重金属机器
不同于湿软的水生物，人类必须要从饮食中获取大量的金属元素。我们需要摄入各种各样的金属元素——它们被称为必需的矿物质。金属离子是单个原子，不是复杂分子，它们不能被任何生物合成。我们必须通过食物或水来摄取，对我们来说必不可少的金属离子包括钴、铜、铁、铬、镍、锌和钼。我们每天也同样需要补充大量的镁、钾、钙和钠，它们在严格意义上来说都是金属元素。
我们不将这些矿物质视作金属，是因为我们不消耗或利用它们的游离形式。相反，细胞利用的是金属的水溶性、离子化形式。为了展示这种显著的差异，我们以钠为例。
钠作为金属元素在元素周期表上出现，钠元素（Na）非常活泼，它与水接触时会着火。它有很强的毒性，一点点就能杀死一头大型动物。然而，当我们去除钠原子中的单个电子，将其转化为离子时，它则具有完全不同的性质。钠离子不仅完全无害，更是所有活细胞必不可少的物质。它与氯离子结合可以形成食盐。总而言之，钠元素与钠离子（Na+）是完全不同的两种物质。
虽然钠和钾是最重要的金属离子之一（任何细胞离开它们都无法正常运行），但人类几乎从来不用担心自己的饮食中会缺乏这些矿物质。所有的生物都含有相当丰富的钠离子和钾离子，所以无论你是原始人、素食主义者，还是其他什么情况，你总会得到身体所需要的钠和钾。急性缺钠或急性缺钾可能是一个紧迫的问题，但它通常是由于生理功能障碍导致的，比如禁食、过度脱水或其他一些短期的身体受损。
对于其他必不可少的金属离子，情况则不尽相同。你如果不通过饮食摄入，就会缺乏金属离子，并且陷入慢性疾病的痛苦之中。例如，钙摄入不足是全世界普遍存在的问题，无论是富人还是穷人都会受到影响。从设计角度来看，钙缺乏是最令人沮丧的饮食问题之一，因为缺乏钙是源于我们对食物中钙的吸收能力差，而不是食物中没有足够的钙。我们会“吃掉”大量的钙，只是我们的身体不太善于从食物中“提取”它。前文已经提到，维生素D是钙吸收过程中必需的物质，所以如果你缺乏维生素D，那么世界上所有的膳食钙都不能帮助你，因为它会直接穿过你的肠道，无法被吸收。
即使我们的身体里有大量的维生素D，我们对钙的吸收仍然不是很理想，而且随着年龄的增长，我们的钙吸收能力也会越来越差。婴幼儿大概能吸收他们摄入钙量的60%，成年人却只能吸收20%左右，到了退休年龄，则下降到10%甚至更低。我们的肠道很难从食物中提取钙，以至于我们的身体被迫要从我们的骨骼中去提取钙——这是一个具有毁灭性后果的策略。由于长期缺乏钙和维生素D，大多数人会在暮年患上骨质疏松症。
在史前时期，很少有人能活过30岁或40岁，所以你可能会认为钙缺乏对于我们的祖先来说并不是一个问题。然而，即使如此，大多数古人类骸骨中都呈现出钙和维生素D明显缺乏的迹象，而且它们的缺乏程度——包括当时的年轻人——看起来都要比现代人严重。
所以对于人类来说，骨质疏松症和引发该症的钙缺乏绝对不是新问题。人类在获取另一种重要的矿物质铁时，也常常会遇到类似的困难。
铁是人体内和地球上含量最丰富的过渡金属元素（以导电良好著称的过渡金属元素占据了元素周期表中的大部分区域）。与其他金属元素一样，我们使用的是离子化的铁原子，而不是铁元素的金属形态。大部分铁元素在形成之后不久就沉入了地球的核心，所以我们在地表上找到的大部分都是缺少1个、2个或3个电子的离子。事实上，铁可以在这些不同的离子状态之间切换，这是它在人类的细胞中发挥特殊效用背后的秘密。
铁最为人所熟知的是在血红蛋白中的作用，这种蛋白质可以将氧气运送到全身各处。红细胞中含有血红蛋白，每一个血红蛋白分子需要4个铁原子。实际上正是铁原子赋予了血红蛋白特有的红色（这意味着你的血液和火星表面有着远超你想象的更多共同点）。铁对其他重要功能也至关重要，包括从食物中获取能量。
尽管我们的身体内、环境中、地球上和太阳系中都有大量的铁，但铁缺乏仍然是人类最常见的与饮食相关的疾病之一。事实上，根据美国疾病控制与预防中心和世界卫生组织（WHO）统计，铁缺乏是美国乃至世界范围内最常见的营养缺乏病。不夸张地说，我们生活在一个充满铁的世界里，但铁缺乏竟是一种流行病，这是非常矛盾的。
由铁缺乏引起的最严重的问题是贫血症，这个词很容易被翻译成“没有足够的血液”。因为铁是血红蛋白分子的重要组成部分，而血红蛋白又是红细胞结构和功能的重要组成部分，所以铁含量过低损害了机体产生血细胞的能力。据世界卫生组织统计，50%的孕妇和40%的学龄前儿童因缺铁而贫血。据估计，目前世界上70亿人中至少有20亿人患有贫血症。每年有数百万人死于这种疾病。
这同样是因为糟糕的设计造成了人类的铁缺乏。人类的胃肠道很难吸收植物中的铁。植物性食物中的铁和动物性食物中的铁在结构上是不同的。在动物体内，铁通常存在于血液和肌肉组织中，而且很容易处理，人类能够轻松地从一块美味的牛排中获取铁元素。然而，植物中的铁则被嵌入了蛋白质复合物中，这些蛋白质复合物在人类肠道中更难被分解，它们将留在胃肠道中，最终随粪便排出，因此对于素食者来说，保证足够的铁的摄入是另一个注意事项。在这方面，人类比大多数动物更差劲。地球上的大多数动物主要以素食为生或是完全食素者，然而它们的肠道在铁吸收方面却做得很好。
此外，还有许多关于铁摄入的影响因素，会进一步减少机体对它的吸收。例如，当铁与其他容易被吸收的物质——像维生素C——一起被服用时，可以提高人体的铁的吸收率。素食者可以采用这种方式增强对铁的吸收。同时吃含铁和维生素C的食物，可以确保他们的身体能够更好地吸收这两种物质。食物中如果含有大量的维生素C，就能使机体对铁的吸收率增加6倍。不幸的是，反之亦然——食物中维生素C含量低也会使铁的吸收率降低，这往往会导致人们同时患上维生素C缺乏病和贫血症。想象一下你同时患上这两种病的情景。你脸色苍白，昏昏欲睡，这还不是最糟糕的。与此同时，你可能还会失去肌肉张力，出现内出血。生活在发达国家的素食主义者避开了这种致命的陷阱，因为他们可以接触很多铁和维生素C含量很高的食物，比如花椰菜、菠菜和白菜。然而，生活在发展中国家的穷人通常不会那么幸运。因为在不发达地区，这些关键食物往往是稀少的，它们的生长有分明的季节性。
或许是觉得人类摄取铁元素还不够难，还有其他几种食物分子会干扰机体对铁的吸收，特别是摄取植物中的铁，例如豆类、坚果和浆果等。我们常常被告知要多吃这些食物，因为它们含有多酚，但这会降低我们对铁的提取和吸收能力。同样，全谷物、坚果和种子中的植酸含量很高，这往往会阻碍小肠对铁的吸收。这些并发症对于地球上那些因贫困而面临贫血危险的20亿人来说尤其严重，他们很少能够吃到肉类和含铁的食物。他们的饮食往往是多酚、植酸等含量非常高的食物，这使得他们更加难以吸收植物性食物来源的铁。为获取我们所需要的包括铁在内的所有元素，饮食多样化是一个很好的策略，但是多样的食物要搭配得当，不要同时食用富含铁的食物和阻碍铁吸收的食物。
另一个影响铁吸收的饮食成分是钙，它可以减少铁的吸收达60%。因此，为了能最大限度地吸收铁，富含钙的食物（如乳制品、绿叶蔬菜和豆类）应与富含铁的食物分开食用，特别是珍贵的植物性食物来源的铁。如果你费心费力地准备了富含铁的食物，但却把它们和富含钙的食物搭配在一起食用，也还是白费功夫。选择食用正确的食物来满足我们严格的饮食需求是不够的，我们还要以正确的组合来吃这些食物。这就是许多人选择服用复合维生素的原因。
和缺钙一样，缺铁是史前人类相较于现代人类在饮食中更常遇到的另一个问题。虽然早期人类的主要食物很可能是肉类和鱼类，但是这两种食物都具有季节性，经历长时间的食物丰沛或匮乏，这些食物时多时少，时有时无，而对于生活在内陆地区、完全依赖于肉类的人类而言，蛋白质尤其难以获得。在人类发明农业之前，可供食用的植物与现在人们习惯吃的食物完全不同。那时的水果个头很小，吃起来也没什么味道；蔬菜苦涩，口感不清脆；坚果质地很硬，味道难以下咽；谷物颗粒粗，纤维多。更糟的是，阻碍人类吸收铁的植物比能为人类提供铁元素的植物更为常见。
虽然在当今时代，人类从素食中获取足量的铁并不难，但在石器时代，这几乎是不可能的。绝大多数史前人类在肉类短缺的时候都会患上严重的贫血症。这也是农业社会之前的人类群体大多会迁移到海岸线或其他水域周边的原因之一：作为铁元素的食物来源，鱼类比肉类更可靠。
你或许会疑惑，贫血症对人类来说是一种致命且持续的危险，可是人类最终还是生存下来了。不过，我们差一点儿就没能存活。纵观大部分的史前历史，我们的物种几乎濒临灭绝。在过去的200万年里，至少有6个人类物种曾经存在，但除了一个人类物种（现代人或智人），其余都已经灭绝。在人类物种漫长旅程中的某些时刻，我们的祖先数量曾一度非常少，按照今天的标准，它们肯定会被列为濒危物种。另外，在各个不同的人类物种中并没有哪一个能比其他任何一个更高级（直到大约3万年前尼安德特人种灭绝，智人成了唯一存活的人类物种），所以现代人类不能确保他们的大脑在每一次濒临灭绝的边缘都能幸免于难。导致人类濒临灭绝的原因有很多，但缺铁性贫血肯定是其中之一。
更令人难以接受的是，在努力维持体内铁平衡这件事上，人类似乎是独一无二的。除了人类，没有任何一个成功的物种曾被记载有猖獗的贫血症或铁缺乏现象。
那么，其他动物是如何应对获得足够铁的挑战的呢？毕竟，对这种必需矿物质的需求不是人类独有的，也没有其他哪种动物自身能够合成。当然，即使不是在人类身上，进化也已经想出了解决这一挑战的方法。
答案很复杂。水生动物，无论是鱼类、两栖动物、鸟类、哺乳动物，还是无脊椎动物，在获取铁元素方面的情况都不相同，因为铁离子在海水和淡水中都很丰富，虽然水生动物仍然需要从水中提取铁离子，但是这对它们来说并不是什么问题。同理，铁在岩石和土壤中也很丰富，所以植物很容易获取铁元素。
看来相对于人类来说，食草动物或主要以植物为食的动物，更擅长在它们的饮食中加入丰富的铁源，或者更擅长从它们的食物中将铁元素提取出来。当这些物种经历饥荒、迁移或其他压力因素时，缺铁现象便会普遍存在，但这是一个“结果”，而并非原因。人类则是唯一一种即使是在不愁吃喝的时候仍然会遭受缺铁痛苦的物种。
令人沮丧的是，我们完全不理解为什么我们很难获取足够的铁元素。为什么人类不擅于提取植物中的铁？为什么我们对不经意间同时食用富含铁元素的食物和抑制铁吸收的食物会如此敏感？这些似乎是人类独有的问题。人类体内负责吸收铁的基因有可能经历了一次或多次基因突变，或许这在当时并不重要，因为我们祖先的饮食中有丰富的动物来源的铁，可能是鱼类或大型动物。这是一个合理的假说，尽管还没有被证实。
其他重金属的缺乏比铁缺乏更罕见，这主要是因为我们对这些矿物质的需求非常少。我们只需要很少量的铜、锌、钴、镍、锰、钼，以及其他一些元素。在某些情况下，我们可能几个月甚至几年都不需要摄入这些金属元素，仅仅依靠我们体内的储备就够了。
然而，这些微量的重金属元素对人类来说也是至关重要的，如果我们的饮食中完全不含这些重金属，最终我们的生命就会受到威胁。是进化的失误让人类难以吸收它们，还是这只是人类未能适应这种挑战？两者有什么区别吗？有很多微生物根本就不需要这些元素。事实上，没有一种微量金属元素是所有生物体都需要的。换句话说，对于每一种重金属元素而言，都有一些生物体设计出用它们自己的分子来完成这些重金属元素的工作。而人类却没有在这方面下功夫，所以我们需要各种各样的微量金属离子。