在電影《X戰(zhàn)警》中，金剛狼的全身骨骼被換成了艾德曼合金，憑借這一套金屬骨骼，金剛狼所向披靡。

很多人可能因此幻想過如果自己也擁有一副這樣的合金骨骼該多好。

在自然界中，動(dòng)物有兩種普遍的骨骼形式，要么是像許多節(jié)肢動(dòng)物那樣擁有堅(jiān)硬的外骨骼，這種情況下骨骼成分主要是碳酸鈣；

圖源：Hans Hillewaert

要么是像人類，以及其它脊椎動(dòng)物那樣擁有內(nèi)骨骼，這種情況下骨骼的主要成分是磷酸鈣，或者準(zhǔn)確地說是羥基磷灰石。

無論動(dòng)物用哪種骨骼形式生存，它主要應(yīng)用到的材料就是鈣。

那么問題就來了，為什么動(dòng)物在進(jìn)化的時(shí)候選擇鈣，而不是其它金屬呢？

但是，動(dòng)物就是偏偏選擇了鈣作為防御和支撐結(jié)構(gòu)的材料，是不是很有意思？

鈣骨骼很強(qiáng)，但并非最好的選擇！

很多人可能都認(rèn)為我們的骨骼很脆弱，所以希望打造一個(gè)鋼鐵骨骼，金剛狼的創(chuàng)作者估計(jì)也是這么認(rèn)為吧。

如果羥基磷灰石像鋼鐵一樣致密，那么它會(huì)比鋼鐵堅(jiān)固很多，有人測算過，人骨的強(qiáng)度至少是鋼鐵的五倍。

之所以骨骼會(huì)被鋼鐵擊碎，其實(shí)原因就在于骨骼并不是完全致密的，它是由管狀、中空的結(jié)構(gòu)組成。

據(jù)信，鐵的氧化還原反應(yīng)的活化能與人體產(chǎn)生羥基磷灰石所需的ATP能量是相似的，但如果人體打造一副鋼鐵骨骼，并以羥基磷灰石相同的形式存在，它可能最少要重3到5倍，這對(duì)于生命活動(dòng)十分不利。

當(dāng)然，就我們現(xiàn)在的科技而言，在工業(yè)生產(chǎn)的材料中，現(xiàn)在的骨骼肯定不是最好的身體選擇。

其中鈦合金就可以做到在和骨骼一樣重量和體積的情況下，卻比骨骼擁有更好的參數(shù)，比如應(yīng)力要比同等重量的骨頭高1.3倍，強(qiáng)度是骨頭的5倍。

圖：一種鈦合金材料

最重要的是鈦合金的抗拉強(qiáng)度達(dá)到500MPa，如果我們有一個(gè)鈦合金骨架的話，我們可以承受更重更大的身體，估計(jì)也基本不需要細(xì)胞去修復(fù)骨骼。

圖：與頭發(fā)對(duì)比的碳纖維

另外，現(xiàn)在碳纖維材料被普遍運(yùn)用在假肢等領(lǐng)域，幫助人類和其它動(dòng)物重塑身體，而且已經(jīng)被證明，它可以給人類帶來比現(xiàn)有骨骼更好的效果。

這里有一個(gè)比較有意思的案例：

奧斯卡·皮斯托瑞斯是南非短跑運(yùn)動(dòng)員，不過他的失去了雙腿，取而代之的是一雙碳纖維復(fù)合材料制成的腿跑步。

奧斯卡，圖源：Jim Thurston

有意思的地方就是，經(jīng)過系統(tǒng)的科學(xué)分析最終得出結(jié)論，他的人造腿給他帶來了不公平的優(yōu)勢，他一度因此無法和身體健康的跑步者比賽。

如果許多金屬是因?yàn)樗鼈兲亓耍鴽]有得到生物青睞的話，那么這些合金材料，以及更高端的碳纖維材料為什么沒有得到選擇呢？

要知道作為碳基生命，我們以及地球的其它生物是非常懂得利用碳的。

其實(shí)，所有的答案就在于地球的動(dòng)物是如何得到骨骼的。

發(fā)現(xiàn)的最早骨骼動(dòng)物之一Cloudina，圖源：SHUHAI XIAO/VIRGINIA TECH

在5.5億年前，動(dòng)物是不存在骨骼的，至少在此之前沒有任何擁有骨骼的動(dòng)物被保存了下來。

除了在時(shí)間節(jié)點(diǎn)上石灰石激增與動(dòng)物骨骼出現(xiàn)高度相關(guān)外，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)事實(shí)，那就是與白云石相比，石灰石中包含的文石和方解石的晶體形成速度更快，所需能量更少。

換句話說，如果動(dòng)物要利用白云石制造含鈣骨骼的話，它需要消耗更多的能量，或者說這樣的投入根本不值得。

圖：石灰石

白云石是在海洋中氧氣含量很低的時(shí)候形成的，研究人員認(rèn)為石灰石含量突入激增的原因是，地球在那個(gè)階段含氧量激增導(dǎo)致巖石氧化的緣故。

同樣的化學(xué)過程也發(fā)生在陸地——甚至可能比海洋中更加激烈，然后在雨水的沖刷下，大量的石灰石涌入海洋，并把鈣離子推向海洋中第五豐富離子的地位（在金屬離子中僅次于鈉離子和鎂離子），這進(jìn)一步推動(dòng)了骨骼進(jìn)化。

生物的進(jìn)化非常喜歡就地取材，它們會(huì)花很長時(shí)間去找到最適合生存的材料，然后利用并優(yōu)化這些材料。

圖：金屬鈣化學(xué)性質(zhì)很活潑

如果動(dòng)物起源于海洋，那么毫無疑問，在海洋中（石灰石之后的海洋）鈣的含量是符合標(biāo)準(zhǔn)的，它的含量非常豐富。

一般情況下鈦合金的強(qiáng)度會(huì)很高且很輕，是非常不錯(cuò)的骨骼材料，同時(shí)鈦在地殼中也十分豐富，但是它在地球上主要以二氧化鈦形式存在，不溶于水，換句話說生物很難利用這種材料。

另外一個(gè)能量指標(biāo)，鈣對(duì)于動(dòng)物而言可能是超額完成的，因?yàn)殁}化合物的許多氧化反應(yīng)是釋放能量的過程，動(dòng)物可能在提取鈣化合物的時(shí)候還得到了能量。

正因?yàn)槿绱耍?strong>有一些研究人員甚至認(rèn)為，動(dòng)物獲得含鈣的骨骼的最初原因可能是因?yàn)樵诖x過程中產(chǎn)生了含鈣廢物，最終被利用成骨骼。

雖然，地球生物非常善于利用碳，但是要通過生物過程得到碳纖維是非常困難的，它需要巨額能量，工業(yè)上得到碳纖維就在超高溫度下完成的。

圖：鱗角腹足蝸牛是已知唯一利用鐵制造外骨骼的動(dòng)物

地球生物選擇鈣而不是其它金屬作為骨骼，除鈣本身屬性不錯(cuò)之外，最大的助攻是地球本身，鈣是地殼中第五豐富的元素，而且非常容易被生物利用。

所以，如果別的星球本身的材料和地球有很大的不同，那么生物有其它選擇是完全有可能的。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的为什么动物骨骼材料都是钙？其它金属、碳纤维不行吗？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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