一九四九年，一位壮硕的意大利空军中尉雷蒙多·布赫决定，在卡普里岛附近的海域进行一次冒着死亡风险的挑战。布赫计划乘船到达深海区，在那儿凭着吸进去的一口气，下潜一百英尺，到达海底。一个全副武装的潜水员会等在那儿。布赫将从潜水员那里得到一支中空的金属棒，其中有一封卷起来的羊皮纸信件，拿到金属棒后他会踢水游回水面。如果他顺利完成下潜，将会赢得一笔五万里拉的奖金；如果没完成，他会溺毙。 科学家们警告布赫，根据波义耳定律，这种下潜会要了他的命。十七世纪六十年代，英裔爱尔兰物理学罗伯特·波义耳推导出一个定律，其中用公式描述了气体随着压力变化而产生的性质变化。根据波义耳定律，一百英尺深的水所带来的压力，会将布赫的肺压缩到崩溃点。然而他还是这样做了，并且拿到了信件，返回水面时面带微笑，而他的肺毫无损伤。布赫赢得了奖金，更重要的是，他证明所有的专家都错了。三个世纪以来，科学界奉为经典的波义耳定律，在水下似乎分崩离析。 布赫下潜的经历印证了一系列长期实验。用现代的观点来看，这些实验非常残酷，甚至荒谬。它们似乎都表明，对于人和其他动物而言，水，或许有着延长生命的效果。 有据可查的这一类实验起始于一八九四年，当时查尔斯·里歇 1 的实验对象是圈养的几只鸭子，它们的脖子上都被系上绳套。他拿出一半的鸭子，收紧绳套，直到鸭子不能呼吸，然后记录它们至死所需要的时间。接下来，他对另一半鸭子重复了同样的步骤，只是这次他先把鸭子放在水下，然后再收紧绳套。在空气中的鸭子仅仅存活了七分钟，而被放置在水下的鸭子存活了二十三分钟之久。这个结果非常奇妙，以同样的方式剥夺了两组鸭子的氧气，但是水下的一组比空气中的一组多活了两倍的时长。 里歇后来凭借过敏反应病因的研究获得了诺贝尔奖。他认为，水或许影响了鸭子的迷走神经。在人类和鸭子体内，这种神经从脑干延伸到胸部，有减缓心率的功能。因此里歇提出观点，认为较慢的心率会导致耗氧量的下降，从而延长生存时间。 为了验证这一观点，他给一组鸭子注射了阿托品，这种药物会解除迷走神经对心脏的抑制，避免心率降低。第二组鸭子保持原样，没有注射阿托品。他将两组鸭子的脖子系紧，记录它们死亡的时间。结果两组鸭子都在六分钟左右死亡。 随后，他另取一组鸭子，注射阿托品后，将鸭子置于水下，重复刚刚的实验步骤。在水下，注射了阿托品的鸭子经过十二分钟以上才死亡，是空气中的鸭子存活时间的两倍。即使阿托品抑制了迷走神经的功能，使它无法减缓心率，水对鸭子依旧有着无法解释的延长生命的功效。十二分钟后，里歇将一只注射了阿托品的鸭子拿出水面，松开脖子上的绳套，为它实施复苏术。鸭子竟然起死回生了。 肺部大小、血容量，还有迷走神经，这些都无法解释里歇的实验结果。水只凭借自身的功效就延长了鸭子的生命。他不禁疑惑，对于人类，水是否也有同样的影响。 一九六二年，一位在美国工作的瑞典研究者佩尔·朔兰德证明，水确实有这样的影响。他召集了一组志愿者，在他们身上贴上测量心率的电极，用针刺采血。朔兰德曾经见识过，在深海中，威德尔海豹的生理功能会发生逆转。他写道，这些海豹，当它们潜得更久、更深时，竟然好像可以从潜水的过程中获取氧气。朔兰德想知道，对人体，水是否也会引发同样的效果。 实验开始时，他引导志愿者进入一个巨大的水箱，在他们潜水到达箱底的过程中监测他们的心率。就和鸭子们所经历的一样，水也立刻引发了人体心率的降低。 接下来，朔兰德让志愿者们屏住呼吸下潜，把自己和沉在箱底的一组健身设备固定在一起，进行短暂而剧烈的运动。在所有情况下，无论志愿者们多么猛烈地运动，他们的心率依旧直线下降。这个发现不仅令人惊叹，也有着重大的意义。在陆地上，运动会导致心率的大幅度提升。在水下，志愿者们的心率放缓，意味着他们消耗的氧气减少了，从而能停留得更久。同时在某种程度上，这也解释了为什么命运不幸的鸭子们在水下存活的时间可以是在空气中的三倍之久：这是因为水有着强大的能力，它可以帮助减缓动物们的心率。 朔兰德还注意到其他一些事情：当志愿者们入水后，体内的血液开始流出四肢，流向他们重要的脏器。数十年前，他就曾在深潜的海豹身上观测到同样的现象：依靠将血液从身上次重要的部位分流，海豹能够更长时间地为大脑、心脏等重要器官供氧，以此延长它们在水下停留的时间。没入水中，触发了人体中的相同机制。 这种分流叫作末梢血管收缩，它解释了为什么布赫可以下潜一百英尺，却没有像波义耳定律所预言的那样，遭受肺部萎陷的厄运。在那样的深度，血液居然可以渗透器官的细胞壁，从而对抗外部的压力。现在自由潜水员常常下潜到三百英尺的深度，当他们到达这一深度时，肺部的血管会大量充血，防止肺部萎陷。我们下潜得越深，末梢血管收缩的效果就越强烈。 朔兰德发现，想要激发这些延长生命（并且救命）的反射，人只需要把他的脸没入水中即可。其他研究者尝试把被试者的手或者腿放入水中，试图激发同样的反射，但都白费力气。有一位研究者让志愿者进入压力舱，想看看只靠压力本身是否可以触发类似的潜水反射。这些都徒劳无功。只有水可以激发这种反射，而且水的温度必须要比周围空气的温度低一些。 根据实验所证明的结果，往脸上泼凉水来使人精神振作的传统做法，并非空洞的形式，它唤醒了我们体内的生理变化。 朔兰德记录了在人体研究中发现的最为重要的转变之一，这种转变只发生在水里。他称之为“生命总开关”。时至今日，自由潜水员们借助“生命总开关”潜得更深，在水下停得更久，甚至超越了现代科学家们所认定的范围。
==========
对于极端的闭气，身体的反应分为三个阶段。抽搐是第一阶段的反应。“你的身体开始有所反应，不是因为缺氧，而是因为二氧化碳的累积，”她说，“当这种情况出现，只是提醒你，距离你真正需要呼吸，还有几分钟时间。”第二阶段的反应发生时，脾脏向血液循环释放出更多新鲜的、富含氧气的血液，最多可增加百分之十五。通常情况下，这种反应只发生在人体休克时。休克是一种非常状态，症状包括低血压、心跳加速，以及脏器功能障碍，等等。但是这种反应也会在极端闭气时发生。自由潜水者等待着脾脏向身体输送新鲜的血液，并且能够感知这些变化的发生，将它当作身体的涡轮发动机，来下潜得更深。 第三阶段的反应是昏厥，此时大脑感知到它已经没有足够的氧气供给，因此停止工作，就像是关闭电灯，节约能源。尽管大脑只占人体体重的百分之二，但是它需要消耗全身百分之二十的氧气。嘴中或者喉咙里存在的液体会触发身体的另一个防御反射，喉部的会厌会自动关闭，避免水进入肺部。自由潜水者通过练习，可以感受到抽搐的到来和脾脏的血液释放，这样他们可以准确知道什么时候应该转身返回水面，以保证第三阶段的昏厥不会发生。自由潜水员想要生存，就要理解并尊重这些机制。
==========
和其他大多数自由潜水员一样，下潜时特鲁布里奇会合上双眼。只有到达绳索底端，碰到金属小牌的那一刻，他才会睁开眼睛，最多也就如此。闭着眼睛下潜，可以防止大脑在处理视觉信息时耗尽所有的能量——氧气。
==========
在下水后最初的三十英尺左右，肺部充满空气，为身体提供向上的浮力，迫使你划水才能下潜。当你向中耳道鼓气来平衡耳压时，你所感觉到的不适比乘飞机上升时要强烈得多。要是你没能完全平衡耳压，压力会使你难以忍受，这时如果你不及时返回水面，就要面对耳膜损坏的风险。 然而，还有五百七十英尺的潜泳在等着你。 当下潜超过三十英尺深之后，你身体上的压力成倍增加，你的肺部缩小。忽然你感觉不到重力了，你的身体进入了一种失重的状态，叫作中性浮力 12 。随后，令人惊奇的事情发生了，当你继续下潜，大海开始将你向深处拖曳。你把手臂放在身体两侧，用跳伞运动员一样的姿势，保持放松，就可以毫不费力地越潜越深。 在一百英尺深处，压力变为水面的四倍。几乎已经看不到海面了，不过反正你也不会看。从水面开始你就闭着眼睛。你体表的温度逐渐降低，准备迎接深海的紧紧拥抱。 更深一些，在一百五十英尺的深度，因为体内二氧化碳和氮气的浓度不断提升，你开始进入梦境状态。有那么一刻，你或许忘记自己身在何方，又为什么来到这里。 在二百五十英尺的深度，压力变得无比巨大，你的肺部缩小成拳头大小，为了节省氧气，心跳降低到正常心率的一半以下。曾有相关记录，在这一深度，自由潜水员的心跳可以降低到每分钟十四次；曾有传闻说，有些潜水员的心跳可以降低到每分钟七次。这些报告是有记载的、人类有意识时的最低心率。根据生理学家的研究结论，这么低的心率不足以维持人类的意识。然而，按照自由潜水员所说，不知为什么，在深海中它却可以。 在三百英尺深处，“生命总开关”才真正开始生效。身体器官和血管的外壁像压力释放阀一样工作着，允许血液和水分自由地进入胸腔。你的胸部坍缩到原始体积的一半左右。在一九九六年的一次无极限自由潜水中，古巴潜水员弗朗西斯科·费雷拉斯-罗德里格斯到达了四百三十六英尺的目标深度，在水面上他原本有五十英寸的胸围，此时缩减到二十英寸。 在三百英尺以下的深度，氮醉的影响非常强烈，你会四下摸索着，忘记自己在哪里，正在做什么，以及为什么来到这个幽暗的地方。这时通常会出现幻觉。一位潜水员告诉我，在一次非常深的下潜中，她忘记自己还在水下，开始产生关于自己的宠物狗的奇怪念头。她脑海中浮现出自己在漆黑的公园里寻找宠物狗的景象。直到她转身，向着海面返回，氮醉的迷雾逐渐散去时，她才想起来，自己根本没有养狗。 氮醉不仅仅影响你的大脑，而且会影响你的全身。你失去行动力，周围的一切看起来都变得迟缓了。 然后就到了最艰难的部分。你的潜水表开始“哔哔”作响，提醒你已经到达目标深度，就是绳子末端系着金属牌的地方。你睁开眼睛，强迫自己用近乎麻痹的手从金属牌上摘下标签，然后转身向上折返。因为海洋的重量作用在身上 13 ，你调动微薄的能量积蓄，向着水面划水游去。如果你不能专心致志，开始咳嗽，或者有细微的犹豫，你就可能会晕过去。但是你不会犹豫或者放缓，你抓紧时间，向着有光的地方游回来。 当你上升到两百英尺，一百五十英尺，一百英尺，“生命总开关”渐渐收回它的功效：心率增加了，之前涌入胸腔的血液重新流回静脉、动脉和各个器官。你的肺部灼痛，有一种难以忍受的呼吸的欲望；你的视力减退；你的胸部因为二氧化碳的累积而抽搐。你必须抓紧时间，否则就会晕过去。在你上方，蓝色的薄雾渐渐被明亮的阳光驱散，你马上就要做到了。这时候你肺里的空气快速膨胀，你的身体拼命地试图从肺里攫取氧气，用来供给你的血液。但是没有可以攫取的氧气了，你已经把它们都用光了。你的身体实际上是在被向内抽吸。如果这种吸尘器效应太过强大，你就会昏过去。在水下，你会在大概两分钟内保持昏厥状态。等两分钟过去，你的身体会把自己唤醒，在死亡之前，进行最后一次呼吸。如果你在喘出最后一口气之前侥幸获救，被带到水面上来，那么你就还有机会吸入渴求已久的空气，极有可能幸免于难。如果这时你还在水下，你的肺部就会被水灌满，从而溺死。百分之九十五的昏厥发生在最后十五英尺内，通常就是这种吸尘器效应引发的后果。 但这些不会在你身上发生。你对这一切有着充分的认识，而且你知道从回到水下十英尺到水面的这段上升过程中，要呼出体内大部分的空气。 14 从你下潜开始，过了三分钟左右，你的头再次冒出水面，天旋地转，人们大声呼喊着让你呼吸。你摘下面镜，比画一个OK的手势，然后说：“一切OK。”
==========
自由潜水员并不是将空气真的吸入腹部，而是顺序进行了腹式呼吸（膈肌下降，脏器挤压，感觉好像是空气进入腹部，有助于提升肺活量），胸式呼吸（以肋间肌带动肋骨和胸骨运动，引起胸廓大小变化）和锁骨式呼吸（打开胸膛，锁骨上提），将三种呼吸方式相结合，可以最大化地调动肺部来存储空气，就如同气体充满了三个空间一样。
==========
中性浮力指的是人在水下受到的浮力与重力相等时的一种平衡状态。物体在液体中受到的浮力等于它所排开的液体的重力，下潜时肺部不断缩小，所以所受到的浮力逐渐减小。从数字上来看，由肺部体积变化引发的浮力变化看似不大，但是一旦平衡改变，对于自由潜水员和水肺潜水员而言，影响都是很明显的。
}
科学前沿观天下 笃学明理洞寰宇
随着气候变化导致的海洋变暖，海洋动物还可以在温暖的海洋中维持其当前的活动范围吗？理论上讲，许多人能够忍受远远高于今天的温度，但这并不意味着海洋动物可以在更温暖的海洋中维持它们目前的活动范围。发表于《Nature》的一项研究表明，由于温暖的水域拥有较少的氧气，因此对于某一特定物种来说，今天可以生存的一些海洋区域在未来可能就不复存在了。
物种特有的特性、总的含氧量和水温共同决定了不同的海洋生物可以在海洋的哪些部分生存。生物的解剖结构、生理和活动水平决定了其对氧气的需求、如何有效吸收和利用环境中的可用氧气以及温度如何影响其氧气需求。研究表明，脊椎动物、甲壳类动物和软体动物等各种各样的海洋动物已经在生理学允许的最大范围内栖息在可呼吸的海洋中。今天的有机体基本上生活在最温暖的温度下，可以为它们的活动水平提供足够的氧气，温度升高会立即影响它们获得足够氧气的能力。为应对气候变暖，它们的活动水平将受到限制，或者栖息地将开始萎缩。
海水中的氧气含量和温度都在变化。一般来说，赤道附近的水比两极附近的水更暖和，含氧量也更少，但是从海洋表层到更深的水域，氧气和温度会同时降低。这些原理在整个深度和纬度上产生了复杂的氧气和温度水平的3D模式。为了了解透气性是否是当今海洋动物范围的限制因素，研究人员将海洋温度和氧气含量的数据与来自5种不同海洋动物的72种生理学、需氧量和新陈代谢的研究相结合。
研究小组模拟了每种物种在海洋中哪些地方适宜或不宜居住，结果表明，物种的海流范围通常与预计适合它居住的部分海洋重叠。模型预测，甲壳类动物北部虾应该能够在北纬约50度以北的凉爽水域获得足够的氧气，而这正是目前虾的活动范围；斑点小鲶鱼可以栖息在不同深度的温带和凉爽水域，但在热带地区附近，只有300英尺以上的表层水才可呼吸，这与它目前的活动范围一致。
在许多情况下，物种的分布范围一直延伸到可呼吸的边缘，这表明对于海洋动物来说，获得足够氧气的能力可能是决定它们能生活在哪里的主要限制因素。在这个范围之外，有机体就有缺氧的危险，或者得不到足够的氧气。温度既影响海水所能容纳的氧气量，也影响动物维持相同活动水平所需的氧气量。在气候变化的情况下，温度的长期上升很可能会限制并改变许多海洋动物的活动范围，甚至引发物种灭绝的危险。研究人员表示，如果了解这些动物对环境的反应，可以更好地预测随着气候的变化这些种群将受到怎样的影响。
}
点击联系发帖人
