Что такое стеклянные губки

Загадочная прочность стеклянного скелета морской губки

Живущая в глубинах Тихого океана стеклянная губка обладает поразительной способностью противостоять сжатию и сгибанию, не говоря уже о других её необычных свойствах

Морская губка «Венерина цветочная корзина»

В 1841 английский биолог Ричард Оуэн с изумлением изучал замысловатый скелет недавно открытой морской губки, обитающей вблизи Филиппин. Он писал, что её скелет «напоминает изысканный рог изобилия», сотканный из «жёстких, блестящих эластичных нитей, чего-то вроде тончайших волосков кручёного стекла». Скелет и правда был стеклянным – это животное, Euplectella aspergillum, прозванное «венериной цветочной корзинкой», изготавливает его при помощи кислоты, извлекаемой из морской воды.

180 лет спустя учёные всё ещё изумляются этой губке. Среди её интересных свойств есть потрясающе долгая продолжительность жизни. Считается, что некоторые стеклянные губки живут многие тысячи лет, что делает их одними из самых долгоживущих животных. Кроме того, губка умеет проводить свет через свои кварцевые нити, как оптоволокно. В последние два десятилетия группа биологов, материаловедов и инженеров из Гарвардского университета сконцентрировались на той особенности губки, которая изначально заинтересовала Оуэна – замысловатой схеме строения её скелета. Последняя работа описывает его чрезвычайную прочность, природа которой не ясна. Похоже, что он обладает максимальной прочностью, которая вообще возможна для подобной структуры.

«Это почти что святой Грааль инженерных проектов», — сказал Друв Бате, адъюнкт-профессор инженерного дела из Аризонского государственного университета, изучающий венерину цветочную корзину, но не участвовавший в упомянутой работе.

Прочность скелета основана на необычном строении его решётки. Впервые им 20 лет назад заинтересовалась гарвардский материаловед и химик Джоанна Айзенберг. Катя Бертолди, одна из соавторов Айзенберг, тоже была очарована рисунком решётки, как только увидела её. «У неё архитектура периодическая, но не простая», — сказала Бертолди. Они с коллегами задумались: «Почему же архитектура получилась именно такой?»

Они отметили, что у стеклянных нитей, составляющих скелет венериной цветочной корзины, много общего с фермами, используемыми для стабилизации мостов и небоскрёбов. Вот уже более ста лет инженеры предпочитают делать фермы из прочных решёток в виде квадратной сетки с диагоналями, придающими ей прочность. «Мы уже давно делаем это одним и тем же способом», — сказал Матеус Фернандес, аспирант из команды исследователей. Но в скелете венериной цветочной корзины есть пары диагоналей, идущих в обоих направлениях – в отличие от типичных ферм, использующих единственную диагональ. Пары диагоналей разнесены в пространстве, из-за чего сетка похожа на шахматную доску, на которой диагонали пересекают каждый второй квадрат.

На увеличенной фотографии скелета видна периодическая решётка. Размер ячеек – порядка 2,5 мм.

Исследователи изготовили, а также симулировали на компьютере решётку на основе скелета губки, и сравнили её с тремя другими схемами решёток, имеющих похожий вес, включая и стандартные фермы. В симуляциях и экспериментах обнаружилось, что решётка, изготовленная по биологическому образцу, выдержала наибольшие нагрузки. Испытывалось сжатие в одном направлении, а также давление на три точки. В последующих симуляциях учёные меняли количество диагональных нитей, расстояние между ними и их толщину, чтобы подобрать наиболее прочную решётку. Наиболее прочной оказалась решётка, сделанная по образу скелета губки.

Фернандес говорит, что дополнительные диагонали дают решётке больше мест соединения нитей, чем у обычной фермы, и уменьшают расстояние между соединениями. Возможно, это позволяет структуре выдерживать большее давление. Команда подробно описала свои первоначальные открытия, касающиеся прочности скелета, в сентябре в журнале Nature Materials. Один из соавторов работы, Джеймс Уивер, сказал, что сейчас авторы находятся в процессе более «глубокого погружения» в разные аспекты этих стеклянных скелетов.

Также исследователи подают заявку на патент, регистрируя созданную ими на основе скелета решётку. Если структурам можно будет добавить прочности, не добавляя веса, теоретически получится строить более длинные мосты, более лёгкие компоненты, которые будет проще перевозить, и даже создавать более изящные конструкции для использования в космосе. «Процесс проб и ошибок, идущий миллионы лет эволюции, выбирает наилучшие варианты» для материалов, как сказал Пабло Заватьери, профессор гражданского строительства из университета Пердью.

Однако в случае венериной цветочной корзины эволюционная цель несжимаемости губки неясна.

Прочная губка: в экспериментах и компьютерных симуляциях выяснилось, что решётка, смоделированная по образу скелета губки Euplectella aspergillum, способна выдержать гораздо большие нагрузки, чем другие решётки, популярные в строительстве.

Губки часто живут на глубинах в тысячи метров, при экстремальном давлении воды, однако это давление действует во всех направлениях, одинаково сдавливая стеклянные нити со всех сторон, что нивелирует его воздействие. Губка не испытывает «сокрушительного давления», пояснил Клинт Пеник, биолог из Кеннесонского государственного университета в Джорджии.

Пеник сказал, что губке нужна прочная структура, но для того, чтобы стоять вертикально и фильтровать содержащийся в воде планктон. Также ей необходимо сдерживать пару креветок, которые часто навсегда поселяются внутри губки, когда вырастают до размера, слишком большого для того, чтобы её покинуть. Эта её особенность заслужила для губки статус символа вечной любви в Японии, где её дарят на свадьбу. Также крепкие скелеты губок могут противостоять хищникам и другим животным, сталкивающимся с губками, добавил Пенек, хотя ничто из этого не объясняет необходимость в такой чрезмерной прочности.

Венерина цветочная корзина может предложить не только значительную прочность. Образующие сетку стенки – лишь один из нескольких уровней сложности её структуры. На микроуровне её волокна могут немного сдвигаться в рамках сетки, а расположение белков и молекул кварца предотвращают распространение трещин. На макроуровне кружевной скелет помогает губке фильтровать воду. Команда Бате исследует, как работает ещё одно свойство губки: из-за того, что некоторые нити не полностью подсоединены к другим, губка обладает определённой гибкостью. Также им интересно, почему её структура устойчива к перекручиванию.

«Это одна из тех тем, на которые можно потратить целую жизнь, и всё равно не воспроизвести всех возможностей, — сказал Бате. – Поэтому это так здорово».

Источник

Класс стеклянные, или шестилучевые губки

Особая группа преимущественно глубоководных губок, достигающих в высоту 50 см и более. Тело их чаще всего бокаловидное, трубчатое или мешковидное, мягкое, легко рвущееся, а при значительном развитии скелета и срастании игл — довольно твердое и ломкое. Цвет серый, белый или желтоватый и коричневый.

Это обычно одиночные радиально-симметричные, реже колониальные организмы. Мезоглея почти совершенно редуцирована, и живая ткань в основном представлена синцитием, который образует дермальную мембрану, стенки жгутиковых камер и рыхлую сеть перемычек, соединяющих между собой все части тела (рис. 124).

Из более или менее дискретных клеток наблюдаются лишь археоциты, тезоциты, хоанобласты, склероциты, но и они нередко вступают в контакт с синцитием. Миоциты отсутствуют, в связи с чем поровые и устьевые отверстия этих губок не способны к сокращению. Ирригационная система сиконоидного типа. Скелет стеклянных губок построен из кремнезема в виде водной кремниевой кислоты и состоит из разнообразных шестилучевых игл и их производных.

Лучи этих игл направлены по трем взаимно перпендикулярным осям, почему рассматриваемых губок называют еще трехосными. Часто один или несколько лучей редуцируются, и тогда возникают пяти-, четырех-, трехлучевые и даже одноосные иглы, а от исчезнувших лучей остаются небольшие бугорки.

Лучи игл могут быть гладкими или шиповатыми, прямыми или изогнутыми, а иногда несут на концах вздутия. У некоторых видов губок иглы срастаются концами так, что образуется правильный решетчатый каркас с прямо- угольными ячейками, либо скелет представляет собой запутанную сеть из кремневых перекладин. Микросклеры разнообразны и имеют причудливую форму.

Среди них различают гексастры и амфидиски. Гексастры — это в основе маленькие шестилучевые иголочки, лучи которых на концах часто снабжены многочисленными и разнообразными придатками. Амфидиски подобны якорькам, состоящим из тонкого стерженька, на обоих концах которого венчиком расположены лопастные выросты.

Скелет стеклянных губок дифференцирован, и иглы различной формы занимают определенное место в их теле. Величина игл значительно варьирует. Макросклеры обычно измеряются сотнями микрометров, но могут достигать нескольких десятков сантиметров. Микросклеры гораздо мельче, их размеры колеблются в среднем от 10 до 100 мкм.

Иглы имеют сложную микроскопическую структуру. Каждая из них внутри содержит органическую осевую нить, вокруг которой концентрическими слоями откладывается кремнезем. Слои отделены друг от друга прослойками из органического вещества. Класс стеклянных губок состоит из двух подклассов: Hexasterophora и Amphidiscophora.

_{Жизнь животных. Том первый. Простейшие. Кишечнополостные. Черви. Москва «просвещение» 1981}

Источник

Стеклянные губки

Смотреть что такое «Стеклянные губки» в других словарях:

СТЕКЛЯННЫЕ ГУБКИ — то же, что шестилучевые губки … Большой Энциклопедический словарь

СТЕКЛЯННЫЕ ГУБКИ — шестилучевые губки (Hyalospongia, или Hexactinellida), класс губок. Известны с кембрия. Наиб, разнообразны и многочисленны были в мелу. Скелет из кремнёвых шестилучевых игл (или их производных) с лучами, лежащими в трёх взаимно перпендикулярных… … Биологический энциклопедический словарь

стеклянные губки — то же, что шестилучевые губки. * * * СТЕКЛЯННЫЕ ГУБКИ СТЕКЛЯННЫЕ ГУБКИ, то же, что шестилучевые губки (см. ШЕСТИЛУЧЕВЫЕ ГУБКИ) … Энциклопедический словарь

Стеклянные губки — отряд типа губок; то же, что шестилучевые (См. Шестилучевые губки) … Большая советская энциклопедия

СТЕКЛЯННЫЕ ГУБКИ — то же, что шестилучевые губки … Естествознание. Энциклопедический словарь

Стеклянные губки — … Википедия

КЛАСС СТЕКЛЯННЫЕ ГУБКИ (HYALOSPONGIA) — Стеклянные губки своеобразные морские, преимущественно глубоководные, губки, достигающие 50 см в высоту и более. Тело их чаще всего бокаловидное, мешковидное или трубчатое, мягкое и легко рвущееся наподобие непрочного войлока, или при… … Биологическая энциклопедия

ГУБКИ — (Porifera, или Spongia), тип беспозвоночных. Происходят, вероятно, от колониальныхворотничковых жгутиконосцев, образуя слепую ветвь в основании филогенетич. дерева многоклеточных. Возникли в докембрии, наибольшего расцвета достигли в мезозое.… … Биологический энциклопедический словарь

Губки — Эту страницу предлагается объединить с Паразои. Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К объединению/30 октября 2011. Обсуждение длится одну неделю (или дольше, если оно идё … Википедия

губки — тип преимущественно морских беспозвоночных. Имеют скелетные образования в виде известняковых, кремнезёмных игл (спикул) или волокон белка спонгина. Почкуясь, образуют колонии. Одиночные губки высотой от нескольких миллиметров до 3 см, колонии до … Энциклопедический словарь

Источник

Тип Губки

теория по биологии 🌿 зоология

Подцарство многоклеточные

Многоклеточные животные – потомки древних простейших. Их тело состоит из большого числа клеток. Группы клеток различаются по строению и функциям.

Клетки многоклеточных животных объединяются в ткани и органы, выполняющие различные функции в целостном организме. Правда, такое наблюдается не у всех многоклеточных. У низших представителей этого подцарства ткани и органы находятся ещё в стадии формирования.

Для многоклеточных животных характерно

Онтогенез — индивидуальное развитие организма

Многоклеточные более полно по сравнению с одноклеточными приспособлены к различным условиям

Тип Губки

В настоящее время описано около 8000 видов. Хотя подавляющее большинство губок обитает в морях, пресноводные представители (например, бадяги) встречены во внутренних водах всех материков кроме Антарктиды.

Классификация

Известковые губки (Calcarea, или Calcispongia)

Скелет слагается из игл углекислой извести, которые могут быть четырехосными, трехосными или одноосными. Исключительно морские, преимущественно мелководные небольшие губки. Они могут быть построены по асконоидному, сиконоидному или лейконоидному типу. Типичные представители — роды Leusolenia, Sycon‚ Leuconia.

Стеклянные губки (Hyalospongia)

Морские преимущественно глубоководные губки высотой до 50 см. Тело трубчатое, мешковидное, иногда в виде бокала. Почти исключительно одиночные формы сиконоидного типа. Кремневые иглы‚ слагающие скелет‚ крайне разнообразны, в основе трехосные. Часто спаиваются концами, образуя решетки разной сложности. Характерная черта стеклянных губок — слабое развитие мезоглеи и слияние клеточных элементов в синцитиальные структуры. Типичный род Euplectella. У некоторых видов этого рода тело цилиндрическое, до 1 м в высоту‚ иглы у основания, втыкающиеся в грунт‚ достигают 3 м длины.

Обыкновенные губки (Demospongia)

Строение

Форма тела губок бывает разной: похожей на чашу, деревце и др. При этом у всех губок есть центральная полость с достаточно большим отверстием (устьем), через которое вода выходит. Губка всасывает воду через более мелкие отверстия (канальца) в своем теле.

На рисунке представлены три варианта строения водоносной системы губок. В первом случае вода засасывается в общую большую полость через узкие боковые каналы. В этой общей полости из воды фильтруются питательные вещества (микроорганизмы, органические остатки; некоторые губки хищники и способны захватывать животных). Улавливание пищи и ток воды осуществляют клетки, изображенные на рисунке красным цветом. На рисунке во втором и третьем случае губки имеют более сложное строение. Здесь имеется система каналов и небольших полостей, внутренние стенки которых формируют клетки, отвечающие за питание. Первый вариант строения тела губки называется аскон, второй — сикон, третий — лейкон.

Клетки, изображенные красным цветом, называются хоаноцитами. Они имеют цилиндрическую форму, жгутик, обращенный в камеру-полость. Также у них есть так называемый плазматический воротничок., которым задерживаются частицы пищи. Жгутики хоаноцитов проталкивают воду в одном направлении.

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

Размножение

У губок имеет место как половое, так и бесполое

Источник

Тип Губки (Porifera, или Spongia)

Строение и классы губок

Губки – древние примитивные многоклеточные животные. Обитают в морских, реже пресных водоемах. Ведут неподвижный прикрепленный образ жизни. Являются фильтраторами. Большая часть видов образует колонии. Не имеют тканей и органов. Почти все губки обладают внутренним скелетом. Скелет образуется в мезоглее, может быть минеральным (известковым или кремниевым), роговым (спонгиновым) или смешанным (кремниево-спонгиновым).

Выделяют три типа строения губок: аскон (асконоидный), сикон (сиконоидный), лейкон (лейконоидный) (рис. 1).

Наиболее просто организованные губки асконоидного типа имеют форму мешка, который основанием прикреплен к субстрату, а устьем (оскулумом) обращен кверху.

Наружный слой стенки мешка образован покровными клетками (пинакоцитами), внутренний – воротничковыми жгутиковыми клетками (хоаноцитами). Хоаноциты выполняют функцию фильтрации воды и фагоцитоза.

Между наружным и внутренним слоями располагается бесструктурная масса – мезоглея, в которой находятся многочисленные клетки, в том числе образующие спикулы (иглы внутреннего скелета). Все тело губки пронизано тонкими каналами, ведущими в центральную атриальную полость. Непрерывная работа жгутиков хоаноцитов создает ток воды: поры → поровые каналы → атриальная полость → оскулум. Питается губка теми пищевыми частицами, которые приносит вода.

У губок сиконоидного типа происходит утолщение мезоглеи и образование внутренних впячиваний, имеющих вид карманов, выстланных жгутиковыми клетками (рис. 2). Ток воды в сиконоидной губке осуществляется по следующему пути: поры → поровые каналы → жгутиковые карманы → атриальная полость → оскулум.

Наиболее сложный тип губок – лейкон. Для губок этого типа характерен мощный слой мезоглеи с множеством скелетных элементов. Внутренние впячивания погружаются вглубь мезоглеи и приобретают вид жгутиковых камер, соединяющихся выносящими каналами сатриальной полостью. Атриальная полость у лейконоидных губок, так же как у сиконоидных выстлана пинакоцитами. Лейконоидные губки обычно образуют колонии с множеством устьев на поверхности: в виде корок, пластинок, комьев, кустов. Ток воды в лейконоидной губке осуществляется по следующему пути: поры → поровые каналы → жгутиковые камеры → выносящие каналы → атриальная полость → оскулум.

Губки обладают очень высокой способностью к регенерации.

Размножаются бесполым и половым способами. Бесполое размножение осуществляется в форме наружного почкования, внутреннего почкования, фрагментации, образования геммул и пр. При половом размножении из оплодотворенной яйцеклетки развивается бластула, состоящая из одного слоя клеток, имеющих жгутики (рис. 3). Затем часть клеток мигрирует внутрь и превращается в амебоидные клетки. После того, как личинка оседает на дно, происходит перемещение жгутиковых клеток внутрь, они становятся хоаноцитами, а амебоидные клетки выходят на поверхность и превращаются в пинакоциты.

Далее личинка превращается в молодую губку. То есть первичная эктодерма (мелкие жгутиковые клетки) становится на место энтодермы, а энтодерма – на место эктодермы: зародышевые пласты меняются местами. На этом основании зоологи называют губок животными, вывернутыми наизнанку (Enantiozoa).

Личинка большинства губок – паренхимула, по строению почти полностью соответствует гипотетической «фагоцителле» И.И. Мечникова. В связи с этим в настоящее время наиболее обоснованной считается гипотеза происхождения губок от фагоцителлообразного предка.

Тип Губки подразделяется на классы: 1) Известковые губки, 2) Стеклянные губки, 3) Обыкновенные губки.

Класс Известковые губки (Calcispongiae, или Calcarea)

Морские одиночные или колониальные губки с известковым скелетом. Скелетные иглы могут быть трех-, четырех- и одноосными. К этому классу относится сикон (рис. 2).

Класс Стеклянные губки (Hyalospongia, или Hexactinellida)

Морские глубоководные губки с кремниевым скелетом, состоящим из шестиосных игл. У ряда видов иглы спаиваются, образуя амфидиски или сложные решетки.

Скелеты некоторых видов очень красивы и используются в качестве коллекционных объектов и сувениров. Представители: корзинка Венеры (рис. 4), гиалонема.

Класс Обыкновенные губки (Demospongiae)

К этому классу относится подавляющее большинство современных видов губок. Скелет – кремниевый в сочетании со спонгиновыми нитями. У некоторых видов кремниевые иглы редуцируются, остаются лишь спонгиновые нити. Кремниевые иглы – четырех- или одноосные. Представители: туалетная губка (рис. 5), кубок Нептуна (рис. 6), бадяга, обитающая в пресных водоемах.

► Читайте также описание других типов животных подцарства Многоклеточные:

Источник