鱼能承受深海压力 不是因为心态好
- 2020-12-18 16:45
- 科技日报
随着深海潜水技术的不断发展,人们逐渐发现广阔的深海并没有死亡,无数的生物在这个黑暗的地方繁衍生息。
其中,生活在海面下8000米左右的马里亚纳狮子鱼,是目前人们发现的“最深的深海鱼类”。相比之下,人类潜水的深度一般在10-20米以内,极限深度只有300米。要知道,在水下8000米处,静水压力大约是800个大气压,几乎相当于一头成年公牛站在你的指甲上。如果没有潜水器,人类是不可能到达这么深的地方的。
那么,深海鱼类如何承受如此大的压力呢?
抗压力始于鱼鳔的破裂
大家在游泳的时候可能都有这样的经历:当你潜到游泳池底部的时候,会感觉耳膜有压力,甚至是轻微的疼痛。这是因为耳膜外的水压明显大于耳膜内的气压,导致耳膜受到向内的压力。从这个例子中我们可以得出一个结论:随着水深的增加,水压会远远大于气压,从而导致周围的水向内挤压膨胀的物体。
大多数硬骨鱼在某种意义上是一种可充气的物体,因为它们体内有一个可充气的鱼鳔。对于生活在浅海的硬骨鱼来说,鱼鳔是一种非常重要的结构,它可以帮助调节浮力,从而实现漂浮或潜水。但对于深海鱼类来说,膨胀的鱼鳔就像一个脆弱的气球,巨大的外部水压会毫无保留地碾压蹂躏这个“气球”,直到被炸成碎片。因此,许多深海鱼类在进化过程中放弃了鱼鳔这种危险的结构,转而依靠某种脂质提供浮力。
与浅海鱼类相比,深海鱼类的骨骼和肌肉含量较少,但脂肪和胶体较多。另外,软骨在深海鱼类骨骼中的比例远高于浅海鱼类。对于深海鱼类来说,这是适应深海生活的必要妥协。与骨骼和肌肉相比,脂类和树胶能更好地帮助鱼抵抗巨大的压力。
同时,这种车身结构还有一个优点。较低比例的骨骼和肌肉可以降低深海鱼的能量消耗,而较高比例的脂类同时可以储存更多的能量,这对营养不良、氧气稀薄的深海鱼非常重要。
深层细胞膜抗压能力强
以上提到的并不都是深海鱼的技能。
要知道静水压力无孔不入,宏观和微观结构都会受到它的攻击。
当我们关注微观世界时,会发现在高压下,细胞膜的流动性会降低。简单来说,在深海中,细胞的细胞膜会变得更硬,这不是一件好事。细胞膜是控制物质进出细胞的重要屏障,细胞膜硬化会使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,细胞内产生的废物就无法运出细胞,生物就无法生存。
科学家发现,与浅海鱼类相比,深海鱼类的细胞膜上含有更多的不饱和脂肪酸,这使得它们的细胞膜在高压环境下保持高水平的流动性,提高了物质运输的效率。
高比例的不饱和脂肪酸即使在高压环境下也能使深海鱼类的细胞膜变软,但如果把一条深海鱼类抓上岸,它的细胞结构就会被破坏,因为在低压环境下,细胞膜的流动性有点太强,细胞膜太软,容易导致细胞破裂。
细胞膜不是唯一受高压影响的物质,蛋白质很难逃脱无处不在的压力。正常情况下,受高压影响的蛋白质会发生结构变化和功能丧失,蛋白质的正常运转对生物体的生存至关重要。
好在深海鱼类也有相应的应对策略。它们蛋白质特定位点的一些氨基酸会被其他氨基酸取代,以提高它们对压力的抵抗力。此外,一些蛋白质中化学键的数量和类型也会发生变化。这种变化导致了蛋白质三级结构的变化,强化了蛋白质结构的刚性,提高了其对高压环境的适应性。
有研究发现,深海鱼中三甲胺氧化物的含量远高于浅海鱼类。三甲胺氧化物是一种非常重要的蛋白质稳定剂,可以帮助变性蛋白质恢复其原有结构,从而恢复其正常功能。深海鱼体内大量的三甲胺氧化物可以帮助其细胞内的蛋白质维持原有的结构和功能,从而保证细胞活性。
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