵抗水的压力。某些生物可以靠强劲的肌肉收缩肺部,使组织中氧气含量充足,因此可以活动到较深的地方,比u抹香鲸,这种哺乳动物用肺呼吸,但是可以潜入一两千米深的地方,以捕食大王乌贼。可抹香鲸这种靠生理代偿适应深海的生物活动的范围还是受限,不可能潜入三五千米的海洋,那意味着肺等空腔组织需要更大程度的变形,而肺组织未必能抵抗那么强的压力。

深海鱼不会被压死当然是因为已经适应了深海的压强,这种鱼带到海面上根本不会爆炸,因为体内就没有什么空腔,但是却会较快地死亡,因为压力太低,溶解在组织中的气体析出,在组织中横冲直撞,导致组织缺氧的同时气体冲击又造成组织的损伤,也就是减压病。

它们体内的压强与体外一样,平衡了。

深海鱼生活在压强高的水域,但没有压差,所以鱼感觉不到有压力!

刚刚美国说病毒是朝鲜放的,按我理解,意思是极端落后的朝鲜从拥有最先进设备、最先进网络、最多高端网络战士、最强网络网军、最强网络攻击能力、最强窃听能力、最强间谍能力、无敌网络防御能力的美军的网络武器库里偷了件美军的武器,然后拿着这件武器什么事不干,就拿这个武器在网络上放了个屁?!这符合逻辑吗?

世界万物,都是经过数亿年前的进化,而适应它生存的环境。那也不是一朝一夕就能适应的,正所谓适者生存这个道理你还不明白。

反渗透法的道理有类似的

鱼在水下压力下生存,因为它们不通过肺呼吸。因此,它们没有因高压而被压缩的气穴。随着我们深入海洋,压力会增加,当我们潜入海面之下,我们每下降10米 ,身体上的压力就会增加1个大气压。换句话说,比如在海洋的最深处,略低于11000米,你感受到的身体压力将是你在户外所感受到的压力的1100倍。人体会在这样的极压下被压碎,我们的耳膜会破裂,我们的肺会充满血液然后塌陷,瞬间就会窒息。当人类潜入水下时,我们感受到的压力来自我们体内被压缩的空气。我们的耳朵和鼻窦,以及我们的肺和血管里都有空气。水压可能很大,导致空气在这些器官系统和组织内压缩。尽管人类对这些深度的压力很脆弱,但海葵、鲸鱼、海豹、螃蟹和数千种其他海洋生物似乎可以很自然的承受压力。

由于水是不可压缩的。这是气体和液体之间的主要区别之一。鱼没有可以压缩的气囊,特别是因为它们不使用肺呼吸,因此压力差保持平衡。在大约海洋8000多米下发现了最深的鱼。一些鲸鱼、海豹和其他鲸类动物能够潜入近3000米的深度。这些生物的肺是完全可压缩的,这意味着它们可以迫使肺中的所有气体进入它们的血液和肌肉,在压力下它基本上可以溶解。这些器官已经适应容纳更多的肌红蛋白和血红蛋白。肺部的这种塌陷还阻止了肺泡的气体交换,从而阻止了氮气进入血液。而人类就不行,当溶解的气体从溶液中以气泡的形式出现在血液中时,这可能是有害的,甚至是致命的。当人体由高气压环境逐步转向正常气压时,体内多余的氮便由组织中释放而进入血液;并经肺泡逐渐缓慢地排出体外,无不良后果。当减压过速,超过外界总气压过多时,就无法继续维持溶解状态,于是在几秒至几分钟内以气泡形式聚积于组织和血液中;减压愈快,产生气泡愈速,聚积量也愈多。由于血管内外气泡继续形成,造成组织缺氧及损伤,细胞释放出钾离子、肽、组胺类物质及蛋白水解酶等,后者又可刺激产生组胺及5-羟色胺。这类物质主要作用于微循环系统,致使血管平滑肌麻痹,微循环血管阻塞等,所以人类深潜后需要逐级减压舱进行减压适应。许多深海潜水生物,如鲸鱼等等自然而然地学会了如何在水中缓慢上升。

由于深海生物体腔和组织中没有这些气穴,它们就不再容易受到我们身体所感受到的压力的影响。使鱼能够潜入近万米深度的原因是体内存在一种特别亲水的物质,称为氧化三甲胺,它可以防止体内蛋白质和其他重要分子在强烈的外部压力下变形和压缩,所以这些深海的鱼不会被水的压强压死。

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