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    文摘报 2021年07月03日 星期六

    高压环境下,深海鱼的生存智慧

    《 文摘报 》( 2021年07月03日   06 版)

        游泳池的深水区,我们在不借助潜水设备的情况下,头部只要下潜3米,就会觉得耳朵快要爆炸,很快就因受不了水压而浮上来。

        地球上最深的地方是马里亚纳海沟,深度可达10909米。随着深潜器技术的不断发展,人类发现,茫茫深海并非一片死寂,无数生物在这些黑暗的地带繁衍生息,其中生活在海面下8000米处的马里亚纳狮子鱼,是目前人类所发现的“最深深海鱼”。

        其实,在水压面前,人类的表现似乎更合理一些。要知道,在8000米深的水下,静水压大概为800个大气压,相当于一头成年公牛站在你的指甲盖上那么大的力,所以深海鱼类才是反常的那个。

        把一个充满气的物体按入水中,随着水深的增加,水压会远远大于大气压,导致这个物体周围的水开始向该物体内部中心的方向挤压。

        大部分硬骨鱼实际上就相当于一个充气的物体,因为它们体内有一个充满气体的鱼鳔。对于生活在浅海的硬骨鱼类来说,鱼鳔可以帮助它们调整浮力,从而实现上浮或者下潜。但是对于深海鱼来说,鱼鳔无异于一个脆弱的气球,因此,很多深海鱼在进化的过程中“舍弃”了鱼鳔这个“危险”的身体结构,转而依靠某些脂类来提供浮力。

        所以相比于浅海中的鱼类,深海鱼体内的骨骼和肌肉含量都比较少,而脂质和胶质则相对较多。此外,深海鱼骨骼中软骨的比例也远高于浅海鱼。对于深海鱼来说,这都是为了适应深海生活所作出的必要“妥协”——相比于骨骼和肌肉,脂质和胶质能更好地帮助鱼类对抗巨大的压力。

        同时,这样的身体结构对深海鱼来说,还有另外一个好处——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储存更多的能量,这对于身处营养贫瘠、氧气稀薄的深海的鱼类而言至关重要。

        但是,静水压是无孔不入的,无论是宏观结构还是微观结构都会受到它的攻击。

        当我们把视线聚集到微观世界,我们会发现,高压环境下,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”,这绝非一件好事。细胞膜变硬会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,相对于浅海鱼来说,深海鱼的细胞膜上有着更多的不饱和脂肪酸,这让它们的细胞膜能在高压环境下依旧保持较高水平的流动性,提高物质运输的效率。

        此外,脂质并不是唯一受到高压影响的物质,蛋白质也难以逃脱无处不在的水压。幸好深海鱼对此也有相应的应对策略——深海鱼的某些蛋白质特定位置的氨基酸会被其他氨基酸所替换,提高其对压力的抗性。比如深海鱼体内的α肌动蛋白在多个位点发生了氨基酸的取代,其中包括钙离子和ATP的结合位点。这两个位点的氨基酸替换,能够保证肌动蛋白在高压环境下仍然能正常工作。

        (《奥秘》2021年第7期 云海科普)

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