不使用任何设备的潜水员只能潜到50到60米的深度,并在水下停留最多几分钟。海洋动物的潜水能力比人类高得多。所谓海洋动物是指适合生活在海洋环境中的特殊哺乳动物群体,即海洋胎生哺乳动物、肺呼吸动物、恒温动物、前肢形状特殊的流线型脊椎动物,如鲸鱼、海狮、海豹等。世界上有130多种海洋动物。

由于食物摄入量不同,海洋动物潜水的深度也不同。海豚以各种鱼类为食,可以潜至100-300米,持续4-5分钟。抹香鲸捕食深海国王乌贼。它能潜到1000米深。从潜水的深度和时间来看,海洋动物可以被称为动物王国的“潜水冠军”。

要长时间潜入深海,海洋动物必须解决两个问题,一个是如何储存氧气,另一个是承受巨大的水压。

没有氧气,生命就无法生存,海洋动物也是如此。海洋动物和鱼的区别在于海洋动物没有鳃,不能直接从海水中吸收氧气。因此,为了满足潜水的需要,海洋动物在潜水时必须在体内储存所需的氧气。因此,海洋动物的储氧能力比陆地动物大得多。科学家已经证明海洋动物储存氧气的方式主要有两种。一是在血液中储存氧气。例如,当海豹潜水时,它们有时呼气后潜水,有时吸气后潜水,这表明在潜水时,它们肺部的氧气储存不是主要的,而是通过血液。海洋动物的血容量约为其体重的15%,而陆地动物的血容量约为8%。因此,海洋动物的血液是一个天然的“氧气仓库”。

此外,海洋动物的肌肉也有储存氧气的功能。海洋动物肌肉中所含的呼吸色素比陆生动物高许多倍,其储氧量可占人体总储氧量的50%。由于长期潜水生活的需要,海洋动物的身体结构发生了许多变化。例如,在他们的胸腔和其他地方有许多特殊的血管网,在静脉管中有许多瓣膜,可以在短时间内积累大量的血液。当需要潜水时,海洋动物的整个血管收缩并产生大量过量的血液。通过这种存储方式,减轻了心脏的负担,填充了由肺气压缩形成的胸腔空间,提高了潜水的适应性。

常识告诉我们,潜水越深,潜水员承受的压力越大。如果海洋动物下降到1000米以下的海水中,它所承受的压力将达到数百个大气压。为什么海洋动物有如此高的抗压能力?海洋动物的身体如何适应水下压力的变化?

原来,为了适应环境,海洋动物的身体机能发生了巨大的变化。这些变化表现在骨骼和肌肉上。例如,由于深海环境中巨大的水压,海洋动物的骨骼变得容易弯曲,肌肉组织变得特别柔韧,纤维组织变得异常精细。此外,海洋动物的内外压力是相同的,细胞膜等各种组织的内外压力可以在一定范围内传递,就像一个没有盖子的瓶子,无论放在多深的水中,都不会变形。海洋动物能够承受压力而不用担心氧气,并且由于其体型和其他原因,被称为“潜水冠军”。

值得一提的是,海洋动物在深海中上下游动,主要是因为它们的胸部随着外部压力的增加而收缩,它们的肺部也随之收缩。肺泡自然增厚,气体交换停止。这样,氧气就不会溶解在血液中,海洋动物也不会患潜水病。人们不是。当人们潜水时,他们需要不断补充空气。肺泡不会收缩,氧气会自然溶解在血液中。当人们从深海回到岸上时,周围的压力突然下降,人体内的氮气形成气泡,这些气泡进一步积聚到关节,导致膝盖、肘部、臀部或肩膀疼痛,这就是潜水病。