第3节
探海勇士

实验动物

九天会仙，深海送笺。

动物朋友，实验在前，科学新篇。

压力变，饱和潜，一一试剑。

进步成功当纪念。

“可上九天揽月，可下五洋捉鳖，谈笑凯歌还。”但凡人类能探索到的地方，都是梦开启的地方。上至太空，下至海洋，人类从未停止探索未知世界的步伐。从古到今，无论中外，对海洋世界的探索与对心灵世界的探索都是同步的，人类对海洋从恐惧到征服再到和谐相处的态度转变过程，也是人类不断拓展自己灵魂深度的过程。千百年来，人类一直痴迷于探索神秘的海洋世界，一直想目睹认知海底世界最深处的神秘景象，因而诞生了许多令人激情澎湃的诗句和美丽动人的传说。辛弃疾曾感叹“谓经海底问无由，恍惚使人愁。怕万里长鲸，纵横触破，玉殿琼楼”；清代丘逢甲则写出了“欲向海天寻月去，五更飞梦渡鲲洋”的佳句。法国科幻小说家凡尔纳（Verne）以惊人的想象力、丰富的知识和高超的描写手法创作出《海底两万里》（ Vingt mille lieues sous les mers ），带着读者周游四海，探究海底秘密，激发了一代又一代读者对海洋的渴望、对探索的热情。1973年，女诗人舒婷发表了诗歌《致大海》，诗中写道：“大海的日出，引起多少英雄由衷的赞叹；大海的夕阳，招惹多少诗人温柔的怀想……这个世界，有沉沦的痛苦，也有苏醒的欢欣。”表达了作者对社会、人生的理解。

人们常说，“上天容易下海难”，这是因为人在海底要承受海水的巨大压力。在海中每下降10米，人所受到的压力就增加一个大气压。在10000米的海底，如没有任何保护措施，人会被压成薄片。截至2018年，已经有12人去过月球，500余人去过太空，而到达海洋最深处的，却少之又少。

海洋约占地球表面的71%，平均深度约3800米，其中超过2000米的深海区占海洋面积的84%，泰坦尼克号最后沉没的地方约3700米。1000米以下的海域属于深海，主要分布在大洋边缘，与大陆边缘相对平行；1000～4000米称为半深海带；4000～6000米深的水层称为深渊；6000米至海床的水层称为超深渊带。大多数海沟在超深渊带深度范围，比如菲律宾海沟、波多黎各海沟等。世界上最深的地方是太平洋板块和菲律宾板块交界处的马里亚纳海沟，约海平面以下11034米，即使把珠穆朗玛峰倒过来放进去，离海底也还有自身一半的距离。1960年1月，瑞士海洋学家雅克·皮卡德（Jacques Piccard）和美国海军上校唐·沃尔什（Don Walsh）乘坐“的里亚斯特”号深海潜艇，成功下潜至1万多米深的马里亚纳海沟海床，创下了人类探索海底的深度记录。在此之前，能下潜到如此深度并成功归来的全部都是不载人潜艇。正是雅克·皮卡德在1.1万米深的海底发现了活着的海洋生命，才最终促使国际社会决定禁止人类向深海海沟中倾倒核废料。2012年3月26日，美国传奇导演兼美国国家地理学会驻会探险家詹姆斯·卡梅隆（James Cameron）独自乘坐“深海挑战者”号潜艇下潜近11000米，进行了首次单人下潜至马里亚纳海沟最深处的探险。卡梅隆在洋底探险3小时有余，收集生物和地质样本、拍摄图片和视频。到达海底深处时，卡梅隆在推特上写道：“我刚刚到达了世界最深的地方。碰到世界最深处的感觉无与伦比，我迫不及待想和你们分享我所看到的一切。”这标志着人类在时隔52年后首次重返马里亚纳海沟。

如同在太空探索中做出的贡献一样，在海洋探索中特别是在深海探索中，实验动物也做出了卓越的贡献，付出了重大的牺牲。研究发现，潜水动物的血液量比相似大小的陆生动物要多，血液肩负着向身体各部分输送氧气的使命，也是储存氧气的重要场所，动物体的血液越多，携带着的氧气也越多，潜水时间也越长。

除了潜水动物的血液，科学家还观察到潜水动物在屏住呼吸时主要依赖储存在肌肉中的氧气，而陆地动物却是依靠停留于肺部的氧气。实验数据显示，王企鹅在下潜至510米深时，可将体内全部氧气的47%储存在肌肉中，其余的在血液和肺部循环。宽吻海豚在下潜同样的深度时，能将体内39%的氧气储存在肌肉中。各种鱼类、海豚、海豹和海龟等都是海洋潜水的好手，而真正的潜水冠军当推号称“海中霸王”的抹香鲸，它以屏气法潜入水下可达1小时之久，最大潜水深度达2200米，而且出入自如。

减压病是潜水员的死敌，潜水员在水下上升时如果速度过快，溶解在血液中的气体会随压力的减小而膨胀造成减压病，严重者可导致死亡。潜水员的上升必须缓慢，潜水员在水下时间越久，所需上升时间就越久，而且需要额外时间缓解才能进行下一次潜水。这导致深海潜水作业的效率大大降低，成本也非常高昂。直到20世纪60年代，美国的一位乡村医生经过和同事们反复实验，获得了一个惊人的发现：人如果在高压下逗留到一定时间，其血液组织里渗入的气体就会达到饱和程度，从这一程度起，只要压力不变，即使再增加停留的时间，血液和组织里的气体含量也不会改变。根据这一发现，潜水员在海洋的某个深度工作一段时间后，不必匆忙回到海面上来减压，他可以继续在海中待下去，直到工作干完后再返回海面，进行一次减压就行了。这种潜水方法，叫作“饱和潜水”，饱和潜水是人类对于潜水技术的又一个突破，世界各国都十分重视饱和潜水技术研究。

早在1789年，法国著名化学家拉瓦锡（Lavoisier）和塞奎因（Sequin）曾经将氢作为呼吸介质进行动物实验研究。在实验中，拉瓦锡等把豚鼠放入钟形玻璃容器内，让容器中维持生命的氮和氧保持一定量，然后添加氢，豚鼠在容器内呼吸氢氮氧三元混合气，历时8～10小时，未发现氢给机体带来任何不利影响。1941年，苏联的拉扎列夫（Lazarev）等人把小鼠的生存环境加压到9.1 MPa（相当900米海底），呼吸氢氮氧混合气，停留3分钟，而后经过约1小时的减压，小鼠仍然存活。20世纪60年代末至70年代初，氢取代氦作为深海潜水用呼吸气体再次受到广泛重视，这期间的氢氧潜水研究，动物实验达到约1000米深度，暴露时间达到24小时。20世纪80年代初，法国海事技术公司（COMEX）正式制定并开始实施以氢气为主体的深海用混合气潜水实验研究计划，该计划被命名为HYDRA（水螅，并含氢气的意思），包括动物实验、人体实验及现场实验等，由安全性、医学生理学和潜水设备研制三部分组成。在HYDRA计划中，加尔代特（Gardette）使用110只小鼠进行了实验，实验采用氢氦氧混合气，在水下2000米条件下连续暴露12天（含加、减压时间），获得成功。实验发现，用氢氧对小鼠加压时，加压到水下1800米压力时出现高压神经综合征（HPNS），而使用氢氦氧混合气时小鼠状态良好。1994年，俄罗斯进行动物饱和潜水实验，发现生物可以承受120～190个绝对大气压，也就是说，人类有通过饱和潜水下潜到水下近2000米的可能性。据了解，英国、美国、瑞士、挪威、法国、德国、日本、俄罗斯8国已先后突破人类饱和潜水400米深度；海上实际深潜实验，法国、日本已分别达到人类饱和潜水534米和450米。在中国，2010年8月18日至2010年9月7日，海军医学研究所利用1989年建成的500米饱和潜水系统成功地进行了480米饱和潜水和495米巡回潜水实验。这次实验的成功，是中国饱和潜水的又一里程碑，标志着中国成为第9个掌握400米以上深度人类饱和潜水技术的国家，对中国海洋资源的开发与利用、深水打捞作业以及其他海洋事业的发展具有重要意义。

除了饱和潜水技术的研究，科学家还发明了“液态呼吸”。2000年，俄罗斯库尔斯克号核潜艇在巴伦支海域参加军事演习时发生爆炸并沉没，艇上118名官兵全部罹难。该事件促使俄罗斯研究营救潜水艇船员的新方式—开发“液态呼吸”技术，该技术已经在狗和其他小型哺乳动物身上进行过测试。2017年12月28日，俄罗斯副总理罗戈津·德米特里·奥列戈维奇（Rogozin Dmitry Olegovich）宣布“液态呼吸”技术由俄罗斯前景研究基金会开发成功。

海洋是人类未来的希望，探索开发海洋具有非常重要的意义。通过向动物学习以及动物实验，人类发明了深海潜水器，以便在深海开展各种各样的科学研究。从无到有，由浅入深，从“蛟龙”出海到完全自主可控的“深海勇士”，中国载人深潜事业的“奋斗者”不断实现新跨越。2020年11月10日，由位于江苏无锡的中国船舶重工集团公司第七〇二研究所自主研制的“奋斗者”号载人潜水器，成功坐底全球海洋最深处—西太平洋马里亚纳海沟中的“挑战者深渊”，深度达10909米，创下中国载人深潜新的深度纪录，中国也一跃成为潜入万米深海人数最多的国家。 qg2eYaJTk8zaykLJuc1UShcwsmiQ2zn6ke9GsJHy/7N44dV5MHXEFXbOBQ/MHmH6