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Ecologia e cristallografia della biomineralizzazione

Il processo di mineralizzazione degli organismi marini, conosciuto come biomineralizzazione, è da secoli argomento di studio. Questo non solo per la bellezza dei tessuti duri calcificati, di cui le conchiglie sono probabilmente l’esempio più conosciuto, ma anche per le loro uniche proprietà fisiche e meccaniche - es. una conchiglia costituita quasi completamente da carbonato di calcio ha una resistenza alla frattura circa tremila volte superiore a quest’ultimo - che derivano dalla capacità degli organismi di controllare la formazione dei tessuti mineralizzati dalla nano- alla macro-scala.

Tutto questo avviene con il coinvolgimento di specifiche macromolecole biologiche, generalmente glico-proteine, la cui biosintesi viene controllata nello spazio e nel tempo da cellule specifiche, conferendo all’organismo un determinato “controllo biologico” sul processo di biomineralizzazione. Il grado di controllo biologico è specie-specifico e ha importanti implicazioni non solo sulle proprietà fisiche e meccaniche dei biominerali ma anche sull’utilizzo di questi ultimi per le ricostruzioni paleoclimatiche e sulla risposta di questi organismi alle variazioni ambientali. Infatti, le strutture di carbonato di calcio secrete dagli organismi calcificanti, rappresentano una preziosa miniera di informazione paloambientale e climatica. Durante la loro crescita infatti, organismi come foraminiferi, molluschi e coralli incorporano nei loro gusci, conchiglie e scheletri segnali geochimici correlabili ad alcune proprietà chimico-fisiche ben precise delle masse d'acqua in cui vivono.

Tuttavia, le molecole organiche coinvolte nella sintesi del carbonato di calcio determinano un cosiddetto “effetto vitale” che da una parte modifica il segnale geochimico registrato nelle strutture calcaree, impedendone in certi casi l’utilizzo come archivi paleoclimatici, ma dall’altra consente a questi organismi di modificare l’ambiente interno in cui avviene il processo di biomineralizzazione e quindi, in certi casi, di risentire meno delle variazioni ambientali, con importanti implicazioni in virtù dei futuri cambiamenti climatici.