像海参一样凉爽:深海压力下的生与死

编辑–我在原始文章中说过,“深挑战者”的球体是钛制成的。实际上, ’由钢制成。我的错!

在最近几天试图向朋友,同事和Twitter追随者解释时,詹姆斯·卡梅隆(James Cameron)可能看到了垒球大小的窗口 深度挑战者 在上周日潜入水中后,我一直在努力有效地传达深海环境到底有多恶劣。它看起来很平淡,宁静,而且(用卡梅隆的话来说)很荒凉。我有一个持怀疑态度的朋友反对我的陈述,即相对于马里亚纳斯海沟来说,“空间很容易”。当然空间不是 完全 简单。到达那里是最困难的部分,一旦到达那里,宇宙射线,失重和那些讨厌的小东西 微流星体 即使准备最充分的宇航员和他/她的航天器,也可以造成破坏。

但是有一个属性可以证明我的观点是正确的,那就是 压力 。您会看到,太空舱内部的压力为1个大气压,与地球上平均海平面上的陆地压力相同,而太空舱外部的压力接近于零:太空真空。那是1个大气压的压差。什么时候 深度挑战者 下降到地球的最深点,但是它在地表以下10米(30英尺)处通过了该差异!确实,您可以很轻松地在短时间内体验并克服这种差异,因此 总召回 Arnie和Rachel Ticotin的眼睛在火星表面上冒出来的地方在哪里?是的,不是很多。但是,在马里亚纳斯海沟的底部,重量为七磅 英里 顶部的水量意味着环境压力约为 1100个大气压。卡梅伦先生和他所塞入的40英寸球体的外侧之间有1,099台ATM。

那是什么意思呢? 1100个ATM只是一个抽象数字。好。好吧,用卡梅伦的话来说,真是太好了,以至于他下降到底部的钢球实际上在下降过程中可以测量到。 深海挑战团队使用的一个比喻(我昨天引用过)是,1100台ATM相当于倒转艾菲尔铁塔并将其点放在大脚趾上。哎哟。现在想象另一个艾菲尔铁塔 对于您身体的每平方英寸。第二种考虑方法是,1100 ATM与子弹发射后一秒钟之内出现在手枪腔中的峰值压力大致相同。与枪不同,“挑战者深”的压力是 持续 无处不在 。这就像生活在爆炸中的时间片刻中。如果潜水艇上有铆钉弹出(实际上没有),它们实际上会变成球体内的子弹。 1100自动柜员机的压力也比使用高压液体喷射的钢水切割机中的商用水切割机小。当然,只要想象中的铆钉爆开,随后的水流就会切成薄片,像黄油一样柔软的人体组织。当然,时间不会太长,因为船的虚弱可能会导致不幸的内爆,并对不幸的乘员造成瞬时死亡。在适当坚固的金属球之外,由于每个最后的空隙都会塌陷,并且人体自身在巨大的负荷下凝结,人体将在表面被压缩至其体积的一小部分。我不知道最终的效果如何,但是我在想像一个超大的肉类爱好者披萨…

枪膛内的压力已经下降到远低于挑战者时空所能承受的压力

好的,我认为我们已经确定那里的压力确实很高,并且从总体上讲,这对一个人的健康不是特别有益。它不会变得更糟吗?好吧...还有巨大压力带来的其他差异 任何 想住在那里的生物必须应付。这里只有三个:

一个重要的区别涉及细胞膜,即围绕人体每个细胞的磷脂双层。细胞膜是“半透性的”,这意味着有些东西会通过它们,有些东西则不能。事实证明,膜的渗透性对压力非常敏感,因此诸如在基本压力下将水或重要分子保持在细胞内部(或外部)的基本原理变得更难管理。生物体的细胞可能会像葡萄干一样萎缩或膨胀而破裂,或者只是将重要的化学物质渗入或渗出,而这都不是一件好事。

第二个差异涉及蛋白质和酶。蛋白质是氨基酸分子的长而复杂的链,必须像分子折纸一样折叠才能正常工作。您可能会猜测,在压力下折叠会有所不同。这对于称为酶的蛋白质尤为重要,它们是体内化学反应的催化剂(它们使反应发生,但自身不会在过程中发生变化)。如果酶折叠不正确,则与它们一起作用的化学底物可能不再适合该酶,并且反应可能停止,或者它们适应得太好,并且反应会加速失控。细胞中的大多数生化反应都是酶介导的,从能量代谢到细胞分裂,因此酶破坏的作用将是深远的。压力甚至可以使分子具有更大(或更小)的毒性。尿素就是一个很好的例子:随着压力的增加,它的毒性变得更大。因此,深海鲨鱼(与所有鲨鱼的血液中都有很多尿素一样)也比其浅水表亲拥有更多的保护性化学TMAO来抵消这种作用。

第三个差异与溶解度有关,这是鱼类在深渊中的最大缺陷。这是因为在这种压力下,某些有机分子或有机/无机复合物(如骨头)可以完全溶解并重新溶解于水中,这被认为可以防止鱼类和其他身体部位变硬的动物在水中生存。这些深度(但是我们将看看这是否成立!)。这个过程被称为“再矿化”,这很令人困惑,它也影响着其余的食物网。例如,动物粪便,尸体,黏液和其他浮渣的海洋积雪会从海面缓慢落到深处,当落下时会部分或完全溶解,从而导致某种程度的地平线深度,在此之上下雪并降雪。低于它不是。通过这种方式,再矿化可能会减少食物的消耗,从而可能使人们普遍处于稀疏状态。

在大洋中,“自然讨厌真空”的旧栗子可能会被修改为“自然讨厌真空,但被1100个大气压吓坏了”。很难将头部缠绕在令人难以置信的压力上,令人难以置信的是,那里的压力是如此之大,而黑暗,寒冷,寂静, 深度。您不禁要问,他们如何应对,以及我们可能会从对海底带爱好压力的生活的生物学中学到什么: 亲脂性的。

阿利斯泰尔·鸽子( 149帖子 )

阿利斯泰尔·德芙(Alistair Dove)博士是一位系统的生态寄生虫学家,经过培训,对海洋动物(尤其是鲸鲨)的自然历史和健康状况有着广泛的研究兴趣。他目前是美国亚特兰大乔治亚水族馆的研究与保护主管。他在这里的评论并不一定反映乔治亚水族馆的意见


4 Replies to “像海参一样凉爽:深海压力下的生与死”

  1. 很棒的文章。深海压力令人难以置信’的头。子弹的例子很棒-我从未考虑过’如此好的视觉效果!

    一个小细节:耐压船体不是钛合金,而是由高强度钢锻造而成。

    再次感谢您,并继续努力。

  2. 与太空旅行的绝妙对比。我刚读过玛丽·罗奇’关于外太空旅行的书(《火星包装》), ’令人惊讶的是,创新的人们必须如何应对零重力和日常身体功能缺乏压力的影响。想象一下,通过思考生物如何处理深海截然不同的环境,我们可以学到多少东西!它’难怪有这么多人将它与外太空进行比较。

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