Laboratory of Biostructures and Biomineralization

Biominerały, to minerały tworzone przy współudziale organizmów żywych. W przyrodzie rozpoznano jak dotąd ponad 70 odmian biominerałów, z których wiele wykorzystywanych jest do tworzenia zewnętrznego lub wewnętrznego szkieletu organizmów. Służą one również do nawigacji w ziemskim polu magnetycznym (np. u bakterii magnetotaktycznych), czy jako źródło niezbędnych pierwiastków biogennych. Biominerały stanowią ważne archiwum informacji o środowisku biochemicznym (pośrednio fizjologii) organizmu, w którym powstają, a także jego abiotycznym otoczeniu. Względna trwałość biominerałów powoduje, że informacje te mogą zachowywać się w szkielecie na długo po śmierci organizmu, stanowiąc nieocenione źródło danych dla nauk o Ziemi (geologii) oraz paleobiologii.

Większość biominerałów to hybrydy organiczno-mineralne (biokompozyty): organizm tworzy sporym wysiłkiem energetycznym elastyczna ramkę ze składników organicznych, którą wypełnia tanimi i trwałymi związkami nieorganicznymi. Tak nadzorowany mechanizm powstawania szkieletu (ang. biologically controlled biomineralization) okazał się nadzwyczajnie udanym wynalazkiem, który organizmy wykorzystują przez ponad 500 milionów lat do tworzenia sklerytów, koralowin, muszli, skorup czy kości. Dla paleobiologów te trwałe szczątki stanowią cenne, często jedyne źródło informacji o różnorodności oraz kierunkach ewolucji świata żywego.

Zespół badawczy Pracowni Struktur i Procesów Biomineralizacyjnych (PSiPB) prowadzi badania strukturalne (w szczególności mikro- i nanostrukturalne), biogeochemiczne oraz izotopowe biomineralnych szkieletów w celu: (1) wyjaśnienia fizjologicznych i środowiskowych mechanizmów regulujących ich powstawanie oraz (2) interpretacji procesów ewolucyjnych wpływających na funkcjonalną optymalizację struktur szkieletowych. W badaniach wykorzystywane są instrumenty badawcze dostępne w Instytucie oraz we współpracujących z PSiPB jednostkach naukowych, a także sprzęt analityczny dostępny w ramach Europejskiej Przestrzeni Naukowej.

Bieżące zadania badawcze PSiPB to między innymi:

- Zapis procesów fizjologicznych w mikro- i nanostrukturze węglanowych szkieletów współczesnych i kopalnych bezkręgowców. Biogeochemiczne oraz strukturalne efekty procesów diagenetycznych.

Wybrane publikacje:
• Gorzelak, P., Stolarski, J., Dubois, Ph., Kopp, C., and Meibom, A. 2011. 26Mg labeling of the sea urchin regenerating spine: insights into echinoderm biomineralization process. Journal of Structural Biology 176 (1): 119-126, doi:10.1016/j.jsb.2011.07.008.
• Kopp, C., Meibom, A., Beyssac, O., Stolarski, J., Djediat, S., Szlachetko, J. & Domart-Coulon, I. 2011. Calcareous sponge biomineralization: ultrastructural and compositional heterogeneity of spicules in Leuconia johnstoni Carter 1871. Journal of Structural Biology 173(1):99-109, doi:10.1016/j.jsb.2010.07.006.
• Brahmi, C., Meibom, A., Smith, D.C., Stolarski, J., Auzoux-Bordenave, S., Nouet, J., Doumenc, D., Djediat, C. & Domart-Coulon, I. 2010. Skeletal growth, ultrastructure and composition of the azooxanthellate scleractinian coral Balanophyllia regia. Coral Reefs 29: 175-189. doi:10.1007/s00338-009-0557-x
• Stolarski, J., Gorzelak, P., Mazur, M., Marrocchi, Y. and Meibom, A. 2009. Nanostructural and geochemical features of the Jurassic isocrinid columnal ossicles. Acta Palaeontologica Polonica 54: 69-75.
• Stolarski, J., Meibom, A., Przeniosło, R. & Mazur, M. 2007. A Cretaceous scleractinian coral with a calcitic skeleton. Science 318(5847): 92-94.
• Stolarski, J. & Mazur, M. 2005. Nanostructure of biogenic versus abiogenic calcium carbonate crystals. Acta Palaeontologica Polonica 50:847-865.

- Symulacja procesów biomineralizacyjnych zachodzących w organizmach żywych, m.in. z wykorzystaniem hydrofobowych i hydrofilowych polimerów organicznych kontrolujących fizjologiczne procesy wzrostu szkieletu w nanoskali (nanokompozytowe materiały biomimetyczne).

Wybrane publikacje:
• Kubacka, D., Krysinski, P., Blanchard, G., Stolarski, J., Mazur, M. 2010. Toluene-Filled Polypyrrole Microvessels: Entrapment and Dynamics of Encapsulated Perylene. The Journal of Physical Chemistry B 114(46):14890-6, doi:10.1021/jp107316u.

- Zbieżności i rozbieżności w rekonstrukcjach filogenezy Scleractinia na podstawie cech morfologicznych szkieletu oraz danych molekularnych:

Wybrane publikacje:
• Stolarski, J., Kitahara, V.M., Miller, D., Ca irns, S.D., Mazur, M., and Meibom, A. 2011. The ancient evolutionary origins of Scleractinia revealed by azooxanthellate corals. BMC Evolutionary Biology 11:316, doi:10.1186/1471-2148-11-316.
• Janiszewska, K., Stolarski, J., Benzerara, K., Meibom, A., Mazur, M., Kitahara, M. and Cairns, S.D. 2011. A unique skeletal microstructure of the deep-sea micrabaciid scleractinian corals. Journal of Morphology 272(2):191-203, doi:10.1002/jmor.10906.
• Budd, A.F. & Stolarski, J. 2011. Corallite wall and septal microstructure in scleractinian reef corals: Comparison of molecular clades within the family Faviidae. Journal of Morphology 272(1):66-88, doi:10.1002/jmor.10899
• Kitahara, M. V., Cairns, S. D., Stolarski, J. Blair, D. and Miller, D. J. 2010. A comprehensive phylogenetic analysis of the Scleractinia (Cnidaria, Anthozoa) based on mitochondrial CO1 sequence data. PLoS ONE 5(7): e11490. doi:10.1371/journal.pone.0011490.
• Morycowa, E. & Roniewicz, E. 1995.Microstructural disparity between Recent fungiine and Mesozoic microsolenine scleractinians. Acta Palaeontologica Polonica 40: 361-385
• Roniewicz, E. & Morycowa, E. 1993. Evolution of the Scleractinia in the light of microstructural data. Courier Forschungsinstitut Senckenberg 164:233-240.

ZESPÓŁ BADAWCZY

dr hab. Jarosław STOLARSKI, prof. IP PAN (kierownik pracowni)

prof. dr hab. Ewa RONIEWICZ - e-mail

mgr Przemysław GORZELAK (doktorant)

mgr Katarzyna JANISZEWSKA (doktorantka)

mgr Katarzyna KRZYWIECKA - e-mail (doktorantka)

FORMER STAFF

dr Krzysztof MAŁKOWSKI - e-mail

dr Mikołaj ZAPALSKI (obecnie: Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii)