生活在海面下大约8000米处的马里亚纳狮子鱼,是目前人们发现的“最深的深海鱼”。作为对比,人类潜水的深度一般都在10~20米,最极限的深度也不过300多米。要知道,在水下8000米处,静水压大约是800个大气压强,相当于一头成年公牛站在你的指甲盖上。那么,深海鱼是如何承受如此巨大的压力的?难道是因为它们心态好吗?
宏观:舍弃鱼鳔,改变身体结构
随着水深的增加,静水压会远远大于大气压,周围的水会向内挤压充气的物体。
大部分硬骨鱼体内都有一个充气的鱼鳔,从某种意义上来看,它们就是充气的物体。对生活在浅海的硬骨鱼来说,鱼鳔是它们非常重要的一个结构,可以帮助它们调整浮力,从而实现上浮或者下潜。但对深海鱼来说,充满气的鱼鳔无异于一个脆弱的气球,外部巨大的水压会毫无保留地挤压、蹂躏这个“气球”,直到它炸成碎片为止。
科学家发现,很多深海鱼在进化的过程中索性舍弃了鱼鳔这个危险的结构,转而依靠某些脂类来提供浮力。
为了适应深海生活,除了舍弃鱼鳔外,深海鱼还做出了很多必要的妥协。它们的骨骼和肌肉含量都比较少,骨骼非常薄,容易弯曲,大多为具有韧性的软骨,比硬骨头更抗压;肌肉组织特别柔韧,纤维组织也出奇的细密,脂质和胶质相对较多,能更好地帮助鱼类对抗巨大的压力。
这样的身体结构还有一个好处,较低比例的骨骼和肌肉能降低深海鱼的能量消耗,而高比例的脂质则能够储存更多的能量,这对身处营养贫瘠、氧气稀薄环境中的深海鱼来说至关重要。更有趣的是,深海鱼鱼皮组织变成了非常薄的层膜,这使鱼体内的生理组织充满水分,有助于保持体内外压力平衡。
此外,深海鱼的眼睛也变得非常奇特。一般鱼的眼睛,多生长在头的两侧,而有一种深海鱼的眼睛却长在头的背部。从正面看,两只大眼眶简直就像是竖起来的两只电灯泡。而从上往下看,两只眼睛又像两个大圆圈,占据着头部的“要塞”部位。奇特的眼睛结构,几乎是深海鱼的一个共同生理特征。
微观:抗压能力深入细胞膜
静水压无孔不入,深海鱼的微观结构也会受到攻击。
细胞膜是控制物质进出细胞的重要关口,高压环境下,细胞膜的流动性会降低,细胞膜会变得很硬,导致物质进出细胞更加困难。一旦细胞外的营养物质无法进入细胞,细胞内产生的废物难以运出细胞,生物将无法生存下去。
科学家发现,深海鱼的细胞膜能在高压环境下保持较高水平的流动性,即使身处高压环境仍然拥有柔软的细胞膜,提高物质运输的效率。深海鱼一旦被捕捞上岸,它的细胞结构就会随之破坏。因为当它身处低压环境中时,细胞膜的流动性就有些过强,细胞膜过软,导致细胞很容易坏掉。
细胞膜并不是唯一受到高压影响的物质,对生物的生存至关重要的蛋白质也难以逃脱这无处不在的压力。一般来说,受高压影响,蛋白质结构会发生改变,功能也会丧失。而深海鱼为了对抗高压,体内的蛋白质三级结构会发生改变,加强蛋白质结构的刚性,提高对高压环境的适应性。
还有研究发现,深海鱼体内一种非常重要的蛋白质稳定剂——氧化三甲胺的含量远高于浅海鱼,它能够帮助细胞内的蛋白质维持原有的结构和功能,从而保证细胞的活性。
我们对深海仍知之甚少,期待越来越先进的潜水器为我们揭开深海的面纱。同时,同学们也要向深海鱼学习,积极应对挑战,提高抗压能力!