• “啪唧”,骨头折了,老祖宗咋就没有换个材料造人呢?

    2021-04-06


    相信很多人都有这种经历

    不小心摔了一跤

    随即传来一阵钻心的剧痛

    暗自喊到

    “我去,骨头断了!!”



    每当看到身边的人骨折了

    科普君就不禁想问一句

    自然界那么多元素,

    为什么非要用钙做骨头,

    金银硅镍不香吗?

    感觉怎么摔都不会坏呢!!



    人类为什么选择了钙质骨骼?

    这得回到数亿年前,

    从故事的开端说起。

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    初章:说好的一起软,你咋就硬了?

    BONE


    很久很久以前,有多久呢?大概在 6.35亿~5.41亿年前的埃迪卡拉时期,只有极小部分生物拥有骨骼,其余的大多数家伙仍是软绵绵的。它们躺在海底,不擅长移动,彼此并不打扰。



    这样静好的岁月,随着寒武纪的到来,一切都打破了。此时,地球变暖,海底植物增加,氧气大量积累。这为地球提供了更多的食物和更适宜的环境,催生了体积更大、能够快速移动、更耗氧的动物。生命种类和形态的暴涨,带来了所谓的“寒武纪生命大爆发”。


    随之而来的,就是物种之间愈发激烈的竞争。捕食与被捕食,曾经那互不干扰的生活环境一去不复返。所有想要生存的生物必须进化,为了找到食物,必须拥有视觉系统;而为了狩猎或者逃跑,就必须摆脱自己软绵绵的身体。



    它们不能再匍匐前行,必须把自己支棱起来,用硬构造支撑身体。就这样,骨骼成为了演化之路无可逃避的一环


    抉择:谁是天选之子?

    BONE


    既然要装备“武器”,让自己硬起来,那么原材料的选择就至关重要。首先在“抉择”之前,我们要知道骨骼演化的过程,被称之为“生物矿化”。而在选择的原材料的时候,需要考虑以下因素——


    <1> 这种元素在环境中的含量必须足够高;


    <2> 有机体要能够在细胞层面运输、调控、利用它们,才能制作生物矿化物。



    刚刚说到,这个时期是寒武纪,是一个“生物矿化”好时候。此时气温上升,冰川融化,海水侵蚀海边的沉积岩,将岩块中的钙、铁、钾等金属离子带到海水中,为这些海洋生物们带来了很多原材料!


    不得不说的一点是,当时可以用于生物矿化的原材料有很多,比如:沙粒碎片、植物残骸、铁化合物、二氧化硅等等。而这些都不足以胜过钙化合物。


    在骨骼演化之始的海洋环境中,钙离子含量丰富;而且几乎所有细胞都可以调控生物体内部的钙质水平。自然界存在最广泛的碳酸钙矿——方解石和霰石,因此成为生物矿化的主要来源,是当时海洋生物们制作外骨骼的首选。


    【寒武纪早期的小壳化石,是外骨骼】


    生物矿化是一个复杂的过程,涉及矿物质的沉淀和生长,需要各种蛋白质的参与。在演化进程中,更改矿物质非常困难,直到现在为止,骨骼的生成已经和环境非常契合,没有理由再做改变


    启示:硬才是王道霸业

    BONE


    在骨骼化的道路上,我们越走越远。今天看到的昆虫如蝗虫和蟑螂、甲壳动物如螃蟹和虾、腹足动物如蜗牛、双壳动物如蛤蜊等,壳就是它们的外骨骼。



    内骨骼的演化也几乎同时发生,出现了脊椎动物这一分支。有了脊椎的支撑,大型脊椎动物开启了对陆地的征途。在离开大海后,亿万年间,生命在陆地开拓、协作、追逐和相互绞杀,并在一次又一次的大灭绝后,最终演化出背骨直立的人类。



    不妨做个联想,5.4 亿年前的小虫子面对强大的对手,为自己打造了一副骨骼,让命运俯首;而今的我们,期盼着在科幻世界里钢筋骨骼的出现,渴望用它筑起巨浪之中船体的钢骨之撑,拥有对命运的掌控。




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    来源:上海科普教育
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