深海壓力那么大，生物為何沒(méi)被壓碎

深海最深處的壓強(qiáng)超過(guò)1000倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，相當(dāng)于一個(gè)指甲蓋上站兩頭牛。在這樣的“超級(jí)高壓鍋”里卻活躍著各種各樣的海洋生物。它們每天都承受著巨量海水的壓力，為何沒(méi)有被壓成碎片？

深海生物非常普遍

人類(lèi)登上珠穆朗瑪峰、飛向太空已經(jīng)數(shù)十載，但直到最近，我國(guó)載人潛水器才終于抵達(dá)萬(wàn)米深淵。阻礙人類(lèi)下潛的一大因素就是那足以壓垮普通潛艇的超高水壓——最深處的壓強(qiáng)超過(guò)1000倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，相當(dāng)于一個(gè)指甲蓋上站兩頭牛。然而，就是在這樣的“超級(jí)高壓鍋”里卻依然活躍著各種各樣的海洋生物。除了無(wú)處不在的微生物，還有體格不小的魚(yú)類(lèi)等動(dòng)物。

深海（通常被定義為深度在海平面以下200米的海洋）占了地球上可居住棲息地的2/3，深海環(huán)境極為嚴(yán)酷。在黑暗冰冷的海洋深處，巨大的海水壓力足以將一只聚苯乙烯泡沫的杯子壓縮到只有一枚頂針大小。由于環(huán)境惡劣，在過(guò)去許多年里，深海一直是人跡罕至之處。

在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)中，隨著深海潛水技術(shù)的進(jìn)步，研究人員觀察和發(fā)現(xiàn)了深海的許多奧秘。令人驚訝的是，科學(xué)家在深海發(fā)現(xiàn)了許多海洋生物，那里并非人們想象的荒蕪、寂寥、沒(méi)有生命，而是一個(gè)充滿生機(jī)的生命世界。

深海生物其實(shí)非常普遍。1977年，科學(xué)家在加拉帕戈斯群島附近海底大約2500米深處首次發(fā)現(xiàn)了聚集在熱液噴口附近的海洋生物群。那里的海底熱液口不斷噴涌出含有豐富化學(xué)物質(zhì)的熾熱海水，養(yǎng)育了大量的海洋生物，如巨蛤、貽貝、管蠕蟲(chóng)、海蝸牛和蝦等。之后，科學(xué)家又在海洋更深處發(fā)現(xiàn)了許多種類(lèi)的無(wú)脊椎動(dòng)物，包括片腳類(lèi)動(dòng)物、海參、琵琶魚(yú)等珍稀海洋物種。但不可否認(rèn)的是，海洋越深的地方，生物的種類(lèi)越少。例如，在8000米深處以下的深海，很少能發(fā)現(xiàn)魚(yú)類(lèi)。這很可能是因?yàn)楹Ｋ畨毫^(guò)高的緣故。

深海生物如何戰(zhàn)勝巨大的海水壓力

科學(xué)家指出，為了逃避日益變暖的海洋表層環(huán)境，一些物種可能會(huì)向海洋深處遷移。但隨之而來(lái)的問(wèn)題是：下潛越深，意味著這些海洋生物承受的海水壓力也越大。在海洋深處，海水的壓力可達(dá)每平方厘米1116千克。深海生物在這樣的極限壓力之下仍然能夠繁衍生長(zhǎng)，它們的生物學(xué)機(jī)理是什么？深海生物究竟是如何承受海水巨大壓力的？為何沒(méi)有被壓成碎片？

海洋生物對(duì)壓力適應(yīng)性的最早研究始于20世紀(jì)70年代末。當(dāng)時(shí)有科學(xué)家將淺水魚(yú)與深水魚(yú)的蛋白質(zhì)進(jìn)行了對(duì)比發(fā)現(xiàn)，深水魚(yú)擁有一些能夠幫助穩(wěn)固細(xì)胞膜的特殊蛋白質(zhì)，使這類(lèi)生物能夠適應(yīng)高壓環(huán)境。

還有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，深海動(dòng)物能承受巨大壓力的關(guān)鍵在于它們體內(nèi)擁有一種稱(chēng)為乳酸脫氫酶（LDH）的物質(zhì)——淺水魚(yú)的LDH只能適應(yīng)小于500米深度的較低壓力。相比之下，深海魚(yú)的LDH則能適應(yīng)更深處海水的巨大壓力。

與此同時(shí)，一種有助于深海生物適應(yīng)壓力的小分子被發(fā)現(xiàn)。這種小分子可有效防止海水壓力對(duì)蛋白質(zhì)的扭曲影響。

此外，科學(xué)家對(duì)一種被稱(chēng)為氧化三甲胺（TMAO）的分子的研究表明，將TMAO添加到魚(yú)的組織樣本后，對(duì)承受高壓影響的蛋白質(zhì)可起到穩(wěn)定作用?？茖W(xué)家在鯊魚(yú)、硬骨魚(yú)、螃蟹和蝦的體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)了TMAO。事實(shí)上，讓魚(yú)蝦發(fā)出腥味的也正是這種物質(zhì)。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，一些深海魚(yú)在演化過(guò)程中索性丟掉了容易被擠爆的魚(yú)鰾。它們的骨頭大多為具有韌性的軟骨，比硬骨頭更抗壓，頭骨上的縫隙也有助于平衡內(nèi)外壓力。而更大的動(dòng)物，如柯氏喙鯨能潛入2000米的深海，是因?yàn)樗鼈兊姆问恰翱烧郫B的”，同時(shí)血液攜氧能力驚人，能在水下持續(xù)活動(dòng)兩小時(shí)。

海洋生物產(chǎn)生巨變的原因

想要揭示深海生物在壓力下生存的基本生物學(xué)原理，還應(yīng)該了解海洋生物在地球歷史發(fā)展的不同時(shí)期產(chǎn)生巨變的原因，這也可為海洋生物如何應(yīng)對(duì)全球變暖提供新的線索。

研究表明，在2.51億年前至6500年前的溫暖中生代，熱帶和亞熱帶氣候向極地方向延伸，恐龍?jiān)谶@一時(shí)期開(kāi)始興盛起來(lái)，但深海生物卻面臨迥然不同的困境——由于海流運(yùn)動(dòng)變緩甚至停滯，水中含氧量急劇下降，導(dǎo)致海洋生物大量滅亡。當(dāng)冰河期到來(lái)時(shí)，深水循環(huán)重新開(kāi)始，淺水物種開(kāi)始開(kāi)辟新的棲息地。

隨著時(shí)間的推移，那些遷移到深海的淺水動(dòng)物漸漸適應(yīng)了較高的海水壓力。為了觀察淺水海洋生物是如何承受并逐漸適應(yīng)深海壓力，研究人員將產(chǎn)于歐洲的一種大西洋溝蝦安置在與它們生活在海底熱液口附近的近親相類(lèi)似的壓力環(huán)境中，測(cè)量它們?cè)诟鞣N壓力和溫度環(huán)境下的耗氧量和行為變化。實(shí)驗(yàn)顯示，甲殼類(lèi)動(dòng)物在極端壓力條件下可生存幾天至幾個(gè)星期。

研究還發(fā)現(xiàn)，這些大西洋溝蝦的生存率可能還與水溫等條件有關(guān)。在水溫為10至30攝氏度之間（相當(dāng)于淺水棲息環(huán)境的水溫）時(shí)，蝦對(duì)壓力的耐受力大幅提高。但在更低的溫度條件下，隨著壓力的增加，這些蝦的活動(dòng)能力會(huì)變得不協(xié)調(diào)，甚至在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)死亡。

生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)是一種復(fù)雜的機(jī)制，海洋生物對(duì)新環(huán)境的適應(yīng)可能取決于多種因素的組合。例如，一些生活在海底熱液口附近的生物，在較高的溫度條件下比在較低的溫度條件下消耗更多的氧氣，這表明它們?cè)诟邷貤l件下對(duì)極端壓力的適應(yīng)能力更強(qiáng)。

溫度、壓力和氣候變化等因素的影響和制約，造成了海洋生物的演化和棲息地的變遷?？茖W(xué)家認(rèn)為，對(duì)深海的探索研究可以讓我們更多地了解海洋生物是如何應(yīng)對(duì)不斷變化的外部世界的。? ?（《大自然探索》）