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？( 二 )
要知道作为碳基生命，我们以及地球的其它生物是非常懂得利用碳的 。
其实，所有的答案就在于地球的动物是如何得到骨骼的 。
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发现的最早骨骼动物之一Cloudina，图源：SHUHAI XIAO/VIRGINIA TECH
【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？】为什么进化选择了钙？
在5.5亿年前，动物是不存在骨骼的，至少在此之前没有任何拥有骨骼的动物被保存了下来 。
事情的转变发生在大约6.35年到4.85亿年前，这个时期海洋发生了一系列化学变化，其中包括海洋岩石成分从白云石到石灰石转变，而动物的骨骼也是随着岩石成分变化开始出现的 。
除了在时间节点上石灰石激增与动物骨骼出现高度相关外，研究人员还发现了一个事实，那就是与白云石相比，石灰石中包含的文石和方解石的晶体形成速度更快，所需能量更少 。
换句话说，如果动物要利用白云石制造含钙骨骼的话，它需要消耗更多的能量，或者说这样的投入根本不值得 。
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图：石灰石
白云石是在海洋中氧气含量很低的时候形成的，研究人员认为石灰石含量突入激增的原因是，地球在那个阶段含氧量激增导致岩石氧化的缘故 。
同样的化学过程也发生在陆地——甚至可能比海洋中更加激烈，然后在雨水的冲刷下，大量的石灰石涌入海洋，并把钙离子推向海洋中第五丰富离子的地位（在金属离子中仅次于钠离子和镁离子），这进一步推动了骨骼进化 。
生物的进化非常喜欢就地取材，它们会花很长时间去找到最适合生存的材料，然后利用并优化这些材料 。
一般而言，生物选择材料会有两个重要的考量指标，一个是利用这种材料需要浪费多少能量，另一个就是这种材料的丰富度，获取材料是否方便 。
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图：金属钙化学性质很活泼
如果动物起源于海洋，那么毫无疑问，在海洋中（石灰石之后的海洋）钙的含量是符合标准的，它的含量非常丰富 。
一般情况下钛合金的强度会很高且很轻，是非常不错的骨骼材料，同时钛在地壳中也十分丰富，但是它在地球上主要以二氧化钛形式存在，不溶于水，换句话说生物很难利用这种材料 。
另外一个能量指标，钙对于动物而言可能是超额完成的，因为钙化合物的许多氧化反应是释放能量的过程，动物可能在提取钙化合物的时候还得到了能量 。
正因为如此，有一些研究人员甚至认为，动物获得含钙的骨骼的最初原因可能是因为在代谢过程中产生了含钙废物，最终被利用成骨骼 。
虽然，地球生物非常善于利用碳，但是要通过生物过程得到碳纤维是非常困难的，它需要巨额能量，工业上得到碳纤维就在超高温度下完成的 。
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图：鳞角腹足蜗牛是已知唯一利用铁制造外骨骼的动物
最后
地球生物选择钙而不是其它金属作为骨骼，除钙本身属性不错之外，最大的助攻是地球本身，钙是地壳中第五丰富的元素，而且非常容易被生物利用 。
所以，如果别的星球本身的材料和地球有很大的不同，那么生物有其它选择是完全有可能的 。
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