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Untersuchungen der Bildungsprozesse und der Struktur des ...

Untersuchungen der Bildungsprozesse und der Struktur des ...

1 Abstract

1 Abstract 2

2 Einleitung Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Perlmuttbildungsprozesse in den Schalen von Meeresschnecken. Perlmutt ist, bestehend aus einem großen Anteil mineralischen Materials und einem geringeren Anteil organischer Moleküle, ein prominentes Beispiel für ein Biomineral. Biomineralisation ist ein sowohl in der Pflanzen- und Pilz- als auch in der Bakterien- und Tierwelt verbreitetes Phänomen. Die Verwendung eines mineralischen Anteils durch einen Organismus kann dabei verschieden Funktionen erfüllen. So dienen die Schalen von Schnecken und Muscheln, bestehend aus Calcit und Aragonit, zum Schutz des weichen Körpers, in Fischen kommen Calcit- und Aragonitkristalle als Gravitationssensor zum Einsatz und die bereits ausgestorbenen Trilobiten 1 besaßen Linsen aus Calcit zur optischen Wahrnehmung. Dies sind nur einige Beispiele und vermitteln einen Eindruck über den vielfältigen Einsatz von Biomineralien. Da jede/r von uns täglich Biomineralisation betreibt (wenn auch eher unbewusst), sind weitere besonders naheliegende Beispiele für Biomineralien die Knochen und Zähne in unserem eigenen Körper. Diese beiden Biomineralien zählen jedoch zu den neueren Varianten. Die ersten Hinweise für Verbindungen zwischen biologischen Prozessen und anorganischer Mineralisation sind 3,5 Milliarden Jahre alt (die Erde ist etwa 4,2 Milliarden Jahre alt) und wurden in Form von fossilen Stromatolithen gefunden. Stromatolithe werden von Lebensgemeinschaften bakterienartiger prokaryotischer 2 Organismen gebildet. Diese schließen zum einen Mineralien in sich ein und veranlassen zum anderen eine Bildung der Mineralien um sich selbst herum [1]. Bei diesen Prozessen ist jedoch davon auszugehen, dass es sich weniger um einen präzisen kontrollierten Prozess der Kristalldeposition als vielmehr um zufällige chemische Verbindungen handelt [2]. Seit etwa 570 Millionen Jahren (den modernen Menschen (Homo sapiens) gibt es erst seit etwa 100.000 Jahren) findet Biomineralisation in geordneten Prozessen statt und ist als Grundlage für die Bildung harten Skeletts unerlässlich und nicht mehr wegzudenken. Die Rolle der Biomineralien geht aber weit über ihre Funktion in den einzelnen Organismen hinaus. So wird die Chemie der Ozeane und damit auch die der Atmosphäre durch die große Menge des von marinen Lebewesen produzierten Calciumcarbonats und amorphen Siliziumoxids bestimmt [1]. Diese Mineralien haben sich im Laufe der Jahre auf dem Grund der Ozeane angesammelt und bilden einen großen Anteil des Gesamtvorkommens an Sedimentgestein. Der Großteil der bisher bekannten Biomineralien setzt sich aus nur einem Mineral zusammen. In Strukturen, die mehrere Mineralien enthalten, liegen diese getrennt voneinander vor. Ein Beispiel hierfür sind die Schalen von Meeresschnecken, die sich aus einer äußeren Calcitschicht und einer inneren Perlmuttschicht, die das Mineral Aragonit enthält, zusammensetzen. Die Anzahl der unterschiedlichen in der Biomineralisation verwendeten Mineralien beläuft sich auf über 60 [1]. In Lebewesen aller 5 Reiche (Tiere, Protisten 3 , Prokaryoten, Pflanzen, Pilze) kommt die Bildung von Biomineralien vor, wobei in den Tieren die größte Anzahl verschiedener Biomineralien nachgewiesen wurde. Dies kann jedoch auch damit in Zusammenhang stehen, dass bisher vermehrt Untersuchungen an Tieren durchgeführt wurden. Etwa 50% der in der Biomineralisation gebildeten Mineralien enthalten Calcium und liegen in Form von Calciumcarbonat CaCO3 (z.B. in Schalen als Calcit oder Aragonit) oder in Form von Calci- 1 Ausgestorbene, meeresbewohnende Gliederfüßler. 2 Prokaryoten: Zelluläre Lebewesen ohne Zellkern. 3 Eukaryotische, ein- bis wenigzellige Lebewesen. Eukaryot: Lebewesen mit Zellkern und Kernmembran. 3

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