Biomineralización

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La concha de los seres vivos, como la de este nautilo, es un conjunto autoensamblado de cristales microscópicos. A diferencia de los cristales minerales, con sus características líneas rectas, formas angulosas y caras planas, la vida ha sabido construir extraordinarias arquitecturas con curvatura continua. Son las estructuras biominerales, estructuras fascinantes tanto por su belleza como por las distintas funciones que cumplen en los organismos: lentes para ver, dientes para mascar, esqueletos para protegerse, sensores para orientarse …

¿Conoces cuáles son los minerales más usados por los organismos vivos? ¿Te has planteado cómo los seres vivos fabrican sus estructuras minerales? ¿Sabes que los ingenieros tratan de imitar a la vida para fabricar nuevos materiales?

El visitante conocerá sin duda los minerales. Habrá oído hablar de zafiros y esmeraldas, de diamantes y rubíes. También probablemente de plata y de oro. Y de piritas, cuarzos y feldespato. Son todos minerales que la madre naturaleza nos regala que se han formado a partir de los magmas fundidos, de los vapores hidrotermales de las profundidades o en las aguas de lagos y océanos.

Pero quizás le extrañe saber que otra de las fuerzas motrices generadoras de minerales es la propia vida. Organismos vivos de los cinco reinos son capaces de fabricar minerales, el 80% de los cuales son cristalinos, el resto son amorfos. ¿Qué minerales? Pues carbonatos –los biominerales más abundantes- como las conchas de los moluscos, las perlas o el coral; o fosfatos como los esqueletos de mamíferos y aves; sílice como en la bellísimas diatomeas o en las esponjas; óxidos de hierro como algunas bacterias; pero también haluros, sulfatos, sulfuros, citratos, oxalatos, y así hasta sesenta especies minerales diferentes. Todos ellos reciben el nombre en general de biominerales y a su proceso de fabricación se le llama biomineralización.

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En muchos casos las estructuras biominerales sirven como protección, como por ejemplo las conchas de los moluscos, o como defensa, como las espinas de los erizos de mar, o bien como soporte, por ejemplo los esqueletos internos o externos. Otros usos comunes que los organismos vivos damos a los cristales son: fabricar herramientas duras, como los dientes, o sensores como las “brújulas” de magnetita de algunos microorganismos o los otolitos de calcita de los vertebrados que nos permiten mantener el equilibrio.

La característica más singular de las estructuras biominerales es que no guardan la simetría externa propia de las formas de los cristales, en las que domina la línea recta. La morfología de las estructuras biominerales son curvas como las de la hermosa concha del Nautilus que ilustra este cartel, o las de la concha de haliotis o las de la oliva; como la belleza callada de los esqueletos de los microorganismos que ilustrara Ernest Haeckel hace cien años.

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La simetría cristalográfica la rompen los biominerales porque sus conchas están fabricadas no por uno, sino por miles de pequeños cristalitos, cuyo nucleación, crecimiento y orientación están perfectamente controlados por el organismo.

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A la derecha, estructura del nácar de la concha de haliotis de la izquierda. Esta estructura tableada en laminitas de aragonito no solo es la responsable de los bellos colores nacarados sino de la enorme resistencia a la fractura de esas conchas.

¿Cómo se realiza ese control? Ayudándose de proteínas, de carbohidratos o de lípidos que actúan de inductores y controladores de la nucleación y orientación de los cristales, e incluso de la fase mineral. Pero sabemos poco más de cómo logran hacerlo con tantísima precisión. Y nos gustaría saberlo, porque las estructuras biominerales gozan de propiedades mecánicas miles de veces mejores que las de los mismos minerales fabricados inorgánicamente. Y los organismos las crean de forma mucho más económica energéticamente y más limpia. A los estudios que realizan esos investigadores que sueñan en descubrir cómo la vida es capaz dee crear estructuras tan fascinantes como el Nautilus y en imitarlos en el laboratorio y en las fábricas, se les llama Biomimética.

 

Sabías que …

  • Se ha propuesto utilizar microorganismos biomineralizantes en la restauración de monumentos.
  • La naturaleza fabrica nanomateriales por biomineralización. Los científicos investigan como los organismos producen las nanobrújulas que usan las bacterias y otros procesos que dan lugar a nanocristales para producir materiales cerámicos de altísimas prestaciones.
  • Las perlas son las únicas gemas hechas por animales vivos. El uso de perlas en joyeria más antiguo que conocemos se encontró en un sarcofago de una princes persa que murio el 520 antes de Cristo. En la actualidad prácticamente todas las perlas usadas en joyeria son cultivadas.
  • La disolución del CO2 atmosférico en el agua de mar aumenta el pH del oceano. La acidificación del mar por carbónico generado por el ser humano ha hecho bajar el pH del oceano en 0.1 unidades desde el principio de la era industrial y se espera que se alcancen las o.3 o 0.5 unidades de pH en los próximos años. Esto puede tener un gran impacto en los arrecifes de coral y en todos los seres vivos con estructuras mineralizadas de carbonato al reducirse la saturación con respecto al aragonito, lo que hace más costoso para los organimos producir sus esqueletos.
  • Los dientes del erizo de mar estan formados por cristales orientados de carbonato de calcio y ya llamaron la atencion de Aristóteles en el año 343 AdC, cuando escribió sobre ellos. Su nombre ha quedado asociado a la “mandibula” de los erizos, a la que llamamos “Linterna de Aristóteles”.

Para saber más

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