زیست‌کانی‌سازی
زیست‌کانی‌سازی فرآیندی است که در آن موجودات زنده کانی تشکیل می­‌دهند. این فرآیند اغلب برای سفت و سخت شدن بافت‌های موجود صورت می­‌گیرد. به چنین بافت­‌هایی کان‌بافت گفته می­‌شود. زیست کانی سازی پدیده‌­ای بسیار گسترده است. هر ۶ فرمانرو شامل اعضایی هستند که توانایی تشکیل کانی دارند و تا کنون بیش از ۶۰ کانی در جانداران شناسایی شده است. به عنوان مثال می‌­توان به سیلیکات­‌ها در جلبک‌ها و دیاتوم­‌ها، کربنات‌ها در بی‌مهرگان و کلسیم‌فسفات و کربنات‌ها در مهره‌داران اشاره کرد. این کانی‌­ها اغلب ویژگی­‌های ساختاری موجود در صدف‌ها و یا استخوان در پستانداران و پرندگان را موجب می‌­شوند. جانداران از ۵۵۰ میلیون سال پیش برای خود اسکلت‌های معدنی می­‌سازند. کان‌بافت‌هایی که از جنس کلسیم‌کربنات یا کلسیم‌فسفات معمولا بلوری هستند درحالی‌که در جانداران با کان‌بافت‌هایی از جنس سیلیسیم‌دی‌اکسید، کانی‌ها غیرکریستالی اند مانند اسفنج‎‌ها و دیاتوم‌ها. مواد معدنی زیستی که به صورت بیولوژیکی تشکیل شده‌­اند اغلب کاربردهای ویژه‌ای مانند قابلیت تشخیص میدان مغناطیسی در باکتری­‌های حساس به میدان (FeO) ، شتاب­‌سنج‌ها (CaCO3,CaSO4,BaSO4) و ذخیره‌سازی آهن (Fe2O3.H2O درپروتئین فریتین) دارند.
از نظر پراکندگی دسته‌بندی، رایج‌­ترین زیست‌کانی­‌ها نمک‌های "فسفات" و کربنات‌ کلسیم هستند که در کنار پلیمرهای طبیعی مانند کلاژن و کیتین ساخته می­‌شوند تا به ساختارهای استخوان­‌ها و صدف‌ها استحکام ببخشند. ابعاد این بیوکامپوزیت‌ها در مقیاس نانومتری تا ماکروسکوپیک بسیار قابل کنترل‌اند که موجب تشکیل ساختارهای پیچیده­‌ای می­‌شوند که ویژگی‌ها و کاربردهای چند منظوره را فراهم می‌­کنند. از آنجایی که دامنه کنترل رشد این کانی­‌ها برای به کار بردن در مهندسی مواد بسیار مطلوب است، تمایل بسیاری برای درک کردن چگونگی زیست کانی سازی کنترل شده وجود دارد.
در میان جانوران، کانی‌های تشکیل شده از کلسیم‌کربنات، کلسیم‌فسفات و سیلیس، نقش‌های مهمی مانند دفاع و تغذیه را ایفا می‌کنند. اینکه زیست‌کانی‌ها در باکتری‌ها چه نقشی دارند کاملاً آشکار نشده‌ است. یک فرضیه این است که سلول‌ها آنها را می‌سازند تا از حبس شدن در پسماندهای خود جلوگیری کنند. ذرات اکسید آهن نیز ممکن است متابولیسم آنها را تقویت کنند.
در ابعاد فراسلولی، زیست کانی­‌ها اغلب در اندام مخصوصی ذخیره­ می‌­شوند که معمولا این فرآیند در اوایل رشد رویان صورت می‌­گیرد. این عضو حاوی غشایی طبیعی است که ذخیره سازی بلورها را تسهیل و هدایت می­‌کند. این بافت ممکن است از جنس کلاژن باشد مانند دهان دومیان و یا ساخته شده از کیتین و دیگر پلی‌ساکاریدها مانند پوسته نرم‌تنان.
صدف یک ماده کامپوزیت با منشا زیستی است که مورد علاقه بسیاری در علم مواد است زیرا دارای ویژگی­‌های غیرمعمول است و نمونه ای بارز از زیست‌کانی‌سازی است. پوسته­‌های نرم‌تنان از ترکیب 90-95% جرمی کلسیم‌کربنات تشکیل شده اند که 1-5% دیگر هم توسط ماده آلی دیگری تشکیل یافته است. کامپوزیت حاصل چقرمگی شکستی حدود 3000 برابر بیشتر از خود بلورها دارد. در فرآیند زیست‌کانی‌سازی صدف ها، پروتئین­‌های ویژه‌ای در هسته‌زایی، فاز، شکل و نحوه رشد نقش دارند و به طور کلی مقاومت مکانیکی قابل توجه صدف را به آن می­‌بخشند. استفاده از اصول زیست‌تقلیدی (بیومیمتیک) آشکار شده از نحوه تشکیل و ساخت پوسته نرم‌تنان می­‌تواند به ما در ساخت کامپوزیت­‌های جدید با خصوصیات نوری، الکترونیکی و ساختاری ارتقا یافته کمک کند. ساختارها و چینش‌­ها در میان این پوسته­‌ها  متنوع است ولی همه آنها برخی ویژگی­‌ها را در اشتراک دارند: بخش اصلی پوسته تشکیل شده از کلسیم‌کربنات بلوری (کلسیت) است. با اینکه در بخش­‌هایی آمورف‌های کلسیم‌کربنات وجود دارند که مانند کریستال‌ها رفتار می‌­کنند، این بخش‌ها هرگز زاویه یا وجهی از خود نشان نمی‌­دهند. بررسی‌­های ساختارهای داخلی آنها، ریزدانه های گرد شده نامنظمی را نشان می‌دهند.
قارچ‌ها گروهی متنوع از جانداران هستند که به حوزه یوکاریوت‌ها تعلق دارند. تحقیقات حول نقش آنها در فرآیندهای زمین­‌شناسی نشان داده‌‌اند که قارچ‌ها در زیست‌کانی‌سازی و زیست‌تخریب‌پذیری (زیست‌فروسایی) مؤثر‌اند.
در مطالعه نقش‌های قارچ­‌ها در زیست‌کانی‌سازی مشاهده شده است که قارچ‌­ها مواد معدنی را با کمک یک غشای طبیعی مانند پروتئین رسوب می­‌دهند که محلی برای هسته‌زایی و رشد کانی‌­های طبیعی را فراهم می­‌کند. رشد قارچ می­تواند یک رسوب معدنی حاوی مس تولید کند. به عنوان مثال می­‌توان به کربنات‌مس تولید شده از واکنش آمونیوم‌کربنات با CuCl اشاره کرد.. تولید کربنات‌مس در حضور پروتئین­‌های ساخته و ترشح شده توسط قارچ صورت می‌گیرد. این پروتئین­‌های میان‌یاخته‌­ای در ابعاد و شکل کانی­‌های کربنات ساخته شده در قارچ­‌ها مؤثراند.
علاوه بر رسوب گذاری کانی­‌های کربنات، قارچ­‌ها می­‌توانند زیست‌کانی­‌های فسفات حاوی اورانیوم را در حضور فسفر تولید کنند، که فسفر در این فرآیند نقش بستر را ایفا می­‌کند. قارچ یک جُلینه تشکیل می­‌دهد که کانی­‌های اورانیومی تولید شده را جمع و متمرکز می­‌کند. با اینکه اورانیوم برای موجودات زنده مضر تلقی می­‌شود، دیده می­شود که برخی قارچ­‌ها در مقابل آن مقاوم اند.
افزون بر اینکه کانی­‌هایی توسط قارچ­‌ها تولید می­‌شوند، برخی کانی­‌ها نیز به واسطه آنها تخریب می‌­شوند که این فرآیند اغلب توسط آن گونه­‌هایی صورت می­‌گیرد، که اگزالیک‌ اسید تولید می­‌کنند. تولید اگزالیک اسید برای آن قارچ‌هایی که توانایی انجامش را دارند، در حضور گلوکز افزایش می­‌یابد. یافت شده است که این قارچ­‌ها کانی‌های آپاتیت و گالِن را می‌­توانند بفرسایند. تخریب کانی­‌ها توسط قارچ‌ها طی فرآیندی صورت می‌­گیرد که نئوجنسیس نامیده می‌­شود. این قابلیت­‌های برخی قارچ­‌ها تاثیر زیادی بر افزایش خوردگی دارند که مشکلی بسیار پرهزینه برای بسیاری از صنایع می­‌باشد.
اکثر زیست‌کانی‌ها در 3 دسته‌بندی متمایز کانی‌ها قرار می‌گیرند که عبارت‌اند از: کربنات‌ها، سیلیکات‌ها و فسفات‌ها.
اصلی‌ترین عضو کربنات‌ها CaCO است. رایج‌ترین چندشکل‌ها‌ (polymorph) کلسیت و آراگونیت است که به عنوان مثال کلسیت در روزن‌داران و کوکولیتوفورها دیده‌ می‌شود. آراگونیت در مرجان‌ها نیز مشاهده می‌شود. علاوه بر اینها، واتریت(vaterite) شبه‌پایدار و کلسیم‌کربنات آمورف هم می‌توانند از نظر ساختاریو یا به عنوان فازهای میانی فرآیند زیست‌کانی‌سازی، مهم باشند. برخی زیست‌کانی‌ها شامل ترکیبی از فازها در اجزای ساختاری منظم و متمایز هستند (مانند پوسته دوکفه‌ای‌ها). کربنات‌ها به ویژه در محیط‌های دریایی رایج‌اند ولی در آب‌های شیرین و جانداران خشکی نیز دیده می‌شوند.
سیلیکات‌ها در محیط‌های دریایی رایج‌اند. به عنوان مثال اُپال(opal) نوعی هیدرات آمورف سیلیسیم دی‌اکسید آبدار (با فرمول SiO·"n"HO) است که  دیاتوم‌ها و شعاعیان در شرایط مناسب دیواره‌های خود (frustule) را از آن می‌سازند.
رایج‌ترین فسفات، هیدروکسی آپاتیت است. که یک فسفات کلسیم با فرمول (Ca(PO)(OH)) است که یکی از تشکیل دهنده‌های اصلی استخوان‌، دندان و فلس ماهی است.
به جز این سه دسته بندی اصلی، چند نوع کانی زیستی هم وجود دارند که رواج کمتری دارند. این کانی‌ها معمولا به دلیل وجود نیاز جاندار به یک ویژگی خاص فیزیکی ویا قرارگیری در یک زیستگاه غیرمعمول ساخته می‌شوند. به عنوان مثال دندان‌ها که در درجه اول برای بریدن و پاره کردن بافت‌های سخت استفاده می‌شوند، ممکن است با مواد معدنی سخت تقویت بشوند، مانند مگنتیت در کیتون‌‌ها ویا گوتیت در خاره‌چسب‌ها، که هر دو ماده نمونه‌هایی از کانی‌های شامل آهن‌ می‌باشند. آن دسته از شکم‌پایان که در مجاورت چاه‌های گرمابی زندگی می‌کنند، پوسته کربناتی خود را با ترکیبات معدنی آهن و گوگرد مانند پیریت و گرژیت (greigite) تقویت می‌کنند. باکتری‌های مغناطیسی هم از کانی‌های آهن دارای خاصیت مغناطیسی، مانند مگنتیت و گرژیت برای ساختن مگنوتوزوم‌ها استفاده می‌کنند که به توزیع و جهت‌گیری رسوبات کمک می‌کنند. شعاعیان هم سوزنه‌هایی از جنس سلستین می‌سازند.
اولین شواهد مربوط به زیست‌کانی‌سازی به 750 میلیون سال پیش بازمی‌گردد. جانداران اسفنجی در 630 میلیون سال پیش اسکلت‌هایی از جنس کلسیت ساخته اند. در بیشتر نسب، زیست‌کانی‌سازی در دوره کامبرین یا اردویسین رخ داده ‌است. جانداران در فرآیند کانی‌سازی از پایدارترین حالت کلسیم‌کربنات موجود در آب در آن دوره زمانی استفاده کرده‌اند و تا پایان تاریخ زیستی خود، از آن حالت استفاده کرده‌اند(برای یک بررسی عمیق‌تر به مراجعه شود). پایداری گفته شده به نسبت Ca/Mg در آب دریا بستگی دارد. که در درجه اول به سرعت گسترش بستر اقیانوس وابسته است، اگرچه مقادیر CO2 جو نیز در این نسبت نقش دارند.
زیست‌کانی‌سازی به طور مستقل چندین بار تکامل یافته است و بسیاری از گونه‌های جانوری برای اولین بار در دوره کامبرین اجزای ساخته شده از کانی‌ها را از خود نشان داده‌اند. بسیاری از موجودات دیگر از فرآیندهای مشابه استفاده کرده‌اند که نشان می‌دهد فرآیندهای زیست‌کانی‌سازی برگرفته از روندهایی‌اند که از قبل در سلول‌ها به منظور اهداف دیگر وجود داشته‌اند. با این‌که این روندهای تسهیل کننده زیست‌کانی‌سازی پیچیده‌اند و شامل فرستنده‌های سیگنال، بازدارنده‌ها و فاکتور رونویسی هستند، بسیاری از این فرآیندها در میان شاخه‌های مختلف از جمله مهره‌داران، نرم‌تنان و مرجان‌ها مشترک اند. اجزای مشترک وظایف اساسی را انجام می‌دهند، مانند اینکه تعیین کنند که سلول‌ها برای ساخت کانی به کار روند، اما ژن‌ها جنبه‌های دقیق‌تر و ظریف‌تر را کنترل می‌کنند که در مراحل بعدی زیست‌کانی‌سازی رخ می‌دهند که به عنوان مثال، می‌توان به جهت‌گیری وساختار دقیق بلور ساخته شده اشاره کرد که این جهت‌گیری و ساختار گفته شده در میان نسب گوناگون، به شدت تکامل پیدا کرده‌اند. این‌ها نشان می‌دهند که جانوران پرکامبرینی از روندهای مشابه برای اهداف متفاوتی استفاده می‌کرده اند. شاید این جانوران برای پرهیز از رسوب‌گذاری ناخواسته کلسیم‌کربنات ناشی از اقیانوس‌های اشباع شده دوره پروتروزوئیک چنین فرآیندهایی را طی می‌کرده‌اند. حالت‌هایی از مخاط که در زیست‌کانی‌سازی مؤثر هستند، در نیاکان حیوانات امروزی نقش جلوگیری از مقادیر بالای کلسیم را داشته‌اند. علاوه بر این، برخی پروتئین‌های خاصی که در اصل در حفظ غلظت کلسیم در سلول‌ها نقش داشته‌اند، در میان همه حیوانات هم‌ساخت هستند، و به نظر می‌رسد که پس از واگرایی شجره‌های حیوانات، در فرآیندهای زیست‌کانی‌سازی به کار گرفته شده‌اند. زیست‌کانی‌سازی به دور از اینکه یک ویژگی کمیاب باشد که چندین بار تکامل یافته و راکد مانده است، فرآیندی است که دفعات زیادی تکامل یافته است و امروزه نیز به سرعت در حال تکامل است. حتی در یک سرده نیز می‌توان تفاوت‌های بسیاری در یک خانواده ژن مشاهده کرد.
هم‌ساختی روش‌های‌زیست‌کانی‌سازی‌ با یک آزمایش قابل توجه نشان داده شده است که طی آن لایه درونی یک صدف درون دندان انسان قرار داده شد. در این آزمایش به جای یک واکنش از طرف سیستم ایمنی بدن انسان، دیده شد که لایه قرار داده شده به خوبی با غشای استخوان مهمان پیوند خورد. این می‌تواند تغییر کاربری در فرآیندهای زیست کانی سازی را نشان دهد.
قدیمی‌ترین نمونه زیست‌کانی‌سازی به 2 میلیارد سال قبل و ذخیره سازی مگنتیت باز می‌گردد. که در برخی باکتری‌ها، دندان کیتون‌ها و مغز مهره‌داران دیده شده است. ممکن است که سازوکار‌هایی که در نیاکان مشترک دوسوئیان نقش حسگر مغناطیسی را ایفا می‌کردند، بعدها در دوره کامبرین تکثیر شده و اصلاح پیدا کرده‌اند و به پایه‌ای برای سازوکارهای زیست‌کانی‌سازی مبتنی بر کلسیم تبدیل شده‌اند. در کیتون‌ها آهن در مجاورت دندان پوشیده شده با مگنتیت ذخیره می‌شود که باعث می‌شود پس از سایش، تجدید یابند. نه تنها شباهت مشخصی میان فرآیند رسوب‌گذاری مگنتیت و رسوب مینای دندان وجود دارد، بلکه برخی جانداران محل‌های مشابه برای ذخیره سازی آهن را در کنار دندان‌هایشان دارا هستند. در حوزه اخترزیست‌شناسی، بیان شده است که زیست‌کانی‌ها می‌توانند نشانه‌های مهمی برای حیات فرازمینی باشند، در نتیجه می‌توانند نقش مهمی در جستجوی حیات در گذشته و حال مریخ باشند. علاوه بر این، کانی‌های آلی که نقش ردپای زیستی را دارند، به عنوان ایفا کنندگان نقش در واکنش‌های مواد حیاتی و مواد پیش‌زیستی شناخته می‌شوند.
در 24 ژانویه سال 2014، ناسا اعلام کرد که مطالعات مریخ‌نورد‌های آپورچونیتی و کنجکاوی، در جستجوی شواهد حیات در گذشته آن سیاره خواهد بود که شامل تلاش برای یافت شواهد یک زیست‌کره مبتنی بر ریزاندامگان خودپرورد و شیمی‌پرورد در کنار نشانه‌های محیط‌های شامل آب است که ممکن است زیست‌پذیر بوده باشند. جستجو به دنبال شواهد زیست‌پذیری، سنگواره‌ها و ترکیبات آلی بر روی سیاره مریخ، در حال حاضر از اهداف اصلی ناسا است.
اکثر رویکردهای مرسوم برای سنتز مواد در مقیاس نانو از نظر انرژی ناکارآمد هستند و شرایط سختی نیاز دارند که به عنوان مثالی برای این شرایط می‌توان به دما، فشار ویا pH بالا اشاره کرد. این فرآیندها اغلب پسماندهای سمی تولید می‌کنند. علاوه بر این، مقدار ماده تولید شده کم است. در مقابل، مواد تولید شده توسط جانداران، نسبت به مواد ساختگی مشابه با ترکیب فاز یکسان، خواص بهتری دارند. این مواد زیستی، در محیط‌های آبی و توسط درشت‌مولکول‌ها جمع آوری می‌شوند. درشت‌مولکول‌های طبیعی مواد اولیه را جمع و حمل کرده و این بسترها را به صورت یکنواخت، به کامپوزیت‌های منظم با برد کوتاه و بلند تبدیل می‌کنند. هدف از زیست‌تقلید، شبیه سازی روش‌های طبیعی تولید کانی‌هایی مانند آپاتیت است. بسیاری از بلورهای ساخته شده به دست انسان، به دمای بالا و محلول‌های شیمیایی قوی نیاز دارند در حالی که جانداران مدت‌هاست که می‌توانند کانی‌های پیچیده و دقیقی را در دمای محیط بسازند. فازهای این کانی‌ها اغلب خالص نیستند بلکه از کامپوزیت‌هایی ساخته می‌شوند که بخش آلی دارند. این بخش‌ها معمولاً از جنس پروتئین‌هایی‌اند که در فرآیند زیست‌کانی‌سازی نقش دارند. این کامپوزیت‌ها نه تنها از کانی خالص سخت‌تر هستند، بلکه محکم‌تر هم هستند.
از زیست‌کانی‌سازی می‌توان برای تصفیه آب‌های زیرزمینی آلوده به اورانیوم استفاده شود. این فرآیند در درجه اول برای رسوب کانی‌های اورانیوم فسفات مطرح می‌شود. این فسفات توسط ریزاندامگان موجود در آب ترشح می‌شود. لیگاندهای دارای بار منفی در سطح سلول‌ها، یون مثبت اورانیل () را جذب می‌کنند. اگر غلظت فسفات و به اندازه کافی باشد، کانی‌هایی مانند اتونیت (Ca(UO)(PO)•10-12HO) و چندبلورهای  HUOPO تشکیل می‌یابند در نتیجه تحرک یون‌های اورانیل کاهش می‌یابد. در مقابل روش اضافه مستقیم ترکیبات معدنی فسفات به آب‌های زیر زمینی آلوده، روش حذف آلاینده‌ها با استفاده از زیست‌کانی‌سازی این برتری را دارد که لیگاندهای تولید شده توسط میکروب‌ها بجای واکنش فعال با تمام فلزات محلول در آب، ترکیبات اورانیومی را به طور ویژه مورد هدف قرار می‌دهند. تحریک فعالیت فسفاتاز باکتری‌ها برای آزادسازی فسفات در شرایط کنترل شده، سرعت آبکافت ارگانوفسفات توسط باکتری‌ها را محدود کرده و آزادسازی فسفات در سامانه را کاهش می‌دهد. این فرآیند از گرفتگی محل تزریق، توسط مواد معدنی دارای فسفات جلوگیری می‌کند. غلظت بالای لیگاندها در نزدیکی سطح سلول‌ها کانون‌هایی را برای هسته‌زایی و رسوب‌گذاری آماده می‌کنند. این فرآیند از رسوب‌گذاری با محلول‌های شیمیایی پربازده‌تر است.