前几天晚上，在印度洋上，研究团队乘坐“Knorr”号研究船，像海洋学家在深水区时一样，无可避免地将一堆泡沫塑料杯从船边放下。为了在海底寻找热泉，团队当然也一直在下放更重要的设备，例如深潜机器人 Jason，或者他们绑着杯子用的采水器。但泡沫塑料杯是很好的纪念品：当你将它们从深海捞上来时，你就知道它们去过哪里。杯子和你画在上面的所有装饰——鲨鱼、海底喷发的火山、俏皮的口号（“我爸爸去了印度洋海底，我只得到了这只该死的杯子”）——都会变得非常非常小。商店里的泡沫塑料头模比杯子效果更好，但“Knorr”号上没有人 bother 带任何头模。在地球舒适的表面，我们对大气压力——每平方英寸轻柔地抚摸我们身体 14.7 磅的空气——习以为常，甚至感觉不到它。但海洋由更致密的东西组成。当你潜入其中时，每下潜 10 米或 33 英尺，压力就会增加一个大气压的当量。在 10,000 英尺的深度，大致是研究团队放下杯子的深度，压力是 300 个大气压，或每平方英寸 4,400 磅。你会感觉到那种压力：想象一下，让整个 NFL 和 NBA 都站在你胸口，再加上海军陆战队（众议院和参议院）的成员，来让你喘不过气。那种压力也会将泡沫塑料中的空气挤出来，这就是为什么杯子会缩小到指甲盖大小。人类身体主要由水组成，在深海压力下会被压扁一点但不会被压碎；是我们坚持将空气留在肺部，阻止了我们深潜。我们只能通过“Alvin”号这样的潜水器到达深渊，该潜水器在其钛合金乘客舱内维持一倍大气压，或者通过 Jason 这样的系留机器人携带的电视摄像机间接到达。尽管我们三十年前就登上了月球，但我们可能永远无法踏足深海海底。然而，各种其他生物在这种高压下茁壮成长。其中一些甚至是像我们一样的呼吸空气的表面居民。Weddell 海豹和象海豹可以潜入一英里深（抹香鲸潜得更深）。所有这些动物似乎都有同样的秘密：它们不是对抗压力，而是让压力完全压垮它们的肺部。一些氧气会残留在它们的肺部，但它们主要将其储存在需要的地方——肌肉里；它们的肌肉组织比我们的肌肉含有更高浓度的结合氧气的肌红蛋白。此外，正如加州大学圣克鲁兹分校的 Terrie Williams 领导的一个团队去年报道的那样，塌陷的肺部使深潜哺乳动物具有另一个巨大优势。一旦海豹的肺部塌陷，它就会比水重，因此会下沉。这样一来，它就不必用尾巴或鳍来摆动到达目的地；它主要通过轻松滑行到达深处，将氧气储备用于艰苦地爬回水面。远超潜水哺乳动物范围的深海海底本身，居住着令人难以置信的多种动物。一些鱼甚至有像肺一样的鱼鳔来控制它们的浮力：它们通过将气体分泌到鱼鳔中并充气来向上移动，通过将气体重新吸收到血液中来向下移动。研究人员乘坐“Knorr”号，通过 Jason 观察到这些鱼一动不动地悬停在海底几英尺上方。但他们并没有努力将这些鱼带到船上，因为他们知道结果不会好看。由于鱼鳔中的气体与外部水的压力相同，所以在深度下不会塌陷——这意味着如果外部压力突然降低，鱼鳔会灾难性地膨胀。“当我们从深度将一条鱼带上来时，它的鱼鳔经常会从嘴里伸出来，”蒙特雷湾水族馆研究所的 Shana Goffredi 说。“所以这些动物的境况并不好。”
这是深海生物学中的一个普遍问题：要完全理解深海动物如何适应它们的环境，研究人员需要将它们活着带到实验室，这介于困难和不可能之间——即使是那些没有鱼鳔的无数无脊椎动物。“大多数它们在被带上来时都会死亡，而我们并不知道为什么，”斯坦福大学霍普金斯海洋站的海洋生物学家 George Somero 说。只有少数深海生物能在水面存活超过几天。这包括 Goffredi 和她的博士导师、加州大学圣巴巴拉分校的 Jim Childress 从太平洋海底热泉中捞出并保存在钛合金压力容器中的巨型管虫。斯克里普斯海洋研究所的 Art Yayanos 曾经在马里亚纳海沟 6 英里多深的地方采集过细菌——那里的压力超过 1,000 个大气压，即 15,000 磅/平方英寸。Yayanos 后来发现，这些细菌在仅 380 个大气压的压力下就无法生长，更不用说一个大气压了。Yayanos、Somero 和其他人已经发现了一些使深海细菌——以及高等生物的细胞——在高压下茁壮成长的适应机制。首先，深海生物的细胞膜由更柔软的物质构成。细胞膜是脂质（脂肪）层，其中穿插着蛋白质，蛋白质的功能之一是控制营养物质、废物和信号分子进出细胞。如果脂质太硬，通道就会关闭——高压，就像低温一样，会使任何种类的脂肪变得更硬。“所以深海动物和细菌倾向于用相对流动的脂质构建它们的膜，”Somero 说。“它们用的是一种更像是植物油的东西，而不是黄油。”也就是说，与地表生物相比，它们使用更多的烯（不饱和）脂肪和更少的饱和脂肪。当这样的生物被带到地表，从而解除其脂质上的凝结压力时，它可能会在体内开始有点渗漏。那些没有立即死亡的动物常常会遭受神经损伤——就像研究人员用 Jason 抓到的小螃蟹一样。偶尔，它们会聚集力量捏住捕获者的一根手指，一声人类的痛苦叫喊会回荡在“Knorr”号的主实验室。“但大多数螃蟹，虽然还活着，却一动不动地坐着，或者迟缓地蹒跚学步。它们的神经细胞膜完整性丧失可能解释了螃蟹的症状——它会在神经细胞之间的化学信号传输中引起混乱。“它们的膜可能会变得相当渗漏，”Somero 说。反之，当人类承受高压时，神经细胞膜可能渗漏不够。结果是相似的：我们会失去肌肉协调性，最终昏迷。尽管深海世界与我们的世界截然不同，但生物适应它的方式常常出人意料地微妙。例如，它们通常拥有与人类相同的代谢酶；只是它们的酶似乎能够改变形状——将分子聚集在一起并促使它们反应——而体积变化不大。这样它们就避免了与高压的徒劳斗争。几次基因突变可能足以产生一种耐压的酶。但深海动物在如此高的压力下生存的许多细节并没有真正被了解。不过，有一点是明确的。它们非常谨慎地使用泡沫塑料。
网络资源： “深潜的挑战”，Gerald L. Kooyman 和 Paul J. Ponganis，eee.uci.edu/courses/bio112/diving.htm。
