Губки строят стеклянные структуры, представляющие собой чудо инженерии

Когда вы последний раз говорили по телефону или подключались к Интернету, вы, скорее всего, использовали оптические волокна. Мы много слышим о них, но что именно они собой представляют? Это очень тонкие волокна из стекла (всего вдвое толще человеческого волоса). Они состоят из стержня и оболочки, сделанной из другого вида стекла. Свет путешествует внутри волокна и передает сигналы, которые могут воспроизводить информацию (звук, изображение и т.д.). Лучи света не покидают волокно, так как оболочка полностью отражает их обратно внутрь стержня.

Изобретение оптических волокон произвело в свое время революцию в сфере телекоммуникаций. Но вот, что интересно: морская губка Euplectella растит стеклянные спикулы, которые являются отличными оптическими волокнами.

Украшение морского дна

Губки относятся к примитивным беспозвоночным животным. Они крепко прикрепляются к морскому дну, проводя всю свою жизнь неподвижно. У губок нет тканей, органов, дыхательной или кровеносной системы. Они поддерживают свое существование, прокачивая воду через свои пористые тела и извлекая из нее маленькие питательные частицы и растворенные вещества. Все губки характеризуются многочисленными порами на внешней поверхности. Вода, втягиваясь через эти поры, течет через трубчатые каналы и выходит через одно или несколько больших отверстий. Существует около 6000 видов этих созданий.

Многие губки образуют сложные и прекрасные формы - красочные трубки, вазы, корзины, цилиндры и т.п. Для поддержания таких структур они обладают внутренним скелетом, построенным из игл (спикул). Интересно отметить, что эти простые создания умеют выстраивать свои спикулы из минеральных веществ или протеиновых волокон.

Рис 1. Стеклянные губки на глубине 500 м.

Существует класс так называемых стеклянных губок, которые строят свой скелет из диоксида кремния (см. Рис 1). Они растят спикулы, которые удивительным образом соединяются вместе для построения "стеклянного домика".

Самая известная разновидность этого класса - это вид Euplectella, известная еще как Цветочная корзина Венеры. Ее скелет представляет собой решетку из диоксида кремния, которая образует замысловатую цилиндрическую комнату (см. Рис 2). В ней обычно живет пара креветок. У основания губки находится пучок волокон. Исследователи из Bell Labs продемонстрировали, что изящные спикулы этой губки являются отличными оптическими волокнами.

Рис 2. Замысловатый цилиндрический скелет губки Цветочная корзина Венеры. Сеть больших спикул соединяется вместе для формирования решеточной структуры.

Фантастические волокна

Их длина составляет 5-15 см, а диаметр - 40-70 микронов (толщина человеческого волоса). Ученые были поражены сходством оптических волокон губок с волокнами, которые разрабатывались людьми в течение многих лет.

У спикул губок довольно сложное строение - стержень из чистого кварцевого стекла окружен концентрическими слоями из органики и слоистой оболочки. Оболочка играет роль покрытия, как и в искусственных волокнах, делая спикулы отличными проводниками света.

Волокна губки имеют ряд преимуществ перед искусственными. Во-первых, они производятся при низкой температуре в водах океана. Коммерческие волокна производятся с помощью дорогого оборудования при высоких температурах в печи.

Исследователь губок Джоанна Айзенберг отметила: «Если бы мы только смогли научиться у природы, мы, возможно, в будущем открыли бы альтернативный способ производства оптических волокон» . Во-вторых, волокна губки очень прочные - они не трескаются и не разламываются как искусственные, у которых маленькая трещина начинает легко распространяться по хрупкому материалу.

Замена кабелей или их ремонт является дорогой процедурой. Границы между тонкими слоями спикул губки останавливают распространение трещины. В то же время волокна губки очень гибкие - вы можете связать их в узел, и при этом они не потеряют своих оптических свойств.

Губки могут показаться простыми и мягкими, но некоторые из обитающих глубоко в океанах губок строят сложные стеклянные структуры, являющие собой чудо инженерии.

В-третьих, они отлично проводят свет, так как содержат небольшое количество ионов натрия, которые улучшают оптические свойства. Губка умеет добавлять эти ионы контролируемым образом, используя органические молекулы при нормальных температурах. Искусственные волокна производятся при высоких температурах, чтобы частично расплавлять стекло. В этом случае добавление контролируемых количеств ионов натрия представляет проблему для производителей.

Секрет непрост

В чем же секрет волокон губки? И как она их производит? Исследователи из Bell Labs обнаружили, что каждое волокно губки состоит из отдельных слоев с разными оптическими свойствами. Концентрические кремниевые цилиндры с органическим содержанием окружают внутренний стержень, который построен из чистого кварцевого стекла (См. Рис 3). Губка использует множество слоев стекла, которые удерживаются органическим клеем, что делает структуру чрезвычайно стойкой к разломам и трещинам. Губка производит крепкие микроскопические волокна, склеивая вместе тонкие слои стекла. Затем она собирает слоистые волокна вместе для еще большей прочности. Это похоже на связку веток. Эти связки потом размещаются в виде решетки. Однако то, каким образом губка это выполняет, все еще остается тайной.

Рис 3. Структура спикулы губки Euplectella. SEM фотография спикулы в поперечном сечении, показывающая органический филамент (OF), центральный цилиндр (CC), и слоистое покрытие (SS).

Морская губка научит архитекторов

Однако на этом чудеса дизайна не заканчиваются. Оказалось, что морская губка обладает уникальными структурными свойствами, которые придают механическую прочность и стабильность ее хрупкому материалу.

Губка Euplectella использует набор трюков для превращения ее хрупкого скелета в крепкие структуры. Спикулы, составляющие скелет губки, устроены в форме решетки согласно открытой перекрещивающейся модели, усиленной слоем бесструктурного студенистого вещества (мезоглеи), которые идут по диагонали в обоих направлениях внутри чередующихся квадратов (см. Рис 4).

Эта технология строительства часто используется в высотных строениях и домах для противодействия напряжению при землетрясении или касательному напряжению, которое спокойно может обвалить неусиленную квадратную структуру.

Последние исследования обнаружили семь разных уровней структурной иерархии у губки. Каждый структурный уровень соответствует фундаментальным принципам строительства и инженерии, которые широко используются в инженерном проектировании, но при этом в масштабе в 1000 раз меньше, чем здание.

«Скелет этого создания - просто учебник по инженерной механике, предлагает ценные знания, которые приведут к новым концепциям в материаловедении и инженерном проектировании» - отметила Джоанна Айзенберг.

Рис 4. Структурные детали морской губки Euplectella соответствуют инженерным принципам, используемым в конструкциях зданий, таких как Swiss Re Tower в Лондоне, отеле De Las Artes в Барселоне и Эйфелевой башне в Париже.

Технологии будущего

Ученые надеются скопировать биологические процессы губки для производства усовершенствованных волокон и систем, но при этом признают, что «современные технологии пока не могут конкурировать с изощренными оптическими системами организмов» .

Морская губка может научить инженеров и архитекторов тому, как строить удивительно прочные структуры из хрупкого материала.

«Эти губки идеально устрояются, с точным количеством материала, необходимым для оптимизации дизайна. Я не могу представить, как структура такой сложности может быть произведена случайно» - говорит Айзенберг.

Подводный мир настолько разнообразен и уникален, что иногда даже сложно отличить растения от животных. Настолько причудливых форм бывают живущие там существа. Крупные морские гиганты и совсем микроскопические планктонные рачки, разноцветные и яркие, хищники и травоядные - безумное разнообразие видов живых организмов. Одними из таких удивительных созданий и являются губки, о которых пойдет речь дальше.

Общая информация

Охарактеризовать положение данных животных в можно так:

• империя - Клеточные;
• царство - Животные;
• подцарство - Многоклеточные;
• тип - Губки.

На сегодняшний день известно, что их насчитывается около 8 тысяч видов. 300 из них населяют просторы морей нашей страны.

Классификация

Тип Губки объединяет всех известных представителей в четыре больших класса.

1. Calcarea, или Известковые. Формируют в виде отложенных солей кальция.
2. Обыкновенные, или Кремнероговые. Главный представитель - бадяга.
3. Стеклянные (Шестилучевые). Численность класса невелика.
4. Коралловые - совсем бедный видами класс.

Все перечисленные губки имеют свои особенности не только внешнего, но и внутреннего строения, образа жизни и хозяйственного значения в жизни человека.

Внешнее строение

Пожалуй, самым необычным во всей характеристике рассматриваемых животных будет именно наружный облик. Особенности внешнего строения губки определяются разнообразием форм тела, которые для них характерны. Так, представители разных классов могут быть в виде:

• бокала;
• чаши;
• древовидной структуры.

Симметрия тела у одиночных форм - разнополярная осевая, у колониальных - смешанная. Каждая особь имеет специальную плоскую подошву, при помощи которой она крепится ко дну или другому субстрату. Губки ведут чаще всего неподвижный образ жизни.

На верхней стороне тела находится специальное отверстие, которое носит название "оскулюм". Оно служит для выведения лишней воды из внутренней полости. Снаружи организм покрыт слоем клеток - пинакодермой. Они напоминают по своему строению эпителиальную ткань высших животных.

Однако есть у них и отличительные особенности - наличие широких пор. Строение губки предусматривает поглощение частичек пищи не через верхнее отверстие, а именно через многочисленные, пронизывающие все тело перфорации, способные сокращаться и расширяться.

Под наружным слоем располагаются еще два, которые рассмотрим подробнее позже. Цветовая гамма как одиночных, так и колониальных форм достаточно разнообразна. Встречаются следующие типы окраски:

• серая;
• зеленая;
• фиолетовая;
• желтая;
• белая;
• красная;
• коричневая;
• смешанная.

Тип Губки очень оживляет подводный мир, делая его еще более ярким, красочным и привлекательным. При этом если рассматривать отдельно взятую особь на поверхности суши, то она будет иметь весьма непривлекательный вид: напоминающий сырую печень буроватый скользкий комок, издающий не совсем приятный аромат.

Внутреннее строение представителей

Типы строения губок схожи, будь то одиночная особь или прикрепленная к колонии. Сразу под дермальным наружным слоем пористых клеток располагается особое межклеточное вещество, формирующее достаточно объемную оболочку. В нем клетки расположены рыхло, и форма их различна. Ткань чем-то напоминает жировую у высших наземных представителей. Называется данная структура "мезохил".

Под этим слоем расположена внутренняя полость, выстланная специальным рядом клеток. Это гастральный слой. Вся пища попадает именно сюда, и здесь происходит переваривание. Все отходы жизнедеятельности вместе с излишками воды направляются к верхнему отверстию тела и выводятся через него наружу.

Также строение губки обязательно включает своеобразный скелет. Формируется он из известковых, фосфорных, органических солей, которые вырабатываются в специальных клетках мезохила. Он не только придает губкам определенную форму тела, но и имеет значение для сохранности от механических повреждений внутренней полости.

Характеристика типа Губки будет неполной, если не обозначить главную особенность этих животных - их тело не имеет тканей, а лишь включает в себя различные по форме и образующие слои. Это главное отличие рассматриваемых животных от всех других.

Интересна также водоносная система особей. У разных классов она может быть неодинаковой. Всего выделяют три основных ее типа:

1. Аскон - все сообщение с внешней средой осуществляется через систему трубок, по которым движется вода в специальные клетки-камеры. Наиболее упрощенная водоносная система, встречающаяся у немногих представителей.
2. Сикон. Более усовершенствованная система, включающая в себя сеть разветвленных канальцев и трубочек, впадающих в специальные клетки-камеры со жгутиками.
3. Лейкон - целая сеть оскулюмов, данный вид водоносной системы характерен только для колониальных форм. Наиболее усложненный вариант на фоне всех предыдущих.

Размножение у губок происходит как половым, так и бесполым способом. Половые клетки формируются в слое мезохила. Затем продукты выходят через поры тела наружу и с током воды попадают в тела других губок, где и происходит оплодотворение. В результате образуется зигота, дающая начало личинке. Мальки могут называться по-разному: амфибластулы, паренхимулы, целлобластулы.

Если же говорить о то в его основе лежит процесс почкования, то есть отсоединения с последующей регенерацией недостающих структур. В большинстве своем тип Губки включает гермафродитных животных.

Особенности образа жизни

Если рассматривать все многообразие многоклеточных животных мира, то следует отнести губок к самой примитивной по организации ступени. Однако это еще и самые древние животные, появившиеся много тысяч лет тому назад. За время эволюции в их организации мало что изменилось, они сохраняют свои особенности с течением времени. Форма жизни представителей имеет два проявления:

• одиночная;
• колониальная.

Чаще всего обнаруживаются массовые скопления губок среди коралловых рифов. Встречаются как пресноводные виды (их меньшинство), так и и океанов (подавляющая по численности видов группа).

Тип Губки включает животных, которые питаются мелкими организмами либо их остатками. В строении их тела есть специальные воротничковые клетки со жгутиками. Они как раз и захватывают проплывающие частички пищи, направляя их во внутреннюю парагастральную полость тела. Пищеварение осуществляется внутри клеток.

По способу добычи пищи губок можно назвать пассивными охотниками. Они лениво сидят на прикрепленном месте в ожидании проплывающих питательных частиц. И только когда те уже совсем близко, захватывают их через поры и направляют вместе с током воды внутрь тела.

Некоторые виды способны передвигаться, несмотря на то, что все равно имеют подошву для крепления к субстрату. Однако скорость их настолько мала, что за весь день особь вряд ли продвинется дальше, чем на метр.

Разнообразие губок

Для таких примитивных представителей достаточно внушительное - ведь их около 8 тысяч видов! А по некоторым современным данным эта цифра близится уже и к 9 тысячам. Внешнее разнообразие объясняется различием в форме тела, типах скелета и цветной окраске тела особей (либо колоний).

Класс Стеклянные губки

Очень интересные по своему внешнему разнообразию стеклянные губки. Они не столь многочисленны, как другие, однако имеют необычный скелет. Это одни из самых крупных особей, которых включает в себя тип Губки. Общая характеристика представителей данного класса может быть выражена в нескольких пунктах.

1. Латинское название класса - Hexactinellida.
2. Скелет сформирован из соединений кремния, поэтому является очень прочным.
3. Игольчатый тип опоры тела, в котором преобладают шестиконечные структуры.
4. Личинки вида паренхимулы или целобластулы.
5. Водоносная система типа лейкона.
6. Чаще колониальные, нежели одиночные формы.
7. Иногда до 50 см в высоту.

Самыми распространенными представителями являются такие, как:

• хиалонема сиболди;
• эуплектелла.

Класс Обыкновенные, или Кремнероговые, губки

Тип Губки, фото представителей которого можно увидеть в данной статье, включает в себя также самый многочисленный по количеству особей класс - Кремнероговые, или Обыкновенные. Свое название получили за особенности в строении скелета - он состоит их кремнезема и спонгина. По твердости достаточно нежный и легко разрушается. Форма иголок скелета очень разнообразна:

• звездочки;
• якоря;
• булавы;
• острые иглы и так далее.

Самым распространенным пресноводным представителем является бадяга - губка, используемая как индикатор чистоты водоема. Внешне малопривлекательны, окраска буро-коричневая, иногда грязно-желтая. Используются человеком для разных нужд.

Какие еще представители встречаются среди обыкновенных губок?

1. Миксилы.
2. Морской каравай.
3. Байкальская губка.
4. Морские ершики.
5. Гигантская хондрокладия и другие.

Класс Известковые губки

К нему относятся представители, имеющие прочный и красивый известковый скелет. Обитают только в морях и океанах. Окраска бледная или совсем отсутствует. Иголки скелета могут иметь около трех лучей. Основные представители: асконы, сиконы, леукандры.

Класс Коралловые губки

Самые немногочисленные представители, которые внешне напоминают веточки коралла. Происходит это за счет формирования мощного известкового скелета разной окраски и узорчатого строения.

Представители: гератопорелла Николсона, мерлия. Всего описано только шесть видов подобных животных. Долгое время их не отличали от системы коралловых рифов, поэтому открыты они были сравнительно недавно.

Использование губок человеком

Важно и хозяйственное значение особей, входящих в тип Губки. Представители используются в следующих нуждах:

1. Являются участниками пищевой цепи, так как сами служат едой для многих животных.
2. Используются людьми для изготовления красивых украшений для тела и интерьера дома.
3. Содержат вещества, позволяющие использовать их в медицинских целях (губка бодяга обладает рассасывающим синяки и ранозаживляющим эффектом).
4. Применяются для создания гигиенических губок - природных натуральных продуктов для косметической отрасли.
5. Используются в технических и других целях.

Губки - водные, почти исключительно морские неподвижные животные, прикрепленные ко дну и различным подводным предметам. Они чаще всего вообще бесформенные, но могут иметь самую различную форму: это наплывы, наросты, подушки на подводных поверхностях, некоторые имеют вид мешка или вазы, основанием прикрепленные к субстрату, с отверстием сверху, но может и не быть никакого отверстия, а губка может иметь форму шара или гриба.

Тело губки состоит из двух слоев - наружного {эктодермы) и внутреннего {эндодермы). Наружный слой образован уплощенными клетками, которые называют эпителиальными. Внутренний слой состоит из воротничковых клеток, их называют хоаноциты. Между слоями находится студенистое вещество мезоглея с клеточными элементами разного рода. Там находятся клеточные элементы: клетки склеробласты, формирующие скелетные элементы; амебоидные клетки - подвижные амебоциты , играющие роль в пищеварении губок, и они же могут превращаться в половые клетки. Кроме того, в мезоглее имеются клетки с зернами пигмента, что и придает губкам различную окраску.

Скелет губок - продукция клеток-склеробластов. Он состоит из отдельных мелких элементов - иголок {спикул). Эти иголочки имеют самую различную форму: звездчатые, трехосные, четырехосные, в форме снежинок и кристалликов. Состоят спикулы из кремнезема, извести либо из органического вещества спонгина , напоминающего роговое вещество.

Губки наиболее примитивные из многоклеточных животных. У них отсутствуют мышечные и нервные клетки. В связи с этим они почти не реагируют на внешние раздражители и совершенно неподвижны. Через систему канальцев, пронизывающих все их тело, они прогоняют воду. Движение воды внутри губки создают воротничко- вые клетки биением своих жгутиков. Вместе с водой в тело губки попадают пищевые частицы (мелкие организмы, кусочки ила) и кислород, растворенный в воде. С выходящей водой уносятся продукты обмена этого животного.

Размножаются губки бесполым и половым путем. Бесполое размножение у них происходит в виде почкования. На поверхности губки появляется бугорок, он растет и, наконец, отшнуровывается, после чего отделяется от материнского организма. Новая губка прикрепляется к субстрату неподалеку от родительницы и начинает расти. Половое размножение чуть более сложно. Все губки двуполые животные {гермафродиты), в их мезоглее из ползающих там амебоцитов формируются яйца и сперматозоиды. Причем сперматозоиды через поры тела выходят наружу в воду и, уносясь с ней, проникают в полости других губок. Там они оплодотворяют зрелые яйца. Собственные же яйца будут оплодотворены чужими сперматозоидами, проникшими извне. Начало развития яйца происходит в материнском организме. Сначала яйцо дробится на клетки, причем вверху яйца в результате дробления возникают мелкие клетки, а внизу - крупные. Мелкие клетки делятся гораздо быстрее крупных, и в результате получается полый однослойный шар - бластула. Верхняя часть ее состоит из множества мелких цилиндрических клеток, снабженных жгутиками, а нижняя - из крупных зернистых элементов. Затем крупноклеточная часть бластулы впячивается в шар. На этом этапе личинка прорывается из мезоглеи в ближайший поровый канал и по нему выводится из губки наружу. Там она свободно плавает и заканчивает свое развитие. В это время происходит окончательное впячивание клеток со жгутиками внутрь, крупные клетки образуют наружную стенку - эктодерму и получается полый двуслойный шар - гаструла. Она опускается на дно и отверстием прикрепляется к субстрату. Отверстие зарастает, и на его месте образуется подошва губки. Между двумя слоями клеток появляется мезоглея с ее клеточными элементами, вверху же прорывается и образуется общее выводное отверстие. На поверхности тела губки появляются сквозные поры, и молодая губка начинает свою жизнь.

Систематика губок (рис. 4).

Тип Губки (2,5 тыс. видов)

Класс Известковые

Класс Стеклянные

Класс Обыкновенные (2 тыс. видов)

Отряды Четырехлучевые Кремнероговые

Рис. 4. Разнообразие губок

Губки делят на три класса, иногда на четыре (добавляется класс Коралловые губки). Известковые губки очень мелкие примитивные морские животные белого или серого цвета, редко превышающие 7 см в высоту. Их скелет состоит из извести. Стеклянные - крупные ажурные полупрозрачные животные, некоторые до 1 м длиной. Скелет их из тонких кремневых игл (внешне похож на стеклянную вату). Характерные представители: корзинка Венеры, гиалонема (сидящая на длинном пучке игл) и монорафис - самая крупная из стеклянных губок. Большинство губок принадлежит к классу Обыкновенные. У них скелет кремневый, роговой, либо отсутствует вовсе. Это класс разделяют на два отряда. Отряд Четырехлучевые, к которому относятся такие крупные и яркие губки, как морской гриб, морской апельсин, кубок Нептуна (достигает в высоту 1,5 м). К отряду Кремнероговые относится и известная издавна туалетная губка. Промысел ее сохраняется до сих пор, это один из самых древних морских промыслов. Живет туалетная губка в Средиземном море и тропических морях всех океанов. Когда-то эти губки употребляли в хирургии вместо ваты. Всегда ценили туалетную губку, используя ее для мытья тела. Особенно ценятся губки, скелет которых практически не имеет минеральных включений. Такие губки нежные и мягкие (левантийская, далматинская) Самая дешевая - конская губка, имеющая весьма жесткий скелет. Под общим названием «бодяга» скрывается несколько видов пресноводных губок. В наших озерах, прудах и реках обитает около 20 видов пресноводных губок (бодяг), а кроме того, существует еще близкая к ним группа байкальских губок. Они подушковидной формы, до 1 м высотой. Их используют для полировки металла, ибо их скелет особенно жесткий.

Контрольные вопросы

• 1. Где живут губки?
• 2. Каковы особенности строения этих животных?
• 3. Как размножаются и развиваются губки?
• 4. Какие группы губок вам известны?
• 5. Чем бодяга отличается от туалетной губки?

Это наиболее примитивные из многоклеточных животных: у них нет органов, даже тканей, только кое-где намечаются их начальные стадии развития. У губок нет нервной системы, и они совершенно неподвижны. Только поры и устье могут немного и медленно сужаться и расширяться. Но внутри тела губки многие клетки способны переползать с одного места на другое.

Губки - в основном морские животные, в пресных водах встречаются считанные их виды. И среди них многим известная, хотя бы по названию, бодяга. Взрослые губки сидят, как уже говорилось, неподвижно на дне или на каких-нибудь предметах, лежащих на нем.

Размеры губок - от нескольких миллиметров до двух и более метров высотой. Жизнь у большинства непродолжительная: от нескольких недель до года или двух лет (доживут до полового созревания, вырастят в себе яйца или личинки и умирают). У немногих долголетие основательное. Так, конская губка, например, живет до 50 лет и больше.

Науке известно около 3 тысяч видов губок. Особенно богаты ими тропические и субтропические воды Мирового океана.

Тип губок систематики разделяют на три класса: известковые, стеклянные и обыкновенные губки.

Итак, у губки нет ни мозга, ни нервов, ни глаз, ни ушей, ни легких, ни желудка, ни крови…

А что же у нее есть?

Есть студенистое тело-бокал и иголки в нем вместо скелета. Тело ее все в дырочках: это губкины рты - поры, их так много, как звезд на небе, - не сосчитаешь.

Как известно уже нам, губка ни двигаться не может, ни даже шевелиться. Но это живое существо. Подсыпем в воду аквариума, в котором она сидит, сухую тушь. Зернышки туши сейчас же поплывут к губке и исчезнут в ее порах. А потом черные струйки туши, словно дым из трубы, поднимутся вверх из горловины бокала - устья губки. Значит, губка все время в свои поры засасывает воду, прокачивает ее через себя. С водой в губку заплывают мелкие организмы. Она их ловит и ест.

Губка

Губка очень живучая. Разрежьте ее на пять частей, и каждая часть в новую губку вырастет. Изрежьте губку на куски, просейте через сито - губка распадется на клеточки. И каждая клеточка будет жить! Она ползает, добычу ловит. Клетка к клетке подбирается, срастается с ней. Подползают другие клетки и складываются вместе - новую губку создают из пылинок.

Смешайте в баке с морской водой две протертые через сито губки. Клетки каждой из них соберутся вместе (свои приползут к своим!) и срастутся в две прежние губки.

Такова губка в общих чертах. Если вникнем более глубоко в ее строение, то обнаружим, что стенки живого «бокала» или «мешка» сложены из двух слоев клеток - наружного (эктодермы) и внутреннего (энтодермы). Между ними залегает еще один промежуточный слой студенистой массы - мезоглея. Все слои образуют, так сказать, стенки «бокала», внутри их располагается парагастральная, или атриальная, полость. Вся она выстлана воротничковыми клетками, или хоаноцитами. Они похожи на цилиндрики с «воротничками» на стороне, обращенной внутрь парагастральной полости. Из воротничков торчат подвижные жгутики. Они своими колебаниями гонят в губку воду, затекающую, как было сказано выше, через поры и вытекающую через устье.

Различные губки

Это самое простое устройство губки: тип аксон. Только у молодых и немногих взрослых губок он сохраняется, так сказать, в чистоте. Большинство губок с возрастом усложняют описанное строение главным образом за счет утолщения мезоглеи и образования жгутиковых каналов и жгутиковых камер. Но в общем сохраняют в основных чертах «типовой проект» пористого, полого внутри бокала с открытым вверху устьем.

«Некоторые губки ярко окрашены: чаще всего в желтый, зеленый, коричневый, оранжевый, красный, реже фиолетовый цвета. При отсутствии пигмента они имеют беловатую или серую окраску» (В. М. Колтун ).

Скелет губки - иглы, которые в изобилии наполняют мезоглею - микроскопические, по форме - одноосные (простые «палочки»), трехосные («в виде трех взаимно пересекающихся под прямым углом осей»), четырехосные и многоосные. Иногда иглы соединяются концами, образуя ажурную решетку. Порой особый цемент скрепляет их в более прочный «каменистый скелет». Вещество, из которого образуются иглы: у одних губок - кремний, у других - кальцит.

Но есть и роговые губки, лишенные всяких игл. Опору для их тела составляют упругие органические волокна так называемого спонгина.

«Химический состав спонгина близок к шелку, притом с некоторым, иногда довольно значительным (до 14 процентов) содержанием йода» (В. А. Догель ).

Грецкая губка, которой многие века люди мылись (еще эгейские греки употребляли ее с этой целью), - не что иное, как скелет роговой губки. Ее добывают в теплом Средиземном море, главным образом у берегов Греции и Египта. Люди ныряют за ней на дно, потом сушат на солнце. Губка сгнивает, остается только скелет. Он пористый и мягкий, похож на шелк, хорошо впитывает воду и пенит мыло.

Схема, показывающая строение губок: А1 - тип аскон; А2 - тип сикон; А3 - тип лейкон; В1, В2, В3 - различной формы иглы скелета губок; C1, С2 - воротничковые клетки, или хоаноциты

Губок промышляют теперь не только в Средиземном море, но и у берегов Флориды, в Вест-Индии и в различных районах Тихого океана. Появились даже своего рода «фермы» по разведению губок, которых разрезают на куски и «рассаживают по дну моря». Пройдет какое-то время, и из этих кусочков вырастут вполне полноценные губки.

«В Средиземном море добывают три главных сорта губок: грецкая (сотовая), турецкая изимокка. Из них турецкая самая нежная по строению. Есть еще „слоновое ухо“, называемое так по своей форме, и др.

Флоридские губки грубее, чем средиземноморские. Это так называемые „овечья шерсть“, „желтая“, „бархатная“, „травяная“ и „перчатка“» (Ф. С. Рессель, Ч. М. Ионг ).

В спонгиновых волокнах некоторых роговых губок есть все-таки кремневые иглы (хоть и немного их). Например, у пресноводной бодяги, которая внешне похожа на «серые или зеленые наросты на подводных предметах». Давно уже народная медицина оценила бодягу: использует ее как горчичники - сушеной бодягой натирают тело больного, ее иглы при этом «раздражают кожу, вызывают приток крови к ней».

И такие бывают губки

Бесполое размножение губок - простое деление пополам (по продольной оси) или почкование. При почковании на теле матери набухает выпуклость. Она растет, в нее втягивается парагастральная полость с окружающими ее «тканями». Вскоре у почки появляется свое устье, и она отваливается от взрослой губки, чтобы начать самостоятельную жизнь.

У бодяги помимо простого почкования и полового размножения, которые происходят летом, есть еще зимующие, или внутренние, почки - геммулы. Они окружены сложной оболочкой с прослойками воздуха (теплоизолятор!). Образуются к осени в мезоглее. Зимой сама бодяга погибает, распадается, но геммулы остаются на дне до весны. Весна наступит - геммулы прорастают, и получается новая молодая бодяга.

Пресноводная губка бодяга

Раньше думали, что все губки - гермафродиты. Позднее нашли и разнополых. Но какого пола перед вами губка - по внешности никак не решишь.

Половое размножение начинается с развития в мезоглее сперматозоидов и яиц. Сперматозоиды выходят в парагастральную полость, затем из нее через устье наружу. Заплывают в другую губку, сложным передаточным путем от одной клетки к другой переносятся в мезоглею и там оплодотворяют яйцеклетки. Те вскоре начинают дробиться и развиваются в личинку. Она покидает взрастившую ее губку и некоторое время плавает в воде, приводя себя в движение ударами жгутиков.

Взрослея, личинка испытывает ряд интересных превращений, в которые вдаваться не будем. Наконец, она, готовая уже стать губкой, опускается на дно, прирастает к нему (передним концом), и вот уже свершился метаморфоз - личинка превратилась в молодую губку.

<<< Назад

Вперед >>>

Тип Губки, особенности строения которых мы рассмотрим в нашей статье, по сей день являются загадкой природы. Да и в учебниках по зоологии о них не так уж и много информации. А ведь губки представляют собой тип многоклеточных животных и широко распространены в природе.

Подцарство Многоклеточные

С течением времени в результате эволюционных преобразований наряду с простейшими в природе появились и многоклеточные животные. У них появился ряд более сложных черт строения. И дело не только в количестве клеток, а в их специализации для выполнения различных функций. Одни из них служат для размножения, другие - обеспечивают передвижение, а третьи - процессы расщепления веществ и т. п.

Группы клеток, одинаковые по строению и функциям, объединяются в ткани, а они, в свою очередь, формируют органы.

Тип Губки: общая характеристика

Губки являются самыми примитивными многоклеточными животными. Они еще не формируют настоящих тканей, но клетки отличаются строгой специализацией.

Губки являются древними животными. Некоторые их виды известны еще с докембрийского и девонского периодов. Их предками ученые считают известковых жгутиконосцев. А вот ветвь эволюции губок оказалась тупиковой.

Долгое время систематики не могли определиться с их положением в системе органического мира. Поэтому губок называли зоофитами - организмами, которые имеют признаки и животных, и растений. Все изменилось только в начале 19-го века. Губок окончательно отнесли к животному царству. Но ученые до сих пор спорят: то ли это колонии простейших, то ли настоящие многоклеточные организмы.

Основы классификации

По типам строения губок объединяют в несколько классов:

• Обыкновенные. Среди них встречаются одиночные и колониальные формы. Они имеют вид наростов, пластин, комков, небольших кустиков, высота которых может достигать полуметра. Представителями этого класса являются бадяги, туалетные и сверлящие губки.
• Известковые. Характеризуются наличием внутреннего скелета, иглы которого состоят из углекислого кальция. Форма тела - в виде бочонка или трубки. Представителями являются сикон, асцетта, леукандра.
• Коралловые. Исключительно колониальные формы. Внутренний скелет состоит из кальцита или кремния. Размеры колоний в ширину достигают метра. Название получили благодаря тому, что обитают среди коралловых рифов Индийского и Тихого океанов.
• Стеклянные, или Шестилучевые. Одиночные особи бокаловидной формы. Имеют скелет из кремния в виде игл. Обитают исключительно в океанических водах. Благодаря эстетическому виду используются для изготовления бижутерии.

Особенности строения

Большинство представителей типа Губки имеют бокаловидное тело. Его основанием животное прикрепляется к субстрату - камням, дну водоемов или раковинам. Верхняя часть открывается наружу отверстием, ведущим в полость тела. Она называется атриальной.

Все классы типа Губки - это двухслойные животные. Снаружи расположена эктодерма. Этот слой образован плоскими клетками кроющего эпителия. Внутренняя энтодерма состоит из жгутиковых клеток, которые называются хоаноцитами.

Стенки не сплошные, а пронизаны большим количеством пор. Через них происходит обмен веществ губок с окружающей средой. Между слоями тела находится студенистое вещество - мезоглея. Она содержит три вида клеток. Это опорные, которые формируют скелет, половые и амебоидные. С помощью последних осуществляется процесс пищеварения. Они же обеспечивают регенерацию губок, поскольку могут превращаться в любые типы клеток.

Размеры губок варьируют от 1 см до 2 м, а цвет от мутно-коричневого до ярко-фиолетового. Разнообразием отличается и форма тела. Губки могут быть похожи на пластинку, шар, веер или вазу.

Питание

По способу питания представители типа Губки - гетеротрофные фильтраторы. Через их полость тела непрерывно движется вода. Благодаря деятельности жгутиковых клеток она поступает в поры слоев тела, поступает в атриальную полость и выходит наружу через устье.

При этом простейшие, бактерии, фитопланктон и остатки отмерших организмов захватываются амебоцитами. Происходит это путем фагоцитоза - внутриклеточного переваривания. Непереработанные остатки пищи снова поступают в полость и через устье выбрасываются наружу.

Среди губок встречаются и хищники. Они лишены водоносной системы фильтрации. Пищей им служат мелкие рачки и мальки рыб, которые прилипают к их липким нитям. Далее они укорачиваются, подтягиваясь к телу хищника. Губка обволакивает добычу и переваривает ее.

Дыхание и выделение

Животные, принадлежащие к типу Губки не встречаются на суше. Поэтому они приспособлены к поглощению кислорода только из воды. Происходит это с помощью диффузии. Поглощать кислород, как и выводить углекислый газ, способны все клетки тела губок.

Бесполое размножение

Несмотря на примитивность строения, способы репродукции губок достаточно разнообразны. Они могут размножаться путем почкования. При этом на теле животного появляется выпячивание, которое с течением времени увеличивается в размерах. Когда на такой почке сформировались все типы клеток, она отсоединяется от материнской особи и переходит к самостоятельному существованию.

Следующим способом размножения губок является фрагментация. В ее результате тело губки делится на части, каждая из которых дает начало новому организму. Этот процесс еще называют геммулогенезом. Обычно он происходит с наступлением неблагоприятных условий.

Образовавшиеся при этом части губок называются геммулы. Каждая из них покрыта защитной оболочкой, а внутри содержит запас питательных веществ. Геммулы считаются покоящимися стадиями губок. Их способность к выживанию просто невероятна. Они остаются жизнеспособными после действия низкой температуры до -100 градусов и продолжительного обезвоживания.

Половое размножение

Половой процесс осуществляется специализированными клетками. При этом сперматозоид выходит из устья одной губки и с током воды поступает к другой. Там амебоциты доставляют его к яйцеклетке.

По типу развития среди губок различают яйце- и живородящих. У первых деление оплодотворенной яйцеклетки и формирование личинки происходит вне материнского организма. Такие организмы всегда раздельнополые. Среди живородящих представителей часто встречаются гермафродиты. У них развитие зиготы осуществляется в атриальной полости.

Экология

Для распространения животных типа Губки большое значение имеет наличие определенного субстрата. Он должен быть твердым, поскольку ил может забиваться в поры. Это приводит к массовой гибели животных.

Характеристика типа Губки была бы неполной без упоминания о симбиозе. В природе известны случаи их взаимовыгодного сожительства с другими водными обитателями. Это могут быть водоросли, бактерии или грибы.

При такой форме существования обмен веществ губок происходит более интенсивно. К примеру, при сожительстве с водорослями они выделяют в несколько раз больше кислорода и органики. Поскольку взрослые губки несъедобны, многие животные используют их для защиты от врагов. Известны случаи, когда в них поселяются ракообразные. А крабы предпочитают носить губок на своем панцире.

Значение в природе и жизни человека

Губки имеют большое значение для очистки водоемов. Осуществляя фильтрацию, они не только питаются, но и удаляют загрязнения. Свою роль играют эти животные и в трофических цепях. Личинками губок питаются моллюски и определенные виды рыб.

Для человека губки являются сырьем для фармакологии. Всем известны мази от синяков и ушибов на основе губки - бадяги, а также йодсодержащие лекарства. Значение этих животных связано и с их названием. Их действительно долгое время использовали для мытья тела и различных поверхностей. И сейчас губками мы называем подобные синтетические изделия

Итак, в статье мы рассмотрели представителей подцарства Многоклеточные - тип Губки. Это многоклеточные водные животные, которые ведут прикрепленный образ жизни. В их теле различают два слоя - экто- и энтодерму. Каждый из них образован специализированными клетками. Настоящих тканей губки не образуют.

Похожие статьи