Der Druck in der Tiefsee ist enorm. Ein U-Boot wird zerquetscht, wenn es die Tiefe überschreitet. Warum können sich Tiefseefische frei bewegen?

Taucht ein U-Boot aus Stahl und Eisen tief ein, wird es durch den hohen Druck zerquetscht. Warum können Tiefseefische unter hohem Druck so frei leben? Dies ist eine wissenschaftliche Frage und eine lange Geschichte.

Lassen Sie uns zuerst über das Konzept von Druck und Druck sprechen

Unter Druck versteht man die Kraft, die auf die Kontaktflächen zweier Objekte ausgeübt wird, oder die senkrechte Kraft, die von Gas auf die Oberflächen von Flüssigkeiten und Feststoffen ausgeübt wird, oder die senkrechte Kraft, die von Flüssigkeiten relativ zu Feststoffen ausgeübt wird. Die Stärke der durch Druck auf ein Objekt ausgeübten Kraft wird in Druck ausgedrückt. Beispielsweise beträgt der Luftdruck auf Meereshöhe 1 Atmosphäre, also 101325 Pa (Pascal) oder 101,325 kPa (Kilopascal), 1013,25 mPa (Millibar oder Hektopascal).

Die auf eine bestimmte Flächeneinheit ausgeübte Kraft wird als Druck bezeichnet. Der Druck von 1 Atmosphäre beträgt 1 kg/cm^2, was bedeutet, dass auf 1 Quadratzentimeter 1 Kilogramm Druck erforderlich ist. Bezogen auf 1 m² (Quadratmeter) beträgt der Druck einer Atmosphäre 10.000 Kilogramm.

Der Mensch und alle Tiere auf der Erde haben sich über einen langen Zeitraum unter dieser Art von Druck und Druckumgebung entwickelt, sodass in den Körpern dieser Tiere ein Druck herrscht, der diesem Druck entspricht. Natürlich ist der Druck, dem Tiere in verschiedenen Regionen ausgesetzt sind, nicht sehr präzise und einheitlich. Der Luftdruck ändert sich je nach Höhe. Je höher die Höhe, desto niedriger der Druck, und je niedriger die Höhe, desto höher der Druck.

Daher können sich Tiere, die auf Hochebenen überleben, nicht an das Leben in Ebenen oder Becken anpassen. Umgekehrt können sich Tiere aus Becken und Ebenen nicht an das Leben in Hochebenen anpassen.

Auch die Druckbelastbarkeit des Menschen ist in einem bestimmten Bereich variabel. So beträgt beispielsweise der Luftdruck auf dem Qinghai-Tibet-Plateau nur das 0,5- bis 0,6-Fache des Drucks auf Meereshöhe. Menschen, die dort lange leben, können es ertragen, aber Menschen aus niedrigeren Höhenlagen werden bei einem Aufenthalt dort an der Höhenkrankheit leiden. Auch Menschen, die auf dem Qinghai-Tibet-Plateau geboren und aufgewachsen sind, fühlen sich schwindelig und fühlen sich vom Sauerstoff berauscht, wenn sie in die Ebene kommen.

Doch die Druckfestigkeit des Menschen ist flexibel. Wenn man beispielsweise in eine Tiefe von 10 Metern taucht, erreicht der Druck 2 Atmosphären (1 Luftdruck auf Meereshöhe und 1 Atmosphäre Druckerhöhung pro 10 Meter Wassertiefe), was bedeutet, dass der Druck 2 kg/cm^2 erreicht, was der Mensch aushalten kann. Eine geschulte Person kann bis zu einer Tiefe von über 100 Metern tauchen, was einem Druck von über zehn Atmosphären entspricht.

Aber wenn es tiefer ist, wird es unerträglich. Die leeren Bereiche wie Brustkorb und Bauch werden zerquetscht, und sogar die Knochen werden zertrümmert, was zum Tod führt. Also bauten die Menschen U-Boote, um tief zu tauchen und sich zu schützen. Gewöhnliche U-Boote können bis zu einer Tiefe von mehreren hundert Metern tauchen, und Militär-U-Boote können bis zu einer maximalen Tiefe von 1.250 Metern tauchen. Noch tiefer können sie jedoch nicht überleben, da ihre Stahlplatten zerdrückt werden und einstürzen.

Tiefsee-Tauchboote können den tiefsten Punkt des Marianengrabens in 11.000 Metern Tiefe erreichen, wo der Luftdruck über 1.100 beträgt. Dies erfordert nicht nur, dass das U-Boot über eine ausreichend dicke Stahlplattenpanzerung verfügt, sondern auch über eine sehr hochwertige Fertigungstechnologie, um einem derart hohen Druck standzuhalten.

Tiefseefische sind also sterbliche Wesen. Warum können sie einem so großen Druck standhalten?

Der Grund, warum Tiefseefische dem Druck in der Tiefsee standhalten können, ist das Ergebnis der Evolution

Das Wesen der Artenentwicklung ist die natürliche Selektion und das Überleben des Stärkeren. Konkret bedeutet es, sich an die Anforderungen der Umwelt und des Wettbewerbs anzupassen, um in dieser rauen Umwelt und Konkurrenz zu überleben und sich fortzupflanzen. Tiefseefische wurden in der Tiefseeumgebung gezüchtet und entwickelt und sind in der Lage, sich an diese Umgebung anzupassen.

Tiefseefische haben sich so weit entwickelt, dass sie sich hinsichtlich ihres Aussehens, ihrer konkreten makroskopischen Strukturen wie Knochen und ihrer mikroskopischen Strukturen bis hinunter zur Zellebene grundlegend von Flachsee- und Flachwasserfischen unterscheiden.

Lassen Sie uns zunächst über die mikroskopischen Strukturmerkmale von Tiefseefischen sprechen.

Tiefseefische haben sich von ihren primitiven Zellen bis zu ihrer Evolution zu mehrzelligen Organismen immer in einer dunklen Umgebung mit hohem Druck befunden, daher ist ihre Körperstruktur auf diese Umgebung ausgelegt. Studien haben ergeben, dass die Zellmembranen von Tiefseefischen mehr ungesättigte Fettsäuren aufweisen, wodurch die Zellmembranen auch unter hohem Druck eine hohe Fließfähigkeit aufrechterhalten können und so die Effizienz des Transports ausreichender Nährstoffe zur Aufrechterhaltung des Lebenssystems verbessert wird.

Intuitiv betrachtet handelt es sich bei den sogenannten ungesättigten Fettsäuren um die Art von Fettsäuren, die leicht erstarren und verklumpen. Beispielsweise werden tierische Fette und Öle bei Zimmertemperatur fest, da sie zu viele ungesättigte Fettsäuren enthalten. Pflanzenöle enthalten mehr ungesättigte Fettsäuren, sodass sie nicht so leicht fest werden und auch im Winter flüssig bleiben können.

Ein hoher Anteil ungesättigter Fettsäuren sorgt dafür, dass Tiefseefische auch im Hochdruckklima des kalten Tiefseewassers noch weiche Zellmembranen besitzen und die Zellen daher nicht so leicht Schaden nehmen. Gleichzeitig verfügt das Protein von Tiefseefischen auch über druckresistente Eigenschaften. Beispielsweise erfährt das α-Aktin in seinem Körper an mehreren Stellen Aminosäuresubstitutionen, einschließlich der Bindungsstellen für Calciumionen und ATP, wodurch sichergestellt werden kann, dass das Aktin unter hohem Druck normal funktioniert.

Darüber hinaus haben sich auch die Anzahl und Art der chemischen Bindungen im Protein von Tiefseefischen verändert, was zu Veränderungen in der Tertiärstruktur des Proteins führt, was die Steifigkeit der Struktur verstärkt und ihre Anpassungsfähigkeit an Umgebungen mit hohem Druck verbessert; Auch der Gehalt an Trimethylaminoxid ist bei Tiefseefischen viel höher als bei Flachseefischen. Dabei handelt es sich um einen wichtigen Proteinstabilisator, der Proteinen dabei helfen kann, ihre ursprüngliche Struktur und Funktion wiederherzustellen und so die Zellaktivität sicherzustellen.

Allerdings ist Trimethylamin die Hauptquelle des fischigen Geruchs. Nach dem Tod von Tiefseefischen zersetzt sich Trimethylaminoxid zu Trimethylamin. Daher riechen Tiefseefische nach dem Tod fischiger als Flachseefische.

Makroskopische Strukturmerkmale von Tiefseefischen

Wir wissen, dass Gase leicht komprimierbar sind, während Flüssigkeiten oder Feststoffe schwieriger zu komprimieren sind. Die Schwimmblase ist somit das erste Organ, das die Tiefseefische im Laufe ihrer Evolution verloren haben. Die sogenannte Fischblase ist die Fischblase, die wir beim Schlachten von Tauchfischen in der Bauchhöhle sehen. Es handelt sich um ein „Werkzeug“, mit dem Flachwasserfische ihren Aufstieg und ihr Absinken regulieren. In der Blase befindet sich Gas. Wenn Sie möchten, dass der Fisch aufsteigt, müssen Sie ihn mit mehr Gas füllen, damit die Blase größer wird und er dadurch mehr Auftrieb erhält. Wenn Sie sinken möchten, müssen Sie das Gas ablassen, um die Fischblase kleiner zu machen und die Körperdichte zu erhöhen.

Wenn sich diese Fischblase in der Tiefsee befindet, wird sie zerquetscht. Nach dem Verlust dieses fischtypischen Blasenorgans verwenden Tiefseefische in ihrem Körper hauptsächlich Lipide zur Regulierung von Auftrieb und Absinken. Nehmen wir eine Analogie. Eine leere Glasflasche kann durch den Druck der Tiefsee leicht zerdrückt werden, während eine mit Wasser gefüllte Glasflasche selbst dann nicht zerbricht, wenn sie in die Tiefsee sinkt. Dies liegt daran, dass innerhalb und außerhalb der Flasche ein relativ ausgeglichener Druck entsteht.

Tiefseefische haben weniger Gräten und Muskeln als Flachseefische, relativ mehr Lipide und Gelatine und auch der Knorpelanteil in ihren Gräten ist deutlich höher als bei Flachseefischen. Wie das Sprichwort sagt: Wenn etwas zu hart ist, bricht es leicht. Tiefseefische nutzen Knorpel und Lipidkolloid, um dem Druck der Tiefsee zu widerstehen, sodass sie sich unter hohem Druck frei bewegen können.

Tiefseefische verfügen daher bereits über die Fähigkeit, hohem Druck standzuhalten, das heißt, der Innendruck und der Umgebungsdruck bilden ein Gleichgewicht, sodass sie dem hohen Druck in der Tiefsee standhalten können. Echte Tiefseefische können sich jedoch nur in der Tiefsee bewegen. Schwimmen sie in seichte Gewässer oder werden sie gefangen und verlieren plötzlich das Hochdruckgleichgewicht, tritt die Zellsubstanz der Tiefseefische aus ihrem Inneren aus. Einige platzen sogar aufgrund des hohen Drucks in ihrem Körper und sterben bald.

Daher ist es unwahrscheinlich, dass die auf dem Markt verkauften Tiefseefische leben. Normalerweise wird auf dem Fischerboot ein Eisvorrat vorbereitet und die Fische werden unmittelbar nach dem Fang eingefroren und konserviert.

Mehrere repräsentative Fischarten im Meer in unterschiedlichen Tiefen

Es gibt viele Arten von Tiefseefischen, aber strenggenommen können einige auf dem Markt erhältliche Fische nicht als Tiefseefische bezeichnet werden, wie etwa der Tigerzackenbarsch, der Blaue Zackenbarsch, der Rosa Zackenbarsch, der Hornhecht, die Makrele, der Rotbarsch usw. Diese Fische leben im Allgemeinen in einer Tiefe von mehreren zehn Metern im Meer, und es gibt nicht viele, die tiefer als hundert Meter leben. Daher können einige Fische in Restaurantaquarien gehalten werden. Diese Fische können nur genauer als Seefische bezeichnet werden. Echte Tiefseefische können im Aquarium nicht lebend gehalten werden.

Je tiefer das Wasser, desto dunkler ist es und desto höher ist der Druck. Deshalb sehen die Fische, die in tieferen Gewässern wachsen, seltsamer und furchterregender aus, als wären sie außerirdische Arten. Im Allgemeinen haben Tiefseefische große Augen, große Mäuler und scharfe Zähne. Einige Körperteile vieler Tiefseefische können leuchten, was dazu genutzt werden kann, Artgenossen in dunkler Umgebung zur Paarung zu verführen und auch zum Anlocken von Beutetieren eingesetzt werden kann.

In einer Tiefe von 200 Metern ist aufgrund des schwachen Lichts im Allgemeinen keine Photosynthese mehr möglich, daher gibt es in dieser Tiefe keine grünen Pflanzen und nur wenige Fische. Es gibt einen Fisch namens Riemenfisch, der allgemein als Seedrachenkönig bekannt ist. Im Meer unterhalb von 200 Metern Tiefe gibt es auch einige Krabben, Blauwale und Kaiserpinguine, die bis zu einer Tiefe von 500 Metern tauchen können.

Auf 600 Metern ist es im Grunde eine dunkle Welt mit extrem schwachem Licht. Hier ist eine Art postatmosphärischer Stahlfisch aktiv, der einen durchsichtigen Kopf hat und an der linken und rechten Kopfhälfte kugelartige Augen hängen. Die Augäpfel blicken nur nach oben, weil es nicht nötig ist, nach unten zu schauen, und sie überhaupt nichts sehen können. Unterhalb von 700 Metern leben einige Tiefseefische wie der Europäische Haarschwanz und der Aal, und in einer Tiefe von 900 Metern gibt es Riesenkalmare.

In 1.000 Metern Tiefe ist es eine völlig dunkle Welt und in dieser Tiefe gibt es noch weniger Fische. In einer Tiefe von 1.300 Metern lebt jedoch eine Meeresschildkröte namens Lederschildkröte, und auch der Europäische Spitznasenhai lebt in dieser Tiefe. Mit zunehmender Tiefe gibt es immer weniger Fische, aber der Leoparden-Elefant im Südchinesischen Meer kann bis zu 1.700 Meter tief tauchen.

In 2.000 Metern Tiefe gibt es einen seltsamen Fisch namens Schwarzer Drachenfisch, der wie eine außerirdische Spezies aussieht und an der Unterseite zwei lange Schnurrhaare hat, die leuchten und dazu dienen, Beute anzulocken. und der riesige Pottwal kann bis zu einer Tiefe von 3.000 Metern tauchen. Ihre Hauptnahrung sind Riesenkalmare. Laut Statistik fressen Pottwale weltweit jedes Jahr 5 Millionen Riesenkalmare.

In viertausend Metern Tiefe gibt es einen Tiefseefisch namens Viperfisch. Es hat lange Zähne und große Augen. Da es in der dunklen Tiefsee nicht leicht ist, Beute zu fangen, haben sie scharfe, lange Zähne entwickelt. Ist die Beute erst einmal gebissen, gibt es kein Entkommen mehr.

Menschliche Tauchtiefe

In der Tiefsee unter 4.000 Metern sieht man nur sehr selten Fische, doch im April 2017 entdeckte ein chinesisches Tiefsee-Erkundungsteam in einer Tiefe von 8.150 Metern einen Weißfisch. Zufällig entdeckte ein japanisches Forschungsteam im August desselben Jahres denselben Fisch an derselben Stelle, und einige Leute glauben, dass es sich um denselben Fisch handeln könnte. In solch tiefen Gewässern sind Fische sehr selten, deshalb nannten die Menschen diesen Fisch Marianen-Schneckenfisch.

Das tiefste Lebewesen ist ein riesiger einzelliger Organismus, der 10.660 Meter unter dem Meeresspiegel lebt. Dieser einzellige Organismus ist 20 Zentimeter lang.

Die Menschheit versucht, tiefere Ozeane zu erforschen, unter anderem durch Tauchen mit und ohne Ausrüstung sowie mit und ohne bemannten U-Booten. Die bislang von Menschen ohne Ausrüstung erreichte Tiefe beträgt 113 Meter und wurde 2006 von einem französischen Entdecker namens Gion Nery erreicht. Der Weltrekord im Tauchen mit Ausrüstung liegt bei 332 Metern und wurde 2014 von einem 41-jährigen Ägypter namens Ahmed Gabr aufgestellt.

Mittlerweile können bemannte Tauchboote bis zum tiefsten Teil des Marianengrabens vordringen. Den Rekord für das tiefste bemannte U-Boot hält derzeit der berühmte amerikanische Regisseur James Cameron. Der Filmemacher, der als Regisseur von Blockbustern wie „Titanic“, „Terminator“ und „Avatar“ bekannt ist, zeichnet sich durch eine ausgeprägte kindliche Unschuld und Abenteuerlust aus. Im März 2012 bestieg er das U-Boot „Deepsea Challenge“ und tauchte auf den Grund des Marianengrabens in eine Tiefe von 10.929 Metern. Damit stellte er einen bis heute ungebrochenen Weltrekord im bemannten Tieftauchen auf.

China liegt auf dem zweiten Platz im bemannten Tiefseetauchen. Am 24. Juni 2012 führte das chinesische Tauchboot Jiaolong Tieftauchversuche im Marianengraben durch und erreichte eine maximale Tiefe von 7.062 Metern. Am 10. November 2020 landete die Fendouzhe erfolgreich auf dem Grund des Marianengrabens und erreichte eine Tiefe von 10.909 Metern.

Den Weltrekord für unbemannte Tiefseetauchboote hält das japanische Unternehmen Kaitou, das 1995 eine Tiefe von 10.970 Metern erreichte. Das in China entwickelte Tauchboot Kaidou tauchte am 28. Juli 2016 auf eine Tiefe von 10.767 Metern und belegt damit weltweit den zweiten Platz.

Dabei handelt es sich um einen Wettstreit zwischen Menschen und Tiefseetieren sowie der besonderen natürlichen Umgebung des Tiefseehochdrucks. Mit dem weiteren Fortschritt in Wissenschaft und Technologie wird sich die menschliche Erforschung und Entwicklung der Ozeane weiter verbessern.

Warum sind Tiefseefische beliebter?

Knappheit macht Dinge wertvoll. Tiefseefische sind selten und schwer zu fangen. Nach dem Wertgesetz erfreuen sie sich bei den Menschen natürlich großer Beliebtheit. Neben wertrechtlichen Gründen haben Tiefseefische gegenüber Flachseefischen viele Vorteile.

Erstens sind Tiefseefische sauberere und gesündere Meeresfrüchte und die Hauptquelle köstlicher Gerichte wie Sashimi und Fisch-Sashimi. Grund dafür ist der hohe Salzgehalt und Druck des Meerwassers, sehr wenige Mikroorganismen wie Parasiten und Bakterien und eine geringere industrielle Verschmutzung der Tiefsee.

Tiefseefische enthalten mehr und höhere Mengen an Nährstoffen, die für den menschlichen Körper von Vorteil sind. Es ist nicht nur reich an Proteinen, sondern enthält auch viele spezielle Aminosäuren, Fettsäuren, DHA usw., die der menschliche Körper benötigt. Wie zum Beispiel ungesättigte Fettsäuren, mineralische Spurenelemente wie Calcium, Eisen, Zink, Vitamin A, B, C usw.

Daher kann der Verzehr von mehr Tiefseefisch zu einer ausgewogenen Ernährung beitragen, den Nährstoffhaushalt im Körper regulieren, die Entwicklung fördern, die Gehirngesundheit verbessern, den Cholesterinspiegel senken, die Blutgefäße gesünder machen, das Auftreten und Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen verringern, koronare Herzkrankheiten wirksam kontrollieren usw.

Einige wissenschaftliche Einrichtungen und Unternehmen gewinnen aus Tiefseefischen verschiedene nahrhafte Gesundheitsprodukte, beispielsweise Tiefseefischöl, um den Gesundheitsbedarf der Menschen zu decken, und diese erfreuen sich großer Beliebtheit.

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