大王乌贼抓住了潜艇

由海螵蛸、鱼螵到潜水艇

三国时代，曹操有个小儿子叫曹冲，自幼就聪明过人，深受曹操宠爱，常常陪伴在曹操身边。曹冲7岁那年，有人送给曹操一头大象，曹操想知道这头大象有多重，但是，当时还没有一杆秤能称得起大象，曹操问左右随从，大家都无计可施。曹冲却想出一个办法，让人将大象牵上一条船上，由于象身的重量，使船身下沉一截，这时在船身和水面交界处划上一个记号，然后将大象牵回岸上，船身又上浮至原处，再命人将一筐筐石头搬上船，直到船身又下沉到所画记号处为止，最后将石头分筐称重，相加起来的数目就是大象的体重。曹冲用物体的重量与沉浮的关系，巧妙地解决了这个难题，曹冲称象的故事也流传至今。

物体为什么会沉浮？这是由于浮力作用，浮力是物体浸没在流体（如水）中所受各方向流体静压力的合力，大小等于被物体所排开流体的重量，方向铅直向上，当物体的比重小于浮力时，物体就浮上来，否则就沉下去。阿基米得原理说的就是这个道理。

人们根据沉浮原理成功地制造了潜水艇，这种能在水下作战的舰艇在历次海战中都显示其战斗力，它能下潜离水面深达500米，具有良好的隐蔽性和续航力，能从水下袭击水面舰船和岸上目标，也能作侦察、布雷和运输等。最初，人们也是将石头或铅块等重物装进潜艇，使潜艇下沉，卸掉石头或铅使潜艇重浮水面，这种潜艇当然不能下潜太深，而且费事，上浮后再要下潜，则又要从岸上取得石头。后来改进了，用浮箱充水取代石头，使潜艇下沉，要上浮时，用压缩空气通入浮箱排水，并可通过调节使艇身周围海水的比重相等就能保持潜艇在水中一定深度，不浮不沉，这种潜艇非但省事得多，而且可以控制潜水深度，自由沉浮。现代又用核动力作为推进动力制成核潜艇，水中排水量达到万吨以上，水下续航力达20万海里，自持能力达2～3月。从原始的潜艇到现代的核潜艇都是以沉浮原理作为基础。然而，早在人类出现以前，许多水中动物已经具有很好的潜水本领，具有令人赞叹的浮箱系统结构。

乌贼被列为我国四大海洋渔业之一，这种软体动物由于足基在口四周分裂成10条腕，所以在分类上属于头足纲。它的身体背侧皮肤褶襞向下伸展形成外套膜，含有丰富的肌肉，外套膜所包围的空腔称外套腔，内脏等均位于其中。在外套膜内有一块“骨板”，中药称为海螵蛸，呈两头尖平，中间宽厚的扁流线型。如果把它掰开，可以见到内部为疏松多孔隙的石灰质结构，空隙处可充满气体或水，如果把海螵蛸揿入水中，手一放开，它立即浮上水面。乌贼按照自己所需的潜水深度来调节海螵蛸孔隙内含水和气体的混合比例。海螵蛸起到相当于潜艇的浮箱系统的作用；乌贼通过海螵蛸来控制沉浮。

一些有鳔的鱼，鳔就是它们的浮箱，而且更为轻巧。从发生上看，鳔是由食道上分出来的一个小泡发展而成，通常呈长囊形，有的呈马蹄形，如鲶鱼有的由中间凹陷成两个囊状。如鲤鱼有的鳔上分出一些盲囊，如鳕鱼鳔壁由内外两层组成，外层是扁平或柱状的皮膜组织，内层是弹性纤维性的结缔组织，使鳔能承受内外压力。有的鱼鳔有一短小的鳔管与食道相通。有的鱼没有鳔管，鳔内壁一般是光滑的，但也有分隔的，鲂鮄鱼的鳔由一纵隔分成左右两室，很多种鲶鱼的鳔内有T字形的隔把鳔分成三室。雀鳝的鳔内成蜂窝状。如果用脚去踩破一个鳔，会发出“啪”的响声，证明鳔内充满气体，鳔内的气体主要是氧、氮和少量的二氧化碳。海水鱼比淡水鱼鳔内含氧气多，一些深海鱼的鳔含氧更多，几乎占到90%左右，鳔内气体是由鳔壁血管内的血液中分离出来的。一般来说，有鳔管类的微血管多半集中在鳔内面一二处，呈斑状，叫红斑；无鳔管类微血管形成腺状，叫红腺。根据检测，深海鱼类血液中氧气的压力大约是空气的⒈5，鱼鳔内的压力则为40大气压以上。鱼又是怎样把血液中的气体压入这样大的气压的鳔内呢？是通过红腺和红斑分离氧的作用。当血液流至红腺和红斑处，这里的细胞把血球中与血色素相结合的氧气分离成游离状态的氧，使它变为鳔内气体，当鱼下沉时，鳔内气体又回到血液中去。鱼类居住的水层愈深，鳔内含氧愈多，红腺和红斑也愈发达，这一点可以证明鳔内气体的出入与血液有关。有鳔鱼类调节鳔内气体的变化来控制鱼体的沉浮，鳔内气体多，鱼体比重减少，就浮上来，鳔内气体减少，鱼体比重大，就沉下去，如果使身体比重与环境水的比重相等，就不沉不浮，保持一定位置。

鳔是鱼类特有的调节身体沉浮的器官，但是并不是所有的鱼都有鳔。由于鳔内的气体充入或排出过程，即使最快，也总要有一个时间。如果鱼需要紧急下潜或上浮，这时鳔反而起着一个阻碍作用，所以有些快速游泳的鱼，如蓝点马鲛鱼、青甘金枪鱼和所有的软骨鱼以及一些深海底栖的鱼类都没有鳔，但是它们仍能自由地上浮下潜。如果说人类靠自己的智慧发明浮箱来解决潜艇的沉浮，并没有及时地从鱼鳔中得到什么启发和帮助，那么人们若想设计没有浮箱的新型潜艇，是不是可以从无鳔的鱼类和其他水生动物中得到一些启示和帮助呢？

到海底去，除了要解决沉浮问题外，如何抵抗深海的巨大压力也是要解决的。人平时所承受的大气压力约为每平方英寸15磅，而水下3000英尺深度的压力达到每平方英寸四分之三吨。用作科学考察的美国特里斯特号深海潜艇能下潜35800英尺，那里的压力超过每平方英寸16000磅，仍然有鱼类活动。为了抗压，潜艇的外壳大都采用抗高压合金钢；特里斯特号的乘客舱的外壳厚度达到7英寸。然而，不管是乌贼还是鱼的皮肤与它相比又是显得多么薄，深海潜水艇的沉浮系统没有采用浮箱，而是用一艘充满比水轻的航空汽油的“气船”，它既能沉浮又能抵抗深海的巨大压力，球形的乘客舱连接在“气船”的下面。有一种深海乌贼叫酸浆乌贼，它具有类似深海潜艇所用的”气船”的构造。大多数乌贼的体腔都已退化成围心腔、肾管内腔和生殖腺外面的囊腔等，而酸浆乌贼还存留有真体腔的地方，腔内充满一种比水还轻的含氨液体。这个低密度液体”气船”帮助酸浆乌贼上浮，并起有抵抗深海压力的作用。