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

Biomineralogia

Biomineralogy

Anno accademico 2017/2018

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Risultati dell'apprendimento attesi
• Modalità di insegnamento
• Modalità di verifica dell'apprendimento
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Note
• 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.

Understanding of the minerals and biosphere interactions, of the problems related to specific mineral kinds and of correlated degradation states.

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.

Modalità di insegnamento

Lezioni dirette

Teacher lessons

Modalità di verifica dell'apprendimento

Colloquio orale

Oral exam

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. 

Biomineralization

Dove, De Yoreo et al.

Mineralogical Society of America

Note

Curriculum: Ambienti e adattamenti

Curriculum: Sostenibilità ambientale e cooperazione

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