Необычные факты про морскую губку. Морская губка (euplectella) кладезь новых технологий. Что мы узнали

Включающий около 10000 известных видов обитающих на Земле в наши дни. Членами этого типа животных, являются известковые губки, обыкновенные губки, шестилучевые губки. Взрослые губки - это оседлые животные, которые живут, прикрепляясь к скалистым поверхностям, раковинам, или другим подводным объектам, а личинки находятся в свободном плавание. Большинство губок обитают в морской среде, но несколько видов можно повстречать в пресноводных водоемах.

Описание

Губки являются примитивными многоклеточными животными, которые не имеют пищеварительной, кровеносной и нервной систем. У них нет органов и клетки не организовывают четко определенную структуру.

Существует три основных класса губок. Стеклянные губки имеют скелет, который состоит из хрупких, стеклообразных игл, сформированных из кремнезема. Обыкновенные губки зачастую ярко окрашены и вырастают крупнее остальных представителей губок. На обыкновенных губок приходится более 90 процентов всех современных видов губок. Известковые губки - это единственный класс губок, имеющий спикулы, состоящие из карбоната кальция. Известковые губки, обычно меньше чем другие представители типа.

Тело губки как мешок, перфорированный множеством мелких отверстий или пор. Стенки тела состоят из трех слоев:

• наружный слой плоских клеток эпидермиса;
• средний слой, который состоит из студенистого вещества и амебоидных клеток, мигрирующих в пределах слоя;
• внутренний слой, сформирован из жгутиковых и воротничковых (хоаноциты) клеток.

Питание

Питаются губки путем фильтрации воды. Они всасывают воду через поры, расположенные по всей стенке тела в центральной полости. Центральная полость выстлана воротничковыми клетками, которые имеют кольцо щупалец, окружающих жгутик. Движение жгутика создает ток, удерживающий воду, протекающую через центральную полость в отверстие в верхней части губки под названием оскулюм. Поскольку вода проходит через воротничковые клетки, пища захватывается кольцами щупалец. Далее, пища переваривается в пищевых или амебоидных клетках в среднем слое стенки.

Течение воды также обеспечивает постоянную подачу кислорода и удаляет азотистые отходы. Вода выходит из губки через большое отверстие в верхней части корпуса под названием оскулюм.

Классификация

Губки делятся на следующие основные таксономические группы:

• Известковые губки (Calcarea) ;
• Обыкновенные губки (Demospongiae) ;
• Шестилучевые губки, или стеклянные губки (Hexactinellida, Hyalospongia) .

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.

Губы - поистине универсальны. Они участвуют в приеме пищи, разговоре, улыбке и, конечно же, поцелуе. Но кое-что интересное об этом красивом и выразительном органе многие из нас до сих пор не знали. Например, что:

1. Толщина кожи губ - в четыре раза меньше, чем остального кожного покрова на теле - все 3-5 слоев эпидермиса. С возрастом верхний слой кожи становится еще чуть тоньше.
2. Губы - очень чувствительны, во много раз более, чем подушечки пальцев. Именно поэтому губы , прикоснувшиеся ко лбу, достовернее сообщат о температуре, чем, например, приложенная ладонь.
3. На губах находится огромное множество рефлекторных точек. Именно поэтому страстный поцелуй способен увеличить частоту сердечных сокращений до 100 ударов в минуту.
4. Жительницы африканских племен специально растягивают губы, вставляя в них металлические пластины. Это символизирует смиренность и покорность перед мужем.
5. Женщины, использующие декоративную косметику для макияжа губ, за всю жизнь используют от 2 до 5 кг блеска или помады.
6. Около 10 процентов женщин, решающихся на косметическую пластику, хотят изменить свою форму губ так, чтобы они стали похожи на губы знаменитой Лары Крофт.
7. Поцелуй в губы не только дарит удовольствие и поднимает настроение, но и улучшает кровообращение, активизирует работу легких, а также сжигает калории. Три минуты поцелуя равны 10-минутной пробежке или двухчасовой пешей прогулке.
8. Поцелуй в губы стимулирует выработку в крови эндорфина и окситоцина - гормонов радости и удовольствия.
9. Во время улыбки мы задействуем 15 губных мышц.
10. Железы, которые находятся на границе губ и внутренней полости рта, во время поцелуя начинают активный выброс в организм веществ, которые вызывают сексуальное желание.
11. С возрастом губы человека становятся немного шире, а верхняя губа вытягивается в высоту.
12. Пухлые губы голливудской кинодивы Мерилин Монро - всего лишь визуальная иллюзия. На самом деле актриса каждый день тратила уйму времени, «рисуя» их привлекательную форму на своем лице.
13. Губы - первая часть женского тела, на которую обращает внимание большая часть мужчин. Уже после этого следуют ноги, грудь и остальные прелести.
14. В отечественных клиниках пластической хирургии ежедневно делают по 10-15 инъекций ботокса в губы.
15. Тонкие губы, в основном, можно унаследовать по отцовской линии, а пухлые - по материнской.
16. Герпес - неприятная болячка, которая появляется на губах - вопреки распространенному мнению - не простудное заболевание, а самая настоящая вирусная инфекция, такая же, как грипп и ОРВИ.
17. Кроме людей, поцелуй в губы среди животных существует также у лошадей, шимпанзе и дикобразов.

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.

0

Губки - животные, но они больше похожи на какие-то растения, нежели на животных. Они растут на подводных объектах, таких как камни или стебли растений. Эти существа не могут передвигаться, хотя некоторые виды способны сокращаться, если до них дотронуться. Они не имеют глаз, ушей, мозга и нервов, сердца и крови. Но они ловят свою пищу, фильтруя воду, которая попадает в них через тысячи крохотных отверстий, а выходит из одного большого, называемого устьем. Взрослые губки прикреплены к субстрату, но их личинки способны активно плавать. Личинки находят подходящее место, опускаются и вырастают во взрослую колонию клеток, которую мы называем губкой.

Маленькие растут вокруг устья губки - основного выводного отверстия для воды. Внутри губки видны разветвленные каналы.
Различные виды чашевидных губок растут в пресной и солёной воде.
Губка морской каравай может быть разного цвета, включая зеленый. Гимениальная губка обычно кроваво-красная. Некоторые губки Solenia тоже имеют красную окраску. Колонновидные губки могут быть пурпурными или голубыми. Губка Callispongia – довольно широкая, с одним устьем. Мозговидные губки – розового цвета.

Типичная сформировавшаяся губка не является одной особью, чаще это колония. Клетки губки образуют колбообразное тело вокруг центральной полости. Стенки тела пронизаны множеством крохотных отверстий и каналов, ведущих от наружных отверстий во внутреннюю полость. Жгутики клеток, выстилающих каналы, создают в них ток воды, направленный в центральную полость. Вода приносит с собой крохотные частицы пищи - простейших, кусочки водорослей, яйца и личинки. Вода и непереваренные остатки выходят через устье - большое отверстие, расположенное обычно на вершине губки.

Чисто!
За час крупная губка может профильтровать объём воды, равный объему ванны. Губки - незаменимые компоненты водных экосистем, содержащие воду в чистоте.

Туалетные губки.
В наше время большинство губок для мытья делают из искусственных материалов. Но много лет назад их собирали в море. Обычная туалетная губка обитает на дне моря в чистой теплой воде. Она довольно скользкая, желтого или пурпурного цвета. После гибели её мягкие части сгнивают, и остается скелет из волокон и игл, который люди и использовали в качестве мочалки. В некоторых областях, например в Средиземном море, туалетных губок собирали в таких количествах, что они стали чрезвычайно редкими. А ведь чтобы вырасти, губке необходимо около 20 лет.

Как губки размножаются.
Губки способны образовывать на теле небольшие специфические выросты, или почки, которые затем отделяются и развиваются в новую особь. Но им доступен и половой способ размножения. Каждая губка - это и самец, и самка, то есть она производит и сперматозоиды, яйца. Сперматозоиды оплодотворяют яйца, а из них развиваются крохотные личинки, которые расплываются. Два-три дня они находятся в открытом море, потом опускаются на дно и развиваются в новую губку.

Как губкам выжить?
У губок нет средств защиты. Они не умеют кусать или жалить. Не могут они и уплыть. Как же они себя защищают? Тело многих губок имеет множество крохотных острых игл твёрдых минералов, таких как известь, мел или кремнезем (то же вещество, из которого состоит стекло). Иглы формируют скелет губки, придавал её телу прочность, и держат на расстоянии животных, которые хотели бы полакомиться губкой. Помимо этого, многие виды имеют неприятный запах и ужасный вкус, который отпугивает хищников.

Пластинчатые.
Пластинчатые включает в себя лишь один вид - Trichoplax adhaerens.
Эти мелкие существа, достигающие размеров муравья, напоминают гигантских амёб, но их тело состоит более чем из 1000 клеток. Пластинчатые медленно перетекают, двигаясь как . Известны всего два вида, и оба обитают в море.

Губки
Около 10 000 видов
Большинство морские, лишь некоторые - пресноводные
Многие имеют внутренний твердый скелет
Тело пронизано отверстиями
Некоторые достигают 4 м

Пластинчатые
Всего несколько видов
Морские обитатели
Передвигаются подобно слизням или гигантским амёбам
Около З мм в длину