海绵

海绵
海绵
海绵是最原始的多细胞动物,2亿年前就已经生活在海洋里,至今已发展到1万多种,占海洋动物种类的1/15,是一个庞大的海洋“家族”。除针海绵属(Spongilla)约20种为淡水产外,均分布在海洋的潮间带到8500公尺(28000余英尺)深处,营固着生活。

基本信息

  中文学名: 海绵                                          拉丁学名: Phylum Porifera
  英文名称: Spongiatia or Sponge                   分布区域: 多产于海水中,少数生活在淡水里
  界: 动物界                                               门: 多孔动物门 

形态特征

  海绵是世界上结构最简单的多细胞动物。既没有头,也没有尾,没有躯干和四肢,更没有神经和器官。海绵细胞的主要成分是碳酸钙或碳酸硅以及大量的胶原质。海流强的水域,海绵的高度普遍不到2.5厘米,而且海绵的表面形成许多流线型的纹路,这种进化可以避免被海浪和海流折断。有的海绵喜欢穴居,海绵在鲍鱼和牡蛎的壳上到处钻洞,然后在它们的壳上寄居下来。海绵的体型多种多样,小的不过几克,大的却有45公斤。海绵的颜色同样是丰富多彩。海绵群体的外形变化很大,单体一般作角锥形、盘形、高脚杯形、球形等。大小变化由数毫米到2m之间。多数具有钙质、硅质或角质骨骼。海绵动物的骨骼有骨针(海绵针)、海绵丝(骨丝)和非骨针型的矿物质三种。骨针成分为钙质(方解石、文石)或硅质(蛋白石)。骨针按大小可分为大骨针和小骨针。海绵丝的成分是角质的有机化合物,呈丝状,分枝或交接在一起。海绵丝易腐烂,不易形成化石。海绵动物的形状千姿百态,有片状、块状、圆球状、扇状、管状、瓶状、壶状、树枝状,姿态万般。

结构特征

  海绵没有嘴,没有消化腔,也没有中枢神经系统,是一个最原始的动物。布满全身的小孔内长着许多鞭毛和一个筛子状的环状物,可用鞭的摆动收进海水,海水带进氧气、细菌、微小藻类和其它有机碎屑,再经环状物过滤,最后变为海绵维计生存的养料。海绵不具备执行各种机能的器官。其最重要的结构是水管系,主要由入水孔、领细胞和出水口组成。根据领细胞的排列方式和水管的发育程度,水沟系从简单到复杂,可分成单沟型、双沟型和复沟型3个基本型。海绵无明显的组织,体表和内腔各有一层细胞,中间为中胶层。单沟系海绵的内层,由领细胞构成,领细胞的主要功能是引起水流,并捕捉食物粒。中胶层中的原细胞,又称变形细胞,能把领细胞摄取的食物送到身体各部,又能演变为多种细胞,在再生中起作用,必要时可生成雌、雄生殖细胞。海绵的颜色主要是体内有不同种类的海藻共生,才使它们呈现不同的色彩。管状海绵的样子很象竖立的烟囱,所以又称为烟囱海绵。管状海绵的身体里有很多小孔。水不断地从小孔中流过,其中的营养物质就被管状海绵吸收了。同时,管状海绵产生的废物也会随着海水流走。海水从遍布海绵全身的小孔流入海绵的体内。每个小孔都通向一个小房间,叫做滤室。所有的滤室都通向一个腔,这个腔叫做孔前腔。腔的上端是一个很大的出水孔。海绵的小孔作为氧气进入的通道既起到呼吸作用,又能摄取水中的营养物质,并且排泄废物,还能排出精子和卵子,完成生殖功能。淡水海绵的芽球外有保护膜,并有骨针加固。环境好转时,原细胞自小孔逸出,分化成不同的细胞而长成新个体。其他无性生殖如形成生殖根或个体断裂。小的海绵约可活一年,大的寿命较长。海绵再生能力极强,不只能恢复受损或失去的部分,而且能从碎片甚至单个细胞形成一个新成体。在环境不利时,海绵成为小碎片,由扁平细胞外包一团原细胞构成,条件好转时,再长成海绵。由于海绵没有中央调节器官(脑),体内细胞又能迁移,所以很难区分个体和群体,认为被一共同的外胚层包著的就是一个个体。

分布范围

  海绵除普通海绵纲中少数类型属淡水海绵外,多数是海生动物,营底栖固着生活。现代石海绵和钙质海绵多分布于浅海地带,玻璃海绵可栖居在深达6000m的深海中。化石海绵也大体要求6000m的水深。

生活习性

  海绵虽然属于动物,但是并不能自己行走,只能附着固定在海底的礁石上,从流过身边的海水中获取食物。多数海绵生活在坚硬岩石的底质上。海绵动物的捕食方法是用一种滤食方式,单体海绵的体壁上的每一个小孔都是一张“嘴巴”。海绵动物通过不断振动体壁的鞭毛,使含有食饵的海水不断从这些小孔渗入腔内。在内壁有无数的领鞭毛细胞,由基部向顶端螺旋式地波动,从而产生同一方向的引力。当海水从体壁渗入时,水中的营养物质便被领鞭毛细胞捕捉后吞噬。经过消化吸收,从出水口排出不消化的物质。海绵动物鞭毛的摆动需要耗能,对于营固着生活的海绵动物,从食物中获得的化学能来之不易。所以海绵动物总是生活在有海流经过的海底,在千百万年的进化过程中,完善了一套利用天然流体流动能的本领,从而节约了食物的化学能。多孔动物的共生物中最重要的是单细胞或多细胞藻类。海绵给藻类提供保护和代谢废物,而藻类供给海绵氧气,藻死亡後也可作为海绵的食物。

繁殖方式

  海绵的生殖有无性生殖和有性生殖两种。无性生殖无性生殖是以出芽生殖为主,多发生在海产种类中。出芽时亲本的变形细胞,一些原细胞由中胶层迁移到母体的顶端表面聚集成团,然后发育成小的芽体,随后脱落到底部发育成新海绵,或与母体相连形成群体。淡水海绵及少数海产种类在一定条件下可以形成芽球(gemmule),也被认为是一种无性生殖,个体中的原细胞摄食了大量的物质之后聚集成团,外面包围一层造骨细胞。在原细胞团之外自行分泌一层保护膜,其成分类似于海绵丝,以保护内部的芽球细胞,之后造骨细胞分泌一层双盘状或针状的骨针,使芽球具有很强的抵抗恶劣环境的能力。一个海绵动物可以形成许多的芽球。以后当外界条件适当时,芽球内的细胞通过微孔(micropyle)释放出来,再形成一个新个体。有性生殖海绵动物均能行有性生殖。大多数种类为雌雄同体,但精子与卵常不在同一时期成熟。少数种类为雌雄异体。生殖细胞由中胶层中的原细胞形成,有时领细胞也可以失去鞭毛及原生质领而变成精原细胞,再分裂形成精子。精子成熟后随水流排出体外,并随水流进入其他个体的鞭毛室,再进入领细胞。这时领细胞失去领及鞭毛,携带着精子到中胶层与卵融合而成受精卵。大多数海绵动物的受精卵是在体内发育。一些海绵动物的胚胎发育由于胚层的逆转而有很大的特殊性,不同纲的海绵胚胎发育过程也不尽相同,这主要表现在海绵动物可以形成两种不同类型的幼虫。在钙质海绵中,形成中空的两囊幼虫,在寻常海绵纲中形成实心的实胚幼虫。

主要品类

  海绵动物多为群体,单体较少。海绵为多孔动物门生物的统称,包括了普通海绵纲(Demospongea)、玻璃海绵纲(Hyalospongea)、钙质海绵纲(Calcispongea)、硬海绵纲(Sclerospongea)四大纲。海绵动物的体壁内长着具有支持作用的针状骨骼——骨针。根据骨针的性质,可以分为钙质海绵和非钙质海绵两大类。海绵动物身体的基本结构是由两层细胞围绕中央的一个空腔所组成。游离的一端有一个大的出水口使中央腔(central cavity)与外界相通。构成海绵动物体壁的两层细胞在不同的种类组成复杂程度不同的沟系,根据沟系可以将海绵动物的身体结构分为单沟型、双沟型、复沟型三种类型。

主要价值

  古希腊人、古罗马人和中国古代劳动人民很早就认识和采集海绵动物,浴用海绵,网孔细,弹力强,吸水性好,可以用于洗澡擦身、洗碗等,后来又在工艺、医学和日常生活方面展现了越来越多的广泛用途,如做油漆刷子,用作钢盔的衬垫和其他垫子,烧成灰能治疗脚痛等。在地中海、红海和美洲沿海等地,人工养殖海绵动物业十分发达,人们将海绵切割成块,用绳系在架上,投入海中,2~3年就可收获大批海绵了。不过,随着人造海绵业的发展,已经使得海绵动物养殖业日趋衰落。但是随着科学技术的不断发展,人们又发现了海绵动物新的价值,例如有人正在研究用海绵净化海水,以达到维持海洋环境生态平衡的目的。科学家还发现海绵体内的毒素可以用来制药,治疗肿瘤、心血管和呼吸系统等疾病。目前,海绵是发现海洋活性物质最丰富的海洋生物,已经成为海洋药物开发的重要资源。此外,美国科学家表示,他们已经确认了一种生长在黑暗的海底深处的海绵体可以产生细细的玻璃纤维,这种纤维能够至少像通信工业使用的光纤电缆一样传输光能。这种天然产生的玻璃纤维还较之人工制造的光纤电缆更有柔韧性。这种海绵体生长在热带的海底深处,其高约1英尺半,带有一个复杂的硅网结构,玻璃纤维在海绵体的底部形成一个冠状物。纤维大约2~7英寸长,每根与人体毛发差不多粗。由于海绵具有降解海水污染物的能力,也展示了在海洋污染方面的应用价值。近年来,已经有科学家提出“海绵生物技术”的概念。可以预见,海绵在海洋药物、海洋生物材料、海洋环境保护中将发挥重大作用。

研究考证

  海绵动物的色泽各个不同,有大红、鲜绿、褐黄、乳白、紫色等各种颜色,像花儿一样。因此,人们一直认为它是植物,直到1755年才有人记述它具有动物的特征。1765年观察到通过海绵的水流和入水孔的启闭,确证海绵为动物。海绵的结构、功能和发育与其他动物不同。许多动物学家认为它在动物界中的位置是孤立的,把它归入侧生动物亚界(Parazoa)。1825年,随着靠显微镜的发明和使用,以及生理学和胚胎学诸方面的工作,科学家才确定它是动物。[6]美国微生物进化学专家米切尔·索金(MichellSogin)运用自动DNA排列技术和计算机程序,证明了人类和所有动物的祖先是至少在地球上生活了5亿年的海绵,而海绵的祖先是真菌。海绵是最早的有性繁殖生物,大多数的海绵都是雌雄同体的,能够同时产生卵子和精子并排入水中。精子会一直在海水中遨游,直到找到另一个海绵管道的接收入口。1986年美国北卡罗来纳州大学的生物学家卡尔汗·邦德(CalhounBond)发现,海绵并不是静止不动的,他通过精密仪器观察到,海绵的边缘会像肢体一样帮助自己移动。