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Biomineralisation
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Bio-Mineralien
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Kampf ums das Eisen - Siderophore Siderophore binden sehr selektiv Eisen(III)-Ionen, die dann in die Zellen transportiert werden können. Trotz der großen Menge an in der Natur vorkommendem Eisen besitzt dies eine sehr geringe Bioverfügbarkeit, da es meist als unlöslicher Hydroxokomplex vorliegt. Die hohe Affinität der Siderophore zu Fe(III)-Ionen erlaubt es ihnen, die geringe Bioverfügbarkeit dieses Ions auszugleichen. Da die Komplexbindungskonstante der Siderophore für Fe(II)-Ionen sehr viel geringer ist als für dreiwertiges Eisen, wird das Metallion in der Zelle nach Reduktion zu Eisen(II) aus dem Komplex gelöst.
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Magnetsinne – Orientierung im Erdmagnetfeld Der Magnetsinn der Vögel basiert auf dem Erkennen der Inklination des Erdmagnetfeldes: Vögel registrieren den Neigungswinkel der Magnetfeldlinien relativ zur Erdoberfläche. Sie unterscheiden also zwischen „polwärts“ und „äquatorwärts“, denn am Pol weisen die Magnetfeldlinien senkrecht nach oben, während sie am Äquator genau parallel zur Erdoberfläche verlaufen.
Viele Meeresschildkröten, so zum Beispiel die atlantischen Suppenschildkröten, orientieren sich am Magnetfeld der Erde, um Jahre nach dem Schlüpfen erstmals wieder zur Eiablage an den gleichen Strand zurückzukehren. Man vermutet, dass die Inklination der Feldlinien des Magnetfelds am Geburtsort durch Prägung dauerhaft gelernt wird.[
Nach Rotkehlchen, Dorngrasmücke und Tauben konnte der Magnetsinn inzwischen bei ungefähr 50 Arten[6] nachgewiesen werden: so zum Beispiel bei Termiten und Ameisen, bei Wespen und Honigbienen, bei Feldmaikäfern, Drosophila melanogaster und der Hausmutter; bei Weichtieren, Krebstieren, Amphibien und Reptilien, bei europäischen Aalen und diversen Lachsen, bei Waldmäusen, Goldhamstern, Hauspferden und weiteren Säugetieren
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Magnetit – Kristallisation
Magnetotactic bacteria orient and migrate along magnetic field lines. This intriguing behaviour is based on the presence of unique intracellular magnetic organelles, the magnetosomes, which comprise nano-sized, membrane-bounded crystals of a magnetic iron mineral.
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Perlmutt – Aragonit Kristalle
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Aragonite crystals
Monodonta labio
Wachstum von Aragonit
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Scanning electron micrographs of the same crystals as in a), after incubation with epithelial cells. The cells adhere rapidly, strongly and densely only to the crystals of the {R,R} enantiomer, and only to their {011} faces.
Blockierung und Wachstumsflächen
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Radiolarien – SiO2
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Radiolarien – SiO2
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Strahlentierchen oder Radiolarien (Radiolaria, lat. radiolus „kleiner Strahl“[1]) sind eine Gruppe einzelliger Lebewesen mit einem Endoskelett aus Opal (Siliciumdioxid, SiO2), die zu den Eukaryoten gehört.
Die Radiolarien haben radial abstehende Cytoplasma-Fortsätze (Axopodien), die von innen mit dünnen, starren Stacheln aus Siliciumdioxid und von aus Protein bestehenden Bündeln von Mikrotubuli gestützt werden. Die Siliciumdioxid-Stützen gehen strahlenförmig von einem ebenfalls aus Siliciumdioxid bestehenden Endoskelett aus, das aus einer sphärischen, durchlöcherten Kapsel oder mehreren konzentrisch angeordneten derartigen Kapseln besteht. Radiolarien besitzen also ein „kieseliges“ Skelett, das aber neben Siliciumdioxid auch organische Bestandteile enthält. Arten der Gruppe der Acantharea bilden eine Ausnahme, sie bilden die Stacheln aus Strontiumsulfat.[2]
Radiolarien kommen als Plankton ausschließlich im Meer vor[3], und zwar vor allem in oberflächennahen Bereichen wärmerer Meeresteile des Pazifiks und Indiks (selten im Atlantik). Eindeutige erste fossile Belege der Gruppe stammen aus dem Mittelkambrium Australiens (aus der 507 bis 505 Millionen Jahre alten Inca-Formation des Georgina-Beckens in Queensland), ihr Ursprung liegt aber wahrscheinlich im Neoproterozoikum[4]
Strahlentierchen
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Ernst Heinrich Philipp August Haeckel (* 16. Februar 1834 in Potsdam; † 9. August 1919 in Jena) war ein deutscher Zoologe, Philosoph und Freidenker, der die Arbeiten von Charles Darwin in Deutschland bekannt machte und zu einer speziellen Abstammungslehre ausbaute.
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Feinstruktur
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Kristalliner Aufbau und Kompartimentierung
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Nature 405 (2000) 1038
Layers : 0.5-2mm 1. Order lamella : 5-60mm 2. Order lamella : 5-30mm 3. Order lamella : 60-130nm
(Bio-)Composites
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Design + Selforganisation
Organisation & Selbstorganisation
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Siliciumdioxid - Tiefseeschwamm
C.C.Perry in S. Mann, J.Webb, R.J.P.Williams, Biomineralization, VCH 1989
thin
Layers
single fiber
single particle 3nm
whole skeleton
multiple
Layers
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Nature (1998) 396, 444
primary structure
after aging
phase separation
design – two cluster sizes
Selbstorganisation von Metallclustern
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amphiphile molecules in solution
Seifenhäute – Micellen, Vesikel - Templat-Synthesis
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Mesoporous Silicates: MCM41 / MCM48
use of liquid crystal systems
J.S. Beck, J.C. Vartuli, W.J. Roth, M.E. Leonowicz, C.T. Kresge, K.D. Schmidt, C.T.-W. Chu, D.H. Olson, E.W. Sheppard, S.B. McCullen, J.B. Higgins, J.C. Schlenker, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10834
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Synthesestrategien der Natur
S. Mann, J.Webb, R.J.P.Williams, Biomineralization, VCH 1989
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