Scienze Naturali, Scienze dei Sistemi Naturali,
Evoluzione del comportamento animale e dell’uomo

Biomineralogia

Biomineralogy

Anno accademico 2013/2014

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Risultati dell'apprendimento attesi
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Strumenti didattici

Obiettivi formativi

Comprensione dei meccanismi della crescita cristallina applicata ai settori biologici dove essa svolge un ruolo importante; l’ambiente chimico e biologico e la formazione dei minerali; il ruolo della biologia e degli organismi nei cicli geochimici naturali; riconoscimento delle funzioni delle strutture inorganiche organizzate nei tessuti biologici. Conoscenza delle principali fasi minerali nei tessuti biologici vegetali e animali e loro nozioni sull’interazione tra mineralogia ambientale e organismi. Comprensione dei record ambientali nei depositi minerali di origine biologica.

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza delle interazioni tra sostanze minerali e organismi viventi.

Comprensione del ruolo delle strutture minerali inorganiche nei tessuti organici.

Identificazione di possibili fasi minerali negli organismi.

Comprensione delle interazioni e delle loro conseguenze a breve e lungo termine.

Programma

La mineralogia e i minerali; le specie minerali più comuni e le loro caratteristiche. Le proprietà chimiche e fisiche di maggiore interesse per la biomineralogia. La simmetria e la morfologia dei cristalli. I fattori che modificano la morfologia. Fasi amorfe, precursori e fasi cristalline. Il polimorfismo.

Il prodotto di solubilità, la saturazione e la sovrasaturazione in fase acquosa e in soluzioni di tipo biologico. La nucleazione e la crescita cristallina. Nucleazione omogenea ed eterogenea. L’epitassia come template per la cristallizzazione biologica. I metodi della crescita cristallina applicabili ai sistemi biologici.

Il prodotto di solubilità, la saturazione e la sovrasaturazione in fase acquosa e in soluzioni di tipo biologico. La nucleazione e la crescita cristallina. Nucleazione omogenea ed eterogenea. L’epitassia come template per la cristallizzazione biologica. I metodi della crescita cristallina applicabili ai sistemi biologici.

I processi mineralogici e geochimici globali di interesse biologico. La sequestrazione della CO₂, la precipitazione dei carbonati, la deposizione di sedimenti silicei, le ricadute geologiche dei grandi cicli biologici.

La silice: Radiolari, Diatomee, Spugne, solubilità della silice in funzione del pH.

I Carbonati di calcio. Cianobatteri. Stromatoliti. Coccoliti, Foraminiferi, Echinoidi, Molluschi, Artropodi. La madreperla, le perle, i coralli. La stabilità dei carbonati di calcio in funzione delle condizioni ambientali.

I fosfati: l’apatite e la biomineralizzazione nei vertebrati. I tessuti osteogenetici, le ossa, i denti. Avorio. Gli otoliti.

Ossidi di ferro: Radula dei molluschi terrestri, batteri magnetotattici e magnetite.

Altri minerali di interesse biologico e medico: acetati, ossalati, tartrati, lipidi e fosfolipidi, urati. La cristallizzazione delle proteine a scopo di indagine.

L’acqua e la cristallizzazione dell’acqua nei sistemi biologici. Il ghiaccio come minerale. Le strategie per la sopravvivenza al freddo e la sovrasaturazione del ghiaccio.

I minerali e l’ambiente, inquinamento da metalli pesanti e organismi viventi. Esempi di problematiche relative a contaminazione naturale da mercurio, cadmio, selenio, fluoro, arsenico e ricadute sui sistemi biologici.

I minerali e l’ambiente, inquinamento da metalli pesanti e organismi viventi. Esempi di problematiche relative a contaminazione naturale da mercurio, cadmio, selenio, fluoro, arsenico e ricadute sui sistemi biologici.

I minerali patologici nel corpo umano. I minerali e l’ambiente, inquinamento da polveri e organismi viventi. Definizione di polvere, caratteristiche del particolato (morfologia e dimensioni). Formazione e trasporto. Impatto sulla salute.

Processi di biomineralizzazione e problemi relativi agli effetti sulla vita.

Biominerali e organominerali: diretti e indiretti indicatori di vita terrestre e extraterrestre.

Biomateriali ibridi naturali e artificiali: esempi di applicazioni in campo medico

Uso dei batteri nell’industria mineraria

Interazioni tra funghi e minerali

Interazioni tra funghi e licheni

Caratterizzazione di biominerali

Il materiale didattico presentato a lezione sara' disponibile su sito internet. I testi verranno consigliati a inizio corso.

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