Biologia para Maiores II

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Biologia para Maiores II

Identificar as características comuns do filo Porifera

Figure 1. As esponjas são membros do Filo Porifera, que contém os invertebrados mais simples. (crédito: Andrew Turner)

Os invertebrados, ou invertebrados, são animais que não contêm estruturas ósseas, tais como o crânio e as vértebras. Os mais simples de todos os invertebrados são os parazoanos, que incluem apenas o filo Porifera: as esponjas (Figura 1).

Os parazoanos (“ao lado dos animais”) não apresentam organização ao nível dos tecidos, embora tenham células especializadas que desempenham funções específicas. As larvas da esponja são capazes de nadar; no entanto, os adultos não são móveis e passam a vida ligados a um substrato.

Desde que a água é vital para as esponjas para excreção, alimentação e troca de gases, a sua estrutura corporal facilita o movimento da água através da esponja. Estruturas como canais, câmaras e cavidades permitem que a água se mova através da esponja para quase todas as células do corpo.

Morfologia das esponjas

A morfologia das esponjas mais simples toma a forma de um cilindro com uma grande cavidade central, o espongocoel, ocupando o interior do cilindro. A água pode entrar no espongocoel a partir de numerosos poros na parede do corpo. A água que entra no espongocoel é extrudida através de uma grande abertura comum chamada osculum. No entanto, as esponjas apresentam uma variedade de formas corporais, incluindo variações no tamanho do espongocoel, no número de oscúlios e onde se encontram as células que filtram os alimentos da água.

Embora as esponjas (excluindo os hexactinelídeos) não apresentem uma organização de camadas de tecidos, têm diferentes tipos de células que desempenham funções distintas. Os pinacócitos, que são células epiteliais, formam a camada mais externa das esponjas e envolvem uma substância gelatinosa chamada mesotilo. A mesotilha é uma matriz extracelular constituída por um gel semelhante ao colagénio com células em suspensão que desempenham várias funções. A consistência gelatinosa da mesotilha age como um endosqueleto e mantém a morfologia tubular das esponjas. Além do osculo, as esponjas têm múltiplos poros chamados óstios nos seus corpos que permitem a entrada de água na esponja. Em algumas esponjas, os óstios são formados por porócitos, células únicas em forma de tubo que actuam como válvulas para regular o fluxo de água para dentro da esponja. Em outras esponjas, os óstios são formados por dobras na parede do corpo da esponja.

Choanócitos (“células colares”) estão presentes em vários locais, dependendo do tipo de esponja, mas sempre alinham as porções internas de algum espaço através do qual flui água (o espongocoel em esponjas simples, canais dentro da parede do corpo em esponjas mais complexas, e câmaras espalhadas por todo o corpo nas esponjas mais complexas). Enquanto que os pinacócitos alinham o exterior da esponja, os colanócitos tendem a alinhar certas porções internas do corpo da esponja que rodeiam o mesotilo. A estrutura de um colanócito é crítica para a sua função, que é gerar uma corrente de água através da esponja e reter e ingerir partículas de alimentos por fagocitose. Note a semelhança na aparência entre o choanócito da esponja e os choanoflagelados (Protista). Esta similaridade sugere que as esponjas e os choanoflagelados estão intimamente relacionados e provavelmente partilham uma ascendência comum recente. O corpo celular está embutido em mesotil e contém todas as organelas necessárias para a função celular normal, mas saliente no “espaço aberto” dentro da esponja está um colar em forma de malha composto por microvelos com um único flagelo no centro da coluna. O efeito cumulativo do flagelo de todos os colócitos ajuda o movimento da água através da esponja: atraindo água para a esponja através dos numerosos óstios, para os espaços revestidos por colócitos e eventualmente para fora através do osculum (ou osculi). Entretanto, as partículas de alimentos, incluindo bactérias e algas transportadas pela água, ficam presas pelo colar semelhante a uma peneira dos colanócitos, deslizam para dentro do corpo da célula, são ingeridas por fagocitose e ficam encerradas num vacúolo alimentar. Por último, os choanócitos diferenciam-se em espermatozóides para reprodução sexual, onde se desalojam do mesotilo e deixam a esponja com água expelida através do osculo.

As segundas células cruciais nas esponjas são chamadas amebas (ou arqueócitos), nomeadas pelo facto de se moverem através do mesoilo de uma forma semelhante à ameba. Os amebaebócitos têm uma variedade de funções: fornecer nutrientes dos choanócitos para outras células dentro da esponja, dando origem a ovos para reprodução sexual (que permanecem na mesotilha), fornecendo esperma fagocitado dos choanócitos para os ovos, e diferenciando-se em tipos celulares mais específicos. Alguns destes tipos celulares mais específicos incluem colagénio e lofócitos, que produzem a proteína semelhante ao colagénio para manter os mesoócitos, esclerócitos, que produzem espículas em algumas esponjas, e esponjócitos, que produzem a proteína esponjosa na maioria das esponjas. Estas células produzem colágeno para manter a consistência do mesotilo. Os diferentes tipos de células nas esponjas são mostrados na Figura 2.

Figure 2. O plano básico do corpo da esponja (a) e (b) alguns dos tipos celulares especializados encontrados nas esponjas são mostrados.

Em algumas esponjas, os esclerócitos secretam pequenas espículas no mesotilo, que são compostas de carbonato de cálcio ou sílica, dependendo do tipo de esponja. Estas espículas servem para proporcionar rigidez adicional ao corpo da esponja. Além disso, as espículas, quando presentes externamente, podem afastar os predadores. Outro tipo de proteína, a esponja, também pode estar presente na mesotilha de algumas esponjas.

A presença e composição das espículas/espículas são as características diferenciadoras das três classes de esponjas (mostradas na Figura 3): A classe Calcarea contém espículas de carbonato de cálcio e nenhuma esponja, a classe Hexactinellida contém seis espículas de silício e nenhuma esponja, e a classe Demospongia contém esponja e pode ou não ter espículas; se presentes, essas espículas são siliciosas. As espículas estão presentes de forma mais visível na classe Hexactinelida, a ordem que consiste em esponjas de vidro. Algumas das espículas podem atingir proporções gigantescas (em relação à gama de tamanho típico das esponjas de vidro de 3 a 10 mm), como visto em Monorhaphis chuni, que cresce até 3 m de comprimento.

Figure 3. (a) Clathrina clathrus pertence à classe Calcarea, (b) Staurocalyptus spp. (nome comum: Picasso sponge amarelo) pertence à classe Hexactinellida, e (c) Acarnus erithacus pertence à classe Demospongia. (crédito a: modificação do trabalho por Parent Géry; crédito b: modificação do trabalho por Monterey Bay Aquarium Research Institute, NOAA; crédito c: modificação do trabalho por Sanctuary Integrated Monitoring Network, Monterey Bay National Marine Sanctuary, NOAA)

Processos Fisiológicos nas Esponjas

As esponjas, apesar de serem organismos simples, regulam os seus diferentes processos fisiológicos através de uma variedade de mecanismos. Estes processos regulam seu metabolismo, reprodução e locomoção.

Digestão

As esponjas carecem de sistemas digestivo, respiratório, circulatório, reprodutivo e nervoso complexos. Os seus alimentos ficam presos quando a água passa pelos óstios e sai pelo osculo. As bactérias de tamanho inferior a 0,5 microns são aprisionadas por choanócitos, que são as principais células envolvidas na nutrição, e são ingeridas por fagocitose. As partículas maiores que os óstios podem ser fagocitadas por pinacócitos. Em algumas esponjas, os amebócitos transportam alimentos das células que ingeriram partículas de alimentos para as que não ingeriram. Para este tipo de digestão, em que as partículas de alimentos são digeridas dentro das células individuais, a esponja retira água através da difusão. O limite deste tipo de digestão é que as partículas de alimentos devem ser menores que as células individuais.

Todas as outras funções principais do corpo na esponja (troca de gases, circulação, excreção) são realizadas através da difusão entre as células que revestem as aberturas dentro da esponja e a água que passa através dessas aberturas. Todos os tipos de células dentro da esponja obtêm oxigénio da água através da difusão. Da mesma forma, o dióxido de carbono é liberado na água do mar por difusão. Além disso, os resíduos nitrogenados produzidos como subproduto do metabolismo proteico são excretados através da difusão pelas células individuais na água à medida que passam pela esponja.

Reprodução

As esponjas reproduzem-se tanto por métodos sexuais como assexuais. O meio típico de reprodução assexuada é a fragmentação (onde um pedaço da esponja se rompe, se instala num novo substrato e se desenvolve num novo indivíduo) ou a germinação (um afloramento geneticamente idêntico cresce do progenitor e acaba por se separar ou permanecer ligado para formar uma colónia). Um tipo atípico de reprodução assexuada é encontrado apenas em esponjas de água doce e ocorre através da formação de gemmules. As gemmules são estruturas resistentes ao ambiente produzidas por esponjas adultas, onde a morfologia típica da esponja é invertida. Nas gemmules, uma camada interna de amebócitos é rodeada por uma camada de colagénio (esponja) que pode ser reforçada por espículas. O colagénio que é normalmente encontrado no mesotilo torna-se a camada protectora exterior. Nas esponjas de água doce, as gemas podem sobreviver a condições ambientais hostis como mudanças de temperatura e servir para recolonizar o habitat quando as condições ambientais se estabilizarem. As gemas são capazes de se fixar a um substrato e gerar uma nova esponja. Como as gemas podem resistir a ambientes agressivos, são resistentes à dessecação e permanecem dormentes por longos períodos, são um excelente meio de colonização para um organismo sésseis.

A reprodução sexual em esponjas ocorre quando são gerados gametas. As esponjas são monoéticas (hermafroditas), o que significa que um indivíduo pode produzir ambos os gametas (óvulos e espermatozóides) simultaneamente. Em algumas esponjas, a produção de gâmetas pode ocorrer ao longo do ano, enquanto outras esponjas podem apresentar ciclos sexuais, dependendo da temperatura da água. As esponjas também podem tornar-se sequencialmente hermafroditas, produzindo primeiro oócitos e depois espermatozóides. Os oócitos surgem através da diferenciação dos amebócitos e são retidos dentro da esponjosa, enquanto que os espermatozóides resultam da diferenciação dos choanócitos e são ejectados através do osculo. A ejeção dos espermatozóides pode ser um evento cronometrado e coordenado, como visto em certas espécies. Os espermatozóides transportados pelas correntes de água podem fertilizar os oócitos que se encontram no mesotilo de outras esponjas. O desenvolvimento larvar precoce ocorre dentro da esponja, e as larvas que nadam livremente são então libertadas através do osculo.

Locomotion

As esponjas são geralmente sésseis quando adultas e passam a sua vida presas a um substrato fixo. Elas não mostram movimento em grandes distâncias como outros invertebrados marinhos que nadam livremente. No entanto, as células esponjosas são capazes de se arrastar ao longo dos substratos através da plasticidade organizacional. Sob condições experimentais, os investigadores demonstraram que as células esponjosas espalhadas num suporte físico demonstram uma vantagem para o movimento dirigido. Especulou-se que este movimento de rastejamento localizado pode ajudar as esponjas a ajustarem-se a microambientes próximos do ponto de fixação. Deve-se notar, no entanto, que este padrão de movimento foi documentado em laboratórios, mas ainda não foi observado nos habitats naturais das esponjas.

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