Nếu một chiếc tàu ngầm làm bằng thép và sắt lặn sâu, nó sẽ bị nghiền nát bởi áp suất cao. Tại sao cá biển sâu có thể sống tự do dưới áp suất cao? Đây là một câu hỏi khoa học và là một câu chuyện dài.
Trước tiên chúng ta hãy nói về khái niệm áp suất và áp suất.
Áp suất là lực tác dụng lên bề mặt tiếp xúc của hai vật, hoặc lực vuông góc của chất khí tác dụng lên bề mặt chất lỏng và chất rắn, hoặc lực vuông góc của chất lỏng tác dụng lên bề mặt chất rắn. Độ lớn của lực tác dụng lên một vật được biểu thị bằng đơn vị áp suất. Ví dụ, áp suất mực nước biển là 1 atmosphere, tương đương 101325 Pa (Pascal), hoặc 101,325 kPa (kilopascal), 1013,25 mPa (millibar hoặc hectopascal).
Lực tác dụng lên một đơn vị diện tích nhất định được gọi là áp suất. Áp suất của 1 atm là 1kg/cm^2, nghĩa là cần có áp suất 1 kilôgam tác dụng lên 1 cm vuông. Nếu so với 1m^2 (mét vuông), áp suất của 1 atm là 10.000 kilôgam.
Con người và tất cả các loài động vật trên trái đất đều tiến hóa trong một thời gian dài dưới áp lực và môi trường áp lực như vậy nên các loài động vật này có áp suất tương ứng trong cơ thể. Tất nhiên, áp lực mà động vật ở các vùng khác nhau phải chịu không thực sự chính xác và đồng đều. Áp suất khí quyển sẽ thay đổi theo độ cao. Càng lên cao, áp suất càng thấp và ngược lại, càng xuống thấp, áp suất càng lớn.
Do đó, những loài động vật sống được trên cao nguyên sẽ không thể thích nghi với cuộc sống ở đồng bằng hoặc lưu vực; ngược lại, động vật ở lưu vực và đồng bằng sẽ không thể thích nghi với cuộc sống ở cao nguyên.
Khả năng chịu áp lực của con người cũng có giới hạn. Ví dụ, áp suất khí quyển trên cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng chỉ bằng 0,5 đến 0,6 so với áp suất ở mực nước biển. Những người sống ở đó trong thời gian dài có thể chịu đựng được, nhưng những người ở độ cao thấp hơn sẽ bị say độ cao khi đến đó. Tương tự như vậy, những người sinh ra và lớn lên trên cao nguyên Thanh Hải - Tây Tạng cũng sẽ cảm thấy chóng mặt và say oxy khi đến vùng đồng bằng.
Nhưng khả năng chịu áp lực của con người là linh hoạt. Ví dụ, khi lặn xuống độ sâu 10 mét, áp suất đạt tới 2 atm (1 áp suất không khí ở mực nước biển và tăng thêm 1 atm cho mỗi 10 mét độ sâu của nước), điều đó có nghĩa là áp suất đạt tới 2 kg/cm^2, mức mà con người có thể chịu được. Một người được đào tạo có thể lặn xuống độ sâu hơn 100 mét, tức là áp suất lớn hơn mười atm.
Nhưng nếu sâu hơn nữa thì sẽ không thể chịu đựng được. Các khoảng trống như ngực và bụng sẽ bị nghiền nát, thậm chí cả xương cũng sẽ bị nghiền nát, gây ra tử vong. Vì vậy, con người đã chế tạo tàu ngầm để lặn sâu và tự bảo vệ mình. Tàu ngầm thông thường có thể lặn xuống độ sâu vài trăm mét, còn tàu ngầm quân sự có thể lặn tới độ sâu tối đa 1.250 mét, nhưng chúng không thể sống sót ở độ sâu hơn nữa và các tấm thép của tàu sẽ bị nghiền nát và sụp đổ.
Tàu lặn biển sâu có thể tới điểm sâu nhất của Rãnh Mariana, sâu 11.000 mét, nơi áp suất khí quyển đạt tới hơn 1.100. Điều này không chỉ đòi hỏi tàu ngầm phải có lớp giáp thép đủ dày mà còn phải có trình độ công nghệ sản xuất rất cao để có thể chịu được áp suất cao như vậy.
Vậy, cá biển sâu là loài vật phàm trần, vậy tại sao chúng có thể chịu được áp suất lớn như vậy?
Lý do tại sao cá biển sâu có thể chống lại áp suất biển sâu là kết quả của quá trình tiến hóa
Bản chất của quá trình tiến hóa loài là chọn lọc tự nhiên và sự sống còn của những loài khỏe mạnh nhất. Cụ thể hơn, nó có nghĩa là thích nghi với nhu cầu của môi trường và sự cạnh tranh để tồn tại và sinh sản trong môi trường và sự cạnh tranh khắc nghiệt. Cá biển sâu được sinh sản và tiến hóa trong môi trường biển sâu và có khả năng thích nghi với môi trường này.
Cá biển sâu đã tiến hóa đến mức chúng khác biệt cơ bản so với cá biển nông và cá nước nông về ngoại hình, các cấu trúc vĩ mô cụ thể như xương và các cấu trúc vi mô ở cấp độ tế bào.
Đầu tiên, chúng ta hãy nói về đặc điểm cấu trúc vi mô của cá biển sâu.
Cá biển sâu luôn sống trong môi trường tối tăm có áp suất cao, từ tế bào nguyên thủy cho đến quá trình tiến hóa thành sinh vật đa bào, do đó cấu trúc cơ thể của chúng được thiết kế cho môi trường này. Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng cá biển sâu có nhiều axit béo không bão hòa hơn trên màng tế bào, giúp màng tế bào duy trì được độ lưu động cao trong môi trường áp suất cao, do đó cải thiện hiệu quả vận chuyển đủ chất dinh dưỡng để duy trì hệ thống sự sống.
Theo trực giác, cái gọi là axit béo không bão hòa là loại axit béo dễ đông đặc và vón cục. Ví dụ, mỡ và dầu động vật sẽ trở nên rắn ở nhiệt độ phòng vì chúng chứa quá nhiều axit béo không bão hòa. Dầu thực vật chứa nhiều axit béo không bão hòa nên không dễ đông lại và có thể duy trì trạng thái lỏng ngay cả trong mùa đông.
Tỷ lệ axit béo không bão hòa cao giúp cá biển sâu vẫn có màng tế bào mềm ngay cả trong môi trường áp suất cao của nước biển sâu lạnh, do đó tế bào không dễ bị tổn thương. Đồng thời, protein của cá biển sâu còn có đặc tính chịu được áp suất. Ví dụ, α-actin trong cơ thể trải qua quá trình thay thế axit amin tại nhiều vị trí, bao gồm các vị trí liên kết với ion canxi và ATP, có thể đảm bảo rằng actin hoạt động bình thường trong môi trường áp suất cao.
Ngoài ra, số lượng và loại liên kết hóa học trong protein của cá biển sâu cũng thay đổi, dẫn đến những thay đổi trong cấu trúc bậc ba của protein, giúp tăng cường độ cứng của cấu trúc và cải thiện khả năng thích nghi với môi trường áp suất cao; hàm lượng oxit trimethylamine trong cá biển sâu cũng cao hơn nhiều so với cá biển nông. Đây là chất ổn định protein quan trọng có thể giúp protein khôi phục cấu trúc và chức năng ban đầu, do đó đảm bảo hoạt động của tế bào.
Tuy nhiên, trimethylamine là nguồn chính gây ra mùi tanh. Sau khi cá biển sâu chết, oxit trimethylamine phân hủy thành trimethylamine. Do đó, cá biển sâu có mùi tanh hơn cá biển nông sau khi chết.
Đặc điểm cấu trúc vĩ mô của cá biển sâu
Chúng ta biết rằng chất khí dễ nén, trong khi chất lỏng hoặc chất rắn khó nén hơn. Do đó, bong bóng bơi là cơ quan đầu tiên mà cá biển sâu bỏ lại trong quá trình tiến hóa. Cái gọi là bong bóng cá chính là bong bóng cá mà chúng ta nhìn thấy trong khoang bụng khi giết mổ cá lặn. Đây là một "công cụ" được cá ở vùng nước nông sử dụng để điều chỉnh cách bơi lên và lặn xuống. Có khí bên trong bong bóng. Nếu muốn nổi lên, bạn cần phải bơm thêm khí để làm bong bóng cá to hơn và do đó có lực nổi lớn hơn; nếu muốn chìm thì cần phải xả khí ra để làm bong bóng cá nhỏ lại và tăng khối lượng riêng của cơ thể.
Nếu bong bóng cá này ở dưới biển sâu, nó sẽ bị nghiền nát. Sau khi từ bỏ cơ quan bong bóng cá, cá biển sâu chủ yếu sử dụng lipid trong cơ thể để điều chỉnh độ nổi và độ chìm. Chúng ta hãy lấy một phép so sánh. Một chai thủy tinh rỗng có thể dễ dàng bị nghiền nát bởi áp suất của biển sâu, trong khi một chai thủy tinh chứa đầy nước sẽ không bị vỡ ngay cả khi chìm xuống biển sâu. Điều này là do áp suất tương đối cân bằng được hình thành bên trong và bên ngoài chai.
Cá biển sâu có ít xương và cơ hơn cá biển nông, tương đối nhiều lipid và gelatin, tỷ lệ sụn trong xương cũng cao hơn nhiều so với cá biển nông. Như câu nói, nếu cái gì quá cứng thì nó sẽ dễ vỡ. Cá biển sâu sử dụng sụn và keo lipid để chống lại áp suất của biển sâu, nhờ đó chúng có thể di chuyển tự do dưới áp suất cao.
Do đó, cá biển sâu đã có khả năng chống lại áp suất cao, tức là áp suất bên trong và áp suất môi trường tạo thành sự cân bằng, do đó chúng có thể chịu được áp suất cao ở vùng biển sâu. Nhưng cá biển sâu thực sự chỉ có thể di chuyển ở vùng biển sâu. Nếu chúng bơi đến vùng nước nông hoặc bị bắt và đột nhiên mất cân bằng áp suất cao, các chất tế bào của cá biển sâu sẽ thấm ra từ bên trong. Một số thậm chí còn vỡ ra do áp suất cao trong cơ thể và chết sớm.
Do đó, những loại cá biển sâu được bán trên thị trường khó có thể còn sống. Thông thường, kho đá sẽ được chuẩn bị ngay trên tàu đánh cá, cá sẽ được đông lạnh và bảo quản ngay sau khi đánh bắt.
Một số loài cá tiêu biểu ở biển ở các độ sâu khác nhau
Có rất nhiều loại cá biển sâu, nhưng xét một cách nghiêm ngặt, một số loại cá thông thường trên thị trường không thể được gọi là cá biển sâu, chẳng hạn như cá mú hổ, cá mú xanh, cá mú hồng, cá mú, cá thu, cá đỏ, v.v. Những loại cá này thường sống ở độ sâu hàng chục mét dưới biển, và không có nhiều loại sâu hơn một trăm mét. Do đó, một số loại cá có thể được nuôi trong bể cá của nhà hàng. Loài cá này chỉ có thể được gọi chính xác hơn là cá biển. Cá biển sâu thực sự không thể được nuôi sống trong bể cá.
Nước càng sâu thì càng tối và áp suất càng lớn. Do đó, những loài cá sống ở vùng nước sâu trông kỳ lạ và đáng sợ hơn, như thể chúng là loài sinh vật ngoài hành tinh. Nhìn chung, cá biển sâu có mắt to, miệng rộng và răng sắc nhọn. Một số bộ phận cơ thể của nhiều loài cá biển sâu có thể phát sáng, có thể được sử dụng để quyến rũ những con cá khác giao phối trong môi trường tối, và cũng có thể được sử dụng để dụ con mồi.
Nhìn chung, ở độ sâu 200 mét, ánh sáng yếu không thể thực hiện quá trình quang hợp nên không có cây xanh và ít cá ở độ sâu này. Có một loài cá gọi là cá mái chèo, thường được gọi là vua rồng biển; Ở độ sâu dưới 200 mét dưới biển, còn có một số loài cua, cá voi xanh và chim cánh cụt hoàng đế có thể lặn xuống độ sâu tới 500 mét.
Ở độ cao 600 mét, về cơ bản đây là một thế giới tối tăm với ánh sáng cực kỳ yếu. Có một loại cá thép hậu khí quyển hoạt động ở đây với đầu trong suốt và đôi mắt giống như quả bóng treo ở nửa bên trái và bên phải của đầu. Nhãn cầu chỉ nhìn lên vì không cần phải nhìn xuống và chúng không thể nhìn thấy bất cứ thứ gì cả. Dưới độ sâu 700 mét có một số loài cá biển sâu như cá hố châu Âu và lươn, và ở độ sâu 900 mét có mực khổng lồ.
Ở độ sâu 1.000 mét, đây là thế giới hoàn toàn tối tăm và thậm chí còn có ít cá hơn ở độ sâu này. Tuy nhiên, ở độ sâu 1.300 mét, có một loài rùa biển gọi là rùa da sinh sống ở đây, và cá mập mũi nhọn châu Âu cũng sinh sống ở độ sâu này. Khi độ sâu tăng lên, số lượng cá ngày càng ít, nhưng báo voi Biển Đông có thể lặn xuống độ sâu 1.700 mét.
Ở độ sâu 2.000 mét, có một loài cá lạ gọi là cá rồng đen, trông giống như một loài sinh vật ngoài hành tinh, có hai sợi ria dài bên dưới phát sáng và được dùng để thu hút con mồi; và cá nhà táng khổng lồ có thể lặn tới độ sâu 3.000 mét. Thức ăn chính của chúng là mực khổng lồ. Theo thống kê, cá nhà táng tiêu thụ 5 triệu con mực khổng lồ mỗi năm trên toàn thế giới.
Ở độ sâu bốn ngàn mét, có một loài cá biển sâu được gọi là cá rắn. Nó có răng dài và mắt to. Không dễ để bắt được con mồi ở vùng biển sâu tối tăm, vì vậy chúng đã tiến hóa để có hàm răng dài sắc nhọn. Một khi con mồi đã bị cắn, sẽ không có cách nào thoát được.
Độ sâu lặn của con người
Rất hiếm khi nhìn thấy cá ở vùng biển sâu dưới 4.000 mét, nhưng vào tháng 4 năm 2017, một nhóm thám hiểm biển sâu của Trung Quốc đã nhìn thấy một con cá trắng ở độ sâu 8.150 mét; Thật trùng hợp, vào tháng 8 cùng năm, một đoàn thám hiểm Nhật Bản cũng phát hiện ra loài cá này ở cùng địa điểm và một số người cho rằng đó có thể là cùng một loài. Ở vùng nước sâu như vậy, cá rất hiếm nên người ta đặt tên cho loài cá này là cá ốc Mariana.
Sinh vật sâu nhất là một sinh vật đơn bào khổng lồ sống ở độ sâu 10.660 mét dưới biển. Sinh vật đơn bào này dài 20 cm.
Con người đã cố gắng khám phá đại dương sâu hơn, bao gồm cả lặn có trang bị và không có trang bị, tàu ngầm có người lái và không có người lái. Cho đến nay, độ sâu sâu nhất mà con người có thể đạt tới mà không cần thiết bị là 113 mét, được một nhà thám hiểm người Pháp tên là Gion Nery đạt được vào năm 2006; Kỷ lục thế giới về lặn có trang bị là 332 mét, được một người đàn ông Ai Cập 41 tuổi tên là Ahmed Gabr lập được vào năm 2014.
Tàu lặn của con người hiện có thể lặn đến phần sâu nhất của Rãnh Mariana. Người hiện đang nắm giữ kỷ lục đi tàu ngầm có người lái sâu nhất là đạo diễn nổi tiếng người Mỹ James Cameron. Nhà làm phim này, người được biết đến với vai trò đạo diễn những bộ phim bom tấn như "Titanic", "Terminator" và "Avatar", có sự ngây thơ như trẻ thơ và khao khát phiêu lưu. Vào tháng 3 năm 2012, ông đã lên tàu ngầm "Deepsea Challenge" và lặn xuống đáy rãnh Mariana ở độ sâu 10.929 mét, lập kỷ lục thế giới về lặn sâu có người lái, kỷ lục này cho đến nay vẫn chưa bị phá vỡ.
Trung Quốc đứng thứ hai về lặn sâu có người lái. Vào ngày 24 tháng 6 năm 2012, tàu ngầm Giao Long của Trung Quốc đã tiến hành thử nghiệm lặn sâu tại Rãnh Mariana và đạt độ sâu tối đa là 7.062 mét; Vào ngày 10 tháng 11 năm 2020, Fendouzhe đã hạ cánh thành công xuống đáy Rãnh Mariana, đạt tới độ sâu 10.909 mét.
Kỷ lục thế giới về tàu ngầm không người lái lặn sâu hiện do Kaitou của Nhật Bản nắm giữ, đạt độ sâu 10.970 mét vào năm 1995. Tàu ngầm Kaidou do Trung Quốc phát triển đã lặn xuống độ sâu 10.767 mét vào ngày 28 tháng 7 năm 2016, đứng thứ hai thế giới.
Đây là cuộc thi giữa con người và các loài động vật biển sâu cùng môi trường tự nhiên đặc biệt của áp suất cao dưới biển sâu. Với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, hoạt động khám phá và phát triển đại dương của con người sẽ tiếp tục được cải thiện.
Tại sao cá biển sâu lại được ưa chuộng hơn?
Sự khan hiếm làm cho mọi thứ trở nên có giá trị. Cá biển sâu rất hiếm và khó đánh bắt. Theo quy luật giá trị, chúng tất nhiên rất được con người ưa chuộng. Ngoài lý do về luật giá trị, cá biển sâu có nhiều lợi thế hơn cá biển nông.
Trước hết, cá biển sâu là loại hải sản sạch và lành mạnh hơn, là nguồn chính của các món ăn ngon như sashimi và cá sashimi vì độ mặn và áp suất của nước biển cao, rất ít vi sinh vật như ký sinh trùng và vi khuẩn, và ô nhiễm công nghiệp ít tác động đến biển sâu.
Cá biển sâu chứa nhiều chất dinh dưỡng có lợi cho cơ thể con người hơn. Không chỉ giàu protein mà còn chứa nhiều loại axit amin đặc biệt, axit béo, DHA… mà cơ thể con người cần. Chẳng hạn như axit béo không bão hòa, các nguyên tố vi lượng khoáng chất như canxi, sắt, kẽm, vitamin A, B, C, v.v.
Do đó, ăn nhiều cá biển sâu có thể giúp thúc đẩy dinh dưỡng cân bằng, điều hòa cân bằng các chất dinh dưỡng trong cơ thể, thúc đẩy sự phát triển, cải thiện sức khỏe não bộ, giảm cholesterol, giúp mạch máu khỏe mạnh hơn, giảm sự xuất hiện và nguy cơ mắc các bệnh tim mạch, kiểm soát hiệu quả bệnh tim mạch vành, v.v.
Một số viện khoa học và doanh nghiệp chiết xuất nhiều sản phẩm dinh dưỡng sức khỏe khác nhau như dầu cá biển sâu từ cá biển sâu để đáp ứng nhu cầu sức khỏe của con người, rất được ưa chuộng.
Nếu bạn có ý kiến gì, xin vui lòng thảo luận. Cảm ơn các bạn đã đọc.
Bản quyền thuộc về Space-Time Communication. Vi phạm và đạo văn là hành vi phi đạo đức. Xin hãy hiểu và hợp tác.
