深海生物為什麼不會被那麼大的水壓壓扁？
― 正因為「沒有空氣」才撐得住的原理
深海紀錄片裡，常會出現許多身體看起來軟綿綿、形狀奇特的魚和章魚。一般認為，深海是水壓大得驚人的地方，就連用堅固金屬打造的潛水艇，稍有不慎也可能被壓壞。那麼，為什麼看起來這麼脆弱的深海生物，卻能在那裡生活而不被壓扁呢？
你有沒有在泳池或海裡潛到比較深的地方呢？就算離水面只有幾十公分，潛下 1～2 公尺，有時也會覺得耳朵深處一陣刺痛，有種被壓迫的感覺。
一般認為，這是因為在水中，越深的地方，周圍施加的壓力（水壓）就越大。那麼，在水深數千公尺、和我們能潛入的深度天差地遠的深海，水壓究竟有多大呢？而住在那裡的生物，又為什麼不會被壓扁呢？
其實，一般認為深海生物不會被壓扁，靠的不是「堅固」，而是一個出人意料的祕密。
一般認為，水深每增加約 10 公尺，水壓就會增加 1 大氣壓。
牠們的身體裡不是空氣，而是充滿了和水幾乎沒兩樣的成分，所以外面的水壓與體內的壓力會達到平衡，因此不會被壓扁。
接下來，我們依序來看這個「沒有空氣，所以沒事」的原理。
為什麼越深，水壓就越大？
一般認為，水壓是指由該處上方水的重量所產生的壓力。潛得越深，壓在頭頂上的水就越多，所以水壓也就越來越大。空氣同樣有重量，我們在地面上承受的「大氣壓」，也被認為是頭頂上空氣的重量所造成的壓力。
以海水來說，有個廣為人知的概略標準：大約每增加 10 公尺水深，水壓就增加 1 個大氣壓（約 1 大氣壓）。也就是說，在水深 1000 公尺處，承受的壓力大約是在水面時的 100 倍。
牠們讓體內和體外的壓力相等，所以一開始就沒有產生「壓扁的力量」。
深海生物不會被壓扁的原因：身體構造「沒有空氣」
一般認為，東西會被水壓壓扁，多半是因為它的內側和外側之間有壓力差。把空寶特瓶沉到深海，裡面的空氣幾乎抵擋不了水壓而被壓縮，瓶子就會被壓得扁扁的。這是因為瓶內空氣的壓力和外面的水壓差距非常大。
相對地，一般認為許多深海生物的身體幾乎沒有大的空氣空隙，內部充滿了和水差不多、幾乎壓不縮的成分。水本身就幾乎無法被壓縮。因此，不管外面的水壓有多強，體內的壓力也會跟著升高，內外之間幾乎不會產生壓力差。沒有壓力差，就不會有壓扁身體的力量。
與潛水艇需要堅固外殼的對比
相較之下，潛水艇為了讓船員能夠呼吸，內部充滿了約 1 大氣壓的空氣。下潛到深海時，外面的水壓越來越高，但內部空氣的壓力卻幾乎維持不變，內外的壓力差就變得非常大。為了承受這個壓力差，潛水艇的船體需要又厚又堅固的金屬外殼。深海生物沒有的「空氣艙室」，人類為了呼吸卻非帶進去不可，所以就需要堅固的結構，這就是兩者的差別。
有些魚的體內有一種叫「鰾」的氣體袋，不過一般認為，住在深海的魚，多半把鰾裡的東西從氣體換成了脂肪。脂肪幾乎壓不縮，所以水壓改變時不容易被壓扁，這是它的好處。
可以自己驗證的事
- 在泳池水面附近，確認耳朵的狀態（確認沒有不舒服的感覺）
- 注意安全，潛下 1～2 公尺左右，留意耳朵深處的感覺
- 確認就算深度只差一點點，耳朵深處也會有壓迫感
- 停止下潛、浮上來後，也確認壓迫感很快就減輕了
耳朵裡有一個充滿空氣的小空間（中耳），所以一般認為，水壓和耳內空氣的壓力之間會產生差距，我們才會感覺到壓迫感。你可以體會到，光是身體裡有沒有空氣的空間，對水壓的感受就差這麼多。
總結
深海是每 10 公尺水壓就增加約 1 大氣壓、壓力大得驚人的世界。即使如此，一般認為深海生物之所以不會被壓扁，是因為牠們體內沒有大的空氣空隙，內外之間幾乎不會產生壓力差。相反地，帶著空氣艙室的潛水艇，或是含有空氣的寶特瓶，就需要足以承受那個壓力差的堅固程度。
深海生物看起來軟綿綿，不是因為脆弱，而是因為壓扁牠們的力量根本沒有作用。
除了承受高壓，還能在沒有陽光的情況下製造養分的深海生物，我們在熱泉噴口的文章裡有說明。和潛入深海時壓力急遽增加相反，爬山時壓力（氣壓）會越來越低，這方面的影響我們在高山症的文章裡有計算。另外，帶著空氣深潛的人類身上會發生什麼事，則在鯨魚能潛水一個小時，人為什麼只能慢慢浮上來？裡討論。
想知道更多的人 ― 名詞・數值・與教科書的連結從國中理化到研究中的話題，明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理化學到的範圍
- 高中高中「基礎物理」學到的範圍
- 高中＋高中「物理」，或教科書中屬於進階、專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業科目（生物化學）的內容
- 研究連大學也不會當成「定論」來教、研究者目前還在探究的話題
國中名詞：與深海水壓有關的詞彙
- 水壓：由水的重量產生的壓力。越深越大。
- 氣壓：由空氣的重量產生的壓力。在地面上約為 1 大氣壓。
- 鰾：許多魚體內都有的氣體袋，用來調節浮沉。
高中用算式確認：由深度求水壓
我們用「水深每 10 公尺約增加 1 大氣壓」這個概略標準，來計算幾個深度的水壓。
| 用符號寫 | P ＝ P0 ＋ ρ × g × h |
| 用文字寫 | 水壓 ＝ 大氣壓 ＋ 水的密度 × 重力加速度 × 深度 |
| 這個式子從哪裡來 | 壓在某個深度平面上的，是它正上方那一柱水的重量。這是從重量與壓力的平衡推導出來的靜水壓公式。 |
從這個式子就能得出正文中用的「10 公尺約 1 大氣壓」這個標準。代入水的密度 1000、重力加速度 9.8、深度 10 看看。
| 密度 × 重力加速度 | 1000 × 9.8 ＝ 9800 |
| 再乘以深度 10m（帕斯卡） | 9800 × 10 ＝ 98000 |
| 與大氣壓（101325 帕斯卡）比較 | 98000 ÷ 101325 ≒ 0.97 |
10 公尺水的重量，幾乎就是 1 大氣壓。所以記成「每 10 公尺 1 大氣壓」是可以的。
水壓（大氣壓）＝ 大氣壓（1） ＋ 深度（m）÷ 10
| 大氣壓 | 水面上的壓力。一般認為約為 1 大氣壓 |
| 深度 ÷ 10 | 依據水深每 10 公尺，壓力約增加 1 大氣壓的概略標準 |
| 深度造成的增加量（大氣壓） | 1000 ÷ 10 ＝ 100 |
| 整體水壓（大氣壓） | 100 ＋ 1 ＝ 101 |
| 結果 | 約 101 大氣壓（約為水面的 100 倍） |
| 深度造成的增加量（大氣壓） | 6000 ÷ 10 ＝ 600 |
| 整體水壓（大氣壓） | 600 ＋ 1 ＝ 601 |
| 結果 | 約 601 大氣壓（約為水面的 600 倍） |
這表示，許多深海生物就生活在約為水面 600 倍的水壓之中。只要體內沒有大的空氣空隙，即使壓力這麼高，內外之間也幾乎不會產生壓力差，一般是這麼認為的。
※「每 10 公尺 1 大氣壓」是廣泛用作概略標準的近似關係。
高中＋沒有「壓力差」，力就會平衡
一般認為，物體會不會被壓扁，取決的不是壓力本身的大小，而是內外的壓力差。深海生物的身體，是由和水幾乎一樣、只會極微量被壓縮的成分構成，所以隨著外部水壓升高，體內的壓力也會升高幾乎相同的幅度，壓力差因此維持得極小，一般是這麼認為的。
大學在高壓中也能穩定蛋白質的機制
在生物化學領域，已有報告指出，深海生物體內一種叫「TMAO（氧化三甲胺）」的物質，住得越深的生物累積得越多。一般認為，像 TMAO 這樣的物質，能防止高壓扭曲蛋白質的立體結構，發揮維持生命活動所需功能的作用。
📖 算式的推導與更進階的內容：靜水壓（維基百科日文版） ／ 氧化三甲胺（維基百科日文版）
研究目前還不清楚的事
- 像 TMAO 這樣的物質，在分子層次上是如何穩定蛋白質的，詳細的機制在生物化學領域仍持續研究中。
- 一般認為，深海裡還有許多尚未被觀察、分類的生物，深海生態系的整體面貌，仍有很多地方不清楚。
- 也有研究正在進行，想把深海生物耐壓蛋白質的機制，應用在能於高壓環境下穩定作用的酵素，供產業使用。
深海這個極端環境，展現了物理學與生物化學交會、至今仍在持續研究的豐富主題。
與教科書的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文哪裡用到 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・力與壓力 | 水壓、氣壓的基本詞彙 |
| 高中 | 基礎物理・壓力 | 由深度求水壓的計算 |
| 高中＋ | 物理・壓力差與力的平衡（進階） | 沒有壓力差就不會被壓扁的原因 |
| 大學 | 生物化學 | TMAO 對蛋白質的穩定作用 |
| 研究 | 生物化學・深海生態學（研究中） | 穩定化的分子機制、未知的深海生態系 |
- 物理學相關教科書中，關於水壓、氣壓的解說。
- 海洋學相關資料中，關於深海水壓與生物適應的解說。
- 生物化學領域中，關於深海生物累積 TMAO 與蛋白質穩定化的研究回顧。
- 魚類學相關資料中，關於深海魚的鰾（換成脂肪）的解說。
- 海洋工程領域中，關於潛水艇耐壓結構的解說。
※ 水壓的數值是依據概略近似公式得出的。一般認為，實際數值會因水溫、鹽度等條件而略有不同。
※本文是為一般讀者寫的科學解說。潛入水中時，請不要勉強，並充分留意自己的身體狀況與耳朵的狀態。