Что такое спикулы губок
СПИКУЛЫ
Смотреть что такое «СПИКУЛЫ» в других словарях:
СПИКУЛЫ — • СПИКУЛЫ, в астрономии копьеобразный столб горячего газа, выбрасываемый из солнечной ХРОМОСФЕРЫ в виде сильной струи. Спикулы часто достигают высоты 8000 км над поверхностью СОЛНЦА. Большинство спикул не более 500 км в диаметре. • СПИКУЛЫ, в… … Научно-технический энциклопедический словарь
спикулы — I (от лат. spiculum кончик, остриё, жало) (анат.), 1) скелетные элементы у некоторых беспозвоночных, например губок, иглокожих, асцидий. 2) Спикулы, или стилеты, части мужских половых органов у круглых червей. II в солнечной хромосфере,… … Энциклопедический словарь
СПИКУЛЫ — (от лат. spiculum кончик острие, жало), в анатомии,1) скелетные элементы у некоторых беспозвоночных, напр. губок, иглокожих, асцидий.2) Спикулы, или стилеты, части мужских половых органов у круглых червей … Большой Энциклопедический словарь
СПИКУЛЫ — в солнечной хромосфере отдельные столбы светящейся плазмы, видимые при наблюдении Солнца в монохроматическом свете (в спектральных линиях Н, Не, Са+ и др.). Спикулы поднимаются из хромосферы в солнечную корону до высоты 6 10 тыс. км, их диаметр… … Большой Энциклопедический словарь
СПИКУЛЫ — 1. Элементы минер. скелета губок в виде мельчайших известковых или кремневых (опаловых) телец, имеющих форму одноосных, трехосных, четырехосных или многоосных иголочек, изолированных или срастающихся в прочную скелетную ткань. Характерны для… … Геологическая энциклопедия
Спикулы — Фотография хромосферы над активной областью Солнца № 10380 в линии водорода Hα. Характерная фактура хромосферы, напоминающая «горящие прерии» создаётся спикулами. Спикулы (от … Википедия
спикулы — (лат. spiculum кончик, острие) 1) астр. отдельные недолговечные (5 мин.) столбы светящейся плазмы, поднимающиеся из хромосферы в солнечную корону на высоту до 10 тыс. км; одновременно на солнце существуют сотни тысяч епикул, но наблюдаются они… … Словарь иностранных слов русского языка
спикулы — (лат. spiculum острие, стрела, луч) в рентгенологии выявляемые при рентгенологическом исследовании кости линейные тени, расположенные перпендикулярно ее длиннику и обусловленные образованием костных игл вдоль стенок кровеносных сосудов;… … Большой медицинский словарь
Спикулы — твердые хитиновые палочки на заднем конце тела у самцов круглых глист в числе двух, реже одной. Каждая палочка лежит в мускулистом мешке, открывающемся позади полового отверстия вместе с кишкой в небольшую клоаку. При совокуплении С. вставляются… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Губки
Основные особенности животных типа Губки
Всего описано около 15 000 видов губок. Подавляющая их часть обитает в морях, только около 219 видов освоили пресные водоёмы. Они встречаются везде, где есть прочный субстрат, подходящий для прикрепления: коралловые рифы, скалы, затопленные брёвна, раковины моллюсков. Некоторые селятся на иле или песке. Во взрослом состоянии почти все они неподвижны, только малая их часть способны на весьма ограниченные перемещения и движения отдельными участками тела.
Большая часть представителей типа предпочитает мелководье. Но некоторые, например, почти все стеклянные губки, встречаются на большой глубине. Размер тела губок варьирует от нескольких миллиметров до трёх метров и более в диаметре и в высоту (как, например, у бочонковидной губки Spheciospongia vesparium). Они живут колониями или одиночно.
Внешнее строение губок
Все губки — двухслойные животные:
Губки с аксоноидным строением не бывают крупными. Их цилиндрические тела обычно не превышают 1 мм в диаметре. Такой тип строения накладывает ограничения на их размер, поскольку увеличение диаметра тела в этом случае нарушает оптимальное соотношение площади поверхности и объема. У особей рода Leucosolenia тело имеет вид отдельных трубок, часто соединённых своими основаниями, напоминающих пучки. У видов рода Clathrina оно организовано в форме трубчатой сети.
Чтобы увеличить свои размеры, губкам пришлось изменить строение тела. Сиконоидный тип строения позволяет увеличить площадь поверхности и сократить объём атриума за счёт глубоких трубчатых впячиваний на внутренней и внешней поверхности тела. Впячивания хоанодермы (камеры и отводящие, или жгутиковые каналы) направлены от центра наружу. Впячивания пинакодермы называются приводящими каналами. Многочисленные отверстия — прозопиле, соединяют приводящие каналы и жгутиковые камеры.
Вода в теле сиконоидных губок проходит следующий путь: остии — приводящие каналы — прозопили — жгутиковые каналы — атриум — оскулум. Губки с таким строением тела имеют больший диаметр — от 1 до нескольких см. Сиконоидное строение характерно для родов Grantia и Sycon.
Наибольшего размера (от нескольких см до 1 метра и более) достигают представители типа с лейконоидным телом. Вода в их, лишённых крупных полостей телах, проходит по сложной сети сосудов. Вместо одной полости в них расположены многочисленные (до 10 000 шт.) небольшие сферические камеры, покрытые жгутиковыми клетками, к которым подходят приводящие и отводящие каналы. Оскулумов, как и отверстий отводящих каналов, на теле таких губок много.
Любое увеличение их тела просто приводит к появлению дополнительных жгутиковых камер. Форма лейконоидных губок разнообразна: они бывают корковыми, подушковидными, ветвистыми, пальцевидными, плоскими, трубчатыми и похожими на вазы.
В настоящее время самой крупной губкой считается вид, пока не имеющий чёткого описания и названия из семейства Rossellidae (найден он на глубине 2,1 км вблизи Гавайских островов). Он достигает 3,5 м в длину, 2 м в высоту и 1,5 м в ширину.
Клеточное строение губок
У асконоидных губок стенка самая тонкая, у лейконоидных наиболее толстая. Но качественно стенка отличается только у стеклянных губок. Она состоит не из отдельных клеток, как у всех остальных, а представляет собой многоядерную цитоплазматическую массу, ограниченную поверхностной мембраной ( синцитий ). У обыкновенных и известковых губок стенка состоит из клеток, образующих ложные ткани двух разных типов: «соединительную» и «эпителиальную». «Эпителиальная ткань» чаще лишена характерных для эпителия межклеточных контактов и не подстилается базальной пластинкой.
У губок «эпителиальные ткани» — это:
2. Хоанодерма состоит из хоаноцитов — одножгутиковых воротничковых клеток. По строению они похожи на хоанофлагеллят.
3. Между пинакодермой и хоанодермой лежит мезохил — слой, похожий на соединительную ткань. Особенно хорошо он выражен у туалетных губок, представленный густой волокнистой сетью.
Мезохил — единственный слой тела губок, который не омывается водой, да и вообще он слоем не считается (помните, что губки двухслойны?). Он состоит из совокупность межклеточного матрикса и населяющих его разнообразных клеток. Среди его многочисленных клеток есть:
Скелет
Губки подвергаются натиску течения воды, и чтобы ему противостоять, они обзавелись скелетными элементами. Они бывают жёсткими и хрупкими или эластичными как резина — минеральными и органическими (из спонгина). Чаще они расположены в мезохиле (эндоскелет), но есть виды с наружным скелетными элементами (экзоскелет), покрывающими либо всё тело губки, либо только отдельные его участки. Жёсткость скелета сильно отличается даже у губок одного вида, она зависит от формы их тела.
Скелетом мягких корковых форм, таких, как Oscarella и Halisarca, является студенистый мезохил, пронизанный лишь тонкими коллагеновыми волокнами. Чаще всего мезохил бывает укреплённым минеральными спикулами или спонгином или тем и другим одновременно. Концы спикул могут выходит наружу из пинакодермы и осуществлять дополнительную механическую защиту губки.
Скелет из спикул может представлять собой жёсткую хрупкую решётку или каркас, как у стеклянной губки Euplectella aspergillum или известковой Minchinella sp. Коралловые губки Demospongia имеют массивный экзоскелет из СаСО3, дополняемый спикулами из кремнезёма, как и у большинства обыкновенных губок.
У некоторых губок нет спикул, зато есть органический спонгин. Их тело пористое и эластичное, легко сжимается. Большое количество спонгина делает тело похожим на резину. Иногда в спонгине заключаются инородные частицы, например песчинки. У большинства губок присутствует и спонгин и спикулы.
Спикулы — это элементы скелета, построенные из кремнёзема (SiО2) или углекислого кальция (СаСО3). Их состав, размер и форма используются в систематике губок на всех таксономических уровнях. Они бывают крупными и мелкими, в форме игл с прямым и закруглённым концом и трёхлучевыми.
Фильтрация
По способу питания и по образу жизни все губки относятся к организмам-биофильтраторам. Ток воды не только приносит пищевые частички к клеткам их тела, но и снабжает их кислородом (дышат они путём диффузии), удаляет продукты обмена веществ, выносит личинок и половые клетки. Объём жидкости, который прогоняют через себя губки, поразителен. В среднем каждые 5 сек. губка прокачивает количество воды, равное объёму своего тела.
Морская губка Geodia cydonium весом 1 кг процеживает около 24 тысяч литров воды в сутки, а пресноводная Spongilla lacustris фильтрует воду со скоростью 0,3 мл/с на 1 г сырого веса, что для губки весом 1 кг составляет примерно 25 тысяч литров воды в сутки.
Они могут снижать скорость фильтрации и совсем прекращать поток воды, чтобы, например, предотвратить попадание ила в тело. Осуществляют они это при помощи регуляции диаметра оскулума.
Направленный ток воды создаётся при помощи хоаноцитов. Оскулумы у многих видов губок расположены на вершине и работают по типу «вытяжных труб». У основания губок скорость течения воды ниже, чем рядом с оскулумами. В результате создаётся разность давления и поток устремляется из области высокого давления к области низкого — от остий к оскулумам.
Питание
Есть хищные виды, относящиеся к роду Cladorhizidae. Они ловят мелких животных, типа рачков, которые прилипают к клейким нитям, раскинутым губкой. Пойманное животное подтягивается к стенкам тела губки и переваривается при помощи археоцитов.
У многих губок есть автотрофные симбионты (зоохлореллы, зооксантеллы, цианобактерии), от которых они получают питательные вещества. Некоторые губки с Большого Барьерного рифа (Австралия) за счет симбиотических цианобактерии покрывают от 48 до 80 % своих энергетических потребностей.
Токсичность губок
Многие губки вырабатывают и накапливают на поверхности тела продукты обмена, которые часто бывают токсичными для определённых хищников. Например, 9 из 16 антарктических губок и 27 из 36 карибских губок токсичны для рыб. Но они отпугивают не всех животных. Да и среди рыб встречаются губкоядные виды (рыбы-ангелы и единороговые). Охотно питаются губками морские черепахи, особенно бисса.
Некоторые губки используют вырабатываемые ими вещества в борьбе с конкурентами за пространство. Так, карибский вид Chondrilla nucula таким способом убивает находящиеся поблизости кораллы и после обрастает вокруг их прочных скелетов.
Неприятным сильным запахом обладает «чесночная» губка Lissodendoryx isodictyalis. А прикосновение к карибской «огненной» губке Tedania ignis вызывает сильное раздражение на коже.
Движение губок
Подавляющее большинство губок — прикреплённые животные. Но некоторые из них способны к ограниченному передвижению. Морские (Chondrilla, Hymeniacidon, Tethya) и пресноводные (Ephydatia) перемещаются по субстрату со скоростью от 1 до 4 мм в день. Двигаются они при помощи более или менее согласованного перемещения амёбоидных клеток. Также губки могут сокращаться и регулировать размер оскулума при помощи миоцитов.
Отличительная особенность губок в способности многих их клеток свободно перемещаться. Амёбоидные клетки мезохила двигаются постоянно. Хоаноциты и эндопиканоциты также способны менять своё место расположения в ходе перестройки водоносной системы.
Размножение
Губки размножаются бесполым и половым путём и в жизненном цикле многих из них происходит чередование половой и бесполой стадий. Бесполое размножение осуществляется путём фрагментации, почкования или образования зимующих пропагул (геммул).
Половое размножение
Почти все губки (за редким исключением) гермафродиты. В подходящий период все они выбрасывает сперматозоиды, которые током воды переносятся к другой губке, где их захватывают хоаноциты, теряя жгутик и превращаясь в клетку-носителя. Они переносят сперматозоиды к яйцеклеткам. Внутри мезохила происходит слияние сперматозоида с яйцеклеткой (оплодотворение). У некоторых губок зиготы выходят в окружающую среду и развиваются там. У других наблюдается живорождение (личинкорождение), зигота развивается в личинку внутри материнского организма.
Личинки губок весьма разнообразны. И называются они тоже по-разному:
Личинки всех губок живут недолго. Вскоре они оседают и принимаются ползать по дну в поисках подходящего для прикрепления места. Прикрепляются, претерпевают метаморфоз и становятся молодыми губками.
Значение губок
Как биофильтраторы они выполняют важнейшую роль в очистке воды. Очищают миллионы тонн воды, улучшая санитарное состояние водной среды. Кроме микроорганизмов и жидкой органики, они адсорбируют также тяжёлые металлы и галогены.
Пресноводные губки служат индикаторами загрязнения воды. Их кремниевые спикулы отличаются быстрым реагированием на загрязнения. Многие губки разрушают известковые кораллы и раковины моллюсков.
У острорылого краба ( Oregonia gracilis ) оригинальный способ маскировки. Он селит на свой панцирь прикреплённых животных, в том числе и губок или растения, которые разрастаясь, скрывают его от хищников.
Многие мелкие животные используют тело губок как убежище. В их водоносных каналах селятся ракообразные и офиуры.
Класс Известковые губки (Calcarea)
Класс Homoscleromorpha
Относительно молодой таксон, выделенный совсем недавно, ранее представителей класса причисляли к обыкновенным губкам. Их особенности:
Класс Обыкновенные губки (Demospongiae)
Класс Стеклянные губки (Hexactinellida, Hyalospongia)
У некоторых видов рода тело цилиндрическое, до 1 м. в высоту, иглы у основания, втыкающиеся в грунт, достигают 3 метров длины.
Вам будет интересно
Зоология (от др.греч. ζῷον — животное и λόγος — учение) — это раздел биологии, комплексная…
Хоанофлагеллаты, или воротничковые жгутиконосцы (Choanoflagellata) — (от др.-греч. χοaνη — воронка (по форме воротничка) и…
Споровики (Sporozoa), или апикомплексы (Apicomplexa) — тип одноклеточных простейших из надтипа альвеолят (Alveolata). Если брать…
Жгутиковые, или жгутиконосцы — это гетеротрофные, фотоавтотрофные или миксотрофные протисты, передвигающиеся и захватывающие пищу при…
Корзинка Венеры и ее обитатели
Перед вами группа губок Euplectella aspergillum (Venus’ flower basket), запечатленная на дне Мексиканского залива. Родовое название этих губок происходит от греческого ευπλεκτος ‘хорошо сплетенный’, так как основу их тел составляет изящный ажурный скелет из переплетенных игл — спикул. За свою удивительную красоту эти губки получили поэтичное название «корзинка Венеры».
Корзинки Венеры относятся к классу шестилучевых, или стеклянных, губок и обычно достигают высоты 10–30 см, хотя встречаются экземпляры и до 1,3 м. Обитают эти губки в различных местах Мирового океана, в основном на глубине больше 500 м. В корзинке можно найти различных животных. Некоторые из них предпочитают жить вблизи скоплений губок, где всегда можно найти пищу, например в виде других жителей этих колоний (присмотритесь внимательнее к фото и заметите прячущегося среди корзинок омара), а для кого-то цветочная корзинка Венеры становится постоянным домом. Так, креветок семейства Spongicolidae редко можно встретить вне полости стеклянных губок. Еще в молодом возрасте они поселяются там в поисках пищи, растут, линяют и из-за своих размеров во взрослом возрасте уже не покидают свой дом. Благо, живут они не в одиночку, а в основном разнополыми парами, рождая потомство, которое способно уплыть от родителей в поисках нового дома и своей пары.
Креветки Spongicolidae в губке Euplectella oweni. Фото © kuronamako с сайта flickr.com, Port of Nagoya Public Aquarium, Япония, 1 февраля 2014 года
Стеклянные губки примечательны не только своей красотой и живущими в них креветками. В отличие от остальных классов — обыкновенных губок, известковых губок и Homoscleromorpha — тело стеклянных губок состоит не из отдельных клеток, а в основном из синцития — клеток, слившихся между собой в процессе развития. Синцитий пронизывает всё тело животного в виде переплетающихся тяжей и плоскостей, по которым происходит транспорт питательных веществ.
Как и другие губки, стеклянные губки — фильтраторы. Но если у других классов в фильтрации участвуют клетки-хоаноциты, имеющие на внешней стороне жгутик, окруженный микроворсинками (жгутик нагнетает воду с пищевыми частицами, которые захватываются микроворсинками), то у стеклянных губок — разветвленные клетки, формирующие не один комплекс со жгутиками и микроворсинками, а несколько. Некоторые авторы считают, что эти клетки также являются синцитием, хотя ядро в них только одно. Кроме того, в теле стеклянных губок есть отдельные одноядерные клетки археоциты (см. Archaeocyte). Эти клетки плюрипотентные: из них образуются разные типы клеток, в том числе сперматозоиды и яйцеклетки.
Структура мягких тканей стеклянной губки Farrea occa. Вода (ее поток показан стрелкой) с пищевыми частицами попадает в тело губки со стороны дермальной мембраны (dermal membrane) на внешней поверхности тела. Затем через входные отверстия — прозопили (prosopyle) — вода проходит в жгутиковые камеры (flagellated chamber), выстланные «хоаноцитами». Там происходит нагнетание пищевых частиц и их захват путем фаго- и пиноцитоза. Лишняя вода выходит через выходное отверстие жгутиковой камеры — апопиль (apopyle) — за пределы атриальной мембраны (atrial membrane). Трабекулярные нити (trabecular strand) поддерживают структуры губки, в том числе жгутиковые камеры. Рисунок из обзора S. P. Leys et al., 2007. The biology of glass sponges
Еще одна особенность стеклянных губок понятна из их второго названия — шестилучевые: только у них есть спикулы с шестью лучами, которые расходятся перпендикулярно в разные стороны. У некоторых спикул есть дополнительные лучи, а у других один или несколько лучей могут отсутствовать.
Различные формы спикул стеклянных губок на основе шестилучевой спикулы с кубической симметрией. Обратите внимание, что однолучевые спикулы (monoactins) и двулучевые спикулы (diactin) различаются присутствием у вторых редуцированного аксиального креста (axial cross) — места расхождения лучей. Рисунок из обзора S. P. Leys et al., 2007. The biology of glass sponges
Кроме того, спикулы не обязательно должны быть прямыми: они могут изгибаться, а также на них могут образовываться выросты.
Варианты спикул шестилучевых губок с выростами. Изображения получены с помощью сканирующей электронной микроскопии. Рисунок из обзора S. P. Leys et al., 2007. The biology of glass sponges
Спикулы могут лежать отдельно, а также могут сливаться и образовывать скелет, поддерживающий структуры губки. Вот как выглядит скелет цветочной корзинки Венеры:
Скелет цветочной корзинки Венеры (Euplectella aspergillum). Слева — внешний вид скелета, длина масштабного отрезка — 4 см; в центре — увеличенный фрагмент, видна регулярная организация в виде решетки, длина масштабного отрезка — 2 см. Справа — решетка, состоящая из переплетающихся спикул, длина масштабного отрезка — 2,5 мм. Изображение из статьи M. Fernandes et al., 2020. Mechanically robust lattices inspired by deep-sea glass sponges
Кроме того, есть спикулы, прикрепляющие губку к грунту. Например, у глубоководной губки Monorhaphis chuni есть только такая спикула. Размер спикул зависит от размера тела губки. Самый потрясающий пример — спикула всё той же M. chuni, которая может достигать в длину 2,7 метров при диаметре 1,1 см. Впрочем, учитывая, что самая крупная изученная спикула имеет возраст около 11±3 тысячи лет, у нее было достаточно времени, чтобы вырасти до такого размера.
Спикулы стеклянных губок, как и обыкновенных, состоят из аморфного кремнезема, который образуется путем конденсации ортокремниевой кислоты (см. Кремниевые кислоты), растворенной в морской воде. Панцирь диатомовых водорослей (см. картинку дня Панцирь диатомей) и скелет радиолярий также состоят из аморфного кремнезема. Однако в отличие от этих организмов у губок полимеризация проходит с помощью ферментов силикатеинов (см. Silicatein). Открытие силикатеинов началось с обнаружения белкового тяжа в центре спикул. Позже определили, что тяжи состоят из белков, которые каталитически полимеризуют молекулы ортокремниевой кислоты. Такое эволюционное приобретение позволяет губкам формировать скелет даже при маленьких концентрациях исходного материала.
Процесс сбора спикул и у обыкновенных, и у стеклянных губок начинается внутри клетки. У стеклянных губок для этого предназначены отдельные клетки или синцитии: склероциты (см. Sclerocyte) и склеросинцитии.
Кремниевые слои, синтез которых катализируют силикатеины стеклянных губок, не сливаются, поэтому их можно использовать как своего рода годичные кольца и изучать, при каких условиях жила губка в тот или иной год. Например, при анализе той самой гигантской спикулы M. chuni ученые выяснили, что за 11 тысяч лет ее роста как минимум четыре раза температура воды рядом с губкой поднималась на несколько градусов. Этот вывод сделали, исходя из распределения изотопов кислорода и соотношения магния и кальция в слоях (см. Изотопная палеотермометрия). По распределению изотопов марганца определили, что, по-видимому, это происходило по причине извержения подводных вулканов. Впрочем, некоторые изменения могут отражать и глобальное изменение климата.
Гигантская спикула Monorhaphis chuni. A — сравнение длины спикулы с ростом одного из авторов исследования — Сяохун Ван (Xiaohong Wang). B — организация спикулы: af — аксиальный тяж, la (lamellae) — слои силикатов (зеленые). Красным отмечены органические слои. C–G — разрезы спикулы. Черные круги на рисунке C — следы от лазера, который использовали при анализе. Рисунок из статьи K. Jochum et al., 2012. Siliceous deep-sea sponge Monorhaphis chuni: A potential paleoclimate archive in ancient animals
Помимо силикатеинов в сборке спикулы участвуют и другие белки. Фермент силиказа умеет разрушать образовавшийся кремниевый полимер, контролируя рост спикул, а белок silintaphin-1 регулирует сборку полисиликатов. К сожалению, детали сборки спикул именно у стеклянных губок пока мало изучены. Большинство открытий в этой области были сделаны на обыкновенных губках, поэтому вероятно, что синтез полисиликатов у стеклянных губок имеет какие-нибудь интересные особенности.
В 2003 году ученые изучили свойства спикул цветочной корзинки Венеры и обнаружили, что их показатель преломления примерно такой же, как у оптоволоконного кабеля. Но в отличие от оптоволоконных кабелей спикулы удивительно устойчивы к повреждению и при этом чрезвычайно гибкие. Причина оказалась в распределении концентрических слоев полисиликатов. Наружные слои самые тонкие, поэтому при возникновении трещины повреждение не распространяется, так как между слоями присутствуют промежутки. Наконец, в отличие от оптоволоконных кабелей, для получения спикул не нужны высокие температуры. Стеклянные губки живут в довольно холодной воде. Поэтому не исключено, что когда-нибудь будет создан метод, «приручающий» белки-силикатеины для промышленного применения.
Тем не менее инженеры уже подсмотрели некоторые решения у губок. Конструкция лондонского небоскреба Мэри-Экс по проекту Нормана Фостера очень похожа на структуру скелета цветочной корзинки Венеры. Ведь кому, как не глубоководной губке, знать, как быть хрупкой, но при этом прочной под давлением.