Привет. Сегодня я проснулся с такой мыслью – почему кости человека не сделаны из железа? Ну или хотя бы из титана? Ведь они гораздо прочнее, чем хрупкие соли кальция!
Прошу потерпеть всех великих специалистов в этом вопросе, которые искренне сокрушаются, что не находят на развлекательном канале научных работ. Скоро всё это закончится, поскольку придётся проект закрывать, из-за невыносимых для меня мыслях о страданиях бывших профессоров и прочей интеллигенции (шутка).
Ну а пока продолжим.
Итак, что мне удалось выяснить по этому вопросу.
Около 1,5 миллиарда лет назад Земля переживала период очень интенсивной тектонической активности. В ходе этих процессов в океане оказалось много самых разнообразных минералов. Среди этих минералов было много кальцита (карбоната кальция). Именно это химическое соединение спустя сотни миллионов лет многие виды животных начнут использовать для образования на своей поверхности твёрдых защитных «устройств», таких как раковины или шипы.
Организмы, развившие подобные экзоскелеты, были лучше защищены от хищников, чем другие. Однако у жёсткого панциря был один существенный недостаток: он сильно ограничивал свободу передвижения. И с этим нужно было что-то делать.
Природа думала. И решение нашлось.
Около 525 миллионов лет назад на этой планете появился новый тип живых организмов, у которых с подвижностью стало всё более или менее нормально. Поскольку вместо неудобных панцирей и прочего громоздкого «навесного оборудования» внутри их тел развились жёсткие структуры. Это были первые кости. Так было положено начало эволюции позвоночных животных.
Любопытно, но «продвинутые» животные с жёстким внутренним скелетом заменили кальцит, из которого их друзья-моллюски строили свои раковины или шипы, на другой минерал, называемый гидроксиапатитом. Это разновидность фосфата кальция.
Вы можете спросить: но почему позвоночные решили использовать гидроксиапатит для построения костей? Не проще ли было использовать карбонат кальция, как у всех нормальных животных с панцирями и шипами?
Доподлинно это до сих пор неизвестно. Но есть предположение, что замена основного материала может быть связана с тем, что мышцы позвоночных вырабатывают молочную кислоту. А если капнуть несколько капель даже самой слабой кислоты на кусок известняка (состоящего из карбоната кальция), она легко растворит этот материал. Поэтому внутренний скелет, сделанный из карбоната кальция, будет изнашиваться быстрее.
А гидроксиапатит гораздо более химически стабилен. И лучше сохраняется в кислой среде, что делает его более подходящим материалом для строительства прочных костей.
Но в природе существует множество материалов, которые по механическим и химическим свойствам превосходят гидроксиапатит. Так почему же эволюция дала нам кости, состоящие из этого вещества, хотя в нашем распоряжении имеются другие, как кажется более подходящие?
Оказалось, что здесь не так всё просто.
Первым позвоночным животным свои кости приходилось строить с использованием материалов, которые им были доступны.
А ещё нужно было использовать те химические соединения, которые не угрожали жизни. И они имели приоритет над другими. Природа наверняка перебрала все доступные сочетания химических соединений, прежде чем остановилась на тех, которые одновременно были и более или менее доступными, и не несли угрозу для живых организмов. То есть не были токсичными, канцерогенными и так далее.
Именно поэтому для того, чтобы «построить» кости, наш организм растворяет соединения кальция, которые мы принимаем с пищей или специальными препаратами, далее после серии химических реакций кальций соединяется с фосфором, и образуется гидроксиапатит (этот процесс, конечно, на самом деле гораздо более сложен), который является минеральной основой наших костей и зубов.
Другими словами, всё дело в том, что состав материалов, из которых состоят наши кости, ограничен теми веществами, которые являются относительно хорошо растворимыми, и которые наш организм может обрабатывать химически. Именно этим двум условиям превосходно соответствуют многие соединения кальция.
Но что-то мы увлеклись химической частью вопроса. А что насчёт механической части? Нет ли материала, более прочного, чем гидроксиапатит, который не представлял бы угрозу для жизни? Что-то вроде стали. Или каких-нибудь других соединений железа. Или что-то в этом роде.
Нужно понимать, что механическая прочность — не единственное необходимое качество для «строительства» костей: организму нужен прочный, но в то же время лёгкий скелет, чтобы свести к минимуму количество энергии, которую ему придётся затрачивать для перемещения из одного места в другое.
И здесь гидроксиапатит – золотая середина. Он достаточно лёгок, что компенсирует его не самую высокую прочность. Именно поэтому скелет человека не состоит из стали. Это сделало бы наш организм в 3-4 раза тяжелее. При этом преимущество в его прочности было бы не таким уж и значительным.
Очевидно, что гидроксиапатит хорошо сбалансирован между своей химической и механической стойкостью и плотностью.
Да, кости всех позвоночных животных состоят из этого минерала. Однако на этой планете существуют организмы, которые эволюция «оснастила» твёрдыми частями, изготовленными из более экзотических материалов.
Например, челюсти морских червей вида Glycera dibranchiata содержат минерал на основе меди под названием «атакамит», который обеспечивает им большую устойчивость к истиранию. А челюсти рода многощетинковых червей Nereis имеют повышенную устойчивость благодаря высокому содержанию цинка.
А ещё существует морская улитка Chrysomallon squamiferum, чей панцирь покрыт пиритом. Это сульфид железа, который в изобилии встречается вокруг гидротермальных фумарол на дне океанов, где обитают эти животные.
А на сегодня всё, мои дорогие друзья. Высказывайте своё мнение по существу, пожалуйста. Как писать, как подавать материал, о чём писать, как шутить, уместны ли эти шутки или нет – позвольте решать мне самому. Все активные советчики без вступления с ними в дискуссию моментально отлетают в бан. Я предупредил, без обид.
Всем добра.
Специально для Вас!
Реклама ООО Яндекс ИНН 7736207543
Читайте ещё:
