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Docente
DANIELA MEDAS (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[60/77]  CONSERVAZIONE E GESTIONE DELLA NATURA E DELL'AMBIENTE [77/25 - Ord. 2021]  Gestione dell'ambiente 6 56

Obiettivi

Alla fine del corso ci si attende che lo studente sappia conoscere e comprendere:

- i principali processi che si registrano all’interfaccia tra la geosfera/idrosfera e la biosfera con un approccio multidisciplinare e multiscala.
- i meccanismi che regolano il rilascio e l’incorporazione dei contaminanti inorganici all’interfaccia geosfera-biosfera.
- le caratteristiche peculiari dei biominerali, le composizioni principali, il loro ruolo e i processi di formazione.
- le potenzialità applicative dei biominerali.
- le principali tecniche di biorisanamento e fitorisanamento ambientale e i meccanismi di funzionamento coinvolti.
- le principali tecniche analitiche utili per lo studio dei biominerali.
- le principali tecniche di campionamento e di preparazione dei campioni per lo studio delle biomineralizzazioni e dei processi di interazione geosfera-biosfera.


Conoscenza e capacità di comprensione:
Acquisire la capacità di comprensione dei processi biogeochimici che influenzano la mobilità degli elementi. Essere capaci di comprende i meccanismi coinvolti nel trasferimento dei metalli dalla geosfera/idrosfera alla biosfera. Comprendere i meccanismi di formazione dei biominerali e il ruolo giocato dagli esseri viventi nella loro formazione. Acquisire una conoscenza generale sulle tecniche di analisi utili nella biomineralogia.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Imparare a sviluppare idee originali applicabili in sistemi reali per una corretta comprensione e gestione dell’ambiente (sviluppo di competenze che consentano allo studente di relazionare la ricerca di base alla ricerca applicata).

Autonomia di giudizio:
Imparare a comprendere e gestire sistemi complessi integrando le conoscenze acquisite nelle varie discipline in modo autonomo per formulare potenziali linee di ricerca mirate alla caratterizzazione ambientale e alla salvaguardia degli ecosistemi.

Abilità comunicative:
Saper comunicare in modo chiaro quanto appreso sia a interlocutori non specialisti che specialisti, attraverso diversi canali di comunicazione: presentazioni tipo PowerPoint, poster, relazioni tecnico-scientifiche, ecc.

Capacità di apprendimento:
Sviluppare una capacità di apprendimento autonoma per lo sviluppo professionale futuro. Saper leggere/ascoltare in modo critico le diverse tematiche. Imparare a reperire autonomamente informazioni utili al proprio percorso di studi attraverso la ricerca di testi/articoli scientifici. Saper estrapolare le informazioni utili al proprio scopo.

Prerequisiti

Per poter comprendere a fondo i contenuti previsti nell’insegnamento di Biomineralogia e interazione geosfera-biosfera, è indispensabile avere conoscenze di Mineralogia, Geochimica, Chimica, Chimica Analitica e Ambientale.

Contenuti

DIDATTICA FRONTALE

Introduzione:
- Definizione di biominerale.
- Gli organismi viventi coinvolti nei processi di biomineralizzazione.
- Composizione dei principali biominerali.
- Ruoli delle biomineralizzazioni.
- Classificazione delle biomineralizzazioni ed esempi: mineralizzazione indotta biologicamente (epicellulare, intracellulare e extracellulare), mineralizzazione controllata biologicamente (extracellulare, intercellulare e extracellulare).

Evoluzione dei minerali:
- I minerali nei tempi geologici, l’influenza dell’attività biologica sulla loro evoluzione.

Ruolo delle interazioni geo-bio sui cicli biogeochimici dei metalli:
- Ambienti estremi, piante e metalli.
- Biofilm, biomineralizzazioni batteriche e metalli.

Esempi di biomineralizzazione:
- Carbonato di calcio: cianobatteri, stromatoliti, molluschi. La madreperla e le perle.
- Fosfato di Ca: l'apatite e la biomineralizzazione nei vertebrati. L’esempio delle ossa.
- La silice: biomineralizzazione intracellulare nelle diatomee.
- Ossidi di ferro: batteri magnetotattici e magnetite.

Biominerali/minerali e piante:
- La rizosfera.
- Influenza delle radici delle piante sull’evoluzione dei minerali nel suolo (processi di dissoluzione e precipitazione).
- Piante e mobilità degli elementi, con particolare attenzione per i metalli.
- I biominerali nelle piante: composizione, formazione, ruolo.

Il concetto di zona critica e i processi principali che controllano la mobilità degli elementi, i diagrammi Eh-pH.

Applicazione dei processi di interazione geosfera-biosfera e dei processi di biomineralizzazione:
- L’interpretazione paleoambientale e paleoclimatica.
- Il biomonitoraggio.
- Il biorisanamento (bioventing, biosparging, biostimulation, bioaugmentation, bioleaching, biosorption).
- L'adattamento delle specie vegetali in ambienti estremi e le fitotecnologie (phytoextraction, phytodegradation, phytostimulation, phytostabilization, phytovolatilization, rhizodegradation).

Cenni alle analisi chimiche e mineralogiche utili nel campo della biomineralogia:
- Richiami all’interazione dei raggi X con la materia (scattering, fluorescenza e assorbimento).
- Accenni alle principali tecniche utili per lo studio dei biominerali: microscopio elettronico a scansione, diffrazione a raggi X, spettroscopia di fluorescenza e di assorbimento.

Casi studio: ricerca di base e applicata
- Le biomineralizzazioni batteriche di Zn lungo il Rio Naracauli (SO Sardegna).
- Distribuzione e speciazione chimica dello Zn in alcune specie vegetali.
- Foraminiferi e metalli, foraminiferi e microplastiche.


ATTIVITÀ PRATICA SUL TERRENO E LABORATORIO

- Attività sul campo in aree minerarie.
- Campionamento e preparazione dei campioni per lo studio di biomineralizzazioni batteriche e dei processi di interazione geosfera-biosfera.
- Diffrattometria a raggi X per polveri (XRD): principi di funzionamento e interpretazione dei risultati.
- Analisi qualitativa dei campioni prelevati sul campo attraverso l’XRD.

Metodi Didattici

L’attività didattica è organizzata in lezioni frontali (4 CFU – 32 ore) e attività di laboratorio (2 CFU – 24 ore).

- La frequenza delle lezioni è fortemente consigliata.
- Le lezioni frontali si svolgeranno attraverso la spiegazione degli argomenti, con l’ausilio di presentazioni PowerPoint.
- Gli aspetti teorici saranno accompagnati dall’esposizione di ricerche scientifiche (del docente e non).
- Le attività di laboratorio (sulla base delle condizioni di contesto legate alla pandemia Covid-19) si svolgeranno in gruppi per stimolare gli studenti ad interagire tra loro.

Come riportato nel Manifesto generale degli Studi per l'A.A. 2021/2022 (pag. 12), la didattica verrà erogata prevalentemente in presenza, integrata e “aumentata” con strategie online, allo scopo di garantirne la fruizione in modo innovativo e inclusivo.

A causa della situazione epidemiologica, è prevista la possibilità di lezioni in diretta streaming. Inoltre, le attività di laboratorio potranno essere svolte mediante forme di interazione a distanza con i supporti informatici disponibili.

Per le attività di laboratorio, sulla base delle condizioni di contesto legate alla pandemia Covid-19, potranno essere previste turnazioni e/o attività sostitutive on-line.

Verifica dell'apprendimento

- Durante le lezioni frontali e le attività pratiche, è richiesta la partecipazione attiva degli studenti che sarà valutata per l’attribuzione del voto finale.

- Report tecnici sulle attività pratiche.

- Prova scritta: lo studente dovrà sviluppare un argomento a piacere tra quelli svolti durante le lezioni frontali. Dovrà, poi, rispondere a domande vero/falso, a risposta multipla e aperta sulle tematiche indicate nel programma. Voto espresso in trentesimi.

- Prova orale: preparazione di una presentazione (es. PowerPoint) da esporre al docente e colleghi su una pubblicazione scientifica scelta dallo studente (materiale fornito dal docente o reperibile in autonomia) relativa alle tematiche trattate durante il corso. Si dovranno esporre: la problematica di partenza; lo scopo del lavoro; un accenno alle tecniche analitiche usate; i risultati ottenuti; l’interpretazione dei risultati e la loro utilità. Verrà valutata la proprietà di linguaggio e dovrà essere espressa la propria opinione critica sui processi descritti e sulle interazioni geo-bio coinvolte. Il docente e colleghi potranno fare delle domande. Voto espresso in trentesimi.

Il punteggio della prova d'esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi e sarà valutata positivamente l'attiva partecipazione degli studenti alle lezioni frontali e alle attività pratiche. Per conseguire la valutazione minima (18/30), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente sulle principali interazioni geo-bio che regolano la mobilità degli elementi; aver acquisito una conoscenza elementare delle principali caratteristiche dei biominerali e applicazioni. Per conseguire il punteggio massimo (30/30 e lode), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza e comprensione eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso. Il voto finale sarà dato dalla media dei voti ottenuti durante la prova scritta e la prova orale.

In funzione della situazione legata alla pandemia Covid-19, le modalità di verifica (report, esame orale e scritto) potranno subire delle variazioni.

Testi

Attualmente non esistono testi specifici di riferimento in italiano. Il materiale didattico (presentazioni in PowerPoint) verrà fornito agli studenti insieme ai lavori scientifici utilizzati durante la spiegazione dei diversi argomenti.


Ulteriore materiale utile (fornito dal docente):

Dove, De Yoreo et al.: Biomineralization, Mineralogical Society of America, 2003.
Gadd, G. M.: Metals, minerals and microbes: Geomicrobiology and bioremediation, Microbiology, 156(3), 609–643, 2010.
Lowenstam, H. A. and Weiner, S.: On biomineralization, New York: Oxford University Press., 1989.
Meldrum, F. C. and Cölfen, H.: Controlling Mineral Morphologies and Structures in Biological and Synthetic Systems, Chem. Rev., 108(11), 4332–4432, 2008.
Phoenix, V. R. and Konhauser, K. O.: Benefits of bacterial biomineralization., Geobiology, 6(3), 303–308, 2008.
Skinner, H. C. W.: Biominerals, Mineral. Mag., 69, 2005.
Skinner, H. C. W. and Jahren, A. H.: Biomineralization, Treatise on Geochemistry, 1–69, 2007.
Weiner, S. and Dove, P. M.: An Overview of Biomineralization Processes and the Problem of the Vital Effect, Rev. Mineral. Geochemistry, 54(1), 1–29, 2003.

Altre Informazioni

Le presentazioni PowerPoint delle lezioni e le pubblicazioni scientifiche utili ai fini dell’apprendimento saranno fornite dal docente.

Il docente riceve gli studenti per spiegazioni in qualsiasi giorno ed orario lavorativo, previo appuntamento.

Il nostro Ateneo fornisce supporto agli studenti affetti da disturbi specifici dell'apprendimento (DSA): http://corsi.unica.it/scienzegeologiche/info-dsa/

Questionario e social

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