如果一個(gè)潛水者從深海快速上浮,會(huì)出現(xiàn)針錐刺骨的關(guān)節(jié)劇痛以及呼吸困難,這便是潛水病。
相反,水底深處游弋的魚兒們卻可以毫無(wú)顧忌地穿梭于不同深度,這是為什么呢?潛水病的本質(zhì),是高壓下溶解在血液和組織中的氣體——主要是氮?dú)狻E然釋放成氣泡所帶來(lái)的災(zāi)難。當(dāng)人類下潛時(shí),每增加十米水深,身體承受的壓力就增加一個(gè)大氣壓。依據(jù)亨利定律,氣體在液體中的溶解度與壓力成正比。因此,隨著深度增加,呼吸壓縮空氣中的氮?dú)獗愦罅咳芙馊胙海㈦S血流悄然擴(kuò)散至全身組織。
真正的危險(xiǎn)潛伏在上浮之時(shí)。
若上升過(guò)快,外界壓力急速降低,血液和組織中溶解的氮?dú)馑查g變得“過(guò)飽和”,宛如猛烈搖晃后的蘇打水瓶。這些過(guò)飽和的氮?dú)獐偪駥ふ页雎?,?zhēng)相聚集成微小的氣泡。它們?nèi)缤瑹o(wú)形的栓塞,無(wú)情堵塞纖細(xì)的毛細(xì)血管,或嵌入關(guān)節(jié)與神經(jīng),引發(fā)鉆心劇痛甚至癱瘓,更可怕的是,若阻塞肺部血管或心臟,則直接威脅生命——這便是減壓病的恐怖之處。那么,魚類何以能夠安然游弋于高壓水域而不受影響呢?原因它們有著一套的精妙的適應(yīng)系統(tǒng)。
首先,魚類的“浮力調(diào)節(jié)器”——魚鰾,其工作機(jī)制就與人類的減壓難題截然不同。
大多數(shù)硬骨魚擁有魚鰾,用以精確維持中性浮力。當(dāng)魚兒游向深處,外界壓力增大,魚鰾會(huì)被壓縮變小。為了補(bǔ)充體積,魚鰾內(nèi)壁的特殊腺體(紅腺)會(huì)向鰾內(nèi)精密地分泌氣體,主要是來(lái)自血液的氧、二氧化碳,甚至少量氮?dú)?。?dāng)魚需要上浮時(shí),壓力減小,鰾內(nèi)氣體膨脹。此時(shí),鰾另一端被稱為卵圓窗的結(jié)構(gòu)便會(huì)迅速打開(kāi),如同開(kāi)啟一道安全閥門,讓多余氣體高效地?cái)U(kuò)散回血液,再經(jīng)由鰓部排入水中。
這一分泌與重吸收的過(guò)程受到精密的神經(jīng)與激素調(diào)控,其氣體交換速度遠(yuǎn)超人類血液處理氮?dú)獾乃俾省?/strong>
因此,魚鰾內(nèi)的氣壓總能近乎完美地追隨外界水壓變化而調(diào)整,避免了危險(xiǎn)氣泡在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的肆虐生成。其次,魚類在進(jìn)化長(zhǎng)河中徹底重塑了自身與溶解氣體的關(guān)系。它們并不像人類和陸生哺乳動(dòng)物那樣依賴肺部進(jìn)行氣體交換,而是依靠水流不斷沖刷精密的鰓絲。這種持續(xù)高效的水流交換,使得血液中溶解氣體的分壓始終能夠快速與水環(huán)境達(dá)成平衡。
更關(guān)鍵的是,魚類血液和組織天生具備對(duì)惰性氣體(如氮?dú)猓┑摹暗陀H和力”——它們的生理環(huán)境不易讓惰性氣體大量溶解和長(zhǎng)期滯留。
即使有少量氮?dú)馊芙?,在上升過(guò)程中,魚類也能通過(guò)鰓這個(gè)高效的“排氣口”,讓過(guò)飽和的氮?dú)庖赃h(yuǎn)快于人類的速度安全逸散回水中,而不至于在體內(nèi)聚集成災(zāi)。它們以整個(gè)身體與水環(huán)境保持高度通透性,從而規(guī)避了氣泡形成的風(fēng)險(xiǎn)。再者,某些魚類甚至放棄了魚鰾,轉(zhuǎn)而依賴更“物理”的方式掌控浮力。譬如鯊魚等軟骨魚類,它們體內(nèi)無(wú)鰾,而是依靠富含低密度角鯊烯的龐大肝臟。
這種油脂密度顯著小于水,如同天然浮球,提供可觀浮力。
它們還演化出輕盈的軟骨骨骼與特殊的水動(dòng)力學(xué)鰭片姿態(tài)。這些結(jié)構(gòu)特性讓它們無(wú)需頻繁調(diào)節(jié)內(nèi)部氣體來(lái)應(yīng)對(duì)壓力劇變,從而徹底規(guī)避了氣體栓塞的威脅。人類以智慧制造了水肺裝備去模擬魚類的呼吸,卻仍要面對(duì)自身血液循環(huán)系統(tǒng)對(duì)高壓氣體的無(wú)奈滯留。潛水病是人類探索海洋時(shí)身體局限帶來(lái)的警示,而魚類的安然無(wú)恙則揭示了生命在嚴(yán)苛水壓世界中演化出的非凡智慧。從可壓縮魚鰾的精妙氣體調(diào)控,到鰓部高效的氣體平衡能力,再到部分魚類對(duì)物理浮力機(jī)制的依賴,這些適應(yīng)性特征共同構(gòu)筑了魚類對(duì)深水世界的完美契合。
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.