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Uno dei pionieri della scienza naturalistica, l'interesse per questa disciplina arrivò della frequentazione della farmacia dello zio Domenico.
Da quel mondo familiare avviò il suo primo erbario, iniziando ad approfondire le conoscenze delle caratteristiche scientifiche e terapeutiche delle erbe allora usate in medicina.
Dopo pochi anni divenne un grande esperto di queste tematiche; molto frequenti erano le escursioni verso le terre vicine ad Ascoli e nell'Abruzzo Teramano.
Gli interessi dell' Orsini spaziavano nei più svariati campi come la botanica, la zoologia, la chimica e la meteorologia. Approfondimenti scientifici furono effettuati sul Monte Vettore e anche del mare Adriatico.
Eccellenti furono le sue scoperte, sul Gran Sasso e sui monti del Piceno, di specie vegetali, animali, e fossili, tanto da aver avuto l'onore di legare il suo nome ad un genere: l' Orsina camphorata.
Anche un pesce dell'Adriatico porta il suo nome: l'Ozoduram Orsini.
Le sue ricerche non si limitarono all'Italia centrale, ma varcarono i confini nazionali.
Era socio delle più illustri Accademie delle scienze. Aiutato anche dalla moglie Marietta, valente collaboratrice, i suoi testi e trattati erano citati da molte società e organizzazioni scientifiche. In questo senso significativa fu la sua opera per organizzare l'opposizione all'epidemia di colera che scoppiò nel piceno.
Diresse uno zuccherificio a Grottammare, fu promotore di attività culturali.
Instancabile apportò innovazioni nel campo dell'agricoltura e dell'allevamento. Ideò un nuovo procedimento per la fabbricazione delle candele ed una macchina per tappare le bottiglie di vini spumanti. Divenne persino un inventore di giochi pirici originali.
Patriota della prima ora, subì ostracismi delle autorità pontificie nel 1831. Organizzò un corpo di volontari che partecipò alla prima guerra di indipendenza.
Per i suoi tanti meriti, e per i "servigi resi alla nazione", nel 1861 l'Orsini fu nominato senatore del Regno. Nello stesso anno Vittorio Emanuele II lo nominò cavaliere dell'Ordine dei SS. Maurizio e Lazzaro, di cui diventerà Ufficiale nel 1866.
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