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Geprüft am 2026-08-01. Was noch umstritten ist, wird als umstritten gekennzeichnet.
=== Hydroxylapatit (Knochen) === Die Knochen der Wirbeltiere (Vertebrata) bestehen zu etwa 65 % aus anorganischen Komponenten, hauptsächlich Hydroxylapatit, einem Calciumphosphat mit der Formel Ca5[OH|(PO4)3] sowie etwa 35 % organischen Komponenten, überwiegend Kollagen. Kollagen ist ein Struktureiweiß sehr hoher Zugfestigkeit. Daneben sind noch Proteine und Fette sowie in frischen Knochen auch noch Wasser vorhanden. Der Hydroxylapatit bewirkt die Druckfestigkeit und Steifigkeit, das Kollagen die Zugfestigkeit der Knochen.
Quellen: de.wikipedia.org
Hydroxylapatit kann in bestimmten Zellen, den Osteoblasten, aus Phosphat- und Calcium-Ionen erzeugt werden. Dazu werden zunächst in einer Kollagen-Matrix aus organischen Phosphaten so lange Phosphationen freigesetzt, bis das Löslichkeitsprodukt für Calciumphosphat überschritten ist. Kollagen wirkt als Kristallisationskeim und es kristallisiert Hydroxylapatit aus. Die hohe Festigkeit kommt dadurch zustande, dass sich die Kristallite des Hydroxylapatits bevorzugt nach Druck- und Zugbeanspruchung in Spannungslinien ausrichten und dabei eine strebenartige Struktur bilden. Diese Architektur des Knochenaufbaus kann mit fossilem Material bis zu den Dinosauriern zurückverfolgt werden. Die Knochen erlegter Tiere waren für den Menschen durch Jahrtausende hindurch äußerst wertvoll: Als „Verbundwerkstoff“ waren Knochen ein wichtiger Rohstoff zur Herstellung von Werkzeugen. Die organischen Komponenten lieferten Knochenleim und die anorganischen (z. B. als Knochenmehl oder Knochenasche) einen wertvollen Phosphatdünger (bis wegen des BSE-Problems diese Art der Anwendung verboten wurde). Knochen brauchen nach dem Tod eines Wirbeltieres relativ lange, um zersetzt zu werden. Daher besteht für sie eine höhere Wahrscheinlichkeit, fossil überliefert zu werden, als für die Weichteile. Fossile Knochen sind daher ein wichtiges „Archiv des Lebens“. Was der Mensch heute über die Evolution der Wirbeltiere und damit auch über seine eigene Entwicklungsgeschichte weiß, verdankt er in erster Linie der vergleichsweise hohen fossilem Erhaltungsfähigkeit von Knochen und Zähnen.
Quellen: de.wikipedia.org
Auch die Ernährungsweise, Krankheiten und die Folgen kriegerischer Auseinandersetzungen werden in Knochen und Zähnen „archiviert“. In seltenen Fällen konnten in fossilen Knochen noch Reste von Erbsubstanz nachgewiesen werden. Ein eindrucksvolles Beispiel für die Archiv-Funktion von Knochen kann im Dinosaur National Monument in den USA besichtigt werden. Hydroxylapatit und andere Apatite entstehen auch bei bestimmten biochemischen Bedingungen im Boden (ganze Lagerstätten sind so entstanden) und sind mineralogisch und morphologisch oft von Knochen-Hydroxylapatit nicht zu unterscheiden. Entscheidend ist das durch Tonpartikel, Bakterien (zu etwa 5 % P-haltig) und anderen Mikrowesen (durch Algen erzeugte Monosaccharide zur explosionsartigen Vermehrung der Bakterien) erzeugte Mikroenvironement und die sich ergebenden chemischen Lösungen (siehe Schmittner und Giresse). Das Konzentrationsverhältnis von Ca zu P in der Mikro-Lösung entscheidet über das Entstehen von Hydroxylapatit oder Calcit. 10 Mikrometer große platte Hydroxylapatitkristalle lassen sich so innerhalb von 3 bis 5 Tagen mittels hohen gleichen P- und Ca-Konzentrationen erzeugen. Zur weiteren einfachen Veranschaulichung: eine doppelte Konzentration von Ca zu P ergibt Calcit.
Quellen: de.wikipedia.org
Zudem, unsere täglichen Ablagerungen auf den Zähnen bestehen bis zu 60 % aus Hydroxylapatit (entsteht unter Gegenwart von Sauerstoff) und teils auch Calcit (hier aber kein Sauerstoff in der „Mikrowelt“, da von sauerstoffverbrauchenden Bakterien aufgebraucht), besonders nach dem Genuss von süßen Speisen; diese Ablagerungen sind aber nicht erwünscht, da sie mit einer Unzahl von Bakterien versehen sind und Bakterien, wie bekannt, Säuren produzieren, die wiederum den Zahnschmelz angreifen und eine „Mikro- bis Millimeter große Krater-Landschaft“ auf der Zahnoberfläche hinterlassen. Mit anderen Worten, die rein chemischen Voraussetzungen zur Entstehung von Hydroxylapatit in den Knochen unterscheiden sich nicht von denen, die bei der Entstehung von Hydroxylapatit als Ablagerung auf den Zähnen gegeben sind, oder denen, die die Entstehung von Hydroxylapatit in Gesteinen begünstigen.
Quellen: de.wikipedia.org
=== Fluorapatit === Zahnschmelz besteht primär aus Hydroxylapatit. Die Härte des Zahnschmelzes ist in erster Linie darauf zurückzuführen, dass er ganz überwiegend (zu ca. 95 Prozent) aus anorganischem Material besteht. Mit fluoridhaltigen Präparaten (Medikamenten, Zahnpflegemittel) gelingt es, im Hydroxylapatit OH-Gruppen teilweise durch Fluorid-Ionen zu ersetzen und so den Hydroxylapatit partiell in Fluorapatit umzuwandeln. Dieser ist widerstandsfähiger gegenüber Säuren und besitzt daher eine bessere Schutzfunktion gegen Karies.
Quellen: de.wikipedia.org
=== Biomineralisation === Das seit Mitte des Jahres 2003 laufende Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) „Principles of Biomineralisation“ befasst sich unter Federführung der Universität Hannover mit grundlegenden Fragestellungen zum Thema „biologische Verbundwerkstoffe“ mit den anorganischen Komponenten Calciumcarbonat, Siliziumdioxid und Apatit. Das Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart bearbeitet einen Schwerpunkt „Bioinspirierte Synthese keramischer Materialien“. Die Architektur des Knochenaufbaus kann mit fossilem Material bis zu den Dinosauriern zurückverfolgt werden, ein Thema, das bei GKSS, Geesthacht, mit modernster instrumenteller Ausrüstung bearbeitet wird. Forschungen mit überwiegend medizinischer Zielsetzung werden seit rund 15 Jahren in Dresden durchgeführt. Aus den weltweiten Aktivitäten zum Thema „Biomineralisation“ können nur einige Themen schlaglichtartig herausgegriffen werden: DNA eignet sich hervorragend als Konstruktionsmaterial im Nanometermaßstab. Möglich wird dies dadurch, dass DNA-Sequenzen so programmiert werden können, dass sie sehr spezifisch an andere Moleküle koppeln, die wiederum mit anorganischen Partikeln in Wechselwirkung treten. Da unterschiedliche DNA-Sequenzen so konstruiert werden können, dass sie sich aneinander anlagern, ergeben sich nahezu unbegrenzte Kombinationsmöglichkeiten.
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Eine Forschergruppe an der New York University synthetisiert mit Hilfe gentechnisch veränderten Bakterien der Gattung Escherichia coli ein Peptid, das in der Lage ist, aus einer Lösung von Gold(III)-chlorid Goldpartikel auszufällen und sich an die Goldoberfläche zu heften. Als aktive Stellen des Peptids vermutet man die Aminosäuresequenz Glutamin/Alanin/Threonin. Dieses einfache System dient bisher ausschließlich der Grundlagenforschung. Am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, Massachusetts, züchtet man Bakteriophagen (M13-Viren), die sich in der Lösung eines Kobaltsalzes mit metallischem Cobalt überziehen. Als das Kobalt oxidiert wurde, erhielten die Wissenschaftler Drähte aus Kobaltoxid mit einer Dicke von 6 Nanometer und einer Länge von 900 Nanometer. In einem orientierenden Test konnten sie nachweisen, dass sich dieses Material als Komponente eines Lithiumionen-Akkus eignet. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist das folgende Problem: Das CO2, das bei der Verbrennung fossiler Energieträger entsteht und zur globalen Erwärmung beiträgt, wird etwa zur Hälfte von den Ozeanen absorbiert. Dadurch drohen die Ozeane zu versauern, mit der Folge, dass die Bildung kalkhaltiger Strukturen bei der Biomineralisation erschwert wird.
Quellen: de.wikipedia.org
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