深海壓力那么大，深海魚為什么沒被壓死

趙天

地球上最深的地方是馬里亞納海溝，深度可達(dá)10909米，前段時(shí)間我國“奮斗者”號(hào)深潛器到那兒遛了個(gè)彎。隨著深潛器技術(shù)的不斷發(fā)展，小說《海底兩萬里》中的場景不再停留于人們的幻想中。與此同時(shí)人類也發(fā)現(xiàn)，茫茫深海并非一片死寂，無數(shù)生物在這些黑暗的地帶繁衍生息，其中生活在海面下8000米處的馬里亞納獅子魚，是目前人類所發(fā)現(xiàn)的“最深深海魚”。

抗壓，從魚鰾開始

其實(shí)，在水壓面前，人類的表現(xiàn)似乎更合理一些。要知道，在8000米深的水下，靜水壓大概為800個(gè)大氣壓，相當(dāng)于一頭成年公牛站在你的指甲蓋上那么大的力，所以深海魚類才是反常的那個(gè)。

把一個(gè)充滿氣的物體按入水中，隨著水深的增加，水壓會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大氣壓，導(dǎo)致這個(gè)物體周圍的水開始向該物體內(nèi)部中心的方向擠壓。我們潛入泳池底部時(shí)耳膜會(huì)有爆炸般的壓迫感，就是因?yàn)槎ね獠康乃畨好黠@大于內(nèi)部氣壓。

大部分硬骨魚實(shí)際上就相當(dāng)于一個(gè)充氣的物體，因?yàn)樗鼈凅w內(nèi)有一個(gè)充滿氣體的魚鰾。對于生活在淺海的硬骨魚類來說，魚鰾可以幫助它們調(diào)整浮力，從而實(shí)現(xiàn)上浮或者下潛。但是對于深海魚來說，魚鰾無異于一個(gè)脆弱的氣球，外部巨大的水壓會(huì)毫無保留地?cái)D壓、蹂躪這個(gè)氣球，直到它炸成碎片為止。因此，很多深海魚在進(jìn)化的過程中“舍棄”了魚鰾這個(gè)“危險(xiǎn)”的身體結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而依靠某些脂類來提供浮力。

所以相比于淺海中的魚類，深海魚體內(nèi)的骨骼和肌肉含量都比較少，而脂質(zhì)和膠質(zhì)則相對較多。此外，深海魚骨骼中軟骨的比例也遠(yuǎn)高于淺海魚。對于深海魚來說，這都是為了適應(yīng)深海生活所作出的必要“妥協(xié)”——相比于骨骼和肌肉，脂質(zhì)和膠質(zhì)能更好地幫助魚類對抗巨大的壓力。

同時(shí)，這樣的身體結(jié)構(gòu)對深海魚來說，還有另外一個(gè)好處——較低比例的骨骼和肌肉能降低深海魚的能量消耗，而高比例的脂質(zhì)則能夠儲(chǔ)存更多的能量，這對于身處營養(yǎng)貧瘠、氧氣稀薄的深海的魚類而言至關(guān)重要。

前些年被評(píng)為世界上最丑生物的水滴魚——軟隱棘杜父魚，就是一個(gè)很好的例子。被捕撈上岸的水滴魚往往是軟趴趴的一攤粉紅色物體，活脫脫像一個(gè)長著大鼻子的史萊姆，因?yàn)樗鼈兊纳眢w大部分結(jié)構(gòu)為脂肪和膠質(zhì)物，而非能撐起全身的肌肉和硬骨。然而在深海中，水滴魚外形和普通魚類并無二致，只是在被捕撈上岸時(shí)，隨著壓力的迅速降低，它們的身體結(jié)構(gòu)被破壞，成為了我們看到的樣子。

科學(xué)家在研究中發(fā)現(xiàn)，在馬里亞納獅子魚的基因組中，調(diào)控骨骼發(fā)育和骨組織骨化的基因發(fā)生了突變。這一突變會(huì)導(dǎo)致馬里亞納獅子魚骨骼的鈣化過程提前終止，導(dǎo)致其骨骼組成中大部分為軟骨，軟骨的抗高壓能力則遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于硬骨。

深入細(xì)胞膜的強(qiáng)大抗壓能力

渾身軟軟的脂肪和膠質(zhì)物，固然能讓身體更抗壓，然而這并不是深海魚的全部本領(lǐng)。

要知道，靜水壓力并不是一個(gè)宏觀的物體，它并不像一只死死捏住深海魚的手，只會(huì)從宏觀的身體結(jié)構(gòu)上對深海魚造成影響。靜水壓是無孔不入的，無論是宏觀結(jié)構(gòu)還是微觀結(jié)構(gòu)都會(huì)受到它的攻擊。

當(dāng)我們把視線聚集到微觀世界，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，高壓環(huán)境下，細(xì)胞膜的流動(dòng)性會(huì)降低。簡單來說，在深海中，細(xì)胞的細(xì)胞膜會(huì)變得更“硬”，這絕非一件好事。因?yàn)榧?xì)胞膜是控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的重要關(guān)口，細(xì)胞膜變硬會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞更加困難。一旦細(xì)胞外的營養(yǎng)物質(zhì)無法進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的廢物難以運(yùn)出細(xì)胞，生物將無法生存下去。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，相對于淺海魚來說，深海魚的細(xì)胞膜上有著更多的不飽和脂肪酸，這讓它們的細(xì)胞膜能在高壓環(huán)境下依舊保持較高水平的流動(dòng)性，提高物質(zhì)運(yùn)輸?shù)男省４騻€(gè)比方，植物油相對動(dòng)物油來說不飽和脂肪酸的含量更高，所以在常溫下，植物油一般是液體，而動(dòng)物油則固體居多——你很難讓一枚硬幣穿透一塊黃油，而讓它從一瓶花生油的表面掉到瓶底卻很容易。這就是不飽和脂肪酸對細(xì)胞膜的大功效——讓細(xì)胞膜在深海里依舊柔軟，穿越它們的物質(zhì)“暢通無阻”。

此外，脂質(zhì)并不是唯一受到高壓影響的物質(zhì)，蛋白質(zhì)也難以逃脫無處不在的水壓。受高壓影響的蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)的改變和功能的喪失，而蛋白質(zhì)的正常工作對于生物的生存至關(guān)重要。

幸好深海魚對此也有相應(yīng)的應(yīng)對策略——深海魚的某些蛋白質(zhì)特定位置的氨基酸會(huì)被其他氨基酸所替換，提高其對壓力的抗性。比如深海魚體內(nèi)的α肌動(dòng)蛋白在多個(gè)位點(diǎn)發(fā)生了氨基酸的取代，其中包括鈣離子和ATP的結(jié)合位點(diǎn)。這兩個(gè)位點(diǎn)的氨基酸替換，能夠保證肌動(dòng)蛋白在高壓環(huán)境下仍然能正常工作。

此外，深海魚體內(nèi)有些蛋白質(zhì)中化學(xué)鍵的數(shù)目和種類會(huì)發(fā)生一定的變化，這種變化導(dǎo)致了蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，加強(qiáng)了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的剛性，也就提高了其對高壓環(huán)境的適應(yīng)性。就像你在搭積木的時(shí)候給積木外面多貼兩根膠帶，絕對比不貼膠帶要穩(wěn)固許多。

也有研究發(fā)現(xiàn)深海魚體內(nèi)氧化三甲胺的含量遠(yuǎn)高于淺海魚。氧化三甲胺是一種非常重要的蛋白質(zhì)穩(wěn)定劑，它能夠幫助變性的蛋白質(zhì)恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)，從而使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。深海魚體內(nèi)大量的氧化三甲胺能夠幫助它們細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)維持原有的結(jié)構(gòu)和功能，保證細(xì)胞的活性。

從宏觀和微觀的角度，全方位改造身體結(jié)構(gòu)，有取有舍，最終讓自己成為能夠在其他生物可望而不可即的深海中橫行霸道的“超級(jí)英雄”，這就是深海魚獨(dú)有的智慧！

（摘自《奧秘》2021年第7期）