我们在潜水时,有时会觉得耳朵和鼻子不舒服,这是为什么呢?这是因为耳鼻内有空气,水挤压人体内的空气,让我们感到不适。
水越深,水的压强就越大。标准条件下海平面的大气压为1巴(bar,1bar=100kPa),每下降10米压强增加1巴。在世界海洋的最深处马里亚纳海沟,压强可能达到1000巴——相当于把1600头大象压在人身上。深海的压强虽然很大,但并不荒凉,约三百多种鱼在3,000米以下的深海中怡然自得地生活着。钝口拟狮子鱼(Pseudoliparis swirei)是迄今发现游得最深的鱼,科研人员曾在8145米的深海找到其踪迹。
那么,为什么人只能潜水几十米,而有的动物能在几千米深的海洋中生活却不被压扁呢?
有无气囊是主要决定因素之一。人类通过肺呼吸,我们的肺如同一个充满气的气囊,水的深度越深,气囊受到的挤压越大,超过一定限度后就会难以呼吸,发生危险。类似的,浅海鱼类通常具有充满空气的鳔,它们通过鱼鳔的收缩和膨胀来调节身体的密度,完成上升或下沉的动作,不过这也阻碍了它们潜入更深的地方。深海鱼则不同,它们没有鱼鳔,体内充满水分,近乎实心,可以很好地维持内外压力平衡,因此不会被压扁。
没有气囊还不足以应对高压,因为高压还会破坏身体中分子的结构——构成所有物质的微小积木。这时就需要一些化学物质的帮助。近年来,科学家们证实乳酸脱氢酶(LDH)、氧化三甲胺(TMAO)等物质在动物适应深海高压方面起了重要作用。相比于浅海鱼,深海鱼的LDH能适应更大的水压。TMAO则会在深海动物的蛋白质被挤压发生变性时发挥分子伴侣的作用,促使蛋白质肽链再折叠,维系蛋白的结构和功能。有趣的是,TMAO也是让鱼虾散发出腥味的主要物质。
除了长住居民,深海还会时而迎来一些来访者,比如鲸和海豹。它们通过虽然肺呼吸,但能轻松下潜至2000米深处觅食。这主要是因为鲸和海豹没有胸骨,当它们潜入深海中时,呼吸的氧气来源于血液和肌肉,而肺部可以折叠变瘪,没有大气囊,也就不会被压扁了。
(本文系典赞·2021宁夏科普作品创作与传播大赛文章类入围作品,作者系北京师范大学王心怡。)