Есть ли и могут ли быть, у человека металлические части тела?

Приходил ли вам в голову такой вопрос: "Почему нет организмов с металлическими частями тела, такими как оружие, кости и доспехи? (Или есть?)".

Я задавался вопросом, почему организмы, похоже, не используют прочность на растяжение и другие свойства металла, как мы делаем в металлических инструментах и конструкциях. Я, очевидно, не говорю о микроскопическом использовании металла, например, в человеческой крови и т. Д.

Почему нет растений с металлическими шипами? Нет деревьев с "усиленной" древесиной? Нет покрытых металлом ленивцев? Нет жуков со сверлами с металлическими наконечниками? Или есть?

Я могу вспомнить некоторые потенциальные факторы, почему их нет (или их мало), но я не знаю, верны ли они:

Слишком мало металла вблизи поверхности?

Существуют ли определенные химические свойства, из-за которых металл трудно извлекать и накапливать в больших количествах?
Металл слишком тяжелый, чтобы носить его с собой, даже в тонком слое, сетке или наконечнике?
Может ли металл с высокой (растяжимой и т. Д.) Прочностью Коваться только при слишком высоких температурах, Чтобы выдерживать внутри (или прикасаться) к органической ткани, и является ли кристаллизованный металл слишком слабым?
Функционально сопоставимы органические материалы, такие как рог, кость, дерево и т. Д. на самом деле они лучше справляются со своими задачами, чем металл, и используем ли мы, люди, металл только потому, что мы недостаточно хороши, например, в использовании рога для изготовления брони или хитина для изготовления сверл?
Как хищник, я хотел бы съесть много позвоночных и сохранить металл из их крови, чтобы укрепить свои клыки...

Дело не в том, что металла нет. Железо, в частности, является четвертым наиболее распространенным элементом в земной коре, а почва, имеющая красноватый цвет, содержит железо. Есть несколько причин, по которым вы не видите железные экзоскелеты на животных постоянно. Во-первых, полностью восстановленный (степень окисления 0) металл имеет высокую энергетическую стоимость для создания в восстановленной форме.

Железо является вторым по распространенности металлом после алюминия в земной коре, но оно почти полностью присутствует в окисленном состоянии, то есть в виде ржавчины. Большинство биологических функций железа в +2/+3 степень окисления, которая больше похожа на ржавчину, чем на металл. Цитохромы и гемоглобин являются примерами того, что железо более ценно как химически активный биологический агент, чем структурный агент, используя окисленные ионы железа, как они это делают. Алюминий, самый распространенный металл на Земле, обладает относительно небольшой биологической активностью - можно предположить, потому что его окислительно-восстановительные затраты даже выше, чем у железа.

Если есть какие-то причины, по которым восстановленный биометалл не проявляется очень часто, неспособность биологических систем вносить восстановленные (металлические) металлы не является одной из них. Кость и панцирь являются примерами биоминерализации, когда белки, осаждающие карбонат кальция или другие оксиды в материале, структурируются белками, чтобы быть прочнее, чем они были бы в виде простого кристалла. Есть случаи, когда, по общему признанию, биологические системы производят небольшие кусочки восстановленного металла. Магнитосомы упоминаются магнитотаксические бактерии, но есть также случаи накопления восстановленного золота микроорганизмами.

Я бы сказал, что, хотя железные скелеты могут показаться преимуществом, они электрохимически нестабильны - кислород и вода будут иметь тенденцию быстро окислять (ржаветь) их, и организму придется тратить много энергии на поддержание его в рабочей форме. Электропроводность звучит полезно, но нервная система поддерживает высокий уровень контроля над объемным потоком тока, даже в таких случаях, как электрические угри, ток которых создается градиентами от ацетилхолина.

Более того, это факт, что биологические материалы на самом деле работают так же хорошо, как и металл, или лучше, чем металл, когда это необходимо. Паучий шелк обладает большей прочностью на растяжение, чем сталь (вдоль направления нити). Раковины моллюсков являются моделями танковой брони - они удивительно устойчивы к проколам и поломкам. Время, необходимое для биологической эволюции металлизированных структур, может быть слишком долгим - к тому времени, когда появилась металлизированная версия органа или скелета, кости, оболочки и волокна, которые, как мы знаем, вероятно, имеют большое преимущество и избирательное преимущество.