地球生物為什麼沒有演化出依賴於鋁元素的代謝途徑?
有鑒於鋁在地殼的含量如此豐富。
個人認為的原因:在生物體內,金屬離子通常承擔以下幾種功能:
1、滲透調節,這一點主要由鹼金屬承擔,其它離子不適合
2、酶的變構等調節功能,這一點主要由鈣離子承擔
3、催化活性(酶的輔基等),這種情況又可分類:
(1)、靜電屏蔽,主要由鎂離子承擔
(2)、氧化還原的催化,主要由過渡金屬承擔
4、結構支撐功能,羥基磷灰石和蛋白質一起組成了脊椎動物的骨骼,此外多糖在許多生物中也有顯著的結構性功能
對3(2)鋁離子作為3A主族的元素,僅有一個穩定氧化態,因此無法承擔催化氧化還原反應的功能。對比鐵、銅,其離子均有2個穩定氧化態,故其在許多呼吸相關的酶系中承擔電子轉移,催化氧化還原反應的功能。
對2、3(1),這兩種功能大部分情況下需要金屬離子與氧原子結合,根據軟硬酸鹼理論,鈣鎂離子屬於硬酸,較易親和氧原子,同時也可解離。而鋁離子相比它們,半徑更小,電荷更大,「硬度」更大,在地球化學中稱為親氧元素,其氧化物為原子晶體,可見其氧原子的結合更為緊密,可能會導致其無法解離而造成不可逆的效應(不可逆的結合常常為毒物/藥物的功能),這與生物體的大量功能不符
對4,考慮鋁的各種化合物,易溶的鋁鹽自然不足以承擔結構支撐功能;原子晶體氧化鋁和鋁硅酸鹽類過於穩定,無法被生物代謝,且鋁和鈣相比,缺乏其它生物功能
綜上所述,鋁不適合承擔生物體的各項功能
當然生物學的特例很多,如果將來在生物體中發現鋁的一項功能,我推測可能是4,作為以二氧化硅/硅酸鹽構築外殼(硅藻、玻璃海綿)的組分。也有可能在某種特殊環境中的細菌/古菌中,承擔了鈣/鋅的功能
補充一個,我覺得是因為自然界鋁沒有氣態化合物,元素的循環不夠充分,所以利用起來不方便。像C, N, S, O這種可固可氣的元素循環起來效率很高。
至於Mg Fe 最高票已經說得很清楚了,為什麼不選擇Al就是化學性質的問題
如果鋁離子可以做為代謝途徑中的涉及物質,那麼,這裡就會出現一些問題。
首先,鋁離子太容易水解了。常溫下,它的沉澱ph值為2.9~3.3,ph值為5.4左右時就會沉澱完全。為了讓鋁離子穩定存在於溶液中,溶液的酸度要很高。
鋁離子是一個較強的路易斯酸(無水氯化鋁可以作為有機合成中的催化劑催化,例如fc-烷基,醯基化取代反應。),這就意味著鋁離子會結合強的電子對給體(這也是它易水解的原因),比如氧原子,有個烷氧化鋁催化的酮羰基還原(麥-杜還原)或醇羥基氧化反應(歐芬腦爾氧化),利用的就是鋁離子與氧的配位能力。這就意味著,鋁離子很有可能會改變生物分子的結構。
除此之外,鋁離子對氯離子其實也有一定的親和力,因為氯離子也是一個較弱的路易斯鹼。鹽酸和含氯離子較多的溶液可以輕鬆地腐蝕掉鋁製容器。而氯離子在生物體中常被用來平衡滲透壓。1. 鋁能形成的化合物數量太少。這其中還包括不少的鋁鹽類。大多數鋁鹽遇水都會水解成氫氧化鋁,更加降低了鋁化合物的多樣性。
2. 鋁的化合物在地表環境中幾乎只以固體的狀態出現,並且自然環境中的鋁含化合物大多數理化性質穩定。
3. 自然界中鋁幾乎只以三價形式存在,很難產生價態變化,導致鋁基生命無法進行新陳代謝,並且鋁元素很難進入水與大氣循環。
總之,在形成生命方面,鋁元素除了多以外,其他的性質與碳完全無法相比,與硅也無法相比,甚至與不同主族的氮、硫等也差的多。
可能是因為鋁既不具備鹼金屬與鹼土金屬一樣的鹼性,又不像過渡金屬一樣擁有相對大的離子半徑能接納較多配體。另外地殼中鋁的主要存在形式硅鋁酸鹽以及氧化鋁普遍比較穩定,在生命形成的早期可能沒參與到化學反應中去。。。
未來科技進步了,可以用智能做出依賴鋁的生物,把生物當成蛋白質之類的有機物做的機器,很多事情就都有可能辦到,只要技術夠進步。dna如同程序,編程的時候安排好,依賴鋁的生物也可以演化或者不演化。
鋁元素的化學性質決定了。。。。。
生物的進化歷經了千萬年,任何生存適應性的變異都會以極大概率在繁衍競爭中,逐漸佔據種群,乃至生物群主導地位,不是沒有可能產生一些如今我們看來為何不能存在的特殊情況,而是在產生了那些情況的時候,它的生存競爭力不夠強大。
可能我不太知道具體原因,但是,個人私以為如此。
億萬年的進化也是一個優勝劣汰的過程。
如果地球表面沒有鉀鈉鈣、磷碳氮這些更順手的進化工具,用鋁硅鋰等蹩腳工具也不是沒可能,但成功率實在是太低了,造物主的智商再翻十番可能都不夠用!
氫氧化鋁是沉澱物
演化出來的都老年痴呆了
你打算是搞強鹼性生命還是強酸性生命
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