Powiedzenie „mieć kamienną twarz” może mieć zaskakująco dosłowne znaczenie. Choć minerały kojarzą się głównie z górami, skałami i geologicznymi procesami, w rzeczywistości są też nieodłączną częścią organizmów żywych – w tym człowieka.
Niektóre z nich pełnią funkcje konstrukcyjne, inne regulacyjne, a część powstaje jako niepożądany efekt uboczny metabolizmu. Granica między światem ożywionym a nieożywionym okazuje się więc wyjątkowo cienka.
Minerały biologiczne, czyli biomineralizacja
Zjawisko tworzenia minerałów przez organizmy żywe określa się mianem biomineralizacji. W naturze jest ono powszechne: koralowce budują rafy z kalcytu i aragonitu, ślimaki tworzą muszle z węglanu wapnia, a gąbki szkielety z krzemionki. U ludzi i innych kręgowców proces ten zachodzi głównie w kościach i zębach.
W przeciwieństwie do minerałów powstających w skorupie ziemskiej w wyniku procesów geologicznych, biomineralne struktury formują się w warunkach biologicznych – w komórkach, w płynach ustrojowych, w precyzyjnie kontrolowanym mikrośrodowisku chemicznym.
Bioapatyt – nasz wewnętrzny budulec
Najważniejszym minerałem ludzkiego organizmu jest bioapatyt, zbliżony składem do hydroksyapatytu, Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Stanowi on około 95% szkliwa zębów i 70% masy kostnej.
W odróżnieniu od krystalicznego apatytu geologicznego, ten biologiczny zawiera w swojej strukturze domieszki węglanów, sodu czy magnezu, co czyni go bardziej elastycznym – a jednocześnie bardziej podatnym na rozpuszczanie w kwaśnym środowisku (np. przy próchnicy).
Ciekawostka: bioapatyt nie tylko buduje kości, ale też regeneruje je – dlatego jest wykorzystywany w implantologii i ortopedii jako materiał biokompatybilny. Współczesne implanty często pokrywa się cienką warstwą syntetycznego hydroksyapatytu, by ułatwić zrastanie się kości z protezą.
Kalcyt w uchu i magnetyt w mózgu
Nieco mniej znane są inne minerały obecne w ludzkim ciele. W uchu środkowym znajdują się mikroskopijne kryształki kalcytu, zwane otolitami („kamykami błędnikowymi”). Poruszają się one pod wpływem grawitacji i przyspieszenia, przekazując mózgowi informacje o położeniu ciała. Bez nich utrzymanie równowagi byłoby niemożliwe.
Jeszcze większą zagadką jest obecność magnetytu (Fe₃O₄) w ludzkim mózgu. Odkryto go w latach 90. XX wieku w obszarach mózgu odpowiedzialnych za orientację przestrzenną. U niektórych zwierząt – np. ptaków wędrownych, żółwi morskich czy łososi – magnetyt pełni funkcję biologicznego „kompasu”, reagującego na pole magnetyczne Ziemi.
Czy u ludzi odgrywa podobną rolę? Nie wiadomo. Istnieją hipotezy, że może być pozostałością ewolucyjną lub mieć znaczenie w funkcjonowaniu układu nerwowego. Niektórzy półżartem sugerują, że to on odpowiada za nasze „ciągnięcie” w stronę lodówki.
Kamienie, których nie chcemy
Nie wszystkie minerały w naszym ciele powstają z pożytkiem. Bruszyt, struwit i whewellit to związki chemiczne, które tworzą twarde złogi – kamienie nerkowe, żółciowe, moczowe i nazębne.
Złogi te powstają, gdy w płynach ustrojowych zachodzi przesycenie jonów wapnia, magnezu czy fosforanów, co prowadzi do krystalizacji. Kamica to w istocie lokalna „geologia” w mikroskali.
Największy znany kamień żółciowy, usunięty chirurgicznie w Indiach, ważył aż 6 kilogramów. Dla porównania – przeciętne kamienie żółciowe mają wielkość ziarnka grochu.
Jeszcze bardziej niebezpieczne są mikrokrystaliczne złogi bioapatytu odkładające się w naczyniach krwionośnych. Ich obecność może prowadzić do zwapnienia tętnic, a w konsekwencji do chorób układu sercowo-naczyniowego.
Wdychamy i jemy minerały
W ciągu dnia do naszych płuc dostają się mikroskopijne drobiny minerałów – kwarcu, miki, tlenków żelaza czy pyłów glinokrzemianowych. W powietrzu miejskim stężenie pyłu zawieszonego (PM₂.₅ i PM₁₀) zawiera nierzadko nawet kilkadziesiąt rodzajów minerałów. Sporadycznie rejestrowano w nim także cząstki złota czy platyny, pochodzące z zużycia katalizatorów samochodowych.
Codziennie nieświadomie połykamy od 10 do 50 mg materiału skalnego – głównie z kurzu, gleby i drobin spożywczych. Dzieci, które często wkładają ręce do ust, spożywają nawet kilka razy więcej.
Minerały przyjmujemy również celowo: halit (sól kamienna), hematyt (żelazo), magnetyt w suplementach, czy magnezyt w lekach przeciw nadkwasocie.
Lecznicze ziemie i minerały w medycynie
Już w starożytności ludzie stosowali minerały jako środki lecznicze. Grecy i Rzymianie używali ziemi z Lemnos, znanej jako Terra sigillata, której kawałki opatrywano pieczęcią potwierdzającą autentyczność.
W Polsce podobny produkt wytwarzano w okolicach Strzegomia. Pigułki z minerałów ilastych – głównie smektytu i kaolinitu – służyły jako środek na zatrucia i choroby układu pokarmowego.
Do dziś w farmacji wykorzystuje się smektyty (np. w preparacie Smecta) oraz siarczan baru (baryt) – w postaci papki kontrastującej stosowanej przy badaniach rentgenowskich układu pokarmowego.
Minerały w życiu i w sztuce
Minerały naszego ciała mają też wpływ na kulturę. W średniowieczu wierzono, że choroby wynikają z „kamieni” osadzających się w ciele, które można „rozkruszyć” ziołami lub modlitwą. Współcześni artyści i naukowcy wykorzystują ten motyw dosłownie – tworząc biominerały z hodowli komórek czy drukowane kości z bioapatytu w technologii 3D.
Kamień, który żyje
Człowiek to nie tylko woda i białko, ale także prawdziwa geologiczna mozaika – kilkadziesiąt minerałów w mikroskopijnych ilościach.
Niektóre z nich nas chronią i wzmacniają, inne mogą być śmiertelnie groźne. W każdym przypadku przypominają, że jesteśmy częścią tego samego obiegu materii, który od miliardów lat kształtuje Ziemię.
Źródła:
- Lowenstam, H. A., & Weiner, S. (1989). On Biomineralization. Oxford University Press.
- Kirschvink, J. L. et al. (1992). Magnetite biomineralization in the human brain. PNAS, 89(16), 7683–7687.
- Indian Journal of Surgery (2012). A case of giant gallstone weighing 6 kg.
- U.S. Geological Survey (USGS), Minerals in Your Body (2021).
- Janeczek J. (2021). Mineralog – podróż do wnętrza człowieka. Przystanek Nauka.
- Bertazzo, S. et al. (2013). Nanostructure of pathological mineral deposits in human cardiovascular tissue. Nature Materials, 12(6), 576–583.
- Lemke, K. et al. (2020). Inhaled mineral dusts and human health. Earth-Science Reviews, 210, 103349.
