Làm thế nào cá biển chịu được áp lực nước khổng lồ ở độ sâu đại dương?

Tại sao một số sinh vật có thể sống ở độ sâu hàng nghìn mét dưới áp suất nước khủng khiếp và môi trường khắc nghiệt?

Sinh vật biển sâu là những loài sống ở phần dưới của đại dương. Phần này nhận đủ ánh sáng mặt trời để hỗ trợ thực vật thủy sinh.

Hầu hết sinh vật biển sâu sống dưới hàng nghìn mét, xa vùng ánh sáng mặt trời. Họ đối mặt với nhiều thách thức như thiếu thức ăn, áp suất nước cao, lượng oxy thấp, bóng tối và lạnh giá.

Các sinh vật biển sâu bao gồm cá voi, hải cẩu, cua, nhím biển, cá răng nanh, giun ống khổng lồ, mực ma cà rồng, cá mập Thái Bình Dương, người câu cá, cá dơi môi đỏ, bạch tuộc dumbo, ếch lông, cá quan tài, cá tay đốm, giun zombie và nhiều loài khác.

Tất cả những loài này đã thích ứng với môi trường biển sâu như thế nào?

Giữ lại ít oxi hơn

Một số loài cá có thể sống dưới độ sâu hơn 8000 mét dưới mặt biển. Điều này đồng nghĩa với áp suất nước ở độ sâu này tương đương với trọng lượng hàng chục triệu kg. Tuy nhiên, lượng oxi trong phổi lại là yếu tố giúp sinh vật không bị ép nát dưới áp suất nước.

Trước khi lặn xuống nước, nhiều sinh vật biển sâu thở ra gần 90% không khí trong phổi và chỉ giữ lại khoảng 10% lượng oxi để sử dụng. Cách sử dụng ít oxi này giúp sinh vật thích nghi với áp suất khủng khiếp ở đáy biển.

Khả năng nín thở trong nhiều giờ

Với lượng oxi ít ỏi còn trong phổi, sinh vật biển sâu đã phát triển các khả năng siêu việt khác để thích nghi với điều này. Điều đó bao gồm khả năng nín thở trong nhiều giờ.

Một số loài cá voi và hải cẩu đã khiến thế giới kinh ngạc về khả năng nín thở của chúng trong vùng nước biển sâu có áp suất cao. Ví dụ, cá voi mỏ Cuvier có thể lặn sâu tới 2992 mét và nín thở trong nước trong thời gian kỷ lục là 2 giờ 18 phút. Mặt khác, hải cẩu voi có thể nín thở dưới nước trong 2 giờ.

Phổi có khả năng siêu nén

Cá voi mỏ Cuvier là loài giáp xác lặn sâu nhất. Dưới áp lực nước, phổi của chúng xẹp xuống mỏng như một tờ giấy, để ép toàn bộ lượng khí trong phổi đi vào các cơ và máu, nơi khí đó dần được hòa tan.

Các cơ của cá voi mỏ đã thích nghi để có thể chứa nhiều myoglobin hơn, máu cũng có nhiều hemoglobin hơn, giúp lưu trữ oxy rất lâu trong cơ thể.

Khả năng tự giảm nhịp tim, giảm chức năng hoạt động

Ở một số sinh vật, nhịp tim giảm thiểu xuống còn khoảng 4 nhịp/ phút trong khi những sinh vật khác gần như ngừng thở trong một khoảng thời gian dài khi lặn xuống biển.

Ngoài ra, một số sinh vật biển sâu tự trôi trong nước thay vì dùng lực để di chuyển. Trôi là một quá trình không cần vận động cơ bắp, giúp tiết kiệm oxy dùng cho quá trình ngoi lên mặt nước.

Bên cạnh đó, dưới áp suất cao, một số sinh vật như cá voi và hải cẩu còn tự giảm các hoạt động trao đổi chất như ngừng chức năng tiêu hóa, gan và thận.

Sự hiện diện của Trimethylamine N-oxit (TMAO)

Trimetylamin N-oxit (TMAO) là một hợp chất hữu cơ nằm trong lớp oxit amin. TMAO được tìm thấy trong mô của động vật giáp xác và các loài cá biển.

Loại chất này ngăn áp suất nước làm biến dạng protein, nguyên nhân giết chết các loài động vật khi chúng xuống dưới mực nước quá sâu. Điều thú vị là nồng độ TMAO trong các sinh vật biển sẽ tăng lên theo độ sâu nơi chúng sinh sống. Với dạng chất này, một số sinh vật biển sâu có thể tồn tại được mà không bị biến dạng protein.

Không hấp thụ nitơ

Con người có độ lặn sâu giới hạn, bởi khi làm việc trong môi trường cao áp, việc hít thở đều là với không khí cao áp.

Khí ôxi trong môi trường này đều bị quá trình tuần hoàn của cơ thể người tiêu hao hết, chỉ còn lại khí nitơ dễ tan vào máu, mô và chất béo. Đáng nói, lượng hoà tan khí nitơ sẽ tăng lên theo sự gia tăng của áp suất khí và thời gian ở dưới nước.

Nếu một thợ lặn nổi lên mặt nước thật nhanh, do áp suất nước giảm, nitơ trong máu bị giãn nở đột ngột tạo nên những bọt khí làm tắc mạch máu. Hiện tượng này giống như khi ai đó vừa mở nắp bình nước giải khát loại có ga. Các bọt khí gây tắc mạch máu hoặc ép vào các cơ quan bên trọng, gây hại cho cơ thể về lâu dài và gây nên các chứng bệnh giảm áp.

Do đó, đối với các sinh vật biển sâu, không hấp thụ nitơ là một cơ chế bảo vệ ưu việt, không phải loài này cũng có được.