力学环境与形态学的关系在水压超过标准大气压100的深海,高压环境是深海生物的显著特征 。我们对深海生物的了解是由有限的深海探测器提供的 。从深海探测器发回的照片来看,深海相当贫瘠,生物多样性远不如海面和浅海 。有珊瑚、蠕虫、节肢动物、软体动物、鱼类等 。深度从5000米到10000米 。这些动物体型小,行动缓慢 。
【深海生物为什么发光,深海生物有科研价值】深海生物有科研价值,为什么构造怪异、恐怖呢?
生物的形貌是由基因决定的,基因受环境的影响,在自然选择的条件下,适应性较好的基因得以保存下来 。所以,一定程度上,生物的形貌是环境引起的,在本文中,我不去讨论各种各样的环境对基因的影响,那不是我的专长 。我就从力学环境这个角度,来探讨一下高压环境下生物的形貌特征,反正在深海区,长的丑一点,别的鱼也看不到 。
1、深海环境的水压水压与深度正相关,水深越深,水压就越大,公式如下,其中密度ρ和重力加速度g与高度也是有关的,但是这个值变化很小,在这里就忽略掉 。从公式中,地球上最深的马里亚纳海沟深度可达11km,底部的水压有110MPa,人体正常的气压环境就是1个大气压,为0.1MPa,可见马里亚纳海沟的水压是人体舒适气压的1100倍 。
在这样的高压环境下,人体是无论如何承受不了的,国际上,水深超过500m就是深海区了,此处的水压约5MPa,仍然是一个大气压的50倍 。2、深海鱼的形貌特征深海鱼的特征是嘴大、眼大、带光,外形上看,奇丑无比 。如下图的深海琵琶鱼,参差不齐的尖尖长牙,额头上立着的一根“小灯笼”巨大的嘴巴贯穿整个脸颊 。当然,上述说的深海鱼位于更加深的海底,生活在深海的中间层以下(1000m以下),这个范围内,阳光已经无法穿透,深海中漆黑一片,
水压超过10MPa,是标准大气压的100倍 。3、力学环境与形貌关系在水压超过标准大气压100的深海,高压环境是深海生物的一个显著特征,高压的环境下,一方面深海生物自身细胞承受的压强就较高,另一方面鱼的外形结构也保证了具有较好的承压能力 。上图为深海钓鱼的骨骼,实际上就骨骼来讲,本身是钙质,其承受能力还是较大的,比较结实的骨头,比如人体的股骨,最大可受压应力170MPa(下图),即使把这快骨头扔到马里亚纳海沟也不会被压碎,
所以,单纯从骨头受压来讲,是完全没有问题的 。但是,骨头材料本身的极限压力高,并不代表结构自身的应力状态好,对于结构而言,不连续的地方容易出现应力集中,于是鱼骨头横截面都是类似圆形截面,尽量地把压力均匀分布开来 。这个的影响,也体现在鱼类的外形上,比如,鱼类的嘴巴是圆弧状的骨骼,而不是三角状,就是为了减小应力集中 。
骨骼的基本形态定下后,下面就是鱼肉了,我们发现那些丑怪丑怪的深海鱼,比较胖胖的,如上图 。圆滚滚的外形,其实也是为了分散水对身体的压力,这样的胖胖的鱼,就不会感到身体某个地方会特别的累(压力被分散了) 。即使是那种瘦小的鱼,其横截面也是近似圆形的,当然,这种体型的鱼存在一个非常大的缺点——游不快 。不像那种扁扁的鱼类,可以在水中飞快地穿梭,如上图,
这种扁扁的身材,最大限度地降低了水的阻力,能够让鱼游的更快 。深海中的鱼大概不是依靠速度捕食的,因为黑暗的深海根本看不清楚,这些鱼就会另一种捕食方式——钓鱼 。这也是为什么很多深海鱼自带灯笼,就是利用发光器吸引食物过来,然后张开大嘴,一口吞之 。4、总结深海鱼生活在500m以下的大海中,越深鱼就越长的丑怪,
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