【深海鱼图片】深海压力那么大，深海鱼为什么没有被压死？

制作：科普中国

制作：叶培源(上海海洋大学、云海科普队)

主任：中国科学院计算机网络信息中心

几天前，大新闻几乎擦了朋友圈屏幕。奋斗号成功坐在德马里亚纳海沟，底部深度为10909米，是我国载人深潜器的新深度记录！

(图片来源：中国科学院)

随着深潜器技术的不断发展，人们逐渐发现，在茫茫的深海中，绝不会沉默，无数生物在这片漆黑的地方繁殖。(莎士比亚)。

其中，生活在海平面以下约8000米的马里亚纳狮子鱼是目前人们发现的“最深的海鱼”。相比之下，人类潜水的深度一般在10-20米以内，最极限的深度只有300米。要知道，在水下8000米处，静水压力约为800个气压，几乎相当于一只成年公牛站在指甲盖上。如果没有深潜器，人类就无法到达这么深的海洋。

那么深海鱼类如何承受如此巨大的压力呢？是因为他们心态好吗？

压力，从鱼鳔断绝开始

游泳时潜入游泳池底部时，会有耳膜有压迫感，甚至轻微疼痛的体验。(威廉莎士比亚、哈姆雷特、游泳、游泳、游泳、游泳、游泳、游泳、游泳)这是因为鼓膜外部的水压明显大于内部气压，鼓膜受到内部压力。从这个例子中我们可以得出结论：随着水深的增加，水压比大气压大得多，周围的水开始向内挤压膨胀的物体。

(图片来源：Pexels)

大多数硬骨鱼在某种意义上是隆起的物体。因为它们里面有膨胀的鱼鳔。对于生活在浅海的硬骨鱼类来说，鳐是鱼类调节浮力，帮助它们漂浮或潜水的非常重要的结构。但是对深海鱼类来说，充满空气的鳐鱼无异于易碎的气球。外界巨大的水压毫无保留地挤压和践踏这个气球，直到粉碎为止。阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视剧)，)因此，很多深海鱼类在进化过程中“抛弃”了“危险”的结构，依靠特定的地质提供浮力。(阿尔伯特爱因斯坦)(以英语发言)。

与浅海的鱼相比，深海鱼类的骨骼和肌肉含量相对较少，脂质和胶体相对较多。此外，深海鱼类骨骼中软骨的比例也远高于浅海鱼类。对深海鱼类来说，这是适应深海生活所必需的“妥协”。所谓的“过强就容易折”，比起骨骼和肌肉，脂质和胶体更有助于鱼对抗巨大的压力。

像这样的身体结构还有另一个优点。低比例的骨骼和肌肉可以减少深海鱼类的能量消耗，高比例的脂质同时可以储存更多的能量。这对营养贫瘠、氧气稀薄的深海中的鱼至关重要。

过去几年被评为世界上最丑的生物的水滴语——软银豆腐语就是一个很好的例子。抓住登陆的水滴鱼往往是柔软的趴着的粉红色物体，像长着大鼻子的斯莱姆一样生活。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视剧)，《季节名言》)但是在深海，水滴鱼的外形和一般鱼类没有区别。只是在被抓到陆地的过程中，压力的急剧减少破坏了身体结构，成为了我们看到的样子。大卫亚设，Northern Exposure)在他们生活的地方，这个身体的胶体有助于生存。(莎士比亚)。

水滴鱼(图片来源：维基百科)

之前的研究表明，在马里亚纳狮语的基因组中，控制骨骼发育和骨骼组织骨化的基因发生了突变。由于这种突变，马里亚纳狮鱼骨骼的钙化过程提前终止，骨骼构成的大部分都成为软骨。软骨的抗高压能力比胫骨组织强得多。

马里亚纳深海狮子鱼特殊表型的分子机制(图片来源：参考资料1)

深入细胞膜的强大压缩能力

但这不是深海鱼类的全部本领。

要知道，静水压力不是宏观的物体，死人不是牵着深海海鱼的手，只有宏观的身体结构上才会影响深海海鱼。(威廉莎士比亚，《哈姆雷特》，《沉默名言》)静水压力没有漏洞，无论是宏观结构还是微观结构都会受到攻击。

如果我们把视线集中到微观世界，就会发现在高压环境下细胞膜的流动性会减少。简而言之，在深海，细胞的细胞膜可以变得更“坚硬”，这绝非好事。细胞膜是控制的

物质进出细胞的重要关口，细胞膜变硬会导致物质进出细胞更加困难。细胞外的营养物质无法进入细胞，细胞内产生的废物难以运出细胞，那生物将无法生存下去。这就像是外卖员要通过一个人头攒动的路口去送外卖：本来他只要在人缝中挤过去就行，结果有一股神秘的力量把所有人都往一块推，搞得人贴人人挤人，外卖员拼了老命也没能挤过去，这时他就会觉得压力好大。

科学家发现，相对于浅海鱼来说，深海鱼的细胞膜上有着更多的不饱和脂肪酸，这让它们的细胞膜能在高压环境下保持较高水平的流动性，提高物质运输的效率。

打个比方，植物油相对动物油来说不饱和脂肪酸的含量更高，所以在常温下植物油一般是液体，而动物油则固体居多。你很难让一枚硬币穿透一块黄油，而让它从一瓶花生油的表面掉到瓶底却很容易。

高比例的不饱和脂肪酸能让深海鱼即使身处高压环境仍然拥有“柔软”的细胞膜，但如果一条深海鱼被捕捞上岸，它的细胞结构也会随之破坏，因为当它身处低压环境中时，细胞膜的流动性就有些过强，细胞膜过“软”，导致细胞很容易坏掉。

△9个硬骨鱼基因家族分析发现，MHS中与脂肪酸代谢相关的基因家族显著扩增（图片来源：参考资料1）

脂质并不是唯一受到高压影响的物质，蛋白质也难以逃脱这无处不在的压力。正常来说，受到高压影响的蛋白质会发生结构的改变和功能的丧失，而蛋白质的正常工作对于生物的生存至关重要。

幸好对于这一点深海鱼也有相应的应对策略。深海鱼的某些蛋白质特定位点的氨基酸会被其它氨基酸所替换，提高其对压力的抗性。比如深海鱼体内的α肌动蛋白在多个位点发生了氨基酸的取代，其中包括了钙离子和ATP的结合位点。这两个位点的氨基酸替换能够保证肌动蛋白在高压环境下仍然能正常工作。

此外，有些蛋白质中的化学键的数目和种类会发生一定的变化。这种变化导致了蛋白质三级结构的改变，从而加强了蛋白质结构的刚性，也就提高了其对高压环境的适应性。就像你在搭积木的时候给积木外面多贴两根胶带，绝对比不贴胶带要稳固许多。

也有研究发现深海鱼体内氧化三甲胺（TMAO）的含量远高于浅海鱼。氧化三甲胺是一种非常重要的蛋白质稳定剂，它能够帮助变性的蛋白质恢复原来的结构，从而恢复其正常功能。深海鱼体内大量的氧化三甲胺能够帮助它们细胞内的蛋白质维持原有的结构和功能，从而保证细胞的活性。

有趣的是，随着鱼类的死亡，氧化三甲胺会逐渐分解为三甲胺，而三甲胺则是海鱼腥味的重要来源。那么也就是说，越是深海鱼，死了以后的腥味就越重，内陆的朋友们总觉得带鱼的腥味重也就不难理解了。

△这些发生在基因编码及调控序列的变化可能有助于MHS增加细胞内TMAO水平以增强蛋白质稳定性（图片来源：参考资料1）

现在一些人总是觉得周围的环境给了自己很大的压力，选择佛系生活甚至自暴自弃。但是你们想一想，深海的鱼类面临着这么大的压力都没有放弃，即使从蛋白质层面开始改变自己，也要适应环境，成为环境的主人，你还有什么理由放弃！赶快行动起来改变自己，战胜压力吧！

团队介绍：云海科普是来自中国海洋大学的一支有趣的科普队伍，以年轻人特有的视角来解构看似高深的科学问题，让你发现大自然竟然这么好玩。

参考资料：

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6、Robert Kunzig. The Physics of . . . Deep-sea Animals，Discover，2001