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2. Dezember 2005

Biomineralisation – Geo-biologische Wechselwirkung zwischen anorganischer und organischer Welt

Vortrag von Prof. Dr. Joachim Reitner vom Zentrum für Geowissenschaften der Universität Göttingen im Institut für Zoologie – 4. Dezember 2005, 11.00 Uhr im Neuenheimer Feld 230

Biomineralisation ist die biologisch gesteuerte Bildung von Mineralen und markiert somit den Übergang von der anorganischen zur organischen Welt. Viele der Organismen bilden diverse, hoch komplexe und mechanisch belastbare Biominerale, meistens als Stützskelett aus Kalziumkarbonat (Muscheln, Schnecken), Kalziumphosphat (Knochen der Wirbeltiere) und Silikat (Schwämme und bestimmte Pflanzen), die oftmals auch von besonderer Schönheit und ökonomischen Wert sind wie zum Beispiel Perlen. Von Bakterien werden auch Eisenminerale wie Magnetit und magnetisches Eisensulfid gebildet. Als Besonderheit spielen Bakterien bei der Bildung von bestimmten metallischen Lagerstätten ("Bio"-Metalle) eine zentrale Rolle. Als wichtigstes Biomineral wird Kalziumkarbonat (Kalk) gebildet.

Das reine Kalziumkarbonat ist kein besonders fester Werkstoff aufgrund seiner Spaltbarkeit, es erhält seine hohe Festigkeit erst durch einen Verbund mit einer organischen Matrix. Das Grundprinzip der Biomineralisation liegt in der Herabsetzung der Bindungsenergien begründet gesteuert über Enzyme und in der Bereitstellung von organischen Matrizen auf denen die Biominerale aufwachsen. In der Regel handelt es sich um Proteine und Zucker-Moleküle, die als Matrizen für Kristallisationskeime dienen.

Mikroorganismen haben schon vor rund drei Milliarden Jahren begonnen, Biominerale zu bilden, zum einen über enzymatisch gesteuerte, intrazelluläre Prozesse und zum anderen gesteuert über exopolymere Substanzen (EPS), z.B. polysaccharidreiche Schleime. Insbesondere der Einfluss der EPS, gebildet von Biofilmen, führte zur Bildung von Stromatolithen, einer besonderen Art von geschichteten Kalziumkarbonatstrukturen. Stromatolithen waren die dominierenden biomineralischen Strukturen des Präkambriums bis sie im Kambrium vor rund 550 Millionen Jahren von der skelettbildenden Biomineralisation weitgehend abgelöst wurden. Vermutlich ist die Ursache der skelettbildenden Biomineralisation in einer fundamentalen Veränderung der Ozeanwasser-Chemie zu suchen. Die Kalziumkonzentration hatte sich in dieser Zeit signifikant erhöht und führte zu einen physiologischen Kalziumstress (Ca-Detoxifikation). Das Auftreten von komplexen Biomineralen im späten Präkambrium und frühen Kambrium sind vermutlich ein Ergebnis dieser Entwicklung. Dieser Prozess hat zur so genannten "Kambrischen Explosion" geführt, einer rapiden Zunahme der erkennbaren Biodiversität und hat die "moderne" Organismenwelt erst ermöglicht.

eine Probe aus dem Schwarzen Meer von submarinen Methanquellen.
In seinem Vortrag "Biomineralisation – Geobiologische Wechselwirkung zwischen anorganischer und organischer Welt" wird Prof. Dr. Joachim Reitner an vielen Beispielen die Bedeutung der biologisch gesteuerte Bildung von Mineralen aufzeigen. Es handelt sich um eine Probe aus dem Schwarzen Meer von submarinen Methanquellen. Das Methan wird dort mikrobiell anaerob oxidiert. Dabei entsteht biologisch Pyrit und Kalk. Die exopolymeren Substanzen (saure Zucker-Schleime) der Biofilme beginnen zu mineralisieren aufgrund der Methanoxidation und gekoppelter Sulphatreduktion. Das Bild ist eine lichtmikroskopisches Aufnahme, die mit einem Kathodenlumineszenzbild überlagert ist. Die beginnende Verkalkung ist an der Rotlumineszenz des Kalzits sehr gut zu sehen. Die dunklen Strukturen sind Pyrit-Kristalle. Der Biofilm ist Toluidin blau gefärbt.
Bild: Reitner

Das Zoologische Museum ist am Vortragstag von 10.00 bis 12.00 Uhr geöffnet.



Rückfragen bitte an:
Prof. Dr. Volker Storch
oder Dr. Henner Hollert
Tel. 06221 545655 oder 545650, Fax 546162
Volker.Storch@urz.uni-heidelberg.de
Henner.Hollert@urz.uni-heidelberg.de

allgemeine Rückfragen von Journalisten auch an:
Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
Tel. 06221 542310, Fax 542317
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de
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Irene Thewalt
Tel. 06221 542311, Fax 542317
presse@rektorat.uni-heidelberg.de


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