¿Puede el osmio reemplazar el calcio o colocarse con él para hacer un exoesqueleto humano orgánico?

Estoy tratando de diseñar a mi personaje principal en mi serie postapocalíptica para que tenga un esqueleto muy denso, orgánico y duradero. El esqueleto también debe ser capaz de soportar disparos de armas de fuego, el impacto de un mazo, así como los rayos gamma (y otras radiaciones ionizantes).

Mi idea era tener una estructura de nanotubos de osmio, hierro y carbono tejida orgánicamente para lograr que él hiciera una armadura densa y duradera que pudiera manejar una gran cantidad de energía cinética, como el fuego de una ametralladora. El personaje ya tiene músculos muy fuertes y relleno alrededor de los órganos. ¿Esto parece realista, o hay una mejor manera de hacerlo?

De dónde obtiene el osmio no es importante; solo aplicarlo a su bioquímica lo es.

¿Qué pasa con el fluoruro? En circunstancias normales, la osteofluorosis da como resultado huesos más débiles, pero si los huesos usaran una sustancia en lugar de hidroxiapatita que pudiera unirse de manera estable al fluoruro, podría fortalecerlos significativamente. Esta es la razón por la cual la pasta de dientes con flúor es tan útil.
" martillo de lodo "?! ¿Quizás un mazo?
Aparte, la única forma en que un esqueleto lo protegerá de la radiación es si es un exoesqueleto . Si se supone que es un endoesqueleto de estilo humano normal, la mayoría de los tejidos blandos que desea proteger de la radiación están fuera de él y no estarán protegidos de forma útil, incluso si está hecho de plomo.

Respuestas (4)

@Slarty tiene razón. El osmio es venenoso. Así que esa es tu respuesta.

Pero aquí hay una manera de lograr lo que quieres: quieres algo que pueda estar en los huesos y que sea increíblemente denso. Los elementos de la tabla periódica debajo del calcio pueden imitar al calcio y aparecen en los huesos. El estroncio puede imitar el calcio en los huesos y algunas personas lo toman como suplemento para prevenir la osteoporosis . El radio también es tratado como calcio por el cuerpo y termina en los huesos donde su radioactividad causa problemas.

¿Qué pasaría si hubiera un elemento superpesado que también fuera tratado por el cuerpo como calcio? Se teoriza que existe una isla de estabilidad por encima del número atómico 120, en cuyo punto los elementos vuelven a ser estables.

tabla periodica pykkos https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a5/Pyykko_periodic_table_172.svg/800px-Pyykko_periodic_table_172.svg.png

Entonces: tu héroe tiene huesos superdensos con el elemento 166 en lugar de calcio: más del doble de denso que el osmio.

Existe una condición llamada cutis osteópata: los interesados ​​pueden buscar en Google estas imágenes médicas. Las lesiones comienzan como una inflamación de la piel y luego se osifican, formando placas de hueso normal dentro de la piel. Tu heroína puede tener todo esto sobre ella. Ella no será tan linda, pero una placa de hueso superdenso podría detener una bala y luego sanar si se rompiera.

Martillos de lodo de los que no estoy seguro. Pero estoy muy entusiasmado con ellos.

¿Existe una referencia para que Unhexhexium sea el doble de denso que el oxmium? Pensé que se nivelaban y se volvían menos densos, ya que las capas de electrones se hacen más grandes más rápido de lo que aumenta el número atómico.
Gracias, eso también podría funcionar, pero los pronombres fueron un error. Lo siento.
@JDlugosz: puede que tengas razón. No me di cuenta de lo mucho que fluctúa la densidad a medida que aumenta el número atómico. Esta pregunta physics.stackexchange.com/questions/4234/… tiene un buen gráfico. No pude encontrar ningún gráfico que muestre lo que se espera de los elementos de número atómico súper alto; si puede, por favor vincúlelo.
¿De dónde sacarían este elemento 166? Claramente no ocurre naturalmente (en este sistema solar de todos modos) o lo sabríamos. Parece que esto haría que comer fuera muy caro.
@TED ​​en.wikipedia.org/wiki/… 11 g/cm, que es un poco más liviano que el plomo.
El elemento 166 puede provenir de los lugares habituales de los que provienen los elementos superpesados ​​en la ciencia ficción: tecnología extraterrestre/avanzada, corazones estelares, etc. @JDlugosz gracias por la educación. Los huesos tan densos como el plomo están al menos más cerca de lo que desea el OP.
El problema sigue siendo que incluso la isla "estable" tiene vidas medias de unos pocos segundos como máximo. ¿Tal vez hacer el truco del isómero metastabe?
@JDługosz: ¿todavía estás por aquí? Enlace más sobre ese truco de isómeros si lo desea.
@Willk No tengo un gráfico de densidad a mano.

Fuerza: mira los clubes de camarones Mantis . Son livianos y mucho más fuertes que el osmio, o el acero de titanio para el caso. Y son orgánicos. Sin problemas en la recolección de osmio, sin necesidad de cambiar drásticamente el metabolismo para sobrevivir a la toxicidad del osmio.

Para una protección significativa contra los rayos gamma, necesitaría demasiado osmio; mejor hacerlo de otra manera, a través de mecanismos de redundancia y reparación celular. Deinococcus radiodurans es capaz de soportar sin daño una dosis de radiación mil veces letal para los humanos.

Lo que significa que agregar el mecanismo de reparación de Deinococcus a su criatura le otorgaría la misma resistencia a la radiación bruta que un caparazón de osmio de 1/3 "de pulgada de espesor (los valores en el enlace son para rayos X, pero la curva de atenuación no es muy diferente de gamma), con casi ningún aumento de peso. Como señaló CJ Dennis, esto no se traduce en la misma resistencia que una bacteria (un vertebrado tiene mucho más ADN que puede dañarse, incluso si la densidad de información es menor, lo que contribuye a la resistencia: los humanos tienen alrededor de 20.000 genes contra Deinococcus' 3195), porque parte de esa resistencia se obtiene a través de múltiples copias del genoma, que los organismos superiores no pueden proporcionar fácilmente. Aun así, se cree que el mecanismo de reparación del ADN es responsable de la mayor parte de la resistencia a la radiación de alta intensidad, lo que haría que un aumento de 200 veces en la resistencia a la radiación fuera al menos creíble a primera vista.

Un mecanismo de reparación del ADN también tendría la ventaja de hacer que todos los órganos internos fueran resistentes a la radiación, no solo la médula ósea.

Protecciones adicionales

También puede agregar una capa espesa de agua y grasa como protección adicional (y reserva de energía).

Otro mecanismo útil sería la producción (posiblemente bajo demanda, ya que es biológicamente costosa) de antioxidantes . Esto podría ser indirectamente un peligro para tu criatura, si, por ejemplo, su sangre llegara a ser considerada como un elixir de larga vida.

También existe la posibilidad de una defensa pasiva , al permitir que la criatura sienta la radiactividad. Los humanos pueden sentir la radiación solo de manera muy aproximada al detectar las especies químicas generadas por la radiación ionizante (esto se ha descrito de diversas formas como un "sabor seco y metálico", un " sabor agrio en la boca " o un "olor acre") - y luego está fosfenos _ Sin embargo, normalmente, la dosis requerida para tener un efecto detectable y confiable en las papilas gustativas es lo suficientemente alta como para ser letal (Rutherford afirmó que podía distinguir los isótopos por el olfato, y no cayó muerto al hacerlo, pero esa afirmación bien podría ser apócrifo).

Una mayor sensibilidad (foto)química y un órgano especializado -una especie de tercer ojo, fuertemente protegido excepto en una sola dirección- permitiría a la criatura detectar la radiación con la precisión suficiente para evitar activamente las peores áreas, o encontrar un camino seguro entre zonas contaminadas. áreas: la contaminación gamma no es realmente omnipresente, pero sigue a la contaminación química de sus isótopos de origen. Por eso, por ejemplo, algunos tipos de contaminación están asociados con el cáncer de tiroides, porque su principal isótopo es el 131 I, que es químicamente idéntico al yodo estable y, como tal, se acumula en la tiroides. Cualquiera que sea el escape del yodio, también eliminará la mayor parte de su radiación gamma y beta asociada.

Una defensa biológicamente más complicada implicaría una detección aún más detallada de los isótopos fuente. Los biológicamente irrelevantes podrían quelarse y eliminarse rápidamente, mientras que los biológicamente relevantes podrían defenderse mediante un metabolismo adaptativo: por ejemplo, la criatura acumula reservas de calcio, y cuando detecta una contaminación 90 Sr deja de absorber calcio de los alimentos, viviendo de su reservas De esta manera, se anula la ruta normal de contaminación por estroncio (es recogido y fijado en los huesos por células osteoblásticas, que lo confunden con calcio). Sin embargo, una defensa tan detallada casi tendría que ser diseñada. Además, algunas sustancias (p. ej., 14 C, dióxido de carbono rico, así como isótopos de oxígeno y nitrógeno) todavía no podían protegerse.

La producción de células madre podría ayudar un poco, pero requeriría un órgano blindado especializado para producir células madre totipotentes ; de lo contrario, cada órgano tendría que producir su propia línea de células madre especializadas (o, como mucho, pluripotentes), lo que requeriría protección en casi todas partes.

Gracias eso ayuda mucho
Esa bacteria también es mucho más simple que un vertebrado. Gran parte de la resistencia de tales organismos tiene mucha menos complejidad para interrumpir. No se puede escalar y obtener la misma resistencia en un organismo complejo.
@CJDennis, esto es absolutamente cierto. Sin embargo, aún mejor que los huesos protegidos con osmio.
¡Tener mecanismos de reparación de ADN adicionales también lo ayuda a evitar algunos tipos de cáncer, como una ventaja!
¿Qué pasaría si, además del sistema de reparación de ADN, también tuviera una extensión en su bazo que contuviera y produjera células madre para reparar el tejido dañado por la radiación? ¿Podría eso hacerlo resistente a la radiación?

Por supuesto.....

En primer lugar, el hecho de que un elemento comparta la misma carga iónica con otros elementos no significa que pueda intercambiarse en una molécula y conservar las mismas propiedades o adquirir las propiedades del elemento reemplazado. La masa atómica tiene un efecto o propiedades moleculares.

Además, en muchos casos, no son los elementos presentes en un material los que le dan sus propiedades, sino cómo se construye ese material lo que le da sus propiedades.

Por ejemplo, echemos un vistazo al humilde Abalone

Su caparazón es a prueba de balas. Su caparazón está hecho de cristales de carbonato de calcio (calcio, carbono y oxígeno) pegados con una proteína (los posibles elementos son: K, N, O, H, C, Ca).

En otras palabras, un molusco submarino viscoso logró hacer un material más fuerte, delgado y liviano que el hierro sólido. Usando nada más que elementos comunes.

La seda de araña es otro ejemplo. Se produce al tejer largas cadenas de proteínas en un hilo que podemos tejer en una camiseta que puede atrapar una bala.

¿Puedes introducir osmio en una estructura exoesquelética? Claro, pero ¿es práctico? Probablemente no.

¿Qué pasa con los rayos gamma?

Técnicamente, ni siquiera la armadura de osmio puede protegerlo de los rayos gamma lo suficientemente fuertes. Al igual que el plomo y la radiación, solo curva la exposición en función de su espesor.

No es probable que el osmio sea una buena armadura debido a su peso. Su resistencia a la tracción es de 1000 MPa (lo que suena bien), pero con una densidad de 22,5 g/cm3, su resistencia específica es de solo 44,4 kN·m/kg, que es menor que el acero, el titanio o cualquiera de los materiales especiales para la protección de balas. .
No estoy en desacuerdo, solo decía que se podía hacer, no que se debería
Técnicamente, nada puede protegerte de un "cualquier cosa" lo suficientemente fuerte (:

No. El osmio no puede reemplazar el calcio
El tetraóxido de osmio es altamente venenoso, por lo que tendría que reorganizar la biología humana para evitar ese problema. Los nanotubos hechos de osmio, carbono y hierro tampoco suenan muy probables. Creo que estás tratando de incluir demasiada funcionalidad en este exoesqueleto. Sería mucho más fácil usar magia y acabar con ella.

La densidad extrema del osmio también lo haría extremadamente difícil de manejar. Un área de superficie de armadura corporal de 2 metros cuadrados recubierta con 1 mm de Osmio pesaría 45 kg.

El hecho de que el tetraóxido de osmio sea altamente venenoso no significa que el osmio sea inherentemente venenoso o que un proceso biológico no pueda convertirlo en algo útil. Obviamente, es poco probable que se reemplace el calcio en el hueso, pero eso no quiere decir que el osmio no pueda convertirse en una construcción similar a un hueso, ya sea por algún nuevo compuesto semiorgánico o por deposición.
@anon esto es cierto, pero con un óxido que es 50 veces más tóxico que Mercurio, no es un buen comienzo. Aunque el osmio tiene algunas propiedades útiles e interesantes, sus compuestos y aleaciones se comportarían de manera diferente, especialmente si es el componente menor. Sería mejor usar Iridium que es casi igual de denso.
la toxicidad depende de que un sistema biológico sea incapaz de procesar una sustancia química que pueda interferir con las reacciones químicas normales que componen ese sistema. El cianuro es tóxico para los humanos, sin embargo, ocurre naturalmente en las plantas. Del mismo modo, el chocolate es extremadamente tóxico para los perros.