تمعدن حيوي

عودة للموسوعة

تمعدن حيوي

Calcitic skeletal parts of belemnites (Jurassic of Wyoming)

التمعدن الحيوي Biomineralization هي إحدى طُرق التمعدن في فهم الأحياء، وهي العملية التي تنتج فيها العضويات الحية المعادن غالباًقد يكون هدفها تقسية وتصليب نسج موجودة. مثل هذه الأنسجة تسمّى بالنسج المتمعدنة وتعد ظاهرة واسعة الانتشار إلى حد كبير، تتضمن جميع الممالك التصنيفية أعداداً قادرة على تشكيل المعادن، وقد حُدد أكثر من 60 معدن مختلف في العضويات.

الأحياء

If present on a super-cellular scale, biominerals are usually deposited by a dedicated organ, which is often defined very early in the embryological development. This organ will contain an organic matrix that facilitates and directs the deposition of crystals. The matrix may be collagen, as in deuterostomes, or based on chitin or other polysaccharides, as in molluscs.


تشكل القواقع للمحاريات

Variety of mollusc shells (gastropods, snails and seashells).

The mollusc shell is a biogenic composite material that has been the subject of much interest in materials science because of its unusual properties and its model character for biomineralization. Molluscan shells consist of 95–99% calcium carbonate by weight, while an organic component makes up the remaining 1–5%. The resulting composite has a fracture toughness ~3000 times greater than that of the crystals themselves. In the biomineralization of the mollusc shell, specialized proteins are responsible for directing crystal nucleation, phase, morphology, and growths dynamics and ultimately give the shell its remarkable mechanical strength. The application of biomimetic principles elucidated from mollusc shell assembly and structure may help in fabricating new composite materials with enhanced optical, electronic, or structural properties.

تمعدن العظام

تمعدن العظام هي عملية حيوية ترتبط بها معادن مثل الكالسيوم، الفوسفات، ومعادن أخرى لجعل العظام صلبة. حتى نهاية التسعينيات، افترض الفهماء حتى الاوستيوكالسين، پروتين تصنعه وتفرزه الخلايا العظمية، ويرتبط به الكالسيوم. وفي دراسة أُجريت بمختبر جامعة كلومبيا بنيويورك، عام 2019، على فئران مهندسة وراثياً لا تحتوي على الاوستيوكالسين، كان من المتسقط حتى تصبح عظام هذه الفئران هشة، لكن لمن يحدث هذا، فقط حدثت عملية تمعدن العظام بشكل طبيعي تماماً، دون حتىقد يكون للاوستيوكالسين أي تأثير على هذه العملية. وفي الواقع، كانت عظام تلك الفئران أكثر كثافة عن ذي قبل. وعند فحص العظام، تطلب الأمر من الباحثين حفر المزيد من الأنسجة الدهنية، مما يقترح حتى غياب الاوستيوكالسين قد أدى إلى تراكم الدهون في أنسجة الفئران. وكان تفسير الفهماء حتى عند نزع الاوستيوكالسين من العظام انتقل إلى الدم، ومن ثم إلى الأنسجة الدهنية، حيث أثر بطريقة ما على نظام التمثيل الغذائي للفئران، ولعب دوراً في تراكم الدهونأي حتى الاوستيوكالسين ليس مجرد پروتين، بل قد يحدث هرمون له دور في عملية التمثيل الغذائي. مما يعني العظام مسئولة عن إفراز هرمونات ضرورية لصحة الحيوان، وبهذه النتيجة انضم الهيكل العظمي إلى مجموعة الأنسجة المشاركة مع الغدد الصماء، بالترادف مع الجهاز العصبي لإفراز الهرمونات المنظمة للعمليات الحيوية في الجسم.

انتاج وتحلل المعادن في الفطريات

الكيمياء

Because extracellular iron is strongly involved in inducing calcification, its control is essential in developing shells; the protein ferritin plays an important role in controlling the distribution of iron. The most common mineral present in biomineralization is hydroxyapatite (HA), which is a naturally occurring mineral form of calcium apatite with the formula Ca10(PO4)6(OH)2. Hydroxyapatite crystals are found in many biological materials including bones, fish scales, and cartilage. Each material has a mineral content which corresponds with the required mechanical properties, where increasing HA content typically leads to increased stiffness but reduced extensibility.


التطور

Some calcareous sponges (Ernst Haeckel, Kunstformen der Natur).

The first evidence of biomineralization dates to some 750 مليون سنة مضت, and sponge-grade organisms may have formed calcite skeletons 630 مليون سنة مضت. But in most lineages, biomineralization first occurred in the Cambrian or Ordovician periods. Organisms used whichever form of calcium carbonate was more stable in the water column at the point in time when they became biomineralized, and stuck with that form for the remainder of their biological history (but see for a more detailed analysis). The stability is dependent on the Ca/Mg ratio of seawater, which is thought to be controlled primarily by the rate of sea floor spreading, although atmospheric CO2 levels may also play a role.

Glomerula piloseta (Sabellidae), longitudinal section of the tube, aragonitic spherulitic prismatic structure
Type of mineralization Examples of organisms
Calcium carbonate (calcite or aragonite)
  • foraminifera
  • coccolithophores
  • calcareous sponge spicules
  • corals
  • Archaeocyatha
  • bryozoans
  • brachiopod and mollusc shells
  • Echinoderms
  • Serpulidae
Silica
  • radiolarians
  • diatoms
  • most sponge spicules
Apatite (phosphate carbonate)
  • enamel (Vertebrate teeth)
  • Vertebrate bone
  • conodonts

فهم الأحياء الفلكي

It has been suggested that biominerals could be important indicators of extraterrestrial life and thus could play an important role in the search for past or present life on Mars. Furthermore, organic components (biosignatures) that are often associated with biominerals are believed to play crucial roles in both pre-biotic and biotic reactions.

On January 24, 2014, NASA reported that current studies by the and rovers on the planet Mars will now be searching for evidence of ancient life, including a biosphere based on autotrophic, chemotrophic and/or chemolithoautotrophic microorganisms, as well as ancient water, including fluvio-lacustrine environments (plains related to ancient rivers or lakes) that may have been habitable. The search for evidence of habitability, taphonomy (related to fossils), and organic carbon on the planet Mars is now a primary NASA objective.

قائمة المعادن

Examples of biogenic minerals include:

  • Apatite in bones and teeth.
  • Aragonite, calcite, fluorite in vestibular systems (part of the inner ear) of vertebrates.
  • Aragonite and calcite in travertine and biogenic silica (siliceous sinter, opal) deposited through algal action.
  • Hydroxylapatite formed by mitochondria.
  • Magnetite and greigite formed by magnetotactic bacteria.
  • Pyrite and marcasite in sedimentary rocks deposited by sulfate-reducing bacteria.
  • Quartz and diamonds formed from bacterial action on fossil fuels (gas, oil, coal).


الاستخدامات المحتملة

Most traditional approaches to synthesis of nanoscale materials are energy inefficient, requiring stringent conditions (e.g., high temperature, pressure or pH) and often produce toxic byproducts. Furthermore, the quantities produced are small, and the resultant material is usually irreproducible because of the difficulties in controlling agglomeration. In contrast, materials produced by organisms have properties that usually surpass those of analogous synthetically manufactured materials with similar phase composition. Biological materials are assembled in aqueous environments under mild conditions by using macromolecules. Organic macromolecules collect and transport raw materials and assemble these substrates and into short- and long-range ordered composites with consistency and uniformity. The aim of biomimetics is to mimic the natural way of producing minerals such as apatites. Many man-made crystals require elevated temperatures and strong chemical solutions, whereas the organisms have long been able to lay down elaborate mineral structures at ambient temperatures. Often, the mineral phases are not pure but are made as composites that entail an organic part, often protein, which takes part in and controls the biomineralisation. These composites are often not only as hard as the pure mineral but also tougher, as the micro-environment controls biomineralisation.

ملوثات اليورانيوم في المياه الجوفية

Autunite crystal.

Biomineralization may be used to remediate groundwater contaminated with uranium. The biomineralization of uranium primarily involves the precipitation of uranium phosphate minerals associated with the release of phosphate by microorganisms. Negatively charged ligands at the surface of the cells attract the positively charged uranyl ion (UO22+). If the concentrations of phosphate and UO22+ are sufficiently high, minerals such as autunite (Ca(UO2)2(PO4)2•10-12H2O) or polycrystalline HUO2PO4 may form thus reducing the mobility of UO22+. Compared to the direct addition of inorganic phosphate to contaminated groundwater, biomineralization has the advantage that the ligands produced by microbes will target uranium compounds more specifically rather than react actively with all aqueous metals. Stimulating bacterial phosphatase activity to liberate phosphate under controlled conditions limits the rate of bacterial hydrolysis of organophosphate and the release of phosphate to the system, thus avoiding clogging of the injection location with metal phosphate minerals. The high concentration of ligands near the cell surface also provides nucleation foci for precipitation, which leads to higher efficiency than chemical precipitation.

انظر أيضاً

  • Biocrystallization
  • Biointerface
  • Biomineralising polychaetes
  • Bone mineral

مصادر

  1. ^ Harris, Ph.D., Edward D. Minerals in Food Nutrition, Metabolism, Bioactivity. Lancaster, PA: DEStech Publications, Inc. p. 378.
  2. ^ Biomineralization: From Nature to Application. Wiley. 2008.
  3. ^ Weiner, Stephen; Lowenstam, Heinz A. (1989). On biomineralization. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  4. ^ Jean-Pierre Cuif, Yannicke Dauphin, James E. Sorauf (2011). Biominerals and fossils through time. Cambridge.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  5. ^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير سليم؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة Livingston2006
  6. ^ Checa, A.; Ramírez-Rico, J.; González-Segura, A.; Sánchez-Navas, A. (2009). "Nacre and false nacre (foliated aragonite) in extant monoplacophorans (=Tryblidiida: Mollusca)". Die Naturwissenschaften. 96 (1): 111–122. Bibcode:2009NW.....96..111C. doi:10.1007/s00114-008-0461-1. PMID 18843476.
  7. ^ Currey, J. D. (1999). "The design of mineralised hard tissues for their mechanical functions". The Journal of Experimental Biology. 202 (Pt 23): 3285–3294. PMID 10562511.
  8. ^ "Hormones". aeon.co. 2019-02-19. Retrieved 2019-02-21.
  9. ^ Gabbiani G, Tuchweber B (1963). "The role of iron in the mechanism of experimental calcification". J Histochem Cytochem. 11 (6): 799–803. doi:10.1177/11.6.799.
  10. ^ Schulz, K.; Zondervan, I.; Gerringa, L.; Timmermans, K.; Veldhuis, M.; Riebesell, U. (2004). "Effect of trace metal availability on coccolithophorid calcification". Nature. 430 (7000): 673–676. Bibcode:2004Natur.430..673S. doi:10.1038/nature02631. PMID 15295599.
  11. ^ Anghileri, L. J.; Maincent, P.; Cordova-Martinez, A. (1993). "On the mechanism of soft tissue calcification induced by complexed iron". Experimental and Toxicologic Pathology. 45 (5–6): 365–368. doi:10.1016/S0940-2993(11)80429-X. PMID 8312724.
  12. ^ Jackson, D. J.; Wörheide, G.; Degnan, B. M. (2007). "Dynamic expression of ancient and novel molluscan shell genes during ecological transitions". BMC Evolutionary Biology. 7: 160. doi:10.1186/1471-2148-7-160. PMC 2034539. PMID 17845714.
  13. ^ Roy, Della M. (1974). "Hydroxyapatite formed from coral skeletal carbonate by hydrothermal exchange". Nature. 247: 220–222. doi:10.1038/247220a0.
  14. ^ Onozato, Hiroshi (1979). "Studies on fish scale formation and resorption". Cell and Tissue Research. 201 (3): 409–422. doi:10.1007/BF00236999.
  15. ^ Ohirta, T (1986). "Hydroxyapatite deposition in articular cartilage by intra-articular injections of methylprednisolone. A histological, ultrastructural, and x-ray-microprobe analysis in rabbits". The Journal of Bone and Joint Surgery. 68 (4): 509–520.
  16. ^ Sherman, Vincent R. (2008). "The materials science of collagen". Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 61 (5): 529–534. doi:10.1016/j.bjps.2007.06.004. PMID 17652049.
  17. ^ Porter, S. (2011). "The rise of predators". Geology. 39 (6): 607–608. Bibcode:2011Geo....39..607P. doi:10.1130/focus062011.1.
  18. ^ Cohen, P. A.; Schopf, J. W.; Butterfield, N. J.; Kudryavtsev, A. B.; MacDonald, F. A. (2011). "Phosphate biomineralization in mid-Neoproterozoic protists". Geology. 39: 539–542. Bibcode:2011Geo....39..539C. doi:10.1130/G31833.1.
  19. ^ Maloof, A. C.; Rose, C. V.; Beach, R.; Samuels, B. M.; Calmet, C. C.; Erwin, D. H.; Poirier, G. R.; Yao, N.; Simons, F. J. (2010). "Possible animal-body fossils in pre-Marinoan limestones from South Australia". Nature Geoscience. 3 (9): 653–659. Bibcode:2010NatGe...3..653M. doi:10.1038/ngeo934.
  20. ^ Wood, R. A. (2002). "Proterozoic Modular Biomineralized Metazoan from the Nama Group, Namibia". Science. 296 (5577): 2383–2386. Bibcode:2002Sci...296.2383W. doi:10.1126/science.1071599. ISSN 0036-8075. PMID 12089440.
  21. ^ Zhuravlev, A. Y.; Wood, R. A. (2008). "Eve of biomineralization: Controls on skeletal mineralogy" (PDF). Geology. 36 (12): 923. Bibcode:2008Geo....36..923Z. doi:10.1130/G25094A.1.
  22. ^ Porter, S. M. (Jun 2007). "Seawater chemistry and early carbonate biomineralization". Science. 316 (5829): 1302. Bibcode:2007Sci...316.1302P. doi:10.1126/science.1137284. ISSN 0036-8075. PMID 17540895.
  23. ^ Maloof, A. C.; Porter, S. M.; Moore, J. L.; Dudas, F. O.; Bowring, S. A.; Higgins, J. A.; Fike, D. A.; Eddy, M. P. (2010). "The earliest Cambrian record of animals and ocean geochemical change". Geological Society of America Bulletin. 122 (11–12): 1731–1774. Bibcode:2010GSAB..122.1731M. doi:10.1130/B30346.1.
  24. ^ MEPAG Astrobiology Field Laboratory Science Steering Group (September 26, 2006). "Final report of the MEPAG Astrobiology Field Laboratory Science Steering Group (AFL-SSG)" (.doc). In Steele, Andrew; Beaty, David (eds.). The Astrobiology Field Laboratory. U.S.A.: Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG) - NASA. p. 72. Retrieved 2009-07-22.CS1 maint: uses authors parameter (link)
  25. ^ Grotzinger, John P. (January 24, 2014). "Introduction to Special Issue - Habitability, Taphonomy, and the Search for Organic Carbon on Mars". Science. 343 (6169): 386–387. Bibcode:2014Sci...343..386G. doi:10.1126/science.1249944. PMID 24458635. Retrieved January 24, 2014.
  26. ^ Various (January 24, 2014). "Special Issue - Table of Contents - Exploring Martian Habitability". Science. 343 (6169): 345–452. Retrieved January 24, 2014.CS1 maint: uses authors parameter (link)
  27. ^ Various (January 24, 2014). "Special Collection - Curiosity - Exploring Martian Habitability". Science. Retrieved January 24, 2014.CS1 maint: uses authors parameter (link)
  28. ^ Grotzinger, J.P.; et al. (January 24, 2014). "A Habitable Fluvio-Lacustrine Environment at Yellowknife Bay, Gale Crater, Mars". Science. 343 (6169): 1242777. Bibcode:2014Sci...343A.386G. doi:10.1126/science.1242777. PMID 24324272. Retrieved January 24, 2014.
  29. ^ Corliss, William R. (Nov–Dec 1989). "Biogenic Minerals". Science Frontiers. 66.CS1 maint: date format (link)
  30. ^ Thomas, George Brinton; Komarneni, Sridhar; Parker, John (1993). Nanophase and Nanocomposite Materials: Symposium Held December 1–3, 1992, Boston, Massachusetts, U.S.A. (Materials Research Society Symposium Proceedings). Pittsburgh, Pa: Materials Research Society. ISBN .
  31. ^ Newsome, L.; Morris, K. & Lloyd, J. R. (2014). "The biogeochemistry and bioremediation of uranium and other priority radionuclides". Chemical Geology. 363: 164–184. doi:10.1016/j.chemgeo.2013.10.034.
  32. ^ Lloyd, J. R. & Macaskie, L. E (2000). Environmental microbe-metal interactions: Bioremediation of radionuclide-containing wastewaters. Washington, DC: ASM Press. pp. 277–327. ISBN .

وصلات خارجية

  • An overview of the bacteria involved in biomineralization from the Science Creative Quarterly
  • ‘Data and literature on modern and fossil Biominerals’: http://biomineralisation.blogspot.fr
  • Minerals and the Origins of Life (Robert Hazen, NASA) (video, 60m, April 2014).
  • Biomineralization web-book: bio-mineral.org
  • Special German Research Project About the Principles of Biomineralization
تاريخ النشر: 2020-06-08 00:21:10
التصنيفات: صفحات بأخطاء في المراجع, CS1 maint: multiple names: authors list, CS1 maint: uses authors parameter, CS1 maint: date format, بذرة كيمياء, تمعدن حيوي, علم دراسة التربة, فيزيولوجيا, كيمياء حيوية لاعضوية

مقالات أخرى من الموسوعة

سحابة الكلمات المفتاحية، مما يبحث عنه الزوار في كشاف:

آخر الأخبار حول العالم

ضبطت متلبسة في الجامعة.. أول تعليق لحزب الوفد على واقعة النائبة

المصدر: المصريون - مصر التصنيف: غير مصنف
تاريخ الخبر: 2024-01-11 09:21:57
مستوى الصحة: 46% الأهمية: 50%

وبالناس‏ ‏المسرة‏

المصدر: وطنى - مصر التصنيف: غير مصنف
تاريخ الخبر: 2024-01-11 09:21:56
مستوى الصحة: 54% الأهمية: 57%

توقعات أصول وبخيت لأرباح الشركات المدرجة للربع الرابع 2023

المصدر: أرقام - الإمارات التصنيف: إقتصاد
تاريخ الخبر: 2024-01-11 09:25:55
مستوى الصحة: 42% الأهمية: 41%

الإسلام في اليابان: معاناة المسلمين لدفن جثث موتاهم

المصدر: BBC News عربي - بريطانيا التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2024-01-11 12:07:35
مستوى الصحة: 90% الأهمية: 89%

لقاء بين قائد الجيش البورمي ومبعوث آسيان الخاص

المصدر: فرانس 24 - فرنسا التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2024-01-11 12:08:05
مستوى الصحة: 82% الأهمية: 87%

توخل يشيد بالراحل "الاستثنائي" و"المتواضع جداً" بكنباور

المصدر: فرانس 24 - فرنسا التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2024-01-11 12:08:03
مستوى الصحة: 94% الأهمية: 88%

باستثمارات 500 مليون جنيه.. أكبر مجمع صناعي ببرج العرب

المصدر: وطنى - مصر التصنيف: غير مصنف
تاريخ الخبر: 2024-01-11 09:21:51
مستوى الصحة: 60% الأهمية: 53%

صباح الخير يا مصر..

المصدر: وطنى - مصر التصنيف: غير مصنف
تاريخ الخبر: 2024-01-11 09:21:54
مستوى الصحة: 50% الأهمية: 60%

لنذهب إلى بيت لحم

المصدر: وطنى - مصر التصنيف: غير مصنف
تاريخ الخبر: 2024-01-11 09:21:53
مستوى الصحة: 45% الأهمية: 54%

"هقتل أخوك واتجوزك".. كيف تخلصت سيدة من زوجها لوقوعها في غرام شقيقه؟

المصدر: المصريون - مصر التصنيف: غير مصنف
تاريخ الخبر: 2024-01-11 09:22:01
مستوى الصحة: 51% الأهمية: 59%

تحميل تطبيق المنصة العربية