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海绵动物

早在古代,特别是在地中海地区,低等的浴海绵就为人类所采集使用。人们对有些物种与其他生物体的关系还存有较多争论,浴海绵就是其中最为人熟知的一个。
直到19世纪早期,海绵还被视做植物,现在则普遍认为它们是侧生动物亚界下的一个动物类群(海绵动物门),可能起源自鞭毛类原生动物或原始后生动物。

简单的结构

形态、功能及食物
海绵动物的体型从极其微小至2米长,常在其附着的基质上形成薄薄的覆盖层,其他海绵动物则形态各异,呈块状、管状、分叉状、伞状、杯状、扇状或不定形。它们或色泽单一或十分绚丽,这颜色源自类胡萝卜素,主要为黄色到红色。
所有海绵动物的结构都十分相似,它们简单的体壁包括表皮(上皮)、连接组织和多种类型的细胞,其中包括能通过原生质的流动来移动(变形运动)的细胞(变形细胞)。这些变形细胞在其内部组织中游移,拉伸骨针并产生海绵硬蛋白丝。海绵动物并非完全不能移动,它们身体的主体能通过肌细胞的移动进行有限的活动,但在通常情况下,它们往往固定在同一地点纹丝不动。
海绵动物的身体柔软,但许多触摸起来却很结实,这是因为它们的内骨骼是由坚硬的含钙或硅的杆状或星状的骨针和(或)网状蛋白质纤维即海绵硬蛋白所组成的,譬如浴海绵就是如此。有些物种的骨针可能穿透其海绵表面,一旦人们触摸它们就会引起皮肤感染。
海绵动物是滤食动物,它们滤取水中细小的碎石和细菌为食,分解其中的氧气和有机物并将废弃物排走。水通过海绵动物体表的细孔进入水沟系,并移动到顺着环细胞或襟细胞这类有鞭毛的细胞排列的小室中。环细胞吸收在变形细胞间传递的食物颗粒,最后常通过其体表上火山状的排水孔将水排出体外。水主要在环细胞鞭毛的作用下,穿过海绵动物的全身。

一种淡水海绵动物(单骨海绵),它身体的绿色源自一种微型藻类小球藻。

海绵动物
亚界 侧生动物亚界
门 海绵动物门
约有5000个物种,分为790属80科。分布 呈世界性分布,从淡水到海水,从潮间带到深海。化石记录 起源于迄今5.7亿~5亿年前的寒武纪;其中390属已被确认源自白垩纪(1.35亿~0.65亿年前)。体型 从微小至2米长;其中最大的物种分布于南极洲和加勒比海。特性 形态各异;单生或群生;这种多孔滤食性生物体大多“无柄”地直接附着在基质上;它们没有器官,也没有明晰的组织,但其细胞种类却非常复杂;它们的骨骼要么没有含钙或含硅的骨针,要么没有有机的海绵硬蛋白纤维;通常为雌雄同体,能进行有性繁殖和无性繁殖。玻璃海绵或硅质海绵(六射海绵纲)
约有600个物种。海生,一般栖息于潮位线之下,但在深海中更常见。其骨骼为复杂的硅质骨针,基本形态呈六放形。属和种包括:泡沫海绵、维纳斯花篮、围线海绵。
钙质海绵(钙质海绵纲)
约有400个物种。海生。钙质骨针的骨架如针形或三至四放形。
属包括:白枝海绵、樽海绵。寻常海绵(寻常海绵纲)
约有4000个物种。海生和淡水生。其骨架或没有硅质的骨针,或没有有机的海绵硬蛋白纤维,或二者均无。当骨针存在时,则不为六放形。属和种包括:真海绵、穿贝海绵、加勒比海绵、刻盘海绵、橘海绵、浴海绵、加勒比火海绵、管指海绵、沐浴角骨海绵、针海绵。珊瑚海绵(硬质海绵纲)
约有15个物种。海生,在热带的浅穴或深穴或海底珊瑚上。骨架以钙质为基础,含有硅质骨针和有机纤维,形成覆盖在钙质基座上的薄薄一层海绵。
不同的机制
有性繁殖
海绵动物通过芽殖进行无性繁殖,产生新的个体,即它们身体的一部分分裂并生长为新的海绵动物;某些淡水海绵动物则长出特殊的芽球来繁殖,这些芽球在被释放并脱落前,一直位于海绵动物体内。淡水海绵动物在高纬度地区的冬天会死亡,但它们的芽球却能抵御十分严峻的环境,如极度寒冷的季候。而且,除非经历高寒气候,否则它们的芽球是不会萌发出来的。

黄色管指海绵的发散口或排水孔清晰可见。

水通过海绵动物体表的细孔进入水沟系,并移动到顺着环细胞或襟细胞这类有鞭毛的细胞排列的小室中(图1、2、3)。环细胞吸收在变形细胞间传递的食物颗粒,最后常通过其体表上火山状的排水孔将水排出体外(图4);水主要在环细胞鞭毛的作用下,穿过海绵动物的全身。环细胞顺体腔排列,或顺着折叠的体壁所形成的小囊排列,这些小囊彼此连接,形成更复杂的水沟系。
在有性繁殖中,同一个体在不同时间能由变形细胞产生卵,由变形细胞或变形的环细胞产生精子。这些精子流入水中,而卵则保留在母体内,并在此受精。生成的幼体可为实心的(实胚)或中空的(两极囊胚),许多幼体在水中游动多达7天后,固着并变形为能摄食或生长的个体或群体,其他个体在变形前则匍匐在基质上。有些成熟的南极海绵动物可在近10年的时间内都不生长。
盛产于大陆架
环境及保护
在全球所有的海洋中,海绵动物的数量都十分巨大,在坚硬的基质上,它们更是多得惊人。相对而言,极少数海绵动物能适应不稳定的沙地或泥沼的生存环境。它们的垂直生活领域从潮汐效应时水岸的最低处,向下延伸至8600米深的海底深处。硅质海绵中的淡水海绵科甚至能在全球的淡水湖泊和河流中生存。
栖息于水涨落线之间的海绵动物通常只局限于海岸的一部分区域,即在空气中暴露时间较短的那部分海岸。有些海绵也在高于海岸一点的地方出现,但仅限于栖息在被遮蔽的地方或背向太阳的岩石上。

一种外射海绵(寻常海绵纲)在扇形珊瑚的主干上生长。该属的较大代表是被人们俗称为“象耳海绵”的海绵动物

有些海绵动物一旦暴露在空气中的时间略长就会死去,因此在大陆架的浅水域中,海绵的物种和个体数量都达到最大。
巨穴海绵常是更小动物的栖息处,这些小动物中的一部分对海绵动物无害,而另一部分则是寄生动物。许多海绵动物含有能进行光合作用的单细胞藻类(虫绿藻)、蓝绿藻和可为海绵动物提供营养的共生细菌。海蛞蝓(海兔)、石鳖、海星(尤其是南极洲的)、海龟和部分热带鱼都以海绵动物为食。


在那些暴露在空气中而不是躲藏在岩石下的热带海绵物种中,通常超过一半的都对鱼类有毒。学者认为这是海绵动物对高密度鱼类捕食的一种进化反应,大自然选择了有害有毒的物质以阻止鱼类对海绵动物的捕食。部分有毒海绵动物体型巨大,如庞大的加勒比海绵;而其他海绵动物触摸起来十分危险,如加勒比火海绵——它们往往引起人类严重的灼烧感,并持续数小时。毒素能避免动物幼虫和植物孢子附着在海绵动物表面,因此可能有益于保持其表面的清洁。有些海绵毒素还能防止其周围无脊椎动物长得过大导致海绵窒息。
海绵毒素已被应用于神经刺激传输的研究中,它们显示出作为生物溶解性疏通剂的巨大潜力,并可作为鲨鱼驱除物。
浴海绵在吸水和保持复杂的海绵硬蛋白纤维结构上有其自身的作用,这些纤维也具有弹性,水能从海绵动物中被挤出来。许多海绵动物物种可被人们采集(特别是在美国佛罗里达和希腊的海岸),例如具有精细骨架网络的沐浴角骨海绵和骨架粗糙的马海绵,它们生长于从低潮位到深海中的岩石底部,可通过船上的爪钩或潜水者来获取。海绵动物的加工方法简单,可将其置于太阳下晒干,使其软组织腐烂,经过捶打和清洗后只留下其海绵硬蛋白骨骼。
通过切片栽培海绵动物的方法已经获得成功,尽管这种方法在可行性上并不比人工合成更强。
海绵动物含有各式各样的抗生物质、色素,诸如固醇之类的独特化学物质、毒素,甚至抗发炎和治风湿的化合物。海若螺科中的穿贝海绵会使牡蛎壳变得易于破碎,从而造成经济损失。这些海绵动物还能通过化学和机械2种方式掘穴。

穿贝海绵广泛分布于热带石珊瑚中,会对珊瑚产生不小的危害。

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