Život pod pritiskom

Pritisak se definiše kao odnos normalne komponente sile koja deluje na površinu i površine. Hidrostatički pritisak predstavlja silu koju vrši težina tečnosti. Kako se ide sve dublje i dublje u okean, on se povećava do te mere da je za čoveka smrtonosan. Ipak, neki organizmi uspeli su da se prilagode i žive u najdubljim delovima okeana. 

Negostoljubivo okruženje

Na 1000 metara dubine sunčeva svetlost ne dopire i organizmi ne mogu vršiti fotosintezu. Ovo je prostor sa malom količinom kiseonika i temperaturom između -1°C i 4°C. Na kopnu pritisak koji osećamo iznosi 101325 Pa. Kako se spuštamo dublje, na svakih deset metara pritisak se povećava za 101325 Pa, tako da je na 100 metara deset puta veći nego na površini vode. Najdublja tačka u okeanu zabeležena je na više od 11000 metara ispod površine. Nalazi se u Marijanskom rovu u Tihom okeanu i pritisak je oko 1000 puta veći nego na površini.

Morske zone i njihove dubine 

Izvor: https://cdn.britannica.com/67/6567-050-1FC252B4/ocean-Zonation-pelagic-zone-waters-globe-continental.jpg

Adaptacije

Organizmi koji žive u najdubljoj, hadalnoj zoni okeana, kao što su bakterije, beskičmenjaci i ribe, adaptirali su se na veoma izazovne uslove. Kod morske bakterije CNPT-3 fosfolipidni dvosloj ćelijske membrane prilagođava se promenama u temperaturi ili pritisku kako bi se sačuvale unutrašnje komponente ćelije. Sa porastom pritiska, količina nezasićenih masnih kiselina u odnosu na zasićene se udvostručava. Ovo dokazuje da je za preživljavanje u dubini ključna karakteristika fluidnost ćelijske membrane. Da bi dobile hranu, bakterije vrše hemosintezu, tj. stvaraju šećere pomoću energije koja se oslobađa tokom hemijskih reakcija koje se dešavaju oko hidrotermalnih otvora na okeanskom dnu. Morfološke adaptacije složenijih organizama su manja veličina i hidrodinamički oblik tela. Ne poseduju strukture ispunjene vazduhom kao što su pluća i riblji mehur. Većina organizama koje žive tako duboko sastoje se iz vode koja je nestišljiva. Visok pritisak može ubrzati hemijske reakcije tako da kada se ove životinje izvade na površinu, mogu imati probleme sa metabolizmom.

Enypniastes eximia – vrsta morskog krastavca koja nema gasom ispunjene prostore u telu

Izvor: https://oceanexplorer.noaa.gov/facts/media/animal-pressure-800.jpg

Kako ribe podnose visok pritisak?

Pritisak utiče na morfološku, biomehaničku i ekološku adaptaciju riba.  Najzanimljivija je Marijana riba-puž (Pseudoliparis swirei) koja je zabeležena na dubini od čak 8178 metara. Nedavno je još dublje nađena za sada neimenovana vrsta iz roda Pseudoliparis i to na 8336 metara u Izu-Ogasawara rovu kod Japana. Ove ribe imaju praznine u lobanji što dovodi do izjednačenja spoljašnjeg i unutrašnjeg pritiska. Većina njihovih skeletnih struktura je od hrskavice i imaju smanjenu gustinu kostiju. Prisutna je mutacija na genu gblap (primaran gen za kalcifikaciju kostiju) koja ga čini delimično nefunkcionalnim. Navedene adaptacije dovode do toga da su im kosti manje krhke i fleksibilnije. Problem razgradnje proteina, do kojeg može doći usled uticaja povišenog pritiska, takođe je prevaziđen. Ribe-puževi imaju visok nivo molekula trimetilamin N-oksida (TMAO). On služi za stabilizaciju proteina formiranjem jakih vodoničnih veza sa molekulima vode. TMAO predstavlja strukturnu potporu koja omogućava vodenim molekulima da izdrže visok pritisak. Kako je transport kroz ćelijsku membranu otežan, ove ribe proizvode velike količine proteina važnih za normalan transport neophodnih supstanci. Nemaju riblji mehur – organ ispunjen gasom koji omogućava ribama da se održe na određenoj dubini bez utroška mišićne energije. Zbog razlike u pritisku, došlo bi do njegovog pucanja. Meksička slepa pećinska riba (Astyanax mexicanus) ima veća crvena krvna zrnca i veće količine hemoglobina, proteina koji prenosi kiseonik po telu. 

Pseudoliparis swirei 

Izvor: https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/hires/2023/scientists-reveal-how-2.jpg

Kako pritisak utiče na morske sisare?

Neki kitovi prilagodili su se na velike promene u pritisku do kojih dolazi kada rone. Adaptacije respiratornog i cirkulatornog sistema kitova usana (Mysticeti) ogledaju se u visokoj koncentraciji elastina u disajnim putevima. Kod kitova ulješura (Physeter) rebra su spojena sa kičmom savitljivom hrskavicom, što grudnom košu omogućava da kolabira umesto da pukne pod uticajem visokog pritiska. Kolabiranje rebara i pluća odvodi vazduh iz alveola – malih kesastih mehurića u plućima koji dovode gasove do krvotoka. Dolazi do restrikcije krvotoka do određenih organa, kao npr. bubrega, jer se krv preusmerava ka srcu i mozgu. Puls se smanjuje.  Kivjeov kljunasti kit (Ziphius cavirostris) drži rekord za najdublji zaron – 2992 metara ispod površine. Još jedan sisar koji uspeva da zaroni duboko je i južni morski slon (Mirounga leonina) iz porodice foka, čiji je najdublji zaron zabeležen na 2388 metara.

Najdublji zaroni morskih sisara

Izvor: https://ocean-noise.com/wp-content/uploads/2022/06/Deepest-diving-mammals-670×655-1.jpg

Budućnost

Okeansko dno još uvek nije potpuno istraženo i nudi priliku istraživačima iz raznih naučnih oblasti da dođu do neverovatnih otkrića. Iz godine u godinu, tehnologija se sve više i više razvija i češći odlazak ljudi na tolike dubine je samo pitanje vremena. Organizmi koji već žive u takvim uslovima pružaju uvid u adaptacije potrebne za podnošenje visokog pritiska. Na mnogim planetama i prirodnim satelitima Sunčevog sistema pritisak je takođe veoma visok, a postojanje potencijalnih dubokih okeana na njima otvara i pitanje postojanja organizama koji se možda na njihovom dnu nalaze. 

Izvori:

• Duenas, R. (2024). Under Pressure: Investigating the adaptations of deep-sea organisms found on Earth, and how they could be applied to other planets. https://journals.le.ac.uk/index.php/jist/article/view/4662/3909
• Adnan, M. (2024). Underwater Pressure Influence on Fish Body Shape. Marine Biology, 2, 2. https://www.researchgate.net/publication/378372454_Underwater_Pressure_Influence_on_Fish_Body_Shape
• Gooden, B. (1990). How do marine mammals survive deep diving? Australian Zoologist, 26(1), 26-33 https://meridian.allenpress.com/australian-zoologist/article/26/1/26/133979/How-do-marine-mammals-survive-deep-diving
• NOAA. (2009). How does pressure impact animals in the ocean? : Ocean Exploration Facts: NOAA Office of Ocean Exploration and Research.
• Main, D. (2019). How the world’s deepest fish survives bone-crushing pressure. https://www.nationalgeographic.com/animals/article/how-deep-sea-snailfish-survive-mariana-trench
• Gerretsen, I. (2023). How do fish survive in the deep ocean? https://www.bbc.com/future/article/20230404-how-do-animals-survive-in-the-deep-ocean
• How fish survive extreme pressures of ocean life. (2022). https://www.leeds.ac.uk/news-science/news/article/5155/how-fish-survive-extreme-pressures-of-ocean-life
• Arthur, B. (2023). Meet the ocean’s deepest diving animals. https://www.csiro.au/en/news/All/Articles/2023/April/deepest-diving-animals
• Pavid, K. (n.d.). Secrets of the deepest diving whales.  https://www.nhm.ac.uk/discover/secrets-of-deep-diving-whales.html
• Kolb, J. (2019). Water Pressures at Ocean Depths. 
• NOAA. (2019). How does pressure change with ocean depth? National Ocean Service website, https://oceanservice.noaa.gov/facts/pressure.html#:~:text=This%20is%20due%20to%20an,pressure%20increases%20by%20one%20 atmosphere%20.
• Britannica. (2019). atmospheric pressure | Definition & Variation. In Encyclopædia Britannica. https://www.britannica.com/science/atmospheric-pressure