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  • 1 # 力學Nerd王小胖

    生物的形貌是由基因決定的,基因受環境的影響,在自然選擇的條件下,適應性較好的基因得以儲存下來。所以,一定程度上,生物的形貌是環境引起的。在本文中,我不去討論各種各樣的環境對基因的影響,那不是我的專長。我就從力學環境這個角度,來探討一下高壓環境下生物的形貌特徵。反正在深海區,長的醜一點,別的魚也看不到。

    1、深海環境的水壓

    水壓與深度正相關,水深越深,水壓就越大。公式如下,其中密度ρ和重力加速度g與高度也是有關的,但是這個值變化很小,在這裡就忽略掉。從公式中,地球上最深的馬裡亞納海溝深度可達11km,底部的水壓有110MPa。人體正常的氣壓環境就是1個大氣壓,為0.1MPa,可見馬裡亞納海溝的水壓是人體舒適氣壓的1100倍。在這樣的高壓環境下,人體是無論如何承受不了的。

    國際上,水深超過500m就是深海區了,此處的水壓約5MPa,仍然是一個大氣壓的50倍。

    2、深海魚的形貌特徵

    深海魚的特徵是嘴大、眼大、帶光。外形上看,奇醜無比。如下圖的深海琵琶魚。參差不齊的尖尖長牙,額頭上立著的一根“小燈籠”巨大的嘴巴貫穿整個臉頰。

    當然,上述說的深海魚位於更加深的海底,生活在深海的中間層以下(1000m以下),這個範圍內,Sunny已經無法穿透,深海中漆黑一片。水壓超過10MPa,是標準大氣壓的100倍。

    3、力學環境與形貌關係

    在水壓超過標準大氣壓100的深海,高壓環境是深海生物的一個顯著特徵。高壓的環境下,一方面深海生物自身細胞承受的壓強就較高,另一方面魚的外形結構也保證了具有較好的承壓能力。

    上圖為深海釣魚的骨骼,實際上就骨骼來講,本身是鈣質,其承受能力還是較大的,比較結實的骨頭,比如人體的股骨,最大可受壓應力170MPa(下圖),即使把這快骨頭扔到馬裡亞納海溝也不會被壓碎。所以,單純從骨頭受壓來講,是完全沒有問題的。

    但是,骨頭材料本身的極限壓力高,並不代表結構自身的應力狀態好。對於結構而言,不連續的地方容易出現應力集中,於是魚骨頭橫截面都是類似圓形截面,儘量地把壓力均勻分佈開來。這個的影響,也體現在魚類的外形上。比如,魚類的嘴巴是圓弧狀的骨骼,而不是三角狀,就是為了減小應力集中。

    骨骼的基本形態定下後,下面就是魚肉了。我們發現那些醜怪醜怪的深海魚,比較胖胖的,如上圖。圓滾滾的外形,其實也是為了分散水對身體的壓力。這樣的胖胖的魚,就不會感到身體某個地方會特別的累(壓力被分散了)。即使是那種瘦小的魚,其橫截面也是近似圓形的。

    當然,這種體型的魚存在一個非常大的缺點——遊不快。不像那種扁扁的魚類,可以在水中飛快地穿梭,如上圖。這種扁扁的身材,最大限度地降低了水的阻力,能夠讓魚遊的更快。

    深海中的魚大概不是依靠速度捕食的,因為黑暗的深海根本看不清楚。這些魚就會另一種捕食方式——釣魚。這也是為什麼很多深海魚自帶燈籠。就是利用發光器吸引食物過來,然後張開大嘴,一口吞之。

    4、總結

    深海魚生活在500m以下的大海中,越深魚就越長的醜怪。那些醜陋的深海魚大多在1000m水深以下,水壓超過標準大氣壓的100倍。在這麼巨大的水壓下,魚類的身體儘量地長成圓滾滾的形態,以便將水壓均勻分散到全身。

  • 2 # 純野生科學家

    問題附的兩張圖並不是典型深海生物。一個是即將孵化的卵團,一個是一種海星。

    說深海生物長相怪異恐怖,其實主要說的是那裡的魚類。深海魚類會演化成如此形象是有原因的,大家都是為了適應生活環境而已。

    貧瘠的深海環境

    再清澈的海水,Sunny也只能照亮200米深的地方,再往深處,浮游植物就很難進行光合作用了。就是說海洋食物鏈的基礎只存在於海洋表層,下面就是食物稀少的“荒漠”了。

    但這條食物鏈實在太“窮”了,處於頂端的深海魚類日子尤其難熬。獵物稀少,它們兩頓正餐之間很可能要隔好幾個星期時間,這就要求它們必須緊緊抓住每一次捕獵機會。那麼問題來了,如果對方比自己還大怎麼辦?沒關係,咱可以長一張巨口呀↓

    怕獵物逃脫?沒關係,可以長出滿口長牙呀↓

    很多深海魚類都能吞下比自己還大的獵物,小身子大嘴,再長一堆大尖牙,這形象肯定恐怖呀。

    黑暗中的“慢生活”

    上文說過,光只能照透200米深的海水,往下只有黑暗。在這種環境下,很多生物都有自己的發光器官,深海魚類也一樣,有些種類還長著與體形不成比例的巨大眼睛,使它們看起來更奇怪了。

    還有後口魚↓眼大嘴大,眼還長腦袋頂上。

    深海中的魚類普遍不愛遊動,不是懶,而是食物太少,必須謹慎使用能量。淺海中比較“正常”的魚類都有肌肉飽滿的流線型身體,能夠快速遊動;深海中除了“不遊就得憋死”的鯊魚外,其它魚類都是沒什麼肌肉的小身體。為了節省能量,有些深海魚類乾脆往那一趴不動了,坐等獵物自己上門。

    深海生活的好處

    雖然這地方又黑又冷,食物稀少,壓力大到能把潛艇壓扁,不過在這裡生活也是有點兒好處的。這裡競爭遠沒有海洋表層那麼激烈,餓是餓點兒,那也比競爭落敗滅絕了強呀。深海也是海洋生物的“安全島”,比如鸚鵡螺。它們經歷了五次物種大滅絕,至今還活蹦亂跳的,靠的就是在每次天劫發生後都躲入深海生活。

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