生科医学|为什么动物骨骼材料都是钙？其它金属、碳纤维不行吗？
在电影《X战警》中，金刚狼的全身骨骼被换成了艾德曼合金，凭借这一套金属骨骼，金刚狼所向披靡 。
很多人可能因此幻想过如果自己也拥有一副这样的合金骨骼该多好 。
文章图片
在自然界中，动物有两种普遍的骨骼形式，要么是像许多节肢动物那样拥有坚硬的外骨骼，这种情况下骨骼成分主要是碳酸钙；
文章图片
图源：Hans Hillewaert
要么是像人类，以及其它脊椎动物那样拥有内骨骼，这种情况下骨骼的主要成分是磷酸钙，或者准确地说是羟基磷灰石 。
无论动物用哪种骨骼形式生存，它主要应用到的材料就是钙 。
那么问题就来了，为什么动物在进化的时候选择钙，而不是其它金属呢？
文章图片
众所周知，在地壳中钙的含量并不是最多的金属元素，铁和铝的含量都比它多，同时钙也不是人体唯一应用的金属材料——我们的身体充满各种金属 。
但是，动物就是偏偏选择了钙作为防御和支撑结构的材料，是不是很有意思？
钙骨骼很强，但并非最好的选择！
很多人可能都认为我们的骨骼很脆弱，所以希望打造一个钢铁骨骼，金刚狼的创作者估计也是这么认为吧 。
文章图片
其实，钙化合物作为骨骼可以是非常强大的，羟基磷灰石的抗拉强度为150MPa，破坏应变为2%，断裂韧性为4MPa(m)1/2 。
如果羟基磷灰石像钢铁一样致密，那么它会比钢铁坚固很多，有人测算过，人骨的强度至少是钢铁的五倍 。
之所以骨骼会被钢铁击碎，其实原因就在于骨骼并不是完全致密的，它是由管状、中空的结构组成 。
这种结构可以更好地承受压力，同时保持更轻的重量，事实上我们的骨骼只占我们体重的六分之一左右，这样运行起来比较节能 。
文章图片
据信，铁的氧化还原反应的活化能与人体产生羟基磷灰石所需的ATP能量是相似的，但如果人体打造一副钢铁骨骼，并以羟基磷灰石相同的形式存在，它可能最少要重3到5倍，这对于生命活动十分不利 。
总的来说，在自然界中很难找到像钙化合物这样优秀的架构材料 。
当然，就我们现在的科技而言，在工业生产的材料中，现在的骨骼肯定不是最好的身体选择 。
其中钛合金就可以做到在和骨骼一样重量和体积的情况下，却比骨骼拥有更好的参数，比如应力要比同等重量的骨头高1.3倍，强度是骨头的5倍 。
文章图片
图：一种钛合金材料
最重要的是钛合金的抗拉强度达到500MPa，如果我们有一个钛合金骨架的话，我们可以承受更重更大的身体，估计也基本不需要细胞去修复骨骼 。
文章图片
图：与头发对比的碳纤维
另外，现在碳纤维材料被普遍运用在假肢等领域，帮助人类和其它动物重塑身体，而且已经被证明，它可以给人类带来比现有骨骼更好的效果 。
这里有一个比较有意思的案例：
奥斯卡·皮斯托瑞斯是南非短跑运动员，不过他的失去了双腿，取而代之的是一双碳纤维复合材料制成的腿跑步 。
文章图片
奥斯卡，图源：Jim Thurston
有意思的地方就是，经过系统的科学分析最终得出结论，他的人造腿给他带来了不公平的优势，他一度因此无法和身体健康的跑步者比赛 。
如果许多金属是因为它们太重了，而没有得到生物青睐的话，那么这些合金材料，以及更高端的碳纤维材料为什么没有得到选择呢？
推荐阅读
![[动力]大众新车亮相，比思域还帅气，一脚272马力，雅阁都扛不住！](http://img88.010lm.com/img.php?https://image.uc.cn/s/wemedia/s/2020/ea4ace2a36ca1e11274706e2bcdddeb9.jpg)
- 短发|爱美的美女看过来，你知道秋天为什么要补水吗？
- 人与人|为什么离职后，关系再怎么好的同事也都会逐渐的不再联系？
- 生科医学|突发！日本首相岸田文雄感染新冠：全国医疗已经崩溃
- 电脑关不了机怎么回事？ 为什么关不了机
- |职场上为什么看似和颜悦色，其实心思已经在暗处下套
- 穿衣搭配|虽然心灵美也很重要，但职业女性袁泉为什么不能穿得漂亮一点呢
- 生科医学|一家5口突发高烧、全身乏力 “元凶”竟然是来源不明的鹦鹉
- 为什么腿毛突然多了
- 为什么腹肌不明显呢
- 无线投屏为什么会连接不成功呢？