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

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.

Conoscenza e capacità di comprensione

Alla fine di questo insegnamento lo studente dovrà:

• Possedere una conoscenza del quadro concettuale e termodinamico, entro il quale tutta la fenomenologia della biomineralogia viene inquadrata;
• Conoscere gli strumenti fondamentali, sviluppati in ambito termodinamico, per lo studio dei processi di nucleazione e crescita delle fasi cristalline nella biomineralogia;
• Conoscere i principali minerali in biomineralogia e gli organismi che li producono.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Alla fine di questo insegnamento, lo studente sarà in grado di:

• interpretare in chiave termodinamica vari aspetti fondamentali concernenti la crescita dei cristalli nell’ambito della biomineralogia;
• utilizzare con competenza modelli termodinamici per spiegare la nucleazione e la crescita di fasi cristalline;
• conoscere i minerali più importanti e i loro meccanismi di formazione in ambiente bio.

Autonomia di giudizio

Alla fine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di valutare quantitativamente la validità, l’applicabilità, l’attendibilità e i limiti di un dato modello termodinamico nella risoluzione di un dato problema associato alla biomineralogia.

Abilità comunicative

Alla fine dell’insegnamento lo studente dovrà:

• essere in grado di descrivere, sviluppare e impostare un dato problema riguardante la biomineraloga utilizzando il linguaggio corretto in ambito termodinamico e cristallografico;
• interfacciarsi con altre figure, in differenti ambiti che considerano gli stessi problemi da punti di vista diversi, mostrando e illustrando gli aspetti importanti ed essenziali di carattere termodinamico che possono portare contributi all’analisi e soluzione di problemi.

Capacità di apprendimento

Alla fine di questo insegnamento lo studente avrà sviluppato le capacità di studio autonomo di problematiche inerenti la biomineralogia, da affrontarsi con gli strumenti concettuali e tecnici appresi.

Ripasso di mineralogia: (i) cosa è un minerale, simmetria nei cristalli, gruppi puntuali, cella elementare, direzioni cristallografiche, indicizzazione delle forme cristallografiche; (ii) le specie minerali più comuni in biomineralogia e le loro caratteristiche strutturali; (iii) le proprietà chimiche e fisiche di maggiore interesse per la biomineralogia; (iv) principali tecniche analitiche per il riconoscimento e la descrizione dei minerali; (v) esercizi.

Ripasso ti termodinamica: (i) definizione di funzione di stato, variabili intensive e estensive; (ii) definizione di potenziale chimico e energia libera di Gibbs; (iii) forme differenziali e integrate delle principali funzioni di stato; (iv) relazione di Gibbs-Duhem; (v) esercizi.

Ripasso di geochimica: (i) il prodotto di solubilità, la solubilità, la saturazione e la sovrasaturazione in fase acquosa e in soluzioni di tipo biologico; (ii) curve di solubilità e loro utilizzo; (iii) esercizi.

Crescita cristallina applicata alla biomineralogia: (i) sovrasaturazione termodinamica di un sistema; (ii) definizione di superficie (interfaccia) e energia di superficie (interfaccia) di un cristallo; (iii) energia di adesione di un cristallo (relazioni di Young e Duprè); (iv) nucleazione omogenea e eterogenea (3D e 2D); (v) definizione di epitassia e maglia 2D di coincidenza per descriverla; (vi) forma di equilibrio di un cristallo (teorema di Gibbs-Wulff); (vii) classificazione delle facce dei cristalli, leggi di crescita delle facce dei cristalli, morfologia di crescita dei cristalli; (viii) fattori che influenzano la morfologia di crescita dei cristalli in ambiente bio; (ix) esercizi.

Principi generali della biomineralogia: (i) mineralizzazione indotta; (ii) mineralizzazione controllata; (iii) mineralizzazione intracellulare, extracellulare e intercellulare.

Esempi di biominerali e loro processi di formazione: (i) bioaragonite (madreperla); (ii) biocalcite (coccolitofori); (iii) bioapatite (le ossa e i denti); (iv) biomagnetite (batteri magnetotattici); (v) biosilice (radiolariti e spugne); (vi) i minerali e l'origine della vita; (vii) l'effetto dei batteri solforiduttori sulla precipitazione della dolomite; (viii) biomineralizzazione patologiche.

Le lezioni saranno erogate per un numero complessivo di 48 ore (40 ore di teoria e 8 ore di esercitazioni in aula). Le esercitazioni consisteranno in esercizi da svolgere singolarmente o in gruppi.

La frequenza non è obbligatoria.

Esame orale diretto (voto espresso in trentesimi). L'esame prevede una interrogazione di circa 30-45 minuti volta a comprendere se lo studente ha acquisito e memorizzato le informazioni fornite nell'insegnamento con discussione su diversi argomenti dello stesso. Verranno altresi' valutate la proprieta' di linguaggio e la capacità di effettuare collegamenti con altre discipline. 

 

 

Tutto il materiale verrà fornito dal docente (dispense e powerpoint).

Indicazioni più precise potranno essere fornite solo in prossimità dell'inizio delle lezioni.