猴哥是否能成功取得东海龙宫的宝物？

西游漫话：

猴哥从吸收天地灵气的仙石迸裂出来，不能像鱼虾一样在水里自由行动。所幸猴哥从须菩提祖师那里学会避水诀，可以捏着避水诀下海。猴哥到花果山附近的东海龙宫，以近乎撒泼的方式向龙王索要如意金箍棒，顺便还向其他几位龙王讨要金冠和金甲，人靠衣装马靠鞍，顶天立地的齐天大圣横空出世。第十五回【收服白龙马】，第二十二回【收服沙和尚】，第四十九回【降伏灵感大王】，第六十回【二调芭蕉扇】，都有猴哥捏着避水诀与妖怪战斗的情节。

西游论道1：猴哥能下龙宫寻宝吗？

人在胚胎时期生活在羊水里，出生后却不能在水中生存。原来，胎儿不是用肺呼吸获得氧气，而是通过脐带和胎盘连接母体获得氧气。胎儿和母亲的血管相互交错，氧气、二氧化碳等物质自由出入，在母亲和胎儿之间交换。出生以后脐带断开，婴儿用肺呼吸来获得氧气。

为什么人的肺不能像鱼鳃一样在水中呼吸呢？这是因为水中氧气含量只有空气的3%左右，人体呼吸氧气需要水流高速通过肺，需要强大的呼吸肌来吞吐大量的水。水比空气密度大，人类的呼吸肌不可能完成这个艰巨任务，何况人体气管进水后有很强烈的痉挛现象。人类在水中闭气能坚持多长时间？绝大多数人闭气时间很难超过一分钟。法国人斯蒂凡·米弗苏拥有超强的自控能力，2009年6月8日，米弗苏闭气时间达到11分35秒，创造了新的静止闭气世界纪录。他把面部浸泡在冷水中，外部血管收缩，血液从肢体末端流向心脏和大脑，心率减慢到只有正常人的一半，以此减少氧气向全身扩散的机会。

鱼类通过呼吸器官（鱼鳃）从水中吸取氧气。鱼鳃在头部两侧，每个鳃分成两排鳃片，每排鳃片由许多鳃丝排列组成，每根鳃丝的两侧生出许多细小的鳃小片。鱼在水中时鳃片完全张开，鳃和水的接触面积扩大，增加摄取水中氧气的机会。鳃小片遍布微细血管，血液流过鱼鳃时，二氧化碳透过鳃小片的薄壁送到水中，氧随血液循环输送到身体各部分。鱼离开水后，鱼鳃不能吸收空气中的氧气，很快缺氧而死。

鲸鱼、鲨鱼、海豚等水生哺乳动物生活在海洋里面，但是也不能在水下呼吸。它们在水面呼吸一次，在水中停留很长时间。长期演化使它们形成了许多适应水中生活的特征，如血液中血红蛋白的氧结合能力很高、肺部换气更加高效等。它们的肌肉富含肌红蛋白，把呼吸获得的氧储存起来，以便在潜水时使用；潜水时降低心率，调节血液主要供给重要脏器（脑与心脏等），减少氧气消耗，这些都是人类等陆生动物无法完成的。

一个有趣的问题是：号称“海洋杀手”的鲨鱼会被水淹死吗？鲨鱼依靠游动来捕捉猎物、寻求伴侣、躲避天敌，如果鲨鱼停止游动，它们会被淹死。为了呼吸，鲨鱼把氧气从海水中分离出来。水流进鲨鱼的嘴里，从鳃中流出。鳃里面长有数百根羽毛状的鳃丝，每根鳃丝上有数以千计的叶状薄片，上面布满血管。血管从水中吸收氧气，多余的水通过鳃裂排出体外。为了维持稳定的水流，鲨鱼需要不断地摄入海水。最古老的鲨鱼用嘴与鳃进行吸水和排水，这种方式叫作口腔抽吸，例如：护士鲨、天使鲨和须鲨。随着鲨鱼的进化，在游动过程中将水吸入更加节省能量，通过撞击海水，使其进入嘴里再通过鳃裂排出，这种呼吸方式称为撞击换气，大部分鲨鱼能够在口腔抽吸和撞击换气两种方式中交替变换。但是一些鲨鱼用口腔抽吸的能力彻底退化，这些鲨鱼如果停止游动和停止撞击海水，真的会被淹死。这些鲨鱼称为强制撞击呼吸鲨，有400多种鲨鱼需要保持不断向前游动，包括大白鲨、灰鲭鲨、鲑鲨和鲸鲨。

出现在3亿～6亿年前的两栖动物由鱼类进化而来，能在陆地和水里生活。大多数两栖动物的幼体在水中生活时没有肺，只是通过羽状鳃呼吸。鳃中有大量的小血管，能从水中吸取氧气。成年的两栖动物能通过皮肤和肺呼吸，例如：青蛙、大鲵、蟾蜍。它们的皮肤分泌很多黏液，使体表保持湿润黏滑，有利于减少体内水分散失。两栖动物用皮肤呼吸时，首先要保持皮肤表面湿润，凝结空气中的氧气，氧气在黏液外衣中溶解并进入皮下血管。两栖动物用嘴巴呼吸时，空气通过嘴里湿润的黏液衬层呼吸，衬层底下的皮肤里面排列着许多血管，氧气进入血液完成呼吸过程。两栖动物如同把肺长在皮肤上，通过氧气与血液中的红细胞结合进行呼吸作用。

图1-7 鱼鳃的结构

西游论道2：人能生活在水里吗？

大自然的选择进化，注定人类不能像鱼虾一样在水里生活，科学家努力探索水陆两栖人的可行性，好莱坞电影设想未来人类生活在海洋的美好场景。1995年上映的美国电影《未来水世界》，男主角马里纳在耳后生长着鱼一样的腮，能够自由生活在大海中。与电影导演不谋而合，美国科学家正在模仿鱼鳃的功能，打造一种可以让人在水底呼吸的“人造鳃”。鱼鳃是从水中提取氧气的最有效方法，科学家正在对这种人造鳃进行改进，试图让它完全适合人类，可以将吸取出来的氧气直接吸入肺部。他们计划减小人造鳃的尺寸，并将其绑在潜水员的胸膛上，潜水员戴上这种人造鳃，会像鱼一样在水底自由畅泳，根本不必担心氧气用完。

另外一种可行的解决方案是像鱼一样呼吸液体，直接吸收其中的氧气。美国发明家阿诺德·兰德为一种新型潜水服申请专利，人们借助这种潜水装置可以呼吸液态空气，这是一种含有丰富氧分子的特殊溶液。人们通常以为吸入液体会窒息死亡，但是兰德认为人的肺完全有能力从液体里摄取氧气。兰德对一种含氧量很高的碳氟化合物进行了研究，碳氟化合物是可以溶解大量气体的液体。新型潜水服的密封头盔里充满这种液体，它将取代肺、鼻孔和耳朵里的所有空气，通过附着在股静脉的人造腮“过滤”血液里的二氧化碳，摄取液体里的氧气。他解释说：“穿上这种潜水服后，首先你要学会克服吸入液体后产生的作呕感，这样你就能像呼吸空气一样自如吸入氧化液体。”兰德表示，这种液体可以根据个人需要注入大量氧气。由于液体比空气的黏滞性更大，更难呼吸，所以为了避免液体进入和流出肺部，导致肋骨出现应力性骨折，兰德采用胸甲，这是一种按照老式盔甲命名的通气装置，它会给横膈膜施压，使它更容易呼吸液体。(www.xing528.com)

现代生物学有一种更加美好的改造人类设想，可以实现人类在水下生存的终极目标。2010年上演的美国影片《哈利·波特》，魔法少年哈利·波特利用鱼鳃草在水中呼吸，这个梦想吸引了众多科学家投入研究，一种奇特的生物为人们提供了机会。科学家发现某种蝾螈的细胞内含有一种能进行光合作用的藻类，蝾螈胚胎在水下代谢产生大量的富氮废弃物，藻类吸收这些富氮废弃物，利用阳光发生光合作用，生产出氧气和碳水化合物，提供胚胎水下呼吸所必需的氧气。

科学家设想有一种藻类可以与人类细胞共生，这种共生开始于受精卵或早期胚胎发育。研究者用人工方法，将藻类产生氧气的DNA片段导入人体细胞，使得人类细胞进行光合作用产生氧气。未来即便我们能做到这一切，接下来仍将面临光照难题。经过改造的人体只有位于体表的细胞能够进行光合作用，皮肤和毛发细胞接受阳光照射，可以产生氧气。人在空气中利用肺呼吸，肺泡的总表面积约一百平方米，是人体体表面积的五十倍还多，肺泡表面利用气体扩散交换，远比体表进行光合作用产生氧气的效率要高。

图1-8 液体潜水服

西游论道3：猴哥能抵抗深海压力吗？

人类长期生活于陆地上，习惯地球大气压力的作用，潜入水中活动会面临一系列物理、生理等变化影响。例如，人穿潜水衣并使用氧气装置，安全潜水深度是400米左右，潜入更深的水底必须使用氧气和稀有气体构成的混合气体装置，隐藏的危险进一步加大，主要是受潜水病的影响。潜水病也称减压症，是人体因环境压力急速降低而造成的疾病。由帕斯卡定律可知，水深每增加10米，液体会增加1个大气压，人在水深12米以内不论潜水时间多长，都可直接快速上升至水面。超过12米界限，随着水下气压升高，溶解于血液和组织中的气体（主要是氮气）逐渐增加。在这种压力环境下经过一定时间，如潜水者直接向水面上升，其所受水下压强下降得过快，血液和组织中的氮气来不及经过人体循环、呼吸系统扩散排出体外，它们直接从溶解状态游离出来，形成气泡和产生栓塞，引起皮肤瘙痒、关节肢体疼痛、运动感觉障碍、呼吸循环功能障碍等，严重时威胁生命安全。潜水病可以预防，要严格按操作规则潜水，在上升过程中正确减压。

水下压强作用在人体表面形成巨大压力，在5000米海洋深处，1平方米物体表面积承受5000吨重物的压力，如此压力能把木材体积压缩到原来的一半，钢制的坦克被压扁。就算猴哥号称铜头铁臂，倘若承受如此强大的压力作用，也早被挤为压缩饼干了。大自然很神奇，生活在深海的动物经过漫长的进化，身体和生理机能发生了很大变化。深海鱼类的骨骼变得非常薄，容易弯曲，肌肉组织特别柔韧，纤维组织变得出奇的细密。鱼皮组织仅是一层非常薄的层膜，能使鱼体内的生理组织充满水分，保持体内外压力的平衡。

这是一个流传已久的误解：鱼儿能够在水里上浮和下沉，原因是体内有一个可以收缩的鱼鳔，鱼鳔可以改变鱼受到的水的浮力。实际情况是鱼在水里沉浮不是靠鱼鳔，而是依赖尾鳍与胸鳍。鱼在水中静止时消耗能量最少，背鳍和腹鳍确保鱼体处在垂直线上，两侧的鱼线是平衡探测线，鱼脊骨是重心平衡点，贯穿全身形成平衡线。鱼的上下运动主要靠胸鳍。鱼鳔产生的浮力正好抵消重力，鱼体在静止状态时控制身体处在某一水层。鱼鳔前后两部分能适应鱼体快速转向，保持身体平衡，不会引起鱼体侧翻。鱼鳔内部没有神经，不能控制鱼鳔的收缩或膨胀，鱼依靠流过鱼鳃的空气来改变自身体积大小，通过鱼鳔调节它们相对于水的比重，比重大于水，鱼就缓慢下沉，比重小于水时鱼就上浮。假如鱼要减轻比重，应将血液中溶解的气体释放到鱼鳔中，反之鱼将气体重新溶入血液中，加大它们的比重。陆地上的浅水鱼生病或者死亡，鱼体两侧的平衡线失效，鱼鳔产生的浮力与鱼体重力中心点不同，鱼体侧翻而上浮，鱼腹朝上。

为了探索深海世界的奥秘，人类发明了潜艇。潜艇是一种能潜入水下活动和作战的舰艇，是海军的主要舰种之一。潜艇可以对陆上战略目标实施核袭击，消灭运输舰船，攻击水面舰艇，执行布雷、侦察、救援等任务。潜艇依靠改变自身的重量，能够自由上浮和下潜。潜艇内的主压载水舱注满水，增加潜艇重量，重力大于浮力，从水面潜入水下。用压缩空气把主压载水舱内的水排出，重量减小，重力小于浮力，从水下浮出水面。潜艇内设有专门的浮力调整水舱，用于注入或排出适量的水，调整潜艇水下浮力的变化。艇首、艇尾设有纵倾平衡水舱，调整首、尾平衡水舱水量，消除潜艇在水下产生的纵倾。艇首和尾部各设有一对水平升降舵，操纵潜艇变换和保持所需要的潜航深度。早期潜艇使用的武器，主要是艇体上挂带的定时引爆炸药包或水雷。1866年，英国人怀特黑德制成第一枚鱼雷。1881年诺德费尔特和加里特建造的“诺德费尔特”号潜艇，首次装备鱼雷发射管；同年，美国建造的“霍兰”Ⅱ号潜艇安装有能在水下发射鱼雷的鱼雷发射管。最先进的核潜艇以核反应堆为动力来源，水下续航能力能达到20万海里，自持力达60～90天。

图1-9 水下蛟龙——潜水艇

人们利用简单的器材，就可以制作一个听从指挥的潜水艇。材料包括废旧塑料饮料瓶（500～1000mL，透明有盖）、口服液小瓶、注射器等。在饮料瓶中装入一定量的水，用注射器向口服液小瓶中压入适量的水，放入水中时有少部分露出水面。把口服液小瓶放入饮料瓶中，然后盖紧瓶盖，尽量做到不漏气。用力挤压饮料瓶，可看到口服液小瓶下沉。撤去压力，口服液小瓶向上浮起。用力得当，口服液小瓶能停止在水中某一位置。注意瓶中水尽量装得满一些，残留的气体越少，实验效果越好。

原来，小瓶放入水中，所受浮力等于重力，会浮于水面。当用力挤压饮料瓶时，瓶内气压增大，有一部分水被压入口服液小瓶，使小瓶重力变大，重力大于浮力，小瓶就会下沉。撤去压力，瓶内气压变小，一部分水流出小瓶，小瓶重力小于浮力，小瓶会上浮。当重力等于浮力时，小瓶停止在水中某一位置。如果想看到口服液小瓶中水的变化，可以在小瓶中用注射器装入有颜色的水。