¿Por qué nuestros huesos no están hechos de acero?

Por tanto, los materiales con los que los vertebrados podemos fabricar nuestros huesos están limitados a las sustancias que son relativamente solubles y que nuestros cuerpos pueden procesar químicamente, dos condiciones que muchos compuestos de calcio cumplen estupendamente. En realidad, no es de extrañar que los primeros organismos con exoesqueletos echaran mano del carbonato de calcio para fabricar sus caparazones, porque es muy abundante en los océanos y se precipita con facilidad sobre las cosas, formando cortezas rígidas. Y, aunque nuestros huesos de vertebrado no están hechos de calcita, sí que están producidos a partir de los compuestos de calcio que son fáciles de obtener a través de nuestra dieta y que nuestro cuerpo modifica para convertir en hidroxiapatita.

Teniendo esto en cuenta, podemos ver por qué los vertebrados no integraron ciertos materiales en sus huesos, incluso aunque fueran muy abundantes y tuvieran mejores propiedades mecánicas que la hidroxiapatita.

Por ejemplo, el cuarzo (dióxido de silicio) es uno de los minerales más comunes de la corteza terrestre, pero no es soluble en el agua y es muy inerte químicamente. Como resultado, nuestros cuerpos no lo pueden disolver, ni asimilar, ni transportar de un lado a otro del organismo, ni modificar para producir otros compuestos más útiles, así que un vertebrado con un esqueleto basado en el cuarzo no podría existir (aunque algunos organismos microscópicos usan sílice hidratado para fabricar sus caparazones).

Esta misma lógica se puede aplicar a otros minerales insolubles e inertes, como el corindón (óxido de aluminio) o el topacio (silicato de aluminio). Además, otros minerales tienen inconveniente adicional de que son tóxicos, de modo que los vertebrados nunca los podrían utilizar para fabricar sus huesos, incluso aunque tuvieran buenas propiedades mecánicas, como la galena (sulfuro de plomo) o la estibina (sulfuro de antimonio).

Ok, ya te has enrollado bastante con la parte química de la cuestión. ¿Qué hay de la parte mecánica? ¿No existe ningún material más resistente que la hidroxiapatita que sea compatible con la vida? No sé, algo parecido al acero… ¿como algún tipo de compuesto de hierro o algo así? 

Buen apunte, voz cursiva.

Hay que tener en cuenta que la resistencia mecánica no es la única propiedad importante para fabricar huesos: un organismo necesita un esqueleto fuerte, pero también ligero, para minimizar la cantidad de energía que necesita invertir para moverse de un lado a otro. Aunque existen materiales con mejores propiedades mecánicas en la naturaleza, la hidroxiapatita ofrece la ventaja de que es bastante ligera, lo que compensa su menor resistencia. Por tanto, pese a que un esqueleto hecho de alguna especie de acero de origen biológico sería mucho más resistente, también sería 3 o 4 veces más pesado… Y eso complicaría bastante nuestra supervivencia.

O sea que, aunque existen materiales con mejores propiedades, la hidroxiapatita ofrece un buen equilibrio entre su resistencia química y mecánica y su densidad. De hecho, la evolución incluso se las ha apañado para dotar a nuestros huesos de unas microestructuras que les proporcionan propiedades superiores a las que tendrían si fueran trozos macizos de hidroxiapatita.

Ahora bien, aunque es cierto todos los verterbados tienen huesos hechos de este mineral, hay organismos a los que la evolución ha dotado de partes rígidas hechas de materiales más exóticos.

Por ejemplo, la mandíbula de los gusanos marinos de la especie Glycera dibranchiata contiene un mineral basado en el cobre llamado atacamita que les ofrece una mayor resistencia a la abrasión y los del género Nereis aumentan la resistencia de sus mandíbulas gracias a sus altas concentraciones de zinc (en forma de cloruro de zinc). Incluso existe un caracol marino cuya cáscara está recubierta con pirita, un mineral hecho de sulfuro de hierro que abunda alrededor de las fumarolas hidrotermales del fondo de los océanos, donde viven estos animales.

Pero, volviendo al artículo que he mencionado al principio, el material biológico más fuerte conocido se encuentra en los dientes de un organismo bastante inesperado: las lapas.

¿Cómo que los dientes de las lapas? ¿Estamos hablando de las mismas lapas? ¿De esos moluscos que se pasan el día pegados a las rocas en la playa?

Exacto, voz cursiva… Aunque, obviamente, los dientes de estos animales no se parecen a los nuestros. En su lugar, las lapas cuentan con unas pequeñas fibras con las que escarban las rocas de la orilla y arrancan la capa microscópica de algas que las cubre para alimentarse. Por supuesto, estos «dientes» tienen que ser muy duros para poder romper la roca, así que están recubiertos de un mineral llamado goethita, un tipo de óxido de hierro.

Una lapa junto a una imagen ampliada de sus «dientes». (Fuente)

¡Ostras! ¡Entonces los esqueletos de hierro sí que existen!  

Espera, espera, no tan deprisa. Esto que tienen las lapas en sus «dientes» no es más que una cobertura mineralizada de goethita, nada parecido a un hueso y mucho menos a un esqueleto completo.

Aun así, como comenta el autor del artículo que he citado al principio, parece que no existe ningún motivo obvio por el que los vertebrados no hubieran podido desarrollar huesos hechos de algún tipo de «acero» biológico o, mejor dicho, de alguna sustancia parecida a la goethita. Al fin y al cabo, en la naturaleza existen compuestos de hierro que los seres vivos somos capaces de asimilar sin problemas y una prueba de ello son nuestros glóbulos rojos, que utilizan este elemento para transportar oxígeno a través del torrente sanguíneo.

Pero en el artículo también se menciona que, aunque a la evolución se le da muy bien cambiar las formas de los organismos y producir especies nuevas, no es tan partidaria de alterar su química y, por tanto, los materiales que componen la vida: hasta donde sabemos, desde que los vertebrados empezaron a construir sus huesos a partir de la precipitación de fosfato de calcio, este mecanismo se ha conservado a través de millones de generaciones de animales hasta llegar a la actualidad. Es cierto que existen otros minerales, como por ejemplo la goethita, con los que, en teoría, un ser vivo podría llegar a sintetizar algún tipo de esqueleto basado en el hierro, pero, por algún motivo, no existen señales de que ningún organismo lo haya intentado jamás (ni en el registro fósil, ni en la actualidad).

En resumidas cuentas, respondiendo a la pregunta de hoy, parece que nuestros huesos son de hidroxiapatita porque es un material fácil de obtener de nuestro entorno y, además, tiene un buen equilibrio entre su resistencia química y mecánica y su densidad. Pero no se sabe (en el sentido de que no hay indicios de ello) si la evolución probó otros materiales antes de que triunfara la hidroxiapatita, o si, por el contrario, fue una primera elección muy acertada que ha sobrevivido hasta nuestros días.