生物矿化

IUPAC定义

生物矿化：生物体，特别是微生物将有机物质完全转化为无机衍生物的过程。

生物矿化，也写作生物矿化，是生物体产生矿物质的过程，通常会使现有组织变硬或变硬。 这种组织称为矿化组织。 这是一种极其普遍的现象； 所有六个分类界都包含能够形成矿物质的成员，并且已在生物体中鉴定出 60 多种不同的矿物质。 例子包括藻类和硅藻中的硅酸盐、无脊椎动物中的碳酸盐以及脊椎动物中的磷酸钙和碳酸盐。 这些矿物质通常形成结构特征，例如海贝壳和哺乳动物和鸟类的骨骼。 在过去的 5.5 亿年里，生物体一直在生产矿化骨骼。 碳酸钙和磷酸钙通常是结晶的，但二氧化硅生物（海绵、硅藻……）总是非结晶矿物。 其他例子包括涉及细菌的铜、铁和金矿床。 生物形成的矿物质通常具有特殊用途，例如趋磁细菌中的磁性传感器 (Fe3O4)、重力感应装置（CaCO3、CaSO4、BaSO4）以及铁储存和动员（铁蛋白中的 Fe2O3•H2O）。

在分类分布方面，最常见的生物矿物质是钙的磷酸盐和碳酸盐，它们与胶原蛋白和几丁质等有机聚合物结合使用，为骨骼和贝壳提供结构支撑。 这些生物复合材料的结构从纳米到宏观层面都受到高度控制，从而形成具有多功能特性的复杂结构。 由于这种对矿物生长的控制范围对于材料工程应用是可取的，因此有兴趣了解和阐明生物控制的生物矿化机制。

矿化可以根据以下内容细分为不同的类别：创造矿物形成所必需的化学条件的生物体或过程，矿物沉淀部位的基质来源，以及基质对晶体形态的控制程度， 组成, 增长. 这些子类别包括：生物矿化、有机矿化和无机矿化，它们可以进一步细分。 然而，由于没有标准化的定义，这些术语在科学文献中的使用差异很大。 以下定义主要基于 Dupraz 等人撰写的论文。 (2009)，它提供了区分这些术语的框架。

生物矿化，生物控制的矿化，发生在晶体形态、生长、组成和位置完全由特定生物体的细胞过程控制时。 例子包括无脊椎动物的壳，例如软体动物和腕足动物。 此外，胶原蛋白的矿化为脊椎动物的骨骼、软骨和牙齿提供了至关重要的抗压强度。

这种类型的矿化包括生物诱导的矿化和生物影响的矿化。

• 当微生物（例如细菌）的代谢活动产生有利于矿物形成的化学条件时，就会发生生物诱导矿化。 矿物生长的基质是由微生物群落分泌的有机基质，它会影响晶体的形态和组成。 这种类型的矿化的例子包括钙质或硅质叠层石和其他微生物垫。 当钙化微生物占据分泌壳的生物体并改变壳形成区域周围的化学环境时，就会发生一种更具体的生物诱导矿化、远程钙化或远程矿化。 结果是矿物的形成不受动物宿主细胞过程的强烈控制（即远程矿化）； 这可能会导致不寻常的晶体形态。
• 当矿物形成地点周围的化学条件受到非生物过程（例如蒸发或脱气）的影响时，就会发生受生物影响的矿化。 然而，有机基质（由微生物分泌）负责晶体形态和组成。 示例包括各种形态的微米级到纳米级晶体。

化石化的结果也可能发生生物矿化。 另见钙化。

在动物中，由碳酸钙、磷酸钙或二氧化硅组成的生物矿物质具有多种作用，例如支持、防御和喂养。

• 许多原生生物，例如这种球石藻，都有保护性矿化壳
• 海滩上的有孔虫
• 许多无脊椎动物都有分机