為什麼深海中的魚不會被海水壓扁?

傅雲欽  2016.05.01

▲ 生存在在太平洋馬里亞納海溝8,145公尺深處的獅子魚

水有壓力(或稱「壓強」)。深度越大,壓力越大。空的寶特瓶,封口後,拿到水中,往深處移動。假定空氣沒有因水的擠壓而洩漏,寶特瓶也會慢慢會因水壓增加而扁掉(空氣的體積會變小)。

據專家說,潛艇每下沈10公尺,所承受海水的壓力就增加1 atm(大氣壓,1 atm是每平方公尺承受約1萬公斤的力)。海深3,000公尺處的壓力就有300 atm,即每平方公尺300萬公斤,相當於一個人躺在地面,有2,000公斤的鉛塊壓在胸部。現在的軍用潛艇,潛水最大深度大多只有幾百公尺。俄羅斯的M級潛艇,船殼以鈦合金製造,聽說最深也只能潛到1,200公尺深。再往下潛,潛艇就會被水壓壓扁、壓垮。

在民用的潛水器方面,2012326日,電影「鐵達尼號」、「阿凡達」的導演詹姆斯.卡梅隆James  Cameron)乘坐「深海挑戰者號」潛水設備抵達太平洋下約10,898公尺深處的馬里亞納海溝,成為全球駕駛單人潛水器到達地球上已知的最深處的第一人。當然,這套潛水設備是特別打造出來的,銅牆鐵壁,禁得起1,000 atm 海水壓力。

人體如果沒有躲在類似潛艇的硬殼中,潛水也要承受水壓。一個人的肺臟吸飽空氣時,體積約有56公升。吸飽氣後下潛到30公尺的深度,其肺臟體積會被壓縮成1.5公升。肺臟縮小34倍。在此情況下,保護胸腔的肋骨,雖有彈性,也可能會被過度重壓而骨折。但幸虧人體的胸腔有「血液轉移」(blood shift)的機制可以改善,也就是肺隨著潛水深度的加深而縮小時,體液與血液會滲入胸腔,彌補應該塌陷的空腔。由於液體可壓縮性甚低,因此滲入的這些液體可以幫助胸腔抵抗巨大的水壓,以防止肋骨塌陷。

不過,人畢竟是血肉之軀。人體胸腔的「血液轉移」機制抵抗水壓也有限度。因此,潛水深度有限。聽說,目前人類沒有帶水肺(空氣瓶)的「自由潛水」(閉氣潛水,一口氣潛下,再浮上水面),最深的紀錄是122公尺。即使戴水肺、能呼吸空氣的潛水,最深的紀錄也只是318.25公尺而已。再往下潛,人命堪憂。

生活在海中的鯨豚類也和人類一樣用肺臟呼吸。其中最擅於潛水的抹香鯨,潛水深度也只有2,0003,000公尺。再深,也會被壓扁,活不了。

密封的空瓶子、潛水艇、人和鯨魚都可能被海水壓扁。但生活在幾千公尺深(最深達8000多公尺)的深海中的魚類卻不怕水壓,不會被海水壓扁,為什麼?

有人說,那是因為「深海魚類爲適應環境,它的身體的生理機能已經發生了很大變化。這些變化反映在深海魚的肌肉骨骼上。由于深海環境的巨大水壓作用,魚的骨骼變得非常薄;而且容易彎曲;肌肉組織變得特別柔韌,纖維組織變得出奇的細密。更有趣的是,魚皮組織變得僅僅是一層非常薄的層膜,它能使魚體內的生理組織充滿水分,保持體內外壓力的平衡」云云。

所謂「深海魚類爲適應環境,它的身體的生理機能已經發生了很大變化」云云,應該沒錯。但說深海魚類能抗水壓的生理機能是在骨骼、肌肉和魚皮上,則是胡說八道。潛水艇的鈦合金材料都不能抗水壓,柔韌的魚骨、肌肉、魚皮怎麼可能?

有人說,深海魚類不怕水壓是因為「深海的環境下讓生物的細胞膜進化得更軟更滑更具有流動性。深海魚體內的氧化三甲胺(TMAO)加固了蛋白質,以抵抗隨著海深的增加的壓力,幷且隨著深度的增加,其體內TMAO含量也在增加」云云。細胞膜更具有流動性就能「躲避」水壓嗎?要躲到哪裡?所謂「蛋白質被氧化三甲胺(TMAO)加固」,是說氧化三甲胺(TMAO)比鈦合金還要堅硬嗎?鬼扯!

有人說,深海魚類不怕水壓是因為「體內外壓力相等,或者說壓力平衡」云云。這種說法比較有說服力。不過,還是不對。

所謂「內外壓力平衡」必須以內部空間有壓縮的可能為前提。液體、固體很難壓縮。就水而言,要使水的密度增加1/1,000需要的壓力是200 atm2,000公尺的深海的壓力(壓強)約200 atm。因此,水可說欠缺壓縮可能性。

裝滿水或其他液體的寶特瓶,不管有無封口,沉到萬丈的深海,體積幾乎不變,也就是說也不會被壓扁。這不是「內外壓力平衡」的關係,這是寶特瓶內的水或其他液體很難被壓縮的關係。人或鯨豚沉入海底時,能被壓縮的器官也只有含氣態氣體(空氣)的呼吸器官(主要是肺臟),其他器官器官都是液體或固體,不會被壓扁,沒有「內外壓力平衡」的問題。潛水艇沉入海底時,內部真空或有氣態氣體的空間會被壓縮、塌陷,造成金屬艇身的變形,但金屬艇身的密度及體積都不會被壓縮,也沒有「內外壓力平衡」的問題。古代沈船中的寶物,如金塊、銀塊、陶瓷製品,甚至木材,都不會被壓縮,保持完好(但木材會腐爛)。

唯有內部真空或有氣態的氣體存在、具有壓縮性的物品或生物才有「內外壓力平衡」的問題。不過,具有壓縮性的潛水艇,內部必須維持適合人類生活的1atm,故其避免被壓縮的方式,不是「內外壓力平衡」,而是以堅強的艇身結構來抵抗強大的海水壓力,以維持「內外壓力的不平衡」。但如上所述,潛水艇結構的抗壓能力有一定的限度。潛得太深,還是有被壓扁的可能。

人活在陸地上,受有大氣壓力。因人沒有潛水艇那樣的抗壓金屬結構,必須考慮「內外壓力平衡」的問題。例如人急速往高處移動(搭電梯、搭車、搭飛機)時,因氣壓降低,耳膜外的氣壓比耳膜內的氣壓高,耳膜會被外面的空氣擠壓,而感到不適。此時,如果張開口鼻,讓外部的空氣從鼻喉附近的「耳咽管」進入內耳,使耳膜內外的氣壓相等(平衡),耳膜就不會被外面的空氣擠壓,而感到不適了。

人潛入深海中,要讓肺部的不被海水壓縮,唯有讓肺部吸入海水的方式,造成「內外壓力平衡」。但這樣會被淹死。詹姆斯.卡梅隆卻認為不會。他的的電影《無底洞》(The Abyss)中的女主角吸入海水,昏死過去,但最後又甦醒過來。不過,那是詹姆斯.卡梅隆的幻想,不足為憑。

綜上所述,深海中的魚類不怕水壓,不會被海水壓扁的原因是它們全身不是固體,就是液體,沒有裝著氣體或真空的「密閉空腔」,幾乎沒有壓縮性。

附帶言者,魚類體內的「鰾」這個器官含有氣體,用來調節魚在水中的比重,以控制沉浮。但深海的魚類,為了適應周圍高壓環境,避免鰾被壓縮,其鰾的空腔被蠟質或脂質取代,且魚鰾呈現退化,或甚至完全消失。

再者,深海魚類被人類撈上海面後,不能存活。有人說是因「失壓爆裂」,如人在太空中失壓一般。其實,應該沒那麼嚴重。深海魚類替體內雖沒有氣態的氣體,但還是有溶解於體液中的氧氣。體液中的氧氣會因失壓而「沸騰」(像打開汽水瓶),發生「潛水夫病」,因而死亡,但應該不至於爆裂

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參考資料
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台灣師範大學物理學系

我們平常就住在『深海』的底部,也就是大氣層所形成的『空氣』海。就好像水底受到上層的水所受重力的影響,在水底越深則 水壓越大。在『空氣海』的底層,所有大氣層中空氣所受重力也壓迫著我們,也就是『大氣壓力』的來源。

較大的不同是『水』較不易受壓縮,深海中水的密度增加不多。但是空氣密度隨著高度的增加而逐漸減少。在地表附近一立方公尺的空氣重量約為1.29公斤重。沒錯!就是有那麼重!不妨估計一下教室裡的空氣約有多重,保證讓你嚇一跳!由於大氣層的重量造成地面的大氣壓,其大小約每平方公分1.1公斤重。若估算一下地球的表面積,則可以估算 整個大氣層所受的『重量—地心引力』。……

當潛水夫 開始潛水時,每潛下約10公尺便增加相當於一大氣壓力的水壓。……


肺部氣壓傷(pulmonary barotraumas)!這個問題之所以容易被忽略,不常被提起,常常來自於任何介紹自由潛水的資料裡,總會提到潛水反射,而其中一項就是『blood shift』!

在水面吸飽空氣,然後開始下潛,這是一般的自由潛水方式。當我們潛水到十米深的時候,肺部體積大約只剩下一半,通常,在三十米以內,我們的肺部體積會縮小到最小的狀態。……

所謂的Blood shift現象就是:水壓隨著潛水深度的加深而增加,肺臟會越縮越小(因為裡面的氣體體積,隨壓力增加而減小),過度壓縮的肺臟會在胸腔內留下多餘的空腔,而體液與血液會滲入以彌補這份多餘的空腔,由於液體的不可壓縮性,因此滲入的這些液體可以幫助胸腔抵抗巨大的水壓(否則單以肋骨的強度不足以抵抗水壓)。……

當一個人肺活量(VC4.5公升而肺部剩餘體積(RV)為1.5公升時,吸飽氣體後的肺部總體積是4.5+1.5=6公升,當這個人吸飽氣後下潛到三十米的深度,其肺體積大約是1.5公升即肺部剩餘體積(RV),換句話說,這個人只要每次都有把氣吸飽,在三十米以內的深度自由潛水,可以大大避免肺部氣壓傷。只要潛水深度別超過,讓肺部的體積小於『剩餘體積』(RV),相對上都是比較安全的。(所謂的安全是指,這就是我們平常呼吸的肺部體積變化範圍,所以肺臟應該是熟悉此範圍,而可以正常運作不致於有傷害)。……

201525

依據金氏世界紀錄記載,最深的水肺潛水紀錄是318.25公尺,由南非潛水者Nuno Gomes2005年,於紅海近埃及處所創下。即使整趟潛程共花費12小時又20分鐘,下沉時只花了14分鐘。

另有一說是法國潛水者Pascal Bernabé在2005年的七月曾在科西嘉島外潛到330公尺深,但因證據不足,尚未得到金氏世界紀錄認可。

大紀元  2016-05-03 2:58 PM

▲ 新西蘭男子威廉.特魯布里奇(William Trubridge)日前在巴哈馬以424秒一口氣潛入122米深海,並安全返回水面,第16次打破了他自己保持的自由潛水 (Free driving)世界紀錄。(視頻擷圖)


【大紀元20160503日訊】(大紀元記者李洋報導)新西蘭男子威廉.特魯布里奇(William Trubridge日前在巴哈馬以424秒一口氣潛入122米深海,並安全返回水面,第16次打破了他自己保持的自由潛水(Free driving)世界紀錄。特魯布里奇將在週二(3日)挑戰另一項世界紀錄。

35歲的特魯布里奇於上週六(430日)在巴哈馬(Bahamas)迪恩藍洞(Deans Blue Hole)自由潛水,用了215秒下潛到預定目標122米後,再上升回到水面,整個過程屏住呼吸424秒不用換氣。

也就是說,特魯布里奇這次一口氣下潛的深度有自由女神像的高度那麼深,成功刷新了他在20114月在同一地點創下世界紀錄,當時他用了413秒下潛到121米深處。

自由潛水是不攜帶水下供氣設備,以單一呼吸屏息進行的潛水活動。特魯布里奇在當日整個潛水過程中沒有使用任何氧氣筒、蛙鞋或泳鏡,只有一條拉拽繩索輔助升降,以及引導位置。

特魯布里奇成功返回水面,在得悉自己達到目標後激動得躍起揮拳,並贏得周圍一眾支持者歡忽叫好。當日特魯布里奇父母也在場觀戰。

不過,特魯布里奇並不滿意自己上升時的表現。據他的公司Vertical Blue發佈的視頻顯示,他說:「下潛時很完美,一切都進行得很順利。」但他到達設定的目標取得「標貼」後,一度無法將其貼上腳部,花了好一段時間才能完成。

他描述上升回程是「可怕的」 ,「當時我完全忘記了我是在深海潛水。當我的精神分散了,就無法保持一貫的自信輕鬆心態。快到水面時,我更以為自己會陷入昏迷。」

出生於英國的特魯布里奇,移居新西蘭僅18個月,他在2007年就打破了他的第一個世界紀錄,從那時起他一直享有卓越的職業生涯。

他非常熱衷自由潛水,在他自己網頁上寫道:「海底呼喚我潛在的能力,冰冷、黑暗、真空壓力、極夜及無盡夢想。」

特魯布里奇的父親大衛(David Trubridge)說:「我們已在大海及船上生活10年之久,大海是我們的家,是威廉的後院,是他的遊樂場。」 因此,潛水對於威廉來說,是別具意義的。

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當潛艇下潛時,潛艇殼體通常可以承受的水壓可以達到4兆帕(相當於400米水深的壓強),而對於像阿爾法級核潛艇那樣的鈦合金外殼的潛艇則可以承受10兆帕的壓力(相當於1000水深的壓強)。但在殼體內則要保持普通的海平面大氣壓力左右的氣壓。由於水的鹽度不同,鹽度越大的水其在同樣深度所產生的壓力也越大。

隨後伴隨二戰結束以及對於海洋科學研究的興起,民用科研潛艇復興。在民用科研潛艇上,美國和日本的技術發展最為先進。1960123日,美國人皮卡爾和沃爾什乘「里亞斯特—2」號,在太平洋的馬里亞納海溝潛到了10,916的深度,創下了載人潛水器下潛深度的世界紀錄。1995年,日本「海溝」號在世界最深的馬里亞納海溝進行了水深達10,970的潛航,創下了無人潛水器的最深下潛紀錄。

夏威夷亞特蘭大觀光潛艇內部
隨著科技的發展和潛艇市場的開放,觀光潛艇成為了一些富人的新式「移動豪宅」,同樣也成為了一些靠海的熱門旅遊地的海峽觀光設備。20077月,美國潛艇公司為俄羅斯富商,英超球隊切爾西老闆阿布建造完畢了一艘豪華水下遊艇「鳳凰1000」。這艘潛艇長65米,觀景窗寬4.5米,可達到300深度,室內總面積為460平方米,生活和娛樂設施一應俱全,包括會議廳、海底電話和衛星電視。

總部位於聖彼得堡的紅寶石設計局設計製造了一種海下觀光潛艇。這種潛艇被命名為「沙多克」(Sadko)。這種潛艇能裝載40名乘客,安全下潛深度為100米,極限深度為200250,而通常則只在40左右米的深度潛行以保證安全,而且為每名乘員都配備了水下逃生設備。……

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▲ 深海挑戰者號圖像(不按比例)

深海挑戰者號(英語:Deepsea Challenger)是一艘由澳大利亞製造的載人潛水器,高7.3米,重12噸,承壓鋼板有6.4厘米厚。駕駛艙可容納一人。該潛水器安裝有多個攝像頭,可以全程3D攝像,還配有專業設備收集小型海底生物,以供地面的科研人員研究。

2012326日,加拿大導演詹姆斯·卡梅隆乘坐深海挑戰者號潛水艇抵達太平洋下約1.1萬米深處的馬里亞納海溝,成為全球駕駛單人潛水器到達地球上已知的最深處——挑戰者深淵的第一人。在下潛了2小時36分鐘之後,深海挑戰者號終於降落在馬里亞納海溝的「挑戰者深淵」,在10,89835,756呎)海床著陸。卡麥隆成為自1960年以來,第一位潛入這個世界最深淵的人,更是首位隻身潛入的探險家。他在地球最深淵逗留了3小時多一點。

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抹香鯨(學名:Physeter macrocephalus)又稱巨抹香鯨、卡切拉特鯨,是世界上最大的齒鯨。牠們在所有鯨類中潛得最深、最久,因此有動物王國中的「潛水冠軍」的美譽。可能只有喙鯨科的兩種瓶鼻鯨在潛水方面能與之比擬:雖然有實際觀測到的最深記錄由柯氏喙鯨創造,但不排除抹香鯨有能力下潛更深。……

成年雄鯨與雌鯨的分布情形有明顯的不同,雌鯨通常棲息於水深1,000以上、緯度40度以內的海域但在北太平洋可達北緯50度左右;雄鯨幼年時跟隨母親在熱帶海域生活,成長後會離群逐漸向較高緯度移動,體型越大、年齡越老的雄鯨,分布範圍也越偏高緯度,甚至會接近兩極浮冰地帶。……

抹香鯨是哺乳動物中潛得最深的物種,16英尺(4.9公尺)寬的大尾鰭可使他們加速,1分鐘就能潛320米深,抹香鯨的背孔呼一次氣可換掉體內85%的氣,超大的肺活量可使他們潛到2000深的海底,還可在水面下待2小時。

大紀元  2017-03-08  7:52 PM

【大紀元20170308日訊】(大紀元記者張秉開編譯報導)葡萄牙亞速爾群島(Azores)發現極為罕見的特魯氏中喙鯨(Trues beaked whales),該種鯨魚可潛水3000深。

英國聖安德魯斯大學(University of St Andrew)的研究者在位於北大西洋的亞速爾群島海域拍攝到該鯨魚活動的影片。

據科技網站Gizmodo 38日報導,特魯氏中喙鯨極為罕見,是鯨魚學家一生都不一定觀察到的深海鯨魚。

聖安德魯斯大學的海洋生物學家阿圭拉薩托(Natacha Aguilar de Soto)等人幾年前共發現兩頭特魯氏中喙鯨。一頭為準成年雄鯨,為2004年在亞速爾群島的法亞爾(Faial)海面漂浮,但發現時已死亡;另一頭也是準成年雄鯨,在2012年發現於距離亞速爾群島約1400公里的西班牙加那利群島的耶羅島(El Hierro Islands)岸邊擱淺。

阿圭拉薩托等研究者對特魯氏中喙鯨做了基因分析,確認它是學術界期待已久的罕見鯨魚。

該鯨魚的外形顏色特徵為,頭端至眼睛上方的呼吸孔之間有白點。「這一身體顏色特點與之前人們所描述的不同,因此它很可能是罕見的一種鯨。」研究者說,「其整體顏色特徵說明是典型的特魯氏中喙鯨。」

研究者在《PeerJ學術雜誌》上描述,該鯨魚學名為Mesoplodon mirus,屬於罕見的劍吻鯨科(Ziphiidae,又稱喙鯨科)海洋動物。它們是深海動物,潛水深度至少300米,很少出現在淺水區。

科學家指出,首次在相對較近海岸的區域發現這種罕見的劍吻鯨,有助於今後進一步觀察研究。

近二十年間,發現三種新的劍吻鯨,因此劍吻鯨種類增至22種。劍吻鯨一生92%的時間是在水下生活,可下潛至3000米深,在這樣的深度停留兩小時,因此可以說是地球上的「潛水高手」。

資料記載,劍吻鯨的身長可超過5米,體重超過1噸。

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深海魚是指生活在海洋透光帶以下的魚。燈籠魚科是目前最常見的深海魚類。其他的深海魚類還包括燈眼魚科、雪茄達摩鯊、鑽光魚科、鮟鱇目以及蝰魚(Chauliodus)。

目前已知的深海魚類種類僅占所有海洋魚類種數的2 %,牠們通常生活於深海的中層帶至深淵帶間(1000米以下的深海海域),由於深海的環境與淺海(透光帶)大不相同(深海水溫約在攝氏 3 ℃ 至 2 ℃ 間,除了海底熱泉的溫度可以超過 350 ℃),因此生活在深海的魚類被創造出一套特別的生存方式。

20141223日,由夏威夷大學等組成的研究團隊在西太平洋關島附近的馬里亞納海溝的8143米深海處發現了新品種的魚類。此深海魚種疑似為草魚屬的一種,牠呈白色半透明狀態,有像鰻魚一樣的尾巴和像翅膀一樣伸展的魚鰭。8143米水深是至今為止拍攝到有魚畫面的最深記錄。

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一支研究團隊在太平洋里亞納海溝海平面下8145公尺處,拍攝到長相古怪的新品種獅子魚,比先前的紀錄還深將近500公尺。此外,研究人員還拍攝到其他多種新品種魚類,以及體積超級大的甲殼亞門動物。

哈達爾生態研究小組搭乘美國「施密特海洋研究所」的研究船佛爾克號,在深度達11公里的馬里亞納海溝進行30天研究,把無人著陸器放置到深度從50001600公尺海面下92次,記錄下超過100小時的深海影片。

之前最深的深海魚是在日本海溝被發現的鈍口擬獅子魚(Pseudoliparis amblystomopsis),深度為海平面下7700公尺。此後科學家開始在其他深海海溝尋找同類生物,發現每個海溝都有其獨特的獅子魚品種;當他們在馬里亞納海溝深度超過8000公尺處發現一隻獅子魚,認為這是新品種的獅子魚。

研究團隊原本以為已打破深海魚深度紀錄,未料在海面下8145公尺處,又有一隻獅子魚跑來吃著陸器提供的飼料。英國亞伯丁大學海洋實驗室的傑米森說,他們覺得這是一隻獅子魚,因為長相太奇怪了,但究竟是什麼魚還有待商榷;只能確定該魚格外脆弱,牠游動時身後彷彿飄著濕掉的衛生紙;口鼻部分也很奇怪,像是卡通中的狗鼻子。這條破紀錄的魚所在深度,已逼近科學家認為魚類可以存活的海洋深度。

研究人員還拍攝到其他奇特生物,包括體積龐大的甲殼亞門的片腳類動物。片腳類的長度通常只有23公分,但科學家們拍攝到的片腳類卻長達30公分。

國立海洋科技博物館

深海以毀滅性的壓力控制一切進入其中的東西。這股力量與地面上的氣壓類似,只是水比空氣重得多。在海平面的陸地上,覆蓋地球的大氣重量為每平方公尺約1萬公斤。

然而,一艘潛艇,每下沈10公尺,潛艇承受海水的壓力就增加1單位大氣壓。3,000公尺處承受300單位大氣壓,即每平方公尺300萬公斤,相當於一位成人站立時,有2,000公斤的鉛塊在身上。

深海魚的魚鰾在高壓環境下會被壓扁嗎?世紀的科學家認為在深海的高壓低溫環境下,不可能有生物生存。然而現在深海生物的高多樣性已被大眾廣泛的接受。深海魚類的最深採集紀錄達水深8,370公尺。

魚類如何適應深海的壓力、並維持魚鰾調節浮力之功能魚類屬脊椎動物,其身體構造比其它無脊椎動物複雜。深海魚類依棲息環境,在維持鰾功能的演化有很大的不同。為了適應周圍高壓環境,生活於深海的魚,其魚鰾空腔被蠟質或脂質取代且魚鰾呈現退化或完全消失。深海底棲性魚類利用鰾前端超過數萬條的微血管網狀組織,構成對流交換系統,以增加鰾內空氣壓力,並維持浮力調節功能。

王朝網路  2011-12-21  10:40:50

潛水員曾在千米深的海水中見到過人們熟知的蝦、烏賊、章魚、槍烏賊,還有抹香鯨等大型海獸類;在20003000米的水深處發現成群的大嘴琵琶魚:在8000米以下的水層,發現僅18厘米大小的新魚種。假如人們不是親眼見到這許多的深海生命體,只聽其傳言,會以爲這是天方夜譚。因爲,這些看起來十分柔弱的生命,首先要經受起數百個大氣壓力的考驗。就拿人們在7000多米的水下看到的小魚來說,實際上它要承受700多個大氣壓力。這就是說,這條小魚在我們人手指甲那麽大小的面積上,時時刻刻都在承受著700千克的壓力。這個壓力,可以把鋼制的坦克壓扁。而令人不可思議的是,深海小魚竟能照樣遊動自如。在萬米深的海淵裏,人們見到了幾厘米的小魚和蝦。這些小魚蝦,承受的壓力接近一噸重。這麽大的壓力,不用說是坦克了,就是比坦克更堅硬的東西,也會被壓扁的。

但是,深海魚類爲什麽能承受海底如此巨大的壓力?原來,深海魚類爲適應環境,它的身體的生理機能已經發生了很大變化。這些變化反映在深海魚的肌肉和骨骼上。由于深海環境的巨大水壓作用,魚的骨骼變得非常薄;而且容易彎曲;肌肉組織變得特別柔韌,纖維組織變得出奇的細密。更有趣的是,魚皮組織變得僅僅是一層非常薄的層膜,它能使魚體內的生理組織充滿水分,保持體內外壓力的平衡。這就是深海魚類爲什麽在如此巨大的壓力條件下,也不會被壓扁的原因。……

知乎

劉輝  3人贊同了該回答
2012-05-25

這個估計主要和壓力差有關吧,潜艇內部是標準大氣壓,外部壓力太大,所以深度有限。深海生物體內外的壓力差反而不大。

蘇澄宇(動物學 話題的優秀回答者)610 人贊同了該回答
2015-10-27

首先,不管這是不是廢話,所有的海洋非哺乳類生物都沒有肺 (有了肺就直接被壓扁了)不管是深海魚還是淺海魚,通過鰓將水中的溶解氧轉入血液中,進而存儲到它們的肌肉中,它們的肌肉組織含有比一般生物高得多的濃度的氧結合肌紅蛋白,隨著深度的增加,其氧氣的利用率更高。

一方面,Yayanos發現,深海的環境下讓生物的細胞膜進化得更軟更滑更具有流動性。如果它們的細胞膜(主要成分磷脂)太‘僵化‘,在深海高壓和低溫下磷脂將會僵硬,因此生物活性通道將會關閉。“正因爲如此,深海動物和細菌往往用相對流動的血脂建立自己的細胞膜。與淺海層的生物相比,深海生物用更多的不飽和脂肪酸來組建細胞. 當這樣的深海機體到達淺海域將會,細胞內的脂肪收到的壓力變小,它們將有可能會開始從內部滲透出來,這也解釋了爲什麽深海魚不能到淺海生存。即使不會馬上死掉也會導致它們神經上的損傷。

另一方面,則是由于機體內容材質有關,比如水母體內95%的主要成分都是水,所以水母在高壓下幷不會收到壓力的影響

另一方面,深海魚的生理器官發生了改變,比如鯊魚沒有淺海魚所擁有的魚鰾。

更深層的研究表明:深海魚體內的氧化三甲胺(TMAO)加固了蛋白質,以抵抗隨著海深的增加的壓力,幷且隨著深度的增加,其體內TMAO含量也在增加。換句話說就是因爲深海生物由于存在TMAO,它們能更加適應深海的壓力。

嚴爭鳴(經濟學狗一枚)
2015-10-31

深海生物的骨胳很軟,肌肉組織”滲水”(突然間想不到合適的詞了)所以保證了身體內外壓强平衡。另外,它們普遍長得尖牙利齒據說是爲了捕食方便。。。下一餐還不知道是什麽時候呢。

知乎用戶  6人贊同了該回答
2015-10-31

深海生物因爲長期生活在高壓環境下,所以細胞機制和體內的壓强等都是很適應高壓環境的。如果你把它捕上來它會因爲無法適應而死亡。這是北極南極這種極端環境下的生物道理是一樣的,生物都具有適應性,長期的演化會讓生物適應極端的環境,但是極端環境下的生物却不一定可以適應我們普通環境。

gbv587(大學生)11 人贊同了該回答
2015-10-31

沒有什麽爲什麽,自然選擇的結果,就好像我們可以生活在1標準大氣壓下一樣,早就習慣了,要不是科學告訴我們有大氣壓的存在,我還以爲什麽都沒有呢。換個說法如果一個來自外星的生物(假設這個外星沒有大氣層包裹)降臨地球,那麽它會直接被擠扁,如果是來自一個氣壓遠高于1標準大氣壓的星球的生物,則會瞬間爆炸。這也就是爲什麽宇航員要穿航天服的一個重要原因。

天道酬勤,人家深海生物在深海高壓下來去自如,游刃有餘也不是白來的,是祖先世世代代拼了老命在自然選擇中幸存下來的,沒有什麽是白來的,唯努力矣。
好吧,不知道樓主是不是只想要一些生物結構組織方面的答案,所以只好强行來一波鶏湯

海洋 (話題的優秀回答者)4541 人贊同了該回答
2015-11-02

從海平面開始,深度每增加10米,壓强增加一個大氣壓。全球大洋平均深度4000米,而在這個深度,壓强是400 atm, 什麽感覺呢,大約是一隻大象站在你的大拇脚趾頭上(此處經評論提示修正)。

前面答案大多提到了體內外壓力差相等,但是否這就抵消了深海如此大的壓强呢?
海洋學家出海時很愛幹這麽一件事:拿一個泡沫杯,綁在採樣或者探測儀器上,放入深海,取上來以後,會收穫一個完美縮小的泡沫杯。

這個杯子放在任何一個深度,內外壓强都是相等的,但它進過高壓的洗禮,還是一夜回到解放前。所以在壓强面前,只要有固體形態,有壓縮性,都會或多或少受到影響。對于生物體來說,高壓强最直接的作用是减少分子的體積而導致的機體結構變化。作爲一個分子而言,這壓强是十足的作用在其身上的。生物體都是由一個個分子構成的,其主要構成單位蛋白質,以及各種脂膜的結構和功能都相應的發生了一些變化,以適應深海的壓强。

首先說說蛋白質。既然壓强的直接作用是導致體積的變化,深海生物蛋白質的適應也是體現在體積變化。蛋白質不是剛性結構,意味著它可以通過三級或四級結構轉化而進行『構象變換』。此外,蛋白質亞單位組合,輔因子和酶的相互作用,催化反應,都伴隨著蛋白質的結構/體積變化。深海生物的適應進化便是减少這種體積變化。(粗暴的可以這麽理解:你不是要縮小我的體積(變化)嗎,我提前自己變到最小,你能拿我怎麽辦。)然而這種變化不是沒有代價的,蛋白質的結構與其功能是息息相關的。所以通常情况下,深海生物的蛋白酶催化效率要遠小于同種類的淺海酶。

再來看生物膜。生物膜的主要成分是脂類,其壓縮性是大于水的,所以在高壓强下,也會發生一系列的結構變化。前面@蘇澄宇已經提到了細胞膜的流動性變化。膜中的脂類爲適應環境條件而調整其流動性的機制叫均粘調試(Homeoviscous Adaptation)。此機制在高壓和低溫下有相同的反應。壓强升高或者溫度降低都會降低膜的流動性。大約深度每增加100米的作用和溫度降低0.13-0.21攝氏度相同。深海生物爲了抵抗這種作用,進化出了一些機制來增加膜的流動性,以保障正常的生理需要。

兩條烴基鏈分的越開,膜的流動性越强。所以深海生物的適應就旨在保持磷脂分子抬頭挺胸圓規腿,而且可以盡可能的保持這種形態。主要的途徑有兩種:
1. PE (Phosphatidylethanolamine) PC(Phosphatidylcholine) 是兩種不同的磷脂分子,其最大的區別,你們也看見了,一個小頭,一個大頭,其帶來的結構變化也是一目了然。所以多使用PE,就是深海生物的一種進化適應。

2. 接下來要談的就是大家都熟悉的飽和和不飽和脂肪酸。

飽和和不飽和脂肪酸差別就在烴基上的那個雙鍵。雙鍵就意味著平面結構(想像一下大閘蟹),導致拐腿那個姿態就變不了了。所以不飽和鍵的存在,增加了膜的流動性。

之前提到低溫和高壓對膜的適應進化有相似的作用,而全球大洋平均溫度是4攝氏度,這也就是爲什麽海洋生物(深海以及冷水)多富含不飽和脂肪酸。

總的來說,深海生物對抗高壓的方法就是减小自身的壓縮性,從而把壓强的作用减到最小。

秦先生(輪機男/目標星辰大海/腦洞大開)
2015-11-03

動物體內是充滿內臟什麽的,而人造潜水器一般都是中空。

蛋蛋(理工狗、盲目不從衆患者)99 人贊同了該回答
2016-01-10

總結一下上面各個大神的結論。舉個例子好理解。比如生物是個泡沫瓶子。(以泡沫顆粒代指細胞結構)想去深海怎麽辦?首先要提高瓶內壓力和深海一樣,否則在400個大氣壓下多結實都沒用。然後呢?壓力是平衡了,但是瓶壁受了來自兩面的巨大壓力,如果還是泡沫那就直接擠扁了。好吧,那就犧牲一點功能,換成實心塑料的,這下就擠不扁了。

總結一下:

1,體內壓力平衡提高整體抗壓能力。
2,改變分子結構提高細胞層面上的抗壓能力。

劉文俊  6人贊同了該回答
2016-08-02

我們也在高壓中啊,大氣壓大約是10萬帕斯卡,也就相當于每天有10米高的水在壓你,想像下你每天背著跟你身體同樣粗細,10米高裝滿水的一根水管吧。

但是你有感覺嗎?沒感覺,同樣深海魚也沒感覺。但是你要是脫離這10萬帕斯卡,去太空,你瞬間爆掉,深海魚也一樣

奇藍和神良(凑熱鬧怕事大)
2016-11-21

因爲體內外壓力近乎均等


很多人都知道,在海中的壓力遠遠超過空氣中的壓力,正常人一般能夠潛到20m深以下就很了不起了,即使是像淺水艇這樣如此堅固的構造也都有一定的潛入深度,那深海魚呢?為何深海魚能承受如此驚人的水壓,深海魚的外表應該沒有堅硬到子彈打不穿吧,究竟是什麼樣的內部構造能夠抵擋的了如此強大的水壓?

最佳解答:

1.潛艇是靠堅硬的外殼來防止水壓對艦內人員危害,因為艦內壓力維持在一大氣壓,所以潛艇的艦內人員不需減壓。

2.深海生物是靠體液來平衡壓力,借由細胞內的液體來對抗環境的壓力,當細胞內體液壓力等於環境的壓力時,細胞就會維持一定形狀,為了在深海惡劣環境中生存,通常深海魚體表為軟質表皮,少有堅硬外殼,因此當深海生物由深海急速捕撈上海平面時,身體急速膨脹,因此體內液體快速減壓產生氣泡,造成魚類死亡

3.因為快速減壓,造成溶入體液內的氣體析出產生氣泡(像是打開瓶蓋的汽水),就叫潛水夫病,但是並非只有潛水人員才會得到,礦工與台北捷運當時地下隧道施工人員也有罹患潛水夫病的紀錄。

舉例來說

4-1. 潛艇是像一隻蓋上瓶蓋的大寶特瓶,人類像是內部充滿空氣緊緊綁好的氣球,當氣球放入大寶特瓶內鎖上瓶蓋,就類似潛艇情形,當寶特瓶未變形前,不管壓力多大,氣球形狀維持正常,一旦寶特瓶變形後氣球形狀立即縮小變形,使氣球內部空氣壓力平衡,只不過人體不會縮小,會藉由呼吸平衡壓力。

4-2. 人類像是內部一半水一半空氣(代表肺部與其他部位),接上一根管子(呼吸管)的寶特瓶,然後放入水中,當壓力大到一定程度,寶特瓶就會變形,但是人體不能變形(肺部會受到水壓而無法呼吸),為了維持寶特瓶形狀,所以必須給管子加壓的空氣,以保持寶特瓶形狀。如果還不能理解,叫個人平壓在身上試試,看看呼吸會不會困難。

4-3. 魚類像是內部全是水的開口寶特瓶(用鰓呼吸),不管水壓多大,寶特瓶並不會變形,所以只要人類用鰓呼吸要潛多深大概都沒問題。

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▲ 赤睛魚(Scardinius erythrophthalmus)的鰾

鰾是輻鰭魚類體內的一個內充氣體的囊狀器官,其生理作用是調節魚在水中的沉浮。一些魚的鰾還有呼吸、發聲等機能。有些淡水魚類的鰾與內耳相連,用來測量水壓和提高聽覺靈敏性。

魚鰾也被用作人類食物和材料,又稱魚膠、魚肚、白鰾、魚泡等。

鰾位於魚體腔內的背部,鰾壁堅韌不透氣,包含鳥嘌呤晶體,只含很少的血管組織。鰾的發達程度與魚的習性有關:生活於極淺水和底棲的魚類因為不需要浮沉,鰾一般較為退化;另外,金槍魚等因為需要快速游泳,鰾也不發達。包括鯊魚的很多軟骨魚類只靠游泳來調節浮力。

生活在淺水魚類的鰾內氣體成份類似空氣。深海魚類則一般含氧氣較空氣高。鰾內不同程度的充氣導致其體積以及整個魚體的比重變化。鰾主要的功能是降低魚在水裡的比重。

在胚胎期間,鰾是由消化道突出並擴大而形成的,並與消化道經由鰾管相連。通鰾(也稱喉鰾,physostomous)魚類終生保留鰾管,通過口吞咽空氣來充排氣,例如鯉形目和鯡形目。閉鰾(physoclistous)魚類,例如鱸形目的鰾管消失,通過特別的腺體分泌乳酸來從血液中收集氧氣進入鰾。後者因為排氣速度比較慢,在魚體快速上升的情況下更容易導致鰾破裂。