Kristallographische Untersuchungen der Kristallstruktur, des hierarchischen Aufbaus, der Textur und Morphologie von ausgewählten biomineralisierten Calciten und Aragoniten von Invertebraten sowie ihrer Wechselwirkung mit der organischen Matrix

• Antragsteller: Professor Dr. Hermann Gies
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2003
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5315110

In vielen Publikationen über die Carbonat-Skelettgerüste von Invertebraten wird von einkristallinem Calcit bzw. Aragonit gesprochen, der über lichtmikroskopische Untersuchungen oder mit Einkristall-Röntgenverfahren untersucht worden war. In Voruntersuchungen an Calcit-Einkristallen eines fossilen Seeigelstachels haben wir festgestellt, daß trotz der perfekten Auslöschungen im Lichtmikroskop sowie der eindeutig indizierbaren Reflexe im Einkristall-Röntgenexperiment die Kristallstruktur mit dem einfachen Modell eines Calcits nicht zu verfeinern war. Vermutlich liegen meroedrische, polysynthetische Zwillinge vor, deren Verwachungsgesetze bisher nicht erkannt worden sind. Dies bedeutet, daß die Grenzfläche des Minerals eine neue Struktur aufweist und die bisher vorgestellten Modelle der Kristallkeimbildung und des Kristallwachstums neu zu diskutieren sind. Im Projekt sollen an zwei Beispielen die Kristallstruktur des Calcits (Seeigelstachel) und des Aragonits (Perlmutt aus den Schalen verschiedener Haliotis-Spezies) mit Einkristallstrukturverfahren verfeinert werden, um so den Aufbau auf der Kristalle auf der atomaren Skala zu verstehen. Im nächsten Untersuchungsschritt sind Kleinwinkelstreuexperimente vorgesehen, die die Anordnung und die Größe und Form der Kristallite im Verbund beschreiben. Parallel zu den Strukturuntersuchungen sind Modellexperimente zu Untersuchung der Anlagerung von "Control Macromolekules" an die Keimbildungsfläche bzw. Wachstumsfläche von Calciten vorgesehen. Mit der Analyse der "Truncation Rods", die in Röntgenstreuexperimenten unter streifendem Einfall an Einkristallen mit Hilfe der Synchrotronstrahlung durchgeführt werden sollen, kann die Anordnung der Makromoleküle auf der Calcit-Oberfläche detektiert werden sowie u. U. sogar ihre räumliche Struktur simuliert werden. Insgesamt sind die Experimente als Fallstudie zur Klärung atomar-mechanistischer Vorgänge bei der Keimbildung und dem Wachstum von Calcit und Aragonit im Skelettverbund von Invertebraten zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1117: Prinzipien der Biomineralisation