对贝壳和珊瑚如何形成的纳米级研究表明，生物矿化比想象的更复杂

珊瑚是如何形成骨骼的，海胆是如何长出脊椎的，鲍鱼是如何在壳中形成珍珠母的？能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）高级光源的一项新研究表明，这种生物矿化过程比以前想象的更复杂、更多样，海洋生物利用生物矿化将碳锁在体内

研究人员研究了珊瑚、海胆和软体动物样本的边缘，在这些样本中，被称为“矿物前体”的临时构建块开始形成新的外壳或骨架。在那里，他们发现了一个惊喜：珊瑚和软体动物产生了一种矿物前体，这种矿物前体以前从未在生物体中观察到，而且是最近才合成的

他们还发现建筑砌块的类型多种多样。科学家们希望看到“无定形”前体，即缺乏重复原子结构的矿物。他们做到了&mdash；但他们也发现了“结晶”前体，即结构更有序的矿物。这项研究发表在《自然通讯》杂志上

伯克利实验室的客座科学家、威斯康星大学麦迪逊分校的教授Pupa Gilbert说：“一个有趣的观察结果是，珊瑚骨架和软体动物的珍珠母具有完全相同的前体，但它们的进化完全不同。”。她指出，这两个物种在生命之树上相互分化很久之后就开始制造生物矿物

吉尔伯特说：“这很酷，因为这意味着以这种方式制造具有如此多前驱体的生物矿物是一种进化优势，无论是能量、热力学还是其他方式。”。“作为一名物理学家，我发现如此多的生命和生物学都在利用物理学的美来获得进化优势，这很有趣。”

科学家们还发现，不同物种中存在不同比例的构建块。令人惊讶的矿物前体，半水碳酸钙（CCHH）和另一种构建块（单水滑石，或MHC）都在珊瑚和软体动物中发现。但CCHH和MHC仅在海胆棘中以微量出现；表明不同的动物采取不同的生物矿化方法

研究人员使用先进光源（ALS）发现了这一发现，ALS是一种产生强烈光束的圆形粒子加速器。ALS可以像一台强大的显微镜一样提供有关样品原子和化学结构的信息。科学家们使用了两种不同的技术来研究这些材料的表面及其化学组成，揭示了意想不到的矿物质以及各种构建块

“如果我们只等一天，我们就会错过这些短暂存在的阶段。在伯克利实验室，我们有这种独特的能力，可以在现场制备样本，然后使用世界上最好的光束和显微镜，为我们提供所需的纳米级分辨率和深度灵敏度。”

为了在这个微小的水平上研究矿物颗粒，研究人员还开发了一种新方法，称为“Myriad Mapping”。该技术可以在一张图像中可视化所有不同类型和相对浓度的矿物；以前的方法将研究人员仅限于三种类型的矿物。该方法还可能在从原子到宇宙尺度的其他领域中应用

Gilbert和她的合作者正在进行研究，研究海水酸度的增加如何影响海洋生物制造生物矿物的方式。了解这一过程是预测海洋生物将如何应对环境变化的关键，例如气候变化导致的酸性海洋