深海为什么有压力深海生物可以在极端压力下生存?

深海是最神秘、最险恶的环境之一,温度极低,压力巨大,光线几乎无法穿透。在这个茫茫深渊中,生命却依旧存在。鲸鱼是其中的佼佼者,它们能够下潜2000多米,是任何海洋生物中下潜深度最深的。相比之下,核潜艇却会被深海水压倒。这一切让人感到困惑,为什么鲸鱼血肉之躯可以经受得住深海压力,而像核潜艇这样的机械设备却不行呢?其实这只是问题的表层,真正的答案要深入鲸鱼身体内部,解密它们的进化奥秘。生理结构使其抗压能力更强鲸鱼是我们地球上最神秘而又神奇的动物之一,它们生活在深海中,可以下潜到2000米以上的深度,远远超出了人类的想象。这一切是如何实现的呢?鲸鱼的身体被设计成了极为适应深海环境的形态。鲸鱼身体长而笔直,形状像一个导弹,尾巴与背鳍呈一条直线,这种形态使得鲸鱼在下潜时能够快速地降低水阻力,减少能量消耗。鲸鱼的皮肤也很特殊,厚而柔软,且富含油脂和蜡质,这些物质可以有效减少在深海中的压力对鲸鱼身体的影响。鲸鱼的肺部也是适应深海环境的重要因素。鲸鱼在潜水时,肺部不会完全塌陷,而是像一个气囊一样,保持一定程度的膨胀状态。鲸鱼就可以在无需浮升的情况下,通过改变肺部中的氧气浓度进行呼吸,从而降低深海中气压对它们的影响。鲸鱼的适应深海环境的身体构造还包括了它们的肌肉系统。鲸鱼的肌肉密度非常大,使得它们的身体更加坚固,承受深海中更大的压力。鲸鱼在潜水时还会有意识地减慢心跳和血液循环,以减少氧气的消耗还会运用到氧气的储备,使得它们能够适应深海环境的压力。鲸鱼能够下潜到2000多米深度,主要是因为它们的身体构造和生理特性被设计成了适应深海环境。这种适应性的进化,使得鲸鱼在深海中得以生存,保护自己免受自然的威胁。也给我们带来了更多的启示,更加深入地认识到生命的美妙和生物的奇妙,在更大程度上保护和了解这些拥有强大适应力的动物。适应性更强,可改变身体深度鲸鱼是海洋中的顶级掠食者之一,可以下潜2000多米深的海底,这与其适应性更强有关,可以改变身体深度。鲸鱼的适应性更强。他们拥有强大的肌肉和骨骼结构,帮助他们在深海游泳。这些骨骼具有高度的钙和磷含量,这使得它们更加坚硬耐用。鲸鱼还拥有非常大的肺部,这使得它们能够存储更多的氧气。相比之下,普通的哺乳动物的肺部是无法在高深度下承受巨大的水压和范围。鲸鱼可以改变身体深度。在深海下游泳时打开或关闭的气囊帮助他们舒适地在深海中游泳。气囊的扩张会降低鲸鱼的比重,并使鲸鱼浮在深海表面。气囊缩小则会增加鲸鱼的比重,更好地适应深水压力在深海中下潜。鲸鱼还能适应深海环境下的光照和温度变化。它们的皮肤是黑色的,在深海中,黑色可以帮助它们更好的储存热量。让它们能够在深海中保持温暖,保持体力。鲸鱼的双眼排布在头部两侧,可以更好地观察周围的环境,适应深海环境下的低光照条件和水的折射率的变化。鲸鱼之所以能够下潜2000多米深的海底,其适应性更强,改变身体适应深海环境下的光照和温度变化等因素的综合作用结果。这也是自然界智慧和适应性的体现。核潜艇不如鲸鱼能下潜2000多米的原因:材质和通风等问题,更容易受到压力影响核潜艇是目前世界上最先进的潜艇之一,能够在水下运行很长时间,比其他潜艇可以潜得更深。相比于鲸鱼等自然生物,核潜艇却不能像它们一样轻松下潜到2000多米的深度,这是为什么呢?其原因主要是因为材质和通风等问题,更容易受到压力影响。材质是影响核潜艇下潜深度的一个关键因素。核潜艇需要承受非常高的外部水压,如果选择的材料不能够承受这种压力,就会出现漏水、甚至破裂的危险。核潜艇的材料多为钢铁、钛合金等。这些材料的密度比水要大得多,在深海中,核潜艇受到来自上方的水的挤压,从而承受非常高的压力。鲸鱼等自然生物的骨骼和身体则多为海水和软骨,因此比核潜艇更容易承受深海的高压。通风也是影响核潜艇下潜深度的重要因素。深海中的水压比上方的空气压力高得多,核潜艇必须通过通气系统来维持内部的气压。通风系统的设计必须考虑到各种因素,不同深度下的压强、氧气补给等等。这种设计需要花费大量的研究和开发工作,而且在实际操作中仍然存在一定的不确定性。相比之下,鲸鱼等自然生物在漫长的进化过程中,逐步适应了深海环境,演化出了更为完善的通风系统,能够轻松地在更深的水下活动。核潜艇比鲸鱼等自然生物更容易受到压力影响,不能像它们一样轻松下潜到2000多米的深度。未来的潜艇技术研究需要更多地考虑这些因素,寻找更为适宜的材料和更为完善的通风系统,以便在深海中更为轻松地运行。不难发现生命体适应环境、求生存的本能强大到令人惊叹。也需要我们保护好生态环境,保护这个美丽而又脆弱的生物世界,保护好这个世界,我们才有更多机会探寻自然奥秘,开拓更深层次的生命探索。}
从海平面开始,深度每增加10米,压强增加一个大气压。全球大洋平均深度4000米,而在这个深度,压强是400atm, 什么感觉呢,大约是一只大象站在你的大拇脚趾头上(此处经评论提示修正)。前面答案大多提到了体内外压力差相等,但是否这就抵消了深海如此大的压强呢?海洋学家出海时很爱干这么一件事:拿一个泡沫杯,绑在采样或者探测仪器上,放入深海,取上来以后,会收获一个。。。。。。完美缩小的泡沫杯。这个杯子放在任何一个深度,内外压强都是相等的,但它进过高压的洗礼,还是 一夜回到解放前。所以在压强面前,只要有固体形态,有压缩性,都会或多或少受到影响。对于生物体来说,高压强最直接的作用是减少分子的体积而导致的机体结构变化。作为一个分子而言,这压强是十足的作用在其身上的。生物体都是由一个个分子构成的,其主要构成单位蛋白质,以及各种脂膜的结构和功能都相应的发生了一些变化,以适应深海的压强。 首先说说蛋白质。既然压强的直接作用是导致体积的变化,深海生物蛋白质的适应也是体现在体积变化。蛋白质不是刚性结构,意味着它可以通过三级或四级结构转化而进行『构象变换』。 此外,蛋白质亚单位组合,辅因子和酶的相互作用,催化反应,都伴随着蛋白质的结构/体积变化。深海生物的适应进化便是减少这种体积变化。(粗暴的可以这么理解:你不是要缩小我的体积(变化)吗,我提前自己变到最小,你能拿我怎么办。)然而这种变化不是没有代价的,蛋白质的结构与其功能是息息相关的。所以通常情况下,深海生物的蛋白酶催化效率要远小于同种类的浅海酶。再来看生物膜。生物膜的主要成分是脂类,其压缩性是大于水的,所以在高压强下,也会发生一系列的结构变化。前面 @苏澄宇已经提到了细胞膜的流动性变化。膜中的脂类为适应环境条件而调整其流动性的机制叫均黏调试(Homeoviscous Adaptation)。此机制在高压和低温下有相同的反应。压强升高或者温度降低都会降低膜的流动性。大约深度每增加100米的作用和温度降低0.13-0.21摄氏度相同。深海生物为了抵抗这种作用,进化出了一些机制来增加膜的流动性,以保障正常的生理需要。膜的主要结构是两层磷脂夹杂着一些蛋白质磷脂的排列结构决定了膜的流动性如上图所示,两条烃基链分的越开,膜的流动性越强。所以深海生物的适应就旨在保持磷脂分子抬头挺胸圆规腿,而且可以尽可能的保持这种形态。主要的途径有两种:1. PE (Phosphatidylethanolamine) 和PC(Phosphatidylcholine) 是两种不同的磷脂分子,其最大的区别,你们也看见了,一个小头,一个大头,其带来的结构变化也是一目了然。所以多使用PE,就是深海生物的一种进化适应。2. 接下来要谈的就是大家都熟悉的饱和和不饱和脂肪酸。饱和和不饱和脂肪酸差别就在烃基上的那个双键。双键就意味着平面结构(想象一下大闸蟹),导致拐腿那个姿态就变不了了。所以不饱和键的存在,增加了膜的流动性。之前提到低温和高压对膜的适应进化有相似的作用,而全球大洋平均温度是4摄氏度,这也就是为什么海洋生物(深海以及冷水)多富含不饱和脂肪酸。总的来说,深海生物对抗高压的方法就是减小自身的压缩性,从而把压强的作用减到最小。答完请阅。}

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