同樣是哺乳動物,為什麼鯨魚能下潛水下2000米,人類卻會被壓扁?

2020-12-22 大臉科學視野

鯨魚雖然叫魚,卻是海洋中為數不多的哺乳動物。胎生哺乳、以肺呼吸、體溫恆定,也算得上和人類有不少的相同點。世界上的鯨魚大約有100種,一般生活在500米以上的淺水區,但是也有能在2000米生活的抹香鯨。

學過物理的人都知道,水壓和水深有很大的關係。如果按每增加10米,壓強增加一個大氣壓計算,水下1000米的位置,水壓可以達到97個大氣壓。也就是說,在那裡你每平方米需要承受970噸的重量。這對於人類來說,完全是達不到的。

其實幾千米的位置,常規的潛艇外殼也已經達到深潛極限,更別提人類弱小的身軀。可是為什麼同樣哺乳動物的鯨魚,卻能生活在深海而不被水壓壓扁呢?鯨魚的深潛極限又是多少?這還得從鯨魚的肺說起。

鯨魚擁有一套和人類完全不同的呼吸系統,它們的肺部能夠根據水壓靈活變化,以平衡身體內外的壓強。當進入深水區時,肺部就會縮小,身體內不會留存很大的空間,壓強自然增大,從而也就能承受高水壓。

據2014年的報導,柯氏喙鯨這種鮮為人知的鯨魚潛水深度高達2992米,憋氣時間超過2小時17分鐘,是已知鯨魚物種兩項紀錄的保持者。連人們熟知的抹香鯨,最深也能達到2250米,並且連續憋氣一個多小時。

那麼問題來了,既然是用肺呼吸,在下潛的一個多小時裡,氧氣是如何供應的呢?這還要再回到鯨魚的呼吸方式。鯨魚是在水面上吸入潛水時所需的空氣,然後帶著這些空氣潛入水底供呼吸之用,而不是呼吸水下的壓力化的空氣,因此我們才會經常看到鯨魚躍出水面換氣。

而且,首先鯨魚也不會帶著大量的空氣潛水,因為它們也用不了這麼多。長期進化的特殊呼吸機制已經讓它們適應了深水生活。在深潛時,大部分的空氣會被從肺部排出,以血液中血紅蛋白以及肌肉中的肌血球素和氧氣結合作為替代品,為長時間的潛水過程作準備。

與此同時,鯨的動脈網絡像一個分流器一樣,維持腦部正常的血液供應,同時減少對肌肉血液供應。此外,為進一步減少氧氣的消耗量,心率也會隨之降低。所有被鯨魚帶入水下的游離氣體都在壓力下被吸收進堅硬且有厚壁的呼吸系統中。

鯨魚還能在不斷增加的壓力下呼吸氮氣,這種深水適應性使鯨魚能夠避免氮醉(也可深海暈眩)。這是人類根本不具備的深海適應能力。大量的氮氣溶於血液中會對腦細胞產生侵害,導致精神極度陶醉或是極度興奮,許多的潛水員就是因此命喪水底。

正是由於鯨魚這種強大的屏氣能力,讓它們在深海長期潛行也不會發生意外。不過,有得必有失,這種機制讓它們都喪失了非自主呼吸能力,所以鯨魚必須清醒地控制呼吸過程。

不僅要有意識地控制自己的呼吸反射,還要靠自身的意志控制身體浮到水面換氣。加上鯨魚的噴氣孔會自動關閉,因此它們還要有意識地自己張開噴氣孔。如果它睡著了或被打昏,可能真的就被淹死了。

這或許就是大自然的美麗,它給你關上了一扇門,卻給你開了另一扇窗。人類沒有潛入深海的能力,卻憑藉著智慧的大腦到達了鯨魚也未曾到達的海洋!

往期回顧:

把猩猩當人類撫養,能否進化出人類意識?這3個科學實驗或能證明

毒蛇一招致命,人類為什麼沒進化出毒液攻擊?看看這些動物的代價

相關焦點

  • 鯨魚肉身沒鋼板硬,為何它能潛入海底2000米,核潛艇卻做不到?
    導語:鯨魚肉身沒鋼板硬,為何它能潛入海底2000米,核潛艇卻做不到?地球又稱之為「水球」,畢竟百分之80以上都是海洋,陸地相對比較少,迄今為止人類對海洋的探索不足百分之5,一些謎題至今沒有能夠解開。但這種由堅固材料製作而成的鋼鐵巨獸,下潛的深度十分有限,主要原因是因為無法承受恐怖的水壓,根據科學家的實驗結果顯示,平均每增加10.3米,水壓便會增加1千克,潛艇越往深處走,那麼很受的壓力也就越大,一旦超過紅線瞬間就會被壓扁,而裡面的人也是如此,連逃跑的機會都沒有。
  • 鯨下潛2000米都沒事,為什麼鋼鐵打造的潛艇,卻會被壓扁?
    但有一個問題可能縈繞在各位讀者的腦海,這些深海魚肉非常細膩,柔嫩幾乎可以捏出水來,但它們卻能在千米深海底自由的生活,而人類製造的鋼鐵潛水艇,很少有能下潛到千米深水下的!為什麼魚不會被海水壓扁,潛水艇卻掛了?
  • 同為海洋哺乳動物用肺呼吸,為何海獅可以曬太陽,而鯨魚擱淺就變鯨爆?
    我們經常會在網際網路看到一些擱淺的鯨魚,它們龐大的身軀在沙灘上一動不動,如果沒有人類的幫助,它們就會漸漸死亡,然後再過一段時間就會變成一次「鯨爆」。 但是如果我們仔細想一下,鯨魚雖然名字裡也有「魚」,但是它們卻更像我們人類。 它們和我們一樣是哺乳動物,呼吸的是空氣,依靠的是肺,它們無法長時間呆在水下,每隔一段時間就要回到水面呼吸。 但是為什麼它們不能和我們一樣在陸地上多生活,哪怕是一小段時間呢?
  • 被鯨魚吃了又被吐出來,是幸運嗎?專家認為它們是把人類當朋友
    南非海岸,51歲的潛水人員Rainer Schimpf,為了吸引大量沙丁魚進行拍攝,手拿「魚餌球」在海水中潛伏,不幸的是,Rainer Schimpf遇到了一頭布賴德鯨,並將他一口吞下,正當他絕望之際,鯨並沒有吞下他,而是將他吐了出來。
  • 它是鯨魚中最兇猛的存在,卻對人類十分友好,為什麼會這樣?
    當今世界上平均體型最龐大的群體應該是鯨魚了,其中藍鯨是體型最大的一種。根據海洋生物學家的介紹,鯨魚是這一大類哺乳動物的統稱,根據目前的探測情況這一大類下面又可以分為98種不同的鯨類,例如虎鯨、鬚鯨等等。很多人認為鯨魚只是體型龐大而已,鯊魚比鯨魚要兇猛得多。
  • 鯨魚是哺乳動物需要呼吸,為何還生活在海裡?
    鯨魚生活在海裡,卻並不是魚類,而是哺乳動物。正如蝙蝠一樣,蝙蝠雖然會飛,可是卻並不是鳥類,而是哺乳動物;企鵝雖然不會飛,是海洋中的遊泳高手,不過它們卻是實打實的鳥類。可以說,生物的進化非常的神奇,總會有讓人意想不到的事情發生。
  • 哺乳動物中「各行各業」的NO.1
    驚不驚喜,意不意外對於人類來說最高壽命能到到100—130歲之間,大象的最高壽命能達到180—200歲之間,但是只有動物園裡人工扶養的大象才能有這個福氣,野生大象的歲數能活到60—70歲之間。大象這樣的動物和人類有共同點,他們也能感到高興,悲傷而且大象也能安撫同類。
  • 動物界的潛水冠軍-水下3000米5個人穿一隻高跟鞋站你腳面上
    抹香鯨是名副其實的潛水冠軍(常壓下的動物進入到大於常壓的環境中,海底一萬米生活的螃蟹什麼的——不算!)  這些深海動物體型巨大,大型烏賊的體長甚至可以達到15米以上,觸手上的吸盤大小會比你家裡常用的盤子差不多大,堅韌的鯨魚皮膚也可以被扣下一塊肉來,抹香鯨在深海中捕食這樣強悍的對手一般到時極其危險的,科學家推測常常會有鯨魚被他的獵物「
  • 同是哺乳動物,為什麼唯有人類365天都是發情期?
    人類同樣需要將自己的基因延續下去,在其他生物選擇了發情期來確保種族延續時,人類卻在進化中拋棄了發情期,這是為何呢?人類已經獲得了進化發展的優勢,發情期的存在只會阻礙人類的生存,拋棄的發情期正是人類智慧的表現。那麼同是哺乳動物,為什麼唯有人類365天都是發情期呢?
  • 為什麼人類是哺乳動物,但是卻沒有像動物一樣濃密的毛髮?
    我們都知道人類是靈長目的哺乳動物,很奇怪的是,我們現代人類卻沒有像大多靈長目的哺乳動物那樣有濃密的毛髮。但其實毛髮有很多作用,不僅有保溫的作用,還能防止皮膚曬傷、水分過多地散失以及抵禦蚊蟲的叮咬等等。我們為什麼在進化的途中,將動物般的毛髮進化沒了,到現在也還沒有一個定論,不過科學家對此提出了很多假說。
  • 海洋中天生「歌唱家」,也是鯨魚中的「壽星」,最多可以活200年
    提起海洋,很多朋友都會想到各種各樣的魚類,其實,除了海洋魚類之外,在海洋中也生活著哺乳動物,它們被人們稱作「海獸」,屬於在海洋中生存的特殊類群,其中我們最熟悉的鯨魚,就是海洋哺乳動物之一。提起鯨魚我們都知道,它們的個頭都很大,比方說對人類有著迷之好感的虎鯨,就是鯨魚中體型最大的一種,當虎鯨在海洋中遇到人類的船隻,一般都會跟隨遊走,當有大白鯊等危險的海洋生物靠近的時候,虎鯨還會保護人類。眾所周知,在陸地上,越是體型龐大的哺乳動物,它們的壽命也就越長,在海洋中的哺乳動物門也是如此,那麼,鯨魚中的「壽星」又是哪種呢?
  • 科學家揭示了動物潛水的新基本原理
    在動物王國裡,潛水作為一種生活方式已經進化了很多次,所有潛水動物的生態本質上是由它們能屏住呼吸的時間決定的。根據一項新的研究,世界上的潛水動物——從小昆蟲到巨型鯨魚——都遵循著一些類似的原則。他們發現,在所有動物中,最大潛水時間隨著體重的增加而增加,這是可以預測的,但這一變化的速度取決於新陳代謝模式。恆溫動物是冷血動物,如兩棲動物、爬行動物和昆蟲,它們在一定的體重下可以在水中停留更長的時間,但是恆溫動物,包括鳥類和哺乳動物,體重的增加對潛水時間的影響要明顯得多。
  • 潛水員在鯨魚保護下鯊口逃生
    (點擊文首視頻,觀看鯨魚救潛水員於鯊口)2018年10月,南 · 豪瑟 ( Nan Hauser ) 在庫克群島的穆裏海灘 ( Muri Beach ) 潛水時,水下攝像頭拍攝下了她一生中少有的驚魂時刻:在拍攝一隻駝背鯨時,突然,另一隻鯨魚遊過來了,開始用下巴和嘴巴輕輕地推豪瑟,試圖把她藏在自己的胸鰭下。
  • 水豚、大象等哺乳動物為什麼不易得癌症?
    人類攻克癌症的方法,可能就藏匿在大型哺乳動物的基因密碼裡,等待人類發現。「癌症」一聽名字就讓人害怕,醫學工作者做夢都想把「癌症」這座難啃的山頭給啃下來。人體由細胞構成,細胞需要不斷的分裂才可以更新老去凋零的細胞,維持機體的活力,凡事有利有弊,細胞分裂,DNA就要複製,然而複製過程容易出錯,特別是在化學因素的影響下,出錯的概率會提高,一個新細胞,它的DNA有錯誤,人體內部的修復機制如果識別到了,那還好說,如果識別不到,這就是「倖存」下來的癌細胞,癌細胞增殖不受調控,它是完全失控的細胞,如果人體不能及時清理這些癌細胞,久而久之就是癌症。
  • 在紐西蘭看鯨魚應該去哪?有人說首選凱庫拉
    鯨魚可以說是世界上最大的生物了,每年有很多人去世界各地尋找鯨魚,據說要是能碰到鯨魚尾拍水的畫面,就能得到好運。紐西蘭觀看鯨魚最佳的地方是在凱庫拉,凱庫拉觀鯨的最佳好處是這裡沒有季節之分,一年四季都可以觀鯨。
  • 世界上最大的鯊魚:體型長達20米,連鯨魚都在它的菜單之上!
    世界上最大的鯊魚:體型長達20米,連鯨魚都在它的菜單之上!對於魚類大家一定是非常熟悉的,幾乎各種魚類都已經被人類端上了餐桌,甚至是殺傷力最大的鯊魚也是一樣。雖然打不過人類,但是深海裡鯊魚可是一大霸主,去招惹鯊魚就是將自己往虎口裡送。
  • 800萬年前深海巨獸角逐,為什麼頂級掠食者巨齒鯊輸給了鯨魚
    14米,體重超過40噸,幾乎是現代藍鯨的四分之三,張開大口的嘴直徑可達2到3米,能輕鬆吞下一個成年人,當時巨齒鯊的身影遍及荷蘭到紐西蘭,但是到更新世之後,海洋生物的組成中,已經看不到巨齒鯊的存在,反而是鯨魚存活到了現在,這是為什麼呢?
  • 這六旬老人一生與大海和鯨魚為伴.他拍下的每一張鯨魚照片,都無比驚豔!
    「後來我才知道那種鯨魚叫小鬚鯨,它們可能是體形最小的鯨魚,但它們的身長仍然有30英尺,差不多七噸重,每次看到這種萌萌噠鯨魚,我都特別開心,而且它們對人類很友好。」因為不同的季節會有不同的鯨魚,出現在不同的海域。
  • 四足鯨魚最早出現在什麼時期?它是不是現在鯨魚的祖先?
    鯨魚有四條腿?是的,你沒看錯,鯨魚的祖先確實有四條腿。其實,鯨魚的祖先以及演化史一直以來在科學界都是個謎團。在沒有發現一些與鯨魚相關的化石之前,科學界比較統一的說法就是鯨魚是由早期的水生哺乳動物進化而來的。但是,隨著一些化石的被發現和研究,鯨魚的演化之路被重新的改寫和定義。下面我們來簡答的看一下鯨魚的演化史。
  • 人類最羨慕的哺乳動物,壽命達到200歲,90歲仍具有生殖能力
    成年的弓頭鯨可以長到18米長,體重達100多噸,脂肪厚度就超過50釐米,最厚可達70釐米,是哺乳動物中有名的大胖子。泳速緩慢,在逃離危險時,10千米/小時是它們的極限衝刺速度。弓頭鯨也不是深潛能手,每次入水通常只有9~18分鐘。 這也導致了它新陳代謝也比較慢,從而延長壽命。