Biology for Majors II

admin 0 Comments Articles

Biology for Majors II

Identificați caracteristicile comune ale phylum Porifera

Figura 1. Bureții sunt membri ai Phylum Porifera, care conține cele mai simple nevertebrate. (credit: Andrew Turner)

Invertebratele, sau invertebratele, sunt animale care nu conțin structuri osoase, cum ar fi craniul și vertebrele. Cele mai simple dintre toate nevertebratele sunt Parazoanele, care includ doar phylum Porifera: bureții (figura 1).

Parazoanele („animale de lângă”) nu prezintă o organizare la nivel de țesut, deși au celule specializate care îndeplinesc funcții specifice. Larvele de burete sunt capabile să înoate; cu toate acestea, adulții sunt nemotori și își petrec viața fixați de un substrat.

Din moment ce apa este vitală pentru bureți pentru excreție, hrănire și schimb de gaze, structura corpului lor facilitează mișcarea apei prin burete. Structuri precum canalele, camerele și cavitățile permit apei să se deplaseze prin burete către aproape toate celulele corpului.

Morfologia bureților

Morfologia celor mai simpli bureți ia forma unui cilindru cu o cavitate centrală mare, spongocelul, care ocupă interiorul cilindrului. Apa poate pătrunde în spongocoelă prin numeroși pori din peretele corpului. Apa care intră în spongocoelă este extrudată printr-o mare deschidere comună numită osculum. Cu toate acestea, bureții prezintă o gamă de diversitate în ceea ce privește formele corpului, inclusiv variații în ceea ce privește dimensiunea spongocelului, numărul de osculi și locul în care sunt localizate celulele care filtrează hrana din apă.

În timp ce bureții (cu excepția hexactinelidelor) nu prezintă o organizare în straturi de țesut, ei au diferite tipuri de celule care îndeplinesc funcții distincte. Pinacocitele, care sunt celule asemănătoare celulelor epiteliale, formează stratul cel mai exterior al bureților și înconjoară o substanță gelatinoasă numită mezohil. Mezoilul este o matrice extracelulară formată dintr-un gel asemănător colagenului cu celule suspendate care îndeplinesc diferite funcții. Consistența gelatinoasă a mesohyl-ului acționează ca un endoschelet și menține morfologia tubulară a bureților. În plus față de osculum, bureții au pe corpul lor mai mulți pori numiți ostii care permit apei să intre în burete. La unii bureți, ostia sunt formate de porocite, celule simple în formă de tub care acționează ca niște supape pentru a regla fluxul de apă în spongocel. La alți bureți, ostiile sunt formate de falduri în peretele corpului buretelui.

Choanocitele („celule de guler”) sunt prezente în diferite locuri, în funcție de tipul de burete, dar ele căptușesc întotdeauna porțiunile interioare ale unor spații prin care curge apa (spongocelul la bureții simpli, canalele din peretele corpului la bureții mai complecși și camerele împrăștiate în tot corpul la bureții cei mai complecși). În timp ce pinacocitele căptușesc partea exterioară a buretelui, choanocitele tind să căptușească anumite porțiuni interioare ale corpului buretelui care înconjoară mezocelul. Structura unui choanocit este esențială pentru funcția sa, care este de a genera un curent de apă prin burete și de a prinde și ingera particule de hrană prin fagocitoză. Observați similitudinea de aspect dintre choanocitul buretelui și choanoflagelatele (Protista). Această asemănare sugerează că bureții și choanoflagelatele sunt strâns înrudite și probabil au un strămoș comun recent. Corpul celular este înglobat în mezofil și conține toate organitele necesare pentru funcționarea normală a celulei, dar în „spațiul deschis” din interiorul buretelui iese în evidență un guler în formă de plasă compus din microvilli cu un singur flagel în centrul coloanei. Efectul cumulativ al flagelului de la toate coanocitele ajută la mișcarea apei prin burete: atrage apa în burete prin numeroasele ostii, în spațiile căptușite de coanocite și, în cele din urmă, o scoate prin osculum (sau osculi). Între timp, particulele de hrană, inclusiv bacteriile și algele din apă, sunt prinse de colierul tip sită al choanocitelor, alunecă în jos în corpul celulei, sunt ingerate prin fagocitoză și sunt înglobate într-un vacuol alimentar. În cele din urmă, coanocitele se vor diferenția în spermatozoizi pentru reproducerea sexuală, unde se vor desprinde din mezohil și vor părăsi buretele împreună cu apa expulzată prin osculum.

A doua celulă crucială din bureți se numește amoebocite (sau arheocite), numite astfel pentru faptul că se deplasează prin mezohil într-un mod asemănător cu cel al amibelor. Amoebocitele au o varietate de funcții: livrează substanțe nutritive de la choanocite la alte celule din burete, dau naștere la ouă pentru reproducerea sexuală (care rămân în mezohil), livrează sperma fagocitată de la choanocite la ouă și se diferențiază în tipuri de celule mai specifice. Unele dintre aceste tipuri de celule mai specifice includ colagenții și lofocitele, care produc o proteină asemănătoare colagenului pentru a menține mezohilul, sclerocitele, care produc spiculețe în unii bureți, și spongocitele, care produc proteina spongina în majoritatea bureților. Aceste celule produc colagen pentru a menține consistența mezohilului. Diferitele tipuri de celule din bureți sunt prezentate în figura 2.

Figura 2. Sunt prezentate (a) planul corporal de bază al buretelui și (b) unele dintre tipurile de celule specializate care se găsesc în bureți.

La unii bureți, sclerocitele secretă mici spiculețe în mezohil, care sunt compuse fie din carbonat de calciu, fie din siliciu, în funcție de tipul de burete. Aceste spiculețe au rolul de a oferi rigiditate suplimentară corpului buretelui. În plus, spiculele, atunci când sunt prezente în exterior, pot îndepărta prădătorii. Un alt tip de proteină, spongina, poate fi, de asemenea, prezentă în mezohilul unor bureți.

Prezența și compoziția spiculelor/sponginei sunt caracteristicile care diferențiază cele trei clase de bureți (prezentate în figura 3): Clasa Calcarea conține spiculețe de carbonat de calciu și nu conține spongină, clasa Hexactinellida conține spiculețe silicioase cu șase raze și nu conține spongină, iar clasa Demospongia conține spongină și poate avea sau nu spiculețe; dacă sunt prezente, aceste spiculețe sunt silicioase. Spiculele sunt prezente cel mai vizibil în clasa Hexactinellida, ordinul format din bureți de sticlă. Unele dintre spicule pot atinge proporții gigantice (în raport cu intervalul de mărime tipic al bureților de sticlă, de 3 până la 10 mm), așa cum se observă la Monorhaphis chuni, care crește până la 3 m lungime.

Figura 3. (a) Clathrina clathrus aparține clasei Calcarea, (b) Staurocalyptus spp. (denumire comună: buretele galben Picasso) aparține clasei Hexactinellida, iar (c) Acarnus erithacus aparține clasei Demospongia. (credit a: modificare a lucrării de Parent Géry; credit b: modificare a lucrării de Monterey Bay Aquarium Research Institute, NOAA; credit c: modificare a lucrării de Sanctuary Integrated Monitoring Network, Monterey Bay National Marine Sanctuary, NOAA)

Procese fiziologice la bureți

Spionii, în ciuda faptului că sunt organisme simple, își reglează diferitele procese fiziologice printr-o varietate de mecanisme. Aceste procese le reglează metabolismul, reproducerea și locomoția.

Digestie

Spionii nu dispun de sisteme digestive, respiratorii, circulatorii, reproductive și nervoase complexe. Hrana lor este reținută atunci când apa trece prin ostia și iese prin osculum. Bacteriile cu dimensiuni mai mici de 0,5 microni sunt prinse de choanocite, care sunt principalele celule implicate în nutriție, și sunt ingerate prin fagocitoză. Particulele care sunt mai mari decât ostia pot fi fagocitate de pinacocite. La unii bureți, amoebocitele transportă hrana de la celulele care au ingerat particule de hrană la cele care nu au ingerat. Pentru acest tip de digestie, în care particulele de hrană sunt digerate în interiorul celulelor individuale, buretele atrage apa prin difuzie. Limita acestui tip de digestie constă în faptul că particulele de hrană trebuie să fie mai mici decât celulele individuale.

Toate celelalte funcții majore ale corpului buretelui (schimb de gaze, circulație, excreție) se realizează prin difuzie între celulele care căptușesc deschiderile din interiorul buretelui și apa care trece prin aceste deschideri. Toate tipurile de celule din burete obțin oxigenul din apă prin difuzie. De asemenea, dioxidul de carbon este eliberat în apa de mare prin difuzie. În plus, deșeurile azotate produse ca un produs secundar al metabolismului proteic sunt excretate prin difuzie de către celulele individuale în apă în timp ce aceasta trece prin burete.

Reproducere

Spionii se reproduc atât prin metode sexuale, cât și prin metode asexuate. Mijloacele tipice de reproducere asexuată sunt fie fragmentarea (în care o bucată de burete se rupe, se așează pe un nou substrat și se dezvoltă într-un nou individ), fie înmugurirea (o excrescență identică din punct de vedere genetic crește de la părinte și în cele din urmă se detașează sau rămâne atașată pentru a forma o colonie). Un tip atipic de reproducere asexuată se întâlnește doar la bureții de apă dulce și are loc prin formarea de gemule. Gemmulele sunt structuri rezistente la mediul înconjurător produse de buretele adult, în care morfologia tipică a buretelui este inversată. În gemule, un strat intern de amoebocite este înconjurat de un strat de colagen (spongină) care poate fi întărit de spiculețe. Colagenul care se găsește în mod normal în mezohyl devine stratul protector exterior. La bureții de apă dulce, gemulele pot supraviețui condițiilor de mediu ostile, cum ar fi schimbările de temperatură, și servesc la recolonizarea habitatului odată ce condițiile de mediu se stabilizează. Gemmulele sunt capabile să se atașeze de un substrat și să genereze un nou burete. Deoarece gemulele pot rezista în medii dure, sunt rezistente la desecare și rămân latente pentru perioade lungi de timp, ele reprezintă un excelent mijloc de colonizare pentru un organism sesil.

Reproducerea sexuală la bureți are loc atunci când se generează gameți. Bureții sunt monoici (hermafrodiți), ceea ce înseamnă că un individ poate produce simultan ambii gameți (ovule și spermatozoizi). La unii bureți, producția de gameți poate avea loc pe tot parcursul anului, în timp ce alți bureți pot prezenta cicluri sexuale în funcție de temperatura apei. Bureții pot deveni, de asemenea, hermafrodiți secvențial, producând mai întâi ovocite și mai târziu spermatozoizi. Ovocitele apar prin diferențierea amoebocitelor și sunt reținute în interiorul spongocelului, în timp ce spermatozoizii rezultă din diferențierea choanocitelor și sunt expulzați prin osculum. Ejectarea spermatozoizilor poate fi un eveniment programat și coordonat, așa cum se observă la anumite specii. Spermatozoizii purtați de curenții de apă pot fertiliza ovocitele purtate în mezohila altor bureți. Dezvoltarea larvară timpurie are loc în interiorul buretelui, iar larvele care înoată liber sunt apoi eliberate prin osculum.

Locomoție

Spionii sunt, în general, sesili ca adulți și își petrec viața atașați de un substrat fix. Ele nu manifestă mișcare pe distanțe mari, ca alte nevertebrate marine care înoată liber. Cu toate acestea, celulele de burete sunt capabile să se târască de-a lungul substraturilor prin plasticitate organizațională. În condiții experimentale, cercetătorii au demonstrat că celulele de burete împrăștiate pe un suport fizic demonstrează o margine de conducere pentru o mișcare dirijată. S-a speculat că această mișcare de târâre localizată poate ajuta bureții să se adapteze la micro-mediile din apropierea punctului de fixare. Trebuie remarcat, totuși, că acest model de mișcare a fost documentat în laboratoare, dar rămâne de observat în habitatele naturale ale bureților.

Verifică-ți înțelegerea

Răspundeți la întrebarea (întrebările) de mai jos pentru a vedea cât de bine ați înțeles subiectele abordate în secțiunea anterioară. Acest test scurt nu contează pentru nota dumneavoastră la curs și îl puteți relua de un număr nelimitat de ori.

Utilizați acest test pentru a vă verifica înțelegerea și pentru a decide dacă (1) să studiați în continuare secțiunea anterioară sau (2) să treceți la secțiunea următoare.

.