既然钢铁这么厉害,自然界也不缺铁元素,为什么动物的爪牙不进化成钢铁? 第一,目

科普班的春夏天 2024-12-25 19:53:50

既然钢铁这么厉害,自然界也不缺铁元素,为什么动物的爪牙不进化成钢铁? 第一,目前为止,研究员分别在西南印度洋底的Kairei热泉群、Solitaire热泉群及龙旗热泉群发现了三种不同的磷角腹足蜗牛,这些蜗牛占地总面积不大,大约相当于两个美式足球场。其中Solitaire热泉群的蜗牛外壳颜色较浅,且不含铁,而Kairei热泉群的蜗牛外壳颜色较深,含有铁元素,具有磁性。此外,这三个热泉所含物质不同,因此,三种蜗牛的外壳也不尽相同,这种差异也很可能和它们身上的细菌有关。深色变种的蜗牛体内,具有浅色蜗牛所没有的细菌种类,而这些细菌可以帮助生成含铁硫化物。不过研究人员也不能排除蜗牛靠自己生成含铁硫化物的可能,毕竟暂时还没有人在实验室里培养出这些细菌。另一方面,目前磷角腹足蜗牛生活的这三个地区,有两处位于深海采矿区域内,很可能会被采矿破坏,此处的蜗牛也很可能会被钻井掀起的泥沙掩埋,因此,磷角腹足蜗牛已经被列为濒危动物。我们只能希望这些蜗牛凭借雌雄同体的高效繁殖能力,快速产出后代,带领“族牛”躲过一劫。 第二,动物的爪牙不进化成钢铁的原因主要在于以下几个方面:①生物体内物质的限制:生物体内的物质无法制造出类似钢铁的超强材料。虽然铁元素在自然界中广泛存在,但生物体内的合成过程无法达到钢铁所需的高纯度和复杂结构。此外,钢铁的制造和维护需要大量的资源和能量,以及高超的工艺技术,这些都是生物无法达到的。②铁元素的局限性:铁元素容易生锈,而深度锈蚀的铁非常脆,容易磨损和折断。这意味着如果动物的爪牙进化成钢铁,它们在捕猎过程中可能会很快报废。此外,合成铁的速度远低于铁的锈蚀速度,这使得钢铁作为捕食器官材料在自然环境中并不实用。③资源和能量的消耗:即使铁基生物能够进化出类似钢铁的材料,其所需的资源和能量消耗巨大。例如,合成304不锈钢需要镍、铬等资源,而这些资源在自然环境中稀缺且对碳基生物有毒。此外,复制工业合成304过程所需的能耗对自然演化而言是天堑。④自然选择的作用:自然界中已经有许多不同种类的爪牙和武器可以满足生物的捕猎和防御需求。这些武器和爪牙在自然选择的作用下逐渐演化成现在的形态,既能满足生物的需求,也不会对生物的生存造成过大的负担。因此,尽管钢铁是一种非常优秀的材料,但动物的爪牙不可能进化成钢铁,因为这不符合生物进化的逻辑和自然选择的原则。 第三,没有处理过的铁强度其实还没动物牙齿高,合金的话稀有金属材料难以大量获得,想要超过至少得达到钢材强度,钢材又比较活泼自然情况下易生锈。综合看来,不如多换几次牙齿和爪子划算,钙在自然界就多多了,还比金属轻巧。 第四,钢铁的优势是兼顾硬度和延展性,氧化的问题其实也可以通过新陈代谢的方式来解决。另外,其实生物不用铁的原因还是两条:一是铁虽然常见,但是在地表比起钙而言要少的多。二是生物严格来说是演化,而非进化,初始方向限定了未来路径。 第五,拿钙和铁做个对比:其一,同属于金属,具有金属性质。其二,原子量钙比铁小,意味着等量物质,钙更轻。其三,作为氧化物、化合物,钙的强度优于铁。其四,与氧结合的产物,钙更稳定,铁更活泼,所以生物体把钙用在骨骼中,把铁用在血液中(几丁质是高分子有机物,和元素不是一回事,不做讨论)。事实证明,就现在的环境(温度、气压、氧含量、自然中物质富含量)而言,现有身体结构是最适应的。 第六,不是动物爪牙用不起钢铁,是自然世界用不起爪牙。如果可以大量制造人造骨骼或动物爪牙类似的材料,那将是材料科学的巨大进步,毕竟又轻又坚固,还环保。 你觉得哪一个观点更有说服性?欢迎留下你客观的见解。

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