Biología para Mayores II
Identificar las características comunes del phylum Porifera
Figura 1. Las esponjas son miembros del Phylum Porifera, que contiene los invertebrados más simples. (crédito: Andrew Turner)
Los invertebrados, o invertebrados, son animales que no contienen estructuras óseas, como el cráneo y las vértebras. El más simple de todos los invertebrados son los Parazoos, que incluyen sólo el phylum Porifera: las esponjas (Figura 1).
Los Parazoos («animales de al lado») no muestran una organización a nivel de tejidos, aunque sí tienen células especializadas que realizan funciones específicas. Las larvas de esponja son capaces de nadar; sin embargo, los adultos no son móviles y pasan su vida adheridos a un sustrato.
Como el agua es vital para las esponjas para la excreción, la alimentación y el intercambio de gases, su estructura corporal facilita el movimiento del agua a través de la esponja. Estructuras como canales, cámaras y cavidades permiten que el agua se mueva a través de la esponja a casi todas las células del cuerpo.
Objetivos de aprendizaje
- Describir las características de organización de los organismos pluricelulares más simples
- Explicar las diversas formas corporales y las funciones del cuerpo de las esponjas
Morfología de las esponjas
La morfología de las esponjas más simples adopta la forma de un cilindro con una gran cavidad central, la esponja, que ocupa el interior del cilindro. El agua puede entrar en la espongocola desde numerosos poros en la pared del cuerpo. El agua que entra en la espongocola se expulsa a través de una gran abertura común llamada ósculo. Sin embargo, las esponjas presentan una gran diversidad de formas corporales, incluyendo variaciones en el tamaño de la espongocola, el número de ósculos y la ubicación de las células que filtran el alimento del agua.
Si bien las esponjas (excluyendo los hexactínidos) no presentan una organización en capas de tejido, sí tienen diferentes tipos de células que realizan funciones distintas. Los pinocitos, que son células similares a las epiteliales, forman la capa más externa de las esponjas y encierran una sustancia gelatinosa llamada mesohilo. El mesohyl es una matriz extracelular que consiste en un gel similar al colágeno con células en suspensión que realizan diversas funciones. La consistencia gelatinosa del mesohilo actúa como un endoesqueleto y mantiene la morfología tubular de las esponjas. Además del ósculo, las esponjas tienen múltiples poros llamados ostia en su cuerpo que permiten que el agua entre en la esponja. En algunas esponjas, los ostia están formados por porocitos, células individuales con forma de tubo que actúan como válvulas para regular el flujo de agua en la espongocola. En otras esponjas, los ostias están formados por pliegues en la pared del cuerpo de la esponja.
Los coanocitos («células del cuello») están presentes en varios lugares, dependiendo del tipo de esponja, pero siempre recubren las porciones interiores de algún espacio por el que fluye el agua (la espongocola en las esponjas simples, los canales dentro de la pared del cuerpo en las esponjas más complejas y las cámaras dispersas por el cuerpo en las esponjas más complejas). Mientras que los pinacocitos revisten el exterior de la esponja, los coanocitos tienden a revestir ciertas porciones internas del cuerpo de la esponja que rodean el mesohilo. La estructura de un coanocito es fundamental para su función, que consiste en generar una corriente de agua a través de la esponja y atrapar e ingerir partículas de alimento mediante la fagocitosis. Obsérvese la similitud de aspecto entre el coanocito de las esponjas y los choanoflagelados (Protista). Esta similitud sugiere que las esponjas y los choanoflagelados están estrechamente relacionados y que probablemente comparten una ascendencia común reciente. El cuerpo celular está incrustado en el mesohilo y contiene todos los orgánulos necesarios para el funcionamiento normal de la célula, pero en el «espacio abierto» del interior de la esponja sobresale un cuello en forma de malla compuesto por microvellosidades con un único flagelo en el centro de la columna. El efecto acumulativo de los flagelos de todos los coanocitos ayuda al movimiento del agua a través de la esponja: arrastrando el agua hacia el interior de la esponja a través de los numerosos ostia, hacia los espacios revestidos por los coanocitos, y finalmente hacia el exterior a través del ósculo (u ósculos). Mientras tanto, las partículas de alimento, incluidas las bacterias y las algas transportadas por el agua, quedan atrapadas por el cuello criboso de los coanocitos, se deslizan hacia el cuerpo de la célula, son ingeridas por fagocitosis y quedan encerradas en una vacuola alimentaria. Por último, los coanocitos se diferenciarán en espermatozoides para la reproducción sexual, donde se desprenderán del mesohilo y saldrán de la esponja con el agua expulsada a través del ósculo.
Mira este vídeo para ver el movimiento del agua a través del cuerpo de la esponja. Tenga en cuenta que no hay ninguna narración en el vídeo.
Las segundas células cruciales en las esponjas se llaman amebocitos (o arqueocitos), llamados así por el hecho de que se mueven por todo el mesohilo en forma de ameba. Los amebocitos tienen diversas funciones: transportar nutrientes desde los coanocitos a otras células de la esponja, dar lugar a los óvulos para la reproducción sexual (que permanecen en el mesohilo), transportar esperma fagocitado desde los coanocitos a los óvulos y diferenciarse en tipos celulares más específicos. Algunos de estos tipos celulares más específicos son los colentitos y lofocitos, que producen la proteína similar al colágeno para mantener el mesohilo, los esclerocitos, que producen espículas en algunas esponjas, y los espongocitos, que producen la proteína espongina en la mayoría de las esponjas. Estas células producen colágeno para mantener la consistencia del mesohilo. Los diferentes tipos de células de las esponjas se muestran en la figura 2.
Figura 2. Se muestra el (a) plan corporal básico de la esponja y (b) algunos de los tipos celulares especializados que se encuentran en las esponjas.
Pregunta de práctica
¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?
- Los coanocitos tienen flagelos que impulsan el agua a través del cuerpo.
- Los pinacocitos pueden transformarse en cualquier tipo celular.
- Los lofocitos secretan colágeno.
- Los porocitos controlan el flujo de agua a través de los poros del cuerpo de la esponja.
En algunas esponjas, los esclerocitos segregan pequeñas espículas en el mesohilo, que están compuestas de carbonato de calcio o de sílice, dependiendo del tipo de esponja. Estas espículas sirven para proporcionar una rigidez adicional al cuerpo de la esponja. Además, las espículas, cuando están presentes en el exterior, pueden alejar a los depredadores. Otro tipo de proteína, la espongina, también puede estar presente en el mesohilo de algunas esponjas.
Haga un recorrido de cerca por la esponja y sus células:
La presencia y composición de las espículas/espongina son las características diferenciadoras de las tres clases de esponjas (mostradas en la Figura 3): La clase Calcarea contiene espículas de carbonato cálcico y ninguna esponja, la clase Hexactinellida contiene espículas silíceas de seis rayos y ninguna esponja, y la clase Demospongia contiene esponja y puede o no tener espículas; si están presentes, esas espículas son silíceas. Las espículas son más visibles en la clase Hexactinellida, el orden de las esponjas de cristal. Algunas de las espículas pueden alcanzar proporciones gigantescas (en relación con el rango de tamaño típico de las esponjas de vidrio, de 3 a 10 mm), como se observa en Monorhaphis chuni, que crece hasta 3 m de longitud.
Figura 3. (a) Clathrina clathrus pertenece a la clase Calcarea, (b) Staurocalyptus spp. (nombre común: esponja Picasso amarilla) pertenece a la clase Hexactinellida, y (c) Acarnus erithacus pertenece a la clase Demospongia. (crédito a: modificación del trabajo de Parent Géry; crédito b: modificación del trabajo del Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey, NOAA; crédito c: modificación del trabajo de la Red de Monitoreo Integrado del Santuario, Santuario Marino Nacional de la Bahía de Monterey, NOAA)
Procesos fisiológicos en las esponjas
Las esponjas, a pesar de ser organismos simples, regulan sus diferentes procesos fisiológicos a través de una variedad de mecanismos. Estos procesos regulan su metabolismo, reproducción y locomoción.
Digestión
Las esponjas carecen de sistemas digestivos, respiratorios, circulatorios, reproductivos y nerviosos complejos. Su alimento queda atrapado cuando el agua pasa por los ostia y sale por el ósculo. Las bacterias de tamaño inferior a 0,5 micras son atrapadas por los coanocitos, que son las principales células dedicadas a la nutrición, y son ingeridas por fagocitosis. Las partículas que son más grandes que los ostias pueden ser fagocitadas por los pinacocitos. En algunas esponjas, los amebocitos transportan el alimento de las células que han ingerido partículas alimenticias a las que no lo han hecho. Para este tipo de digestión, en la que las partículas de alimento se digieren dentro de las células individuales, la esponja extrae agua por difusión. El límite de este tipo de digestión es que las partículas de alimento deben ser más pequeñas que las células individuales.
Todas las demás funciones corporales principales de la esponja (intercambio de gases, circulación, excreción) se realizan por difusión entre las células que recubren las aberturas dentro de la esponja y el agua que pasa por esas aberturas. Todos los tipos de células de la esponja obtienen el oxígeno del agua por difusión. Del mismo modo, el dióxido de carbono se libera en el agua de mar por difusión. Además, los desechos nitrogenados producidos como subproducto del metabolismo de las proteínas son excretados por difusión por las células individuales en el agua al pasar por la esponja.
Reproducción
Las esponjas se reproducen tanto por métodos sexuales como asexuales. El medio típico de reproducción asexual es la fragmentación (en la que un trozo de la esponja se desprende, se asienta en un nuevo sustrato y se convierte en un nuevo individuo) o la gemación (un retoño genéticamente idéntico crece desde el progenitor y finalmente se desprende o permanece unido para formar una colonia). Un tipo atípico de reproducción asexual sólo se encuentra en las esponjas de agua dulce y se produce mediante la formación de gémulas. Las gémulas son estructuras resistentes al medio ambiente producidas por esponjas adultas en las que se invierte la morfología típica de las esponjas. En las gémulas, una capa interna de amebocitos está rodeada por una capa de colágeno (espongina) que puede estar reforzada por espículas. El colágeno que normalmente se encuentra en el mesohilo se convierte en la capa protectora exterior. En las esponjas de agua dulce, las gémulas pueden sobrevivir a condiciones ambientales hostiles como los cambios de temperatura y sirven para recolonizar el hábitat una vez que las condiciones ambientales se estabilizan. Las gémulas son capaces de adherirse a un sustrato y generar una nueva esponja. Dado que las gémulas pueden soportar entornos difíciles, son resistentes a la desecación y permanecen latentes durante largos períodos, son un excelente medio de colonización para un organismo sésil.
La reproducción sexual en las esponjas se produce cuando se generan gametos. Las esponjas son monoicas (hermafroditas), lo que significa que un individuo puede producir ambos gametos (huevos y esperma) simultáneamente. En algunas esponjas, la producción de gametos puede ocurrir durante todo el año, mientras que otras esponjas pueden mostrar ciclos sexuales dependiendo de la temperatura del agua. Las esponjas también pueden convertirse en hermafroditas secuenciales, produciendo primero ovocitos y después espermatozoides. Los ovocitos surgen por la diferenciación de los amebocitos y son retenidos dentro de la esponja, mientras que los espermatozoides resultan de la diferenciación de los coanocitos y son expulsados a través del ósculo. La expulsión de los espermatozoides puede ser un acontecimiento programado y coordinado, como se observa en algunas especies. Los espermatozoides arrastrados por las corrientes de agua pueden fecundar los ovocitos que se encuentran en el mesohilo de otras esponjas. El desarrollo temprano de las larvas ocurre dentro de la esponja, y las larvas que nadan libremente son liberadas a través del ósculo.
Locomoción
Las esponjas son generalmente sésiles cuando son adultas y pasan su vida adheridas a un sustrato fijo. No presentan movimientos a grandes distancias como otros invertebrados marinos que nadan libremente. Sin embargo, las células de las esponjas son capaces de arrastrarse a lo largo del sustrato mediante la plasticidad organizativa. En condiciones experimentales, los investigadores han demostrado que las células de esponja que se extienden sobre un soporte físico muestran un borde de ataque para el movimiento dirigido. Se ha especulado que este movimiento rastrero localizado puede ayudar a las esponjas a ajustarse a los microambientes cercanos al punto de fijación. Sin embargo, hay que tener en cuenta que este patrón de movimiento se ha documentado en los laboratorios, pero aún no se ha observado en los hábitats naturales de las esponjas.
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