Enzo专栏世上最牛的自由潜水员

发布时间:2021-4-28 19:05:02   点击数:
自由潜水经历了几十年的发展,世界记录从最初的30米变成了米(恒定配重),人类自由潜水的极限也到了米(无限制下潜),静态闭气的世界记录超过11分钟,吸纯氧静态闭气的吉尼斯记录达到24分钟。几十年的发展里,涌现出了无数优秀的运动员,很多运动员横跨多个项目成为多项目世界冠军,近几年呈现异彩纷呈的竞争局面。世界级的运动员可以一口气下潜多米,整个过程4、5分钟,对于普通人来说可以说是无法想象的成绩。但是,自然界还有一种动物,可以轻松打破人类的记录,它们和我们一样,也是用肺呼吸的。那它们是怎么做到的?它们会不会受伤呢?本文帮您揭示世界上最牛自由潜水员的秘密。经历了漫长的进化过程,一些动物从海洋走向陆地,一些动物从陆地走向海洋。所以一些陆生生物具有海洋动物的特征,同时,一些海洋生物也拥有陆地生物的特性。海洋中的自由潜水冠军—鲸,就是如此。鲸与河马拥有共同的祖先,是万年前由反刍动物分化出的半水生杂食动物,其中一支在万年前的始新世从南亚等地入水生活,逐渐演化为完全水生的鲸类,并扩散至全球各大海域。▲偶蹄目内部的分化关系鲸和人类一样,都属于哺乳动物,这和海洋中靠腮呼吸的鱼类有着根本的不同。鲸是胎生,哺乳,恒温,同时和人类一样,用肺呼吸。鲸的前鳍骨和人类的上肢骨非常相似,同时,一些种类的鲸鱼大脑皮层中存在与人类相同的“纺锤体神经元”,这有助于解释为什么很多鲸类展现出复杂的社会交往模式。人类从动物身上学会了很多东西,仿生学是一门既古老又年轻的科学。某些生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多,对于自由潜水来说,从海洋动物身上的研究也让自由潜水员受益良多。自由潜水员闭气的终极奥秘—“哺乳动物潜水反射”的发现也是受到了海洋中哺乳动物的启发。而目前自由潜水员使用的单蹼也是借鉴了鲸类的尾鳍形状。通过研究海洋中的鲸类下潜过程,或许可以帮助到自由潜水员潜的更深,或者更安全,毕竟近代科学的自由潜水仍然是一项很年轻的运动,自由潜水的生理学也是一门很年轻的科学,顶级运动员的训练方式各不相同,新的技术,新的耳压平衡方式或许在将来仍然会不断更新。希望笔者的文章能够抛砖引玉,引发更多专业人士的思考,共同推进这项运动的发展。为什么鲸鱼是最牛的自由潜水员呢?因为它跟我们人类一样,用肺呼吸,下潜方式也和我们一样,靠闭气的方式进行下潜。但是无论是深度和闭气时间,都让人类望尘莫及。很多以前的资料中都说抹香鲸是哺乳动物的潜水冠军,其实这个纪录早就被别的小伙伴打破了。抹香鲸的潜水纪录是米,闭气长达一个多小时。但是,有一种海豹非常喜欢潜水,叫南象海豹,卫星定位显示,它们很少浮出海面,通常换气几分钟就又回潜下去了,每次潜水超过20分钟。它们通常在海面和-0米的深水区之间往返,以深海的乌贼和鱼类为食。年,有只南象海豹潜至了米的深度,从而打破了抹香鲸的记录,鲸类也因此暂时让出了潜水冠军的宝座。年,一种鲜为人知的鲸类——柯氏喙鲸夺回了潜水冠军的桂冠。柯氏喙鲸是一种体型中等的齿鲸,体长可达7米,重约2.5吨。它的日常潜水深度就在0以上,而抹香鲸通常在米以内。由于它太神秘了,人类很晚才认识到它的潜水能力。在加利福尼亚海岸的研究显示,一条柯氏喙鲸潜水最深为米,憋气时间长达两小时17分钟,两项均为世界纪录。▲不同鲸类的下潜深度表哺乳动物需要呼吸空气中的氧气,因此极限潜水是很危险的,它们除了要克服水的阻力深潜,还必须保留体力确保能回到海面上换气,此外还要克服从深海到海面的巨大压力差变化。在适应深海高压环境方面,哺乳动物不如软骨鱼,软骨鱼不如硬骨鱼,而硬骨鱼又不如无脊椎动物。那鲸类是如何抵抗深水下那么大的压力,又是如何可以闭气那么久呢?通过以下问题,或许我们能一窥鲸鱼深潜的奥秘。每个问题希望大家先尝试回答一下,看看是否和你想的一样?01鲸鱼也需要耳压平衡吗?

答:是的。

很多自由潜水员刚接触自由潜水时,遇到的第一个瓶颈往往是耳压平衡,根据笔者的统计,在教授的学员中,天生法兰佐(一种适合自由潜的耳压平衡方式)的比例大概只有15-20%。如果耳压平衡没办法完成,即使闭气能力再强,也会受限于耳压无法完成下潜。鲸类跟人类一样,其实也有中耳腔。只要是空腔,在潜水的时候就会受到海水强大的压力影响,如果不进行平衡就可能会导致挤压伤。但是,科学家在研究某些鲸类的时候发现,他们的中耳里面有丰富的静脉丛,这些静脉丛在深度下会充血,从而减少或者消除中耳的气隙以避免挤压的风险。同时,鲸类也有比较粗大的咽鼓管,与耳鼓膜腔和头的大型翼状窦相连通。头部的这些空气窦中也具有广泛的脉管系统,它被认为以类似于中耳力的静脉丛的方式起作用,并促进这些空间内的气压平衡。所以,鲸鱼也需要耳压平衡,但是得益于长期的进化作用,在鲸类潜水时,耳部会有很多的液体填充,所以他们并不需要主动做平衡耳压。

在自由潜水届,有一种类似原理的耳压平衡方法,叫做Saltwaterequalization,一般适用于无极限潜水。潜水员在下潜到一定深度会放开捏住鼻子的手并让海水进入鼻腔并通过耳咽管到达中耳,从而不再需要进行中耳的压力平衡。第一个深度超过米(无极限方式)的自由潜水运动员Mesumi就是使用的此方法。但使用这个方法潜水员会比较难受(想象一下你洗澡的时候不小心鼻子进水),需要很多的练习,所以很少人掌握此方式。(因为安全原因大家请不要尝试。)

02鲸鱼肺部会不会有挤压伤?

答:不会。

人类在屏气潜水时,肺部会随着外部压力的增加而缩小,如果人下降到30米,肺部会收缩到其原来的1/4大小(在海水里,每增加10米深度增加一个大气压)。如果潜水员下的过深,过度压缩肺部会导致胸腔紧绷和疼痛,继续加压的话,脆弱的肺组织可能会破裂,并使组织液进入肺腔。未经训练的潜水员很容易受到压力的影响,而专业的自由潜水运动员经过长时间的适应和通过激发哺乳动物反射,能够承受更深的压力。即便如此,自由潜水员曾经下过的极限深度为米(使用机械的方式帮助下潜和上升),相比于潜水近米的鲸类,实在是小巫见大巫。

那么鲸类的肺部是如何抵抗那么大的压力呢?那是因为这些水生哺乳动物的胸腔比人类更具弹性,即使肺部缩小,它们的肺也不会与胸壁分开。在深潜中,这些哺乳动物肺部的外周气道也会得到加强,这会导致肺部塌陷,让气体远离肺泡。

肯定有人觉得疑惑,肺泡是气体在肺部和血液间进行交换的场所,鲸鱼下潜时肺中的气体减少,难道不会影响鲸鱼的闭气吗?

03鲸鱼为什么闭气那么久?

答:鲸鱼和人类不一样,在它们下潜时,他们的氧气主要来源并不来自肺部的气体交换,而是来自他们的血液和肌肉中。事实上,很多鲸类在下潜时会吐出肺部大部分气体以方便下潜。人类的血液中也有很多的氧气,但这些鲸类含有的更多。首先,这些水生哺乳动物的特定血容量是陆生哺乳动物的3-4倍,大概每公斤体重有-ml血液,而人类每公斤体重仅有70ml左右,其次,鲸类的血红蛋白(血液中用来运送氧气的蛋白质)浓度是人类的2倍左右。最后,鲸类肌肉中的肌血红蛋白(肌肉中的储氧蛋白)浓度极高,大概为人类肌肉的10倍。这也是为什么这些水生哺乳动物肌肉呈现黑色的原因。假设人类的血液和肌肉拥有这些水生哺乳动物一样的特点,闭气能力至少有十几倍到几十倍的提高。

鲸鱼在下潜时,心率也会大幅度的降低。下图是科学家用3D视图模拟抹香鲸在下潜时的身体变化。

▲抹香鲸在水面上准备下潜时的身体数据

▲下潜到米左右的深度时身体模拟数据

根据这两个图也可以看出,鲸鱼在水面上心率60时,下潜不久后就变成了6,到水下米时,升的肺部也只剩下5L,和一个成年男性的肺总量差不多。而血液和肌肉中的氧气消耗比例其实并不多。

04鲸鱼会得减压病吗?

答:会。

有过潜水经验的潜水员,尤其是水肺潜水员,一定会知道什么是减压病。简单来说就是当潜水员下潜时,随着压力升高,潜水员呼吸的压缩气体会溶解于血液中,如果潜水员上升的太快,溶解在血液中的一些气体(主要是氮气)可能没有办法随着呼吸系统正常排除体外,它们会滞留在血管或者某些器官中,从而导致减压病,严重的可能会直接死亡。所以水肺潜水一般都要根据下潜深度进行一定深度的减压停留以保证潜水员安全。

也许你觉得很奇怪,这些常年生活在海洋中的动物怎么也会得减压病。但实际上科学家确实发现如此。

2年,在加纳利群岛的海滩上,一群鲸鱼被冲上岸。当科学家对10条鲸鱼进行尸检时,它们发现了因为减压病造成的器官损伤。最明显的损伤是血管内栓塞,广泛分布于整个肾脏,肺,肝脏和中枢神经系统。

年,西班牙的科学家首次在活体动物中检测出了减压病,一些被渔网捕捉的海龟中,21个里面有9个出现了痉挛迹象,CT扫描海龟的器官中有气泡。于是,西班牙的科学家将这些海龟进行了和人类治疗减压病类似的治疗方式,将它们置于高压环境中并缓慢减压,最终海龟完全康复了。

目前科学家猜测,鲸类的减压病症状很可能是受到了人类活动的影响,比如军事的声纳。鲸鱼很敏感,在遇到影响后,可能会以超过正常的速度升水从而造成减压病。

作者注:自由潜水员也可能遇到减压病的影响,所以自由潜水的教程规定,在水肺潜水之后,需要相隔足够的时间再进行自由潜水。如果潜水的深度较深,那么一天之内尽量只进行一次深潜。对于自由潜渔猎这种频繁下潜的自由潜水方式,水面上的休息时间要充足。

05鲸鱼也会有呼吸欲望吗?

答:是的。

海洋中的哺乳动物在闭气时,体内的氧气也会转化成二氧化碳。二氧化碳升高时,会触发呼吸欲望。人类的触发点很低,没有经过训练的普通人,闭气一会就能感到强烈的呼吸欲望。经过训练的自由潜水员,呼吸欲望可以延后很多,顶级的静态闭气选手,几分钟后才会感觉到轻微的呼吸欲望。但是,海洋中的哺乳动物,它们对二氧化碳的耐受性更高。它们的大脑直到二氧化碳远远超过人类所能承受的水平时,才会触发呼吸欲望。这些机制是水生哺乳动物适应水中生活的一部分,这有利于它们适应水中的生活,并在睡眠过程中提供帮助。

鲸类在休息的时间段内,它们会大幅度减少呼吸次数。一只海豚在活跃的情况下,每分钟呼吸会8-12次,而在休息时,它们的呼吸频率会降到每分钟3-7次。

当然这些水生哺乳动物也会因空气不足而窒息,比如一些在水中出生的幼鲸,因为某些原因无法呼吸到空气。或者一些被渔网困住的动物,在挣扎的时候也会经历漫长的痛苦阶段。

06鲸鱼需要睡觉的吗?

答:是的。

很多人在Nery的影片里曾经见过一些非常震撼的镜头,这些一动不动悬停在水中的抹香鲸其实就是在睡觉。

▲节选自Nery作品《Onebreatharoundtheworld》片段

海洋中的哺乳动物有两种基本的睡眠方法,要么在水中垂直或者水平的休息,要么缓慢的游动。

很多人都知道,海豚是可以关闭一半大脑进行休息的,这种方式可以让它们一直保持足够的精力同时保持警惕。个别海豚也可能会更入更深层次的睡眠,在这种时候它们会一动不动的漂浮在水面上,就跟一截原木一样。

科学家通过观察眼球运动来观测鲸类的睡眠情况,它们发现鲸鱼在水面附近垂直进行休息的时间大概为一天的7%,也就是大概10-15分钟。对于它们的闭气能力来说,可能也就是打了一个瞌睡。科学家发现圈养的鲸鱼在休息时,大概还有一半大脑在活动,而野生的鲸鱼则有可能进入完整的睡眠。在智利,一艘关闭了引擎的船只不小心撞进了鲸鱼群中才把它们惊醒。

了解到海洋中的哺乳动物在下潜过程中的这些奇妙的生理变化,其实对于人类,尤其是自由潜水员的意义重大,我们和海洋中的哺乳动物本质上并没有什么不同,我们身上也有它们类似的身体反应和变化。只是由于它们长期生活在水中,发展出了比我们更强的水生适应性。相信科学的研究永不止步,自由潜水的科学发展也永远不会停止。一些顶级的自由潜运动员也用他们的表现来不断突破人类的生理极限,创造出令人难以想象的成绩。人类的极限到底在哪里?目前还是未知数。

注:文章系原创,转载需取得作者同意。本文的部分数据来自于ScientificAmerican以及NationalGeographic。再次一并致谢。

——作者简介——

铜峡谷ENZO

AIDAInstructorTrainer

Editor/诡诡西

Layout/OLDO

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