原創 小刀 果殼

如果要給人類對未來的執念列個名單，機械金屬骨骼必須擁有姓名。從漫威系列中的鋼鐵俠到《攻殼機動隊》中擁有“機械義體”的少佐，他們以鋼鐵合金取代人類現有的鈣質骨骼，成為超級人類。

作為一個曾經從單車上做拋物線落體、直接 pia pia 摔裂 7 根肋骨的人，不禁想追問一句：自然界那么多元素，為什么非要用鈣做骨頭，金銀硅鎳不香嗎？如果是金元素作為骨骼的主要成分，摔倒不就是鬧著玩兒的事了嘛。

如果摔了不會骨折，那就可以隨隨便便摔了。日常對話：

“今天您摔了嗎？”“在摔，勿cue。”

人類為什么選擇了鈣質骨骼？這得回到數億年前，從故事的開端說起。

骨骼崛起：說好的一起軟呢？

在幾十億年的漫長演化中，生命究竟是在哪一刻首次擁有了骨骼，我們至今還無法給出確切的答案。但至少在 6.35億～5.41億年前的埃迪卡拉時期，只有極小部分生物擁有骨骼，其余的大多數家伙仍是軟綿綿的。它們躺在海底，不擅長移動，各自以微生物席為食，彼此并不打擾。

埃迪卡拉時期生物群復原圖 | Ryan Somma

這樣的歲月靜好，隨著寒武紀到來而被打破。此時，地球變暖，海底植物增加，氧氣大量積累。這為地球提供了更多的食物和更適宜的環境，催生了體積更大、能夠快速移動、更耗氧的動物。生命種類和形態的暴漲，帶來了所謂的“寒武紀生命大爆發”。

隨之而來的，是物種之間愈發激烈的競爭。狩獵者與獵物之間的角逐大量出現，攻守雙方都得加緊“升級裝備”。例如，它們需要更先進的視覺系統，精準定位對方。全身綿軟的狀態，也無法滿足迅速行動的需求。

有的生物則在此時發展了挖洞躲避的能力，如已經滅絕的加拿大蟲 Canadaspis，這讓它們能向下開發生存空間 | Claire H. / Wikimedia

它們必須把自己支棱起來，用硬構造支撐身體。就這樣，為了吃到和防止被吃，骨骼成為了演化之路無可避掉的一環。

制造骨骼：誰是“天選之子”？

骨骼演化是一個漫長的過程，但我們不妨將數千數萬年的歷史，濃縮到寒武紀海底一只小蟲子的身上——就強行給它取名“托尼”好了。不論作為捕或被捕的一方，想要在寒武紀這個修羅場里活下來，托尼都必須讓自己硬起來，它的出路之一是生物礦化——沉積礦物，制造堅硬的身體結構。

不知道托尼長什么樣子，但在寒武紀早期，大部分小蟲子都長得恍恍惚惚，例如這個在云南澄江生物群發現的云南火把蟲（Facivermis yunnanicus）| Franz Anthony

生物礦化在很久之前就已經發生，但其馬力全開還是在寒武紀。此時氣溫上升，冰川融化，海水侵蝕海邊的沉積巖，將巖塊中的鈣、鐵、鉀等金屬離子帶到海水中，這為托尼們提供了豐富的礦物質原料。

但要用哪一類礦物質，托尼還有很多選擇。

選擇一：沙粒碎片和植物殘骸

如果托尼要求不高，可以用分泌物將沙粒碎片（如云母）和植物殘骸黏在身上。雖然手法湊合，工藝粗糙，但也不失為一種早期的外骨骼（外殼）造型。

寒武紀早期，將云母片黏起來作為“外殼”的小蟲子 Onuphionella durhami | Signor & McMenamin

選擇二：鐵化合物

如果托尼是個真·頭鐵的小蟲子，可以選擇鐵質外骨骼。例如鱗角腹足蝸牛，不僅腳上覆蓋硫化鐵鱗片，軀體還有三層外殼，從外而內分別是硫化鐵殼、有機角質層和鈣質殼。

必須擁有圖片的鱗角腹足蝸牛（Chrysomallon squamiferum）| Kentaro Nakamura et al.

選擇三：二氧化硅

托尼還可以成為硅基生命一代目，用二氧化硅打造外骨骼，例如放射蟲。

放射蟲類化石 | Shan Chang, Qinglai Feng, Lei Zhang

選擇四：鈣化合物

不過，上面所說的例子都少見，最主流的選擇還是鈣化合物。因為對于普通小蟲子托尼來說，它在選擇礦物質時，需要考慮諸多現實因素：

首先，這種元素在環境中的含量必須足夠高；其次，有機體要能夠在細胞層面運輸、調控、利用它們，才能制作生物礦化物。

在骨骼演化之始的海洋環境中，鈣離子含量豐富；而且幾乎所有細胞都可以調控生物體內部的鈣質水平。自然界存在最廣泛的碳酸鈣礦——方解石和霰石，因此成為生物礦化的主要來源，是托尼們制作外骨骼的首選。

至此可以回答，在演化之初，我們的蟲子祖先嘗試過用各種礦類來打造外骨骼。但可能是當時的海洋環境和大多數生物體內本身的機理，讓鈣質骨骼成為最大贏家。

寒武紀早期的小殼化石，是托尼們的重甲（外骨骼）| Precambrian Research

生物礦化是一個復雜的過程，涉及礦物質的沉淀和生長，需要各種蛋白質的參與。在演化進程中，更改礦物質非常困難，這就像一個大型工廠突然改做其它產品，所有相關的設備都必須調整和更換，成本太大。

到現在為止，骨骼的生成已經和環境非常契合，沒有理由再做改變。鈣質骨骼不僅出道即王者，還成為了長盛不衰的“天選之子”。

寒武紀生命大爆發，帶有外骨骼的生物大量出現 | Carel Pieter Brest van Kempen

骨骼啟示：硬才是王道霸業

生命對光的感知，誘使視覺的出現和演化，這如同推翻的第一塊多米諾骨牌，引爆寒武紀生命大爆發。骨骼的出現，則如同綠巨人浩克變身，拔地而起，撐起演化之路的強勢突破。這兩者是演化的結果，反過來又成了演化的動力，促使更多物種出現。

在骨骼化的道路上，我們越走越遠。今天看到的昆蟲如蝗蟲和蟑螂、甲殼動物如螃蟹和蝦、腹足動物如蝸牛、雙殼動物如蛤蜊等，殼就是它們的外骨骼。

蟬在樹上留下的外骨骼 | Sputniktilt / Wikimedia Commons

內骨骼的演化也幾乎同時發生，出現了脊椎動物這一分支。有了脊椎的支撐，大型脊椎動物開啟了對陸地的征途。在離開大海后，億萬年間，生命在陸地開拓、協作、追逐和相互絞殺，并在一次又一次的大滅絕后，最終演化出背骨直立的人類。

2014 年，古生物學家在紐芬蘭島發現了 5.5 億年前的遺跡化石。軟綿綿的不擅移動的埃迪卡拉動物們，在上面留下了無規則的活動痕跡。我們仿佛看到，它們由于沒有硬殼支撐而跌跌撞撞地摸索，由于神經系統未演化，它們無法感知周圍環境，亦無法與近鄰打個招呼。

埃迪卡拉時期的化石。由于這一時期只有很少的生物擁有外骨骼，其他軟綿綿的動物幾乎不可能被保存下來，因而現存的化石主要是遺跡化石，它們記錄了古生物活動時留下的遺跡或遺物 | Calla Carbone and Gut M. Narbonne

在這層化石上方 1.2 米處，痕跡變得有規律，密集地排布在沉積巖上。其中有一條彎彎曲曲的痕跡線，在某個節點后突然變得筆直。

古生物學家猜測，這可能是寒武紀一只小蟲子留下的活動痕跡。它或許突然發現獵食者，迅速逃離；或者直接被捕食者拖走。這一條筆直的痕跡，很可能是因為有了硬的骨骼才可以留下。在一次次的絞殺中，自我升級，努力突圍，這就是生命在演化史上的漫漫征途。

寒武紀節肢動物的抓痕 | Calla Carbone and Gut M. Narbonne

沒有人能夠精準推算，這 1.2 米對應著多長的時間；僅憑化石證據，也難以拼湊出骨骼演化的全貌。但我們可以謹慎地說，擁有骨骼的生命，就在這 1.2 米之間大量出現，不斷繁衍——而它們的后代之一，剛剛敲下這行字。

想一想，5.4 億年前的小蟲子面對強大的對手，為自己打造了一副骨骼，讓命運俯首；而今的我們，繼續在科幻世界里期翼機械骨骼的出現，渴望用它筑起巨浪之中船體的鋼骨之撐，擁有對命運的掌控。

機械骨骼已經成為了科幻作品里的常見設定 |《攻殼機動隊》

遙遠的過去和無可預想的未來，仿佛就在此交疊。

參考文獻

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https://en.wikipedia.org/wiki/Cambrian.

作者：小刀

原標題：《啪唧一摔，骨頭就折。老祖宗怎么就沒換個材料造人呢？》

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