極限深度

鄭陽陽

盡管人類探索地球最深淵的渴望與登上世界之巔的欲望一樣強烈，但想要到達海洋的最深處，單靠強烈的好奇心是遠遠不夠的。在那里，有人類未知的極度高壓和全然的黑暗；在那里，生活著一些前所未見的奇特海洋生物。毫不夸張地說：地球上約五分之四的地方還沒有被人類勘探過，而馬里亞納海溝就是其中最神秘的地方。

深海探索

馬里亞納海溝是目前已知的海洋的最深處，就算將整座喜馬拉雅山沉入溝底，珠穆朗瑪峰峰頂距離海平面還有1.6千米之差。

1960年1月，美國海軍深海潛艇“的里亞斯特號”展開了人類歷史性的深海探索之旅——“自游生物計劃”。人類深海探險史上的傳奇式人物雅克·皮卡德和海軍中尉唐·沃爾什乘坐“的里亞斯特號”深海潛艇成功下潛至1萬多米深的馬里亞納海溝海床。該潛艇在海底只待了不到20分鐘。但是，在此之前，能下潛到如此深度并成功歸來的可全部都是不載人潛艇。這次的深潛行動轟動全球，創(chuàng)下了人類探索海底的深度記錄，在此之前從未有人去過比皮卡德他們所到之處更深的海底。

從購買深海潛艇、整頓一切，到配置所有物資，美國海軍總共花費了為期9個月的時間，為“的里亞斯特號”及其隊伍參與“自游生物計劃”進行準備工作。此項計劃是他們在西太平洋關(guān)島附近所開展的一系列深?？茖W探索——旨在對海水的光線透明度、水底能見度、人為聲音傳送等海洋地理學知識進行探索。

“的里亞斯特號”由皮卡德的父親、瑞士人奧古斯汀·皮卡德發(fā)明。1953年，由于科研深陷財務危機，老皮卡德向美國海軍尋求科研經(jīng)費上的幫助。而那時，美國海軍也正需要一款用于深海探險的潛艇設(shè)計。為了向美國海軍證明自己的潛水設(shè)備，皮卡德父子將設(shè)計帶來了美國，純粹只為科學研究。1958年，美國海軍被他們的設(shè)計所折服，向皮卡德父子購入了“的里亞斯特號”，并聘請他們作為顧問。

其實，皮卡德父子于1953年便開始反復測試“的里亞斯特號”，不斷尋求改良的設(shè)計，到最后，已有數(shù)十載的研發(fā)經(jīng)驗。1953年8月，“的里亞斯特號”下潛至海下1080米的深度，之后不久又下潛至3150米，在1956年更下潛至3700米。1958年，潛艇外層已經(jīng)能承受7千米深的壓力，經(jīng)過改良后，最終則能抵受住超過1萬米的壓力。在潛艇進行終極測試前，“的里亞斯特號”總共潛航了64次。美國海軍的參與，讓皮卡德有機會將他的發(fā)明付諸行動，實現(xiàn)他對海底探索的終極夢想。

極限驚魂窗體頂端

1960年1月23日，雅克·皮卡德和海軍中尉唐·沃爾什駕駛“的里亞斯特號”潛艇抵達位于太平洋西部的馬里亞納海溝，下潛了近5小時，才抵達10 916米的深度（馬里亞納海溝溝深10 924米）。“的里亞斯特號”潛艇的這次深潛行動沒有攜帶任何科學儀器，也沒有進行任何科學實驗，該任務的目的只為達到人類下潛的極限深度。潛到水下9144米深處時，突然一記響亮的撕裂聲劃過耳邊，所有人的心都懸了起來。不過，他們?nèi)匀焕^續(xù)下潛，最終觸碰到了海溝底部黑色的軟泥。

在海洋中，每下潛10米就相當于增加了1個大氣壓，幾毫米厚的鋼板在萬米深的洋底會像空氣中的蛋殼一樣不堪一擊。由于在10 916米深的海底，水壓之大可以恐怖到每平方厘米500千克的地步，也就是說，海底的壓力比海平面高出至少1096個大氣壓（相當于1000多倍）。雅克·皮卡德的深海潛艇開始無法承受這一壓力，當他在窗口玻璃上發(fā)現(xiàn)有裂紋出現(xiàn)時，皮卡德決定縮短航程時間。之后，只在海底逗留了20分鐘，就不得不返回水面，而裂紋在3小時15分鐘的上浮過程中，并沒有發(fā)生任何可怕的情況，這實在是太幸運了。“的里亞斯特號”（無論是有人駕駛還是無人駕駛）成為第一艘到達海洋最深處的船只。

在此之前，海洋生物學界的普遍觀點認為，在海洋的最深處不會有生物存活。但是就是這短短的20分鐘，震驚了整個科學界。在潛水艇探照燈的映照下，皮卡德見證了人類前所未見的景象，他們在完全黑暗的世界里看到了鮮活的生命。

在皮卡德的書中有這樣的記錄：“我看見一條鰈魚從潛艇舷窗旁飄然游過，在那個深度發(fā)現(xiàn)一條魚令我們感到十分驚訝，我看見它的同時，它也用頭頂?shù)膬芍粓A眼睛盯著我看。然后，慢悠悠地從舷窗前游走了。隨后，它漸漸沉入海底軟泥中，一截身子露在外面。生命有可能存在于如此深的海底嗎？是的，它可以！”皮卡德用他堪比人類登月的壯舉解答了困擾生物學家、海洋學家?guī)装倌陙韽奈磳ふ业降拇鸢?。正是雅克·皮卡德?.1萬米深的海底發(fā)現(xiàn)了活著的海洋生命，才最終促使國際社會決定禁止人類向深海海溝中傾倒核廢料。

8200米是魚類生活的極限深度

但時至今日，有研究人員的結(jié)論和皮卡德所看到的剛好相反。研究人員認為，人類從未在8200米的深度之下見到過存活的魚類，并且提供了魚類無法在此深度之下存活的生物學原因。

首先，阿伯丁大學的佩里教授提出，海洋深處是地球上最惡劣的環(huán)境之一。那里完全漆黑、溫度接近冰點且水壓很大。除了偶爾出現(xiàn)下沉到海底的鯨魚殘骸或死魚殘屑，海洋深處的食物其實極其缺乏。在那樣一種與世隔絕的深度，除了以磷蝦一類的微小生物為食，那些脆弱的深海魚類個體壓根就沒什么可吃的。深海魚類通常只在3千米以上的淺海水域生存，能在3千米以下碰到鯊魚和鰩魚的概率微乎其微，因為在那個深度，根本沒有足以讓其生存下去的食物。

在深海生存最大的挑戰(zhàn)在于對抗深海的壓力。假如你站在海底底部，相當于有兩頭大象站在你的大腳趾上。這對身體會產(chǎn)生深遠的影響。例如，在高壓下，細胞膜會變硬，嚴重阻礙其正常生理功能。為了生存，深海生物體內(nèi)有像人造黃油似的脂肪，很黏。這種具有較高黏度的脂肪可以保持細胞膜內(nèi)外液體的正常流通。

除此之外，美國華盛頓惠特曼學院的保羅·燕西在幾年前還提出了一個全新的觀點。他認為，魚類能否在深海生存完全取決于魚類身體組織中承受高壓的某種特殊分子。若要存活于更深的水中，魚類需要進化出這種分子，以免極度高壓改變其體內(nèi)蛋白質(zhì)的形狀。這是一種名為氧化三甲胺的化學物質(zhì)，簡稱TMAO，也正是這種物質(zhì)讓魚類有了魚腥味。

TMAO分子有助于保持魚體內(nèi)蛋白質(zhì)的形狀，并幫助調(diào)節(jié)細胞內(nèi)可溶物質(zhì)的濃度。這意味著，魚類只要有效地增強體內(nèi)細胞中TMAO的濃度就可以保持蛋白質(zhì)的形狀。沒有TMAO分子的存在，細胞中的蛋白質(zhì)會在深海的高壓下扭曲并且停止工作。

TMAO分子水平越高，下潛深度就能越深？這可能就是為什么深海鱈魚隨著年齡的增長，會漸漸下沉到海底幾千米處的原因吧（因其體內(nèi)TMAO分子水平不斷增高，所以鱈魚就可以越游越深）。

專家解密獅子魚

最無可爭議的深海最深記錄保持者非獅子魚莫屬，它們存活于7000米以下的深海中。2008年，獅子魚在水下近7700米處被阿蘭·賈米森的探險隊給拍攝了下來。獅子魚是目前為止人類捕獲并分析的最深海域的魚類，它們擁有最高水平的TMAO分子。研究團隊證實，魚類物種體內(nèi)的TMAO分子水平會隨著存活水域的加深而增加。但是，并不是TMAO分子水平越高就越好，深海魚類只能在一定深度保持一定TMAO分子的平衡。如果TMAO太多，就會使蛋白質(zhì)過于穩(wěn)定而無法工作。比如說，肌肉移動的時候需要其中的肌球蛋白作彎曲狀，太多的TMAO會阻礙這種行為。淺水魚類也是不能隨便下潛的，因為它們的肌肉和神經(jīng)會在深海的高壓下被壓碎、撕裂，停止工作。

保羅·燕西認為， TMAO分子水平隨著壓力地增大會成比例地增加，而過高的TMAO分子水平又會阻礙魚類正常的生理活動，所以從理論上來講，8200米（對應的TMAO水平）是魚類生活的極限海洋深度。阿蘭·賈米森也支持這一觀點：“再也沒有生命出現(xiàn)在7700米以下更深的海域了，它們就像突然消失了一樣。好像從這里開始，就有一條既清楚又看不見的分界線。”“當時，皮卡德可能將某種深海蠕蟲當成了鰈魚吧”，保羅·燕西說道。

盡管我們現(xiàn)在知道了在大洋的最深處是魚類無法達到的，但是馬里亞納海溝深處卻存活著大量其他生物，比如形似蝦的片腳類生物。除此之外，2012年，詹姆斯·卡梅隆駕駛潛艇只身潛入馬里亞納海溝，還發(fā)現(xiàn)了一種前所未見的的海參。目前，這些生物為何能在如此高壓下生存，還是一個未解之謎。同時，人類對距離海平面下近1.1萬米深的海底研究或可對地球板塊構(gòu)造和地震研究提供新的視角。