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Biomineralogia

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Biomineralogy

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Anno accademico 2018/2019

Codice attività didattica
MFN1488
Docenti
Prof. Emanuele Costa (Titolare del corso)
Marco Bruno (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Magistrale in Scienze e Gestione Sostenibile dei Sistemi Naturali
Anno
2° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
GEO/06 - mineralogia
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti
Mineralogia, Biologia
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Sommario del corso

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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.

Understanding of the mechanisms of crystalline growth applied to biological sectors where it plays an important role; the chemical and biological environment and the formation of minerals; the role of biology and organisms in natural geochemical cycles; recognition of the functions of inorganic structures organized in biological tissues. Knowledge of the main mineral phases in plant and animal biological tissues and their notions on the interaction between environmental mineralogy and organisms. Understanding of environmental records in mineral deposits of biological origin.

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Risultati dell'apprendimento attesi

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.

Knowledge and understanding ability

At the end of this course the student will:

  • Possess a knowledge of the conceptual and thermodynamic framework, within which the whole phenomenology of biomineralogy is framed;
  • Know the fundamental tools, developed in the thermodynamic field, for the study of nucleation and growth processes of crystalline phases in biomineralogy;
  • Know the main minerals in biomineralogy and the organisms that produce them.

Ability to apply knowledge and understanding

At the end of this teaching, the student will be able to:

  • interpret in a thermodynamic key various fundamental aspects concerning the growth of crystals in the biomineralogy;
  • competently use thermodynamic models to explain the nucleation and growth of crystalline phases;
  • learn about the most important minerals and their formation mechanisms in a bio environment.

Autonomy in judgment

At the end of the course the student must be able to quantitatively assess the validity, applicability, reliability and limits of a given thermodynamic model in solving a given problem associated with biomineralogy.

Communication skills

At the end of the course the student must:

  • be able to describe, develop and set a given problem concerning biomineralogues using the correct language in thermodynamic and crystallographic field;
  • interface with other figures, in different areas that consider the same problems from different points of view, showing and illustrating the important and essential thermodynamic aspects that can bring contributions to the analysis and solution of problems.

Learning ability

At the end of this teaching the student will have developed the ability to independently study problems related to biomineralogy, to be faced with the conceptual and technical tools learned.

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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.
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 patologici nel corpo umano.

Mineralogy, common mineral species and their carachteristics. Physical and chemical properties useful for biomineralogy. Simmetry and Cristal morphology. Factors affecting morphology. Cristalline and amorphous phases, precursors. Polymorphism. Solubility products, nucleation and crystal growth. Epitaxy. Correlation between crystal growth and biological systems.Global mineralogical processes of biological concern. CO2 sequestration, carbonate precipitation, silica sediments, geological connection of grat biochemical cycles. Silica: radilarites, diatomea, Sponge, silca solubility and pH. Calcium carbonates: Cyamobacteria, Stromatolites, Coccolithes, Foraminiphera, Echinoidea, Mollusca, Arthropoda. Nacre and pearl. Corallia. Carbonate stability and environmental condition. Phosphates: Apatite and vertebrate biomineralization. Bone tissue. Teeth, Ivory.  Iron compound and oxydes: Radula in mollusca, magnetite and magnetotactic bacteria.Other minerals of biological interest: Acetates, Oxalates, Tartrates, lipides and phospholipides, Urates. Proteine crystallization.Water and water crystallization in low temperature biological environment.Pollution and contamination of heavy metal in the environment: biological aspects. 

 

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Modalità di insegnamento

Lezioni dirette frontali per 48 ore (sei crediti) con forte interazione fra docente e studenti

Direct lesson from the teacher for 48 hours, with strong interaction between the student and the teacher.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame orale diretto. 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. La valutazione verrà espressa in trentesimi.

Direct oral examination. The examination is characterized by a 30/45 min interview useful to understand the comprehension of the main concept and the memorization of the main information. During the interview the teacher could also check the language and exposition skills and the ability to create connection with other disciplines. The vote is expressed in 30°.

 

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Testi consigliati e bibliografia

Biomineralization, Dove, De Yoreo et al. - Mineralogical Society of America Eds.

Biomineralization, Dove, De Yoreo et al. - Mineralogical Society of America Eds.

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Note

Curriculum: Ambienti e adattamenti

Curriculum: Sostenibilità ambientale e cooperazione

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    Ultimo aggiornamento: 15/05/2019 09:16
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