Calcification by amorphous pathways: Establishing effects of acidification and interplays with Mg and biomolecule chemistry

非晶态途径的钙化:确定酸化的影响以及与镁和生物分子化学的相互作用

基本信息

项目摘要

The proposed work will focus on understanding calcification by marine organisms and will challenge the long-standing view that precipitation occurs via classical crystallization processes. The interpretation of many past studies is based on this notion. It now appears that most carbonate-producing organisms form skeletons by non-classical growth processes which involve an amorphous phase that transforms to a composite of mesocrystals over time. If this is true then the current approaches to inferring environmental effects, and interpreting paleo records, from analysis of calcite skeletons, either recently formed or preserved in marine sediments, will need to be revised as skeleton formation by non-classical processes relies on a different set of chemical and environmental conditions. The proposed research will build on recent findings which suggest that acidification, magnesium concentration, biomolecule chemistry and other factors all influence this pathway to mineralization. The project will investigate a number of hypotheses based on this new paradigm using laboratory studies and innovative analytical approaches. Kinetic and thermodynamic measurements and modeling will be coupled with chemical and structural investigations to establish a complete physical picture of the biomineralization pathway. The scientific broader impacts of the research go beyond the field of Chemical Oceanography and will have substantial impact if the proposed hypotheses are confirmed. The project has significant educational aspects, with the inclusion of both graduates and undergraduates in the research, and K-12 education development through the NSF-funded Earth to Life series.
拟议的工作将集中于了解海洋生物的钙化,并将挑战长期以来,即降水是通过经典结晶过程发生的。过去许多研究的解释是基于这个概念。现在看来,大多数产生碳酸盐的生物都会通过非古典生长过程形成骨骼,该过程涉及一个无定形相,随着时间的流逝,它转化为中晶的复合物。如果这是正确的,那么当前推断环境效应的方法和解释古记录的解释,从最近形成或保存在海洋沉积物中的方解石骨架的分析将需要通过非经典过程来修改为骨骼形成,依赖于不同的化学和环境条件。拟议的研究将基于最近的发现,表明酸化,镁浓度,生物分子化学和其他因素都影响了这种矿化途径。该项目将使用实验室研究和创新分析方法根据这种新范式研究许多假设。动力学测量和建模将与化学和结构研究结合在一起,以建立生物矿化途径的完整物理图片。这项研究的科学广泛影响超出了化学海洋学领域,如果提出的假设得到证实,将产生重大影响。该项目具有重要的教育方面,研究中都包含毕业生和本科生,以及通过NSF资助的地球到人生系列的K-12教育发展。

项目成果

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