極限深度

鄭陽(yáng)陽(yáng)

盡管人類(lèi)探索地球最深淵的渴望與登上世界之巔的欲望一樣強(qiáng)烈，但想要到達(dá)海洋的最深處，單靠強(qiáng)烈的好奇心是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在那里，有人類(lèi)未知的極度高壓和全然的黑暗；在那里，生活著一些前所未見(jiàn)的奇特海洋生物。毫不夸張地說(shuō)：地球上約五分之四的地方還沒(méi)有被人類(lèi)勘探過(guò)，而馬里亞納海溝就是其中最神秘的地方。

深海探索

馬里亞納海溝是目前已知的海洋的最深處，就算將整座喜馬拉雅山沉入溝底，珠穆朗瑪峰峰頂距離海平面還有1.6千米之差。

1960年1月，美國(guó)海軍深海潛艇“的里亞斯特號(hào)”展開(kāi)了人類(lèi)歷史性的深海探索之旅——“自游生物計(jì)劃”。人類(lèi)深海探險(xiǎn)史上的傳奇式人物雅克·皮卡德和海軍中尉唐·沃爾什乘坐“的里亞斯特號(hào)”深海潛艇成功下潛至1萬(wàn)多米深的馬里亞納海溝海床。該潛艇在海底只待了不到20分鐘。但是，在此之前，能下潛到如此深度并成功歸來(lái)的可全部都是不載人潛艇。這次的深潛行動(dòng)轟動(dòng)全球，創(chuàng)下了人類(lèi)探索海底的深度記錄，在此之前從未有人去過(guò)比皮卡德他們所到之處更深的海底。

從購(gòu)買(mǎi)深海潛艇、整頓一切，到配置所有物資，美國(guó)海軍總共花費(fèi)了為期9個(gè)月的時(shí)間，為“的里亞斯特號(hào)”及其隊(duì)伍參與“自游生物計(jì)劃”進(jìn)行準(zhǔn)備工作。此項(xiàng)計(jì)劃是他們?cè)谖魈窖箨P(guān)島附近所開(kāi)展的一系列深?？茖W(xué)探索——旨在對(duì)海水的光線透明度、水底能見(jiàn)度、人為聲音傳送等海洋地理學(xué)知識(shí)進(jìn)行探索。

“的里亞斯特號(hào)”由皮卡德的父親、瑞士人奧古斯汀·皮卡德發(fā)明。1953年，由于科研深陷財(cái)務(wù)危機(jī)，老皮卡德向美國(guó)海軍尋求科研經(jīng)費(fèi)上的幫助。而那時(shí)，美國(guó)海軍也正需要一款用于深海探險(xiǎn)的潛艇設(shè)計(jì)。為了向美國(guó)海軍證明自己的潛水設(shè)備，皮卡德父子將設(shè)計(jì)帶來(lái)了美國(guó)，純粹只為科學(xué)研究。1958年，美國(guó)海軍被他們的設(shè)計(jì)所折服，向皮卡德父子購(gòu)入了“的里亞斯特號(hào)”，并聘請(qǐng)他們作為顧問(wèn)。

其實(shí)，皮卡德父子于1953年便開(kāi)始反復(fù)測(cè)試“的里亞斯特號(hào)”，不斷尋求改良的設(shè)計(jì)，到最后，已有數(shù)十載的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。1953年8月，“的里亞斯特號(hào)”下潛至海下1080米的深度，之后不久又下潛至3150米，在1956年更下潛至3700米。1958年，潛艇外層已經(jīng)能承受7千米深的壓力，經(jīng)過(guò)改良后，最終則能抵受住超過(guò)1萬(wàn)米的壓力。在潛艇進(jìn)行終極測(cè)試前，“的里亞斯特號(hào)”總共潛航了64次。美國(guó)海軍的參與，讓皮卡德有機(jī)會(huì)將他的發(fā)明付諸行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)他對(duì)海底探索的終極夢(mèng)想。

極限驚魂窗體頂端

1960年1月23日，雅克·皮卡德和海軍中尉唐·沃爾什駕駛“的里亞斯特號(hào)”潛艇抵達(dá)位于太平洋西部的馬里亞納海溝，下潛了近5小時(shí)，才抵達(dá)10 916米的深度（馬里亞納海溝溝深10 924米）?！暗睦飦喫固靥?hào)”潛艇的這次深潛行動(dòng)沒(méi)有攜帶任何科學(xué)儀器，也沒(méi)有進(jìn)行任何科學(xué)實(shí)驗(yàn)，該任務(wù)的目的只為達(dá)到人類(lèi)下潛的極限深度。潛到水下9144米深處時(shí)，突然一記響亮的撕裂聲劃過(guò)耳邊，所有人的心都懸了起來(lái)。不過(guò)，他們?nèi)匀焕^續(xù)下潛，最終觸碰到了海溝底部黑色的軟泥。

在海洋中，每下潛10米就相當(dāng)于增加了1個(gè)大氣壓，幾毫米厚的鋼板在萬(wàn)米深的洋底會(huì)像空氣中的蛋殼一樣不堪一擊。由于在10 916米深的海底，水壓之大可以恐怖到每平方厘米500千克的地步，也就是說(shuō)，海底的壓力比海平面高出至少1096個(gè)大氣壓（相當(dāng)于1000多倍）。雅克·皮卡德的深海潛艇開(kāi)始無(wú)法承受這一壓力，當(dāng)他在窗口玻璃上發(fā)現(xiàn)有裂紋出現(xiàn)時(shí)，皮卡德決定縮短航程時(shí)間。之后，只在海底逗留了20分鐘，就不得不返回水面，而裂紋在3小時(shí)15分鐘的上浮過(guò)程中，并沒(méi)有發(fā)生任何可怕的情況，這實(shí)在是太幸運(yùn)了?！暗睦飦喫固靥?hào)”（無(wú)論是有人駕駛還是無(wú)人駕駛）成為第一艘到達(dá)海洋最深處的船只。

在此之前，海洋生物學(xué)界的普遍觀點(diǎn)認(rèn)為，在海洋的最深處不會(huì)有生物存活。但是就是這短短的20分鐘，震驚了整個(gè)科學(xué)界。在潛水艇探照燈的映照下，皮卡德見(jiàn)證了人類(lèi)前所未見(jiàn)的景象，他們?cè)谕耆诎档氖澜缋锟吹搅缩r活的生命。

在皮卡德的書(shū)中有這樣的記錄：“我看見(jiàn)一條鰈魚(yú)從潛艇舷窗旁飄然游過(guò)，在那個(gè)深度發(fā)現(xiàn)一條魚(yú)令我們感到十分驚訝，我看見(jiàn)它的同時(shí)，它也用頭頂?shù)膬芍粓A眼睛盯著我看。然后，慢悠悠地從舷窗前游走了。隨后，它漸漸沉入海底軟泥中，一截身子露在外面。生命有可能存在于如此深的海底嗎？是的，它可以！”皮卡德用他堪比人類(lèi)登月的壯舉解答了困擾生物學(xué)家、海洋學(xué)家?guī)装倌陙?lái)從未尋找到的答案。正是雅克·皮卡德在1.1萬(wàn)米深的海底發(fā)現(xiàn)了活著的海洋生命，才最終促使國(guó)際社會(huì)決定禁止人類(lèi)向深海海溝中傾倒核廢料。

8200米是魚(yú)類(lèi)生活的極限深度

但時(shí)至今日，有研究人員的結(jié)論和皮卡德所看到的剛好相反。研究人員認(rèn)為，人類(lèi)從未在8200米的深度之下見(jiàn)到過(guò)存活的魚(yú)類(lèi)，并且提供了魚(yú)類(lèi)無(wú)法在此深度之下存活的生物學(xué)原因。

首先，阿伯丁大學(xué)的佩里教授提出，海洋深處是地球上最?lèi)毫拥沫h(huán)境之一。那里完全漆黑、溫度接近冰點(diǎn)且水壓很大。除了偶爾出現(xiàn)下沉到海底的鯨魚(yú)殘骸或死魚(yú)殘屑，海洋深處的食物其實(shí)極其缺乏。在那樣一種與世隔絕的深度，除了以磷蝦一類(lèi)的微小生物為食，那些脆弱的深海魚(yú)類(lèi)個(gè)體壓根就沒(méi)什么可吃的。深海魚(yú)類(lèi)通常只在3千米以上的淺海水域生存，能在3千米以下碰到鯊魚(yú)和鰩魚(yú)的概率微乎其微，因?yàn)樵谀莻€(gè)深度，根本沒(méi)有足以讓其生存下去的食物。

在深海生存最大的挑戰(zhàn)在于對(duì)抗深海的壓力。假如你站在海底底部，相當(dāng)于有兩頭大象站在你的大腳趾上。這對(duì)身體會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。例如，在高壓下，細(xì)胞膜會(huì)變硬，嚴(yán)重阻礙其正常生理功能。為了生存，深海生物體內(nèi)有像人造黃油似的脂肪，很黏。這種具有較高黏度的脂肪可以保持細(xì)胞膜內(nèi)外液體的正常流通。

除此之外，美國(guó)華盛頓惠特曼學(xué)院的保羅·燕西在幾年前還提出了一個(gè)全新的觀點(diǎn)。他認(rèn)為，魚(yú)類(lèi)能否在深海生存完全取決于魚(yú)類(lèi)身體組織中承受高壓的某種特殊分子。若要存活于更深的水中，魚(yú)類(lèi)需要進(jìn)化出這種分子，以免極度高壓改變其體內(nèi)蛋白質(zhì)的形狀。這是一種名為氧化三甲胺的化學(xué)物質(zhì)，簡(jiǎn)稱(chēng)TMAO，也正是這種物質(zhì)讓魚(yú)類(lèi)有了魚(yú)腥味。

TMAO分子有助于保持魚(yú)體內(nèi)蛋白質(zhì)的形狀，并幫助調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)可溶物質(zhì)的濃度。這意味著，魚(yú)類(lèi)只要有效地增強(qiáng)體內(nèi)細(xì)胞中TMAO的濃度就可以保持蛋白質(zhì)的形狀。沒(méi)有TMAO分子的存在，細(xì)胞中的蛋白質(zhì)會(huì)在深海的高壓下扭曲并且停止工作。

TMAO分子水平越高，下潛深度就能越深？這可能就是為什么深海鱈魚(yú)隨著年齡的增長(zhǎng)，會(huì)漸漸下沉到海底幾千米處的原因吧（因其體內(nèi)TMAO分子水平不斷增高，所以鱈魚(yú)就可以越游越深）。

專(zhuān)家解密獅子魚(yú)

最無(wú)可爭(zhēng)議的深海最深記錄保持者非獅子魚(yú)莫屬，它們存活于7000米以下的深海中。2008年，獅子魚(yú)在水下近7700米處被阿蘭·賈米森的探險(xiǎn)隊(duì)給拍攝了下來(lái)。獅子魚(yú)是目前為止人類(lèi)捕獲并分析的最深海域的魚(yú)類(lèi)，它們擁有最高水平的TMAO分子。研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，魚(yú)類(lèi)物種體內(nèi)的TMAO分子水平會(huì)隨著存活水域的加深而增加。但是，并不是TMAO分子水平越高就越好，深海魚(yú)類(lèi)只能在一定深度保持一定TMAO分子的平衡。如果TMAO太多，就會(huì)使蛋白質(zhì)過(guò)于穩(wěn)定而無(wú)法工作。比如說(shuō)，肌肉移動(dòng)的時(shí)候需要其中的肌球蛋白作彎曲狀，太多的TMAO會(huì)阻礙這種行為。淺水魚(yú)類(lèi)也是不能隨便下潛的，因?yàn)樗鼈兊募∪夂蜕窠?jīng)會(huì)在深海的高壓下被壓碎、撕裂，停止工作。

保羅·燕西認(rèn)為， TMAO分子水平隨著壓力地增大會(huì)成比例地增加，而過(guò)高的TMAO分子水平又會(huì)阻礙魚(yú)類(lèi)正常的生理活動(dòng)，所以從理論上來(lái)講，8200米（對(duì)應(yīng)的TMAO水平）是魚(yú)類(lèi)生活的極限海洋深度。阿蘭·賈米森也支持這一觀點(diǎn)：“再也沒(méi)有生命出現(xiàn)在7700米以下更深的海域了，它們就像突然消失了一樣。好像從這里開(kāi)始，就有一條既清楚又看不見(jiàn)的分界線?！薄爱?dāng)時(shí)，皮卡德可能將某種深海蠕蟲(chóng)當(dāng)成了鰈魚(yú)吧”，保羅·燕西說(shuō)道。

盡管我們現(xiàn)在知道了在大洋的最深處是魚(yú)類(lèi)無(wú)法達(dá)到的，但是馬里亞納海溝深處卻存活著大量其他生物，比如形似蝦的片腳類(lèi)生物。除此之外，2012年，詹姆斯·卡梅隆駕駛潛艇只身潛入馬里亞納海溝，還發(fā)現(xiàn)了一種前所未見(jiàn)的的海參。目前，這些生物為何能在如此高壓下生存，還是一個(gè)未解之謎。同時(shí)，人類(lèi)對(duì)距離海平面下近1.1萬(wàn)米深的海底研究或可對(duì)地球板塊構(gòu)造和地震研究提供新的視角。