为什么动物用钙作为骨骼材料而不是其它金属或者碳纤维材料

我要新鲜事2023-10-25 20:30:040阅

钙本身属性不错、容易被生物利用。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。

一、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；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。

二、动物在进化的时候选择钙

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。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。

三、为什么不是更坚固的材料

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。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)。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。

四、为什么不选择其它金属

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。比如钛合金的应力要比同等重量的骨头高1.3倍，强度是骨头的5倍。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。

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。