不起眼的海绵,竟藏惊人构造

看看岩石海绵,它们通常看起来像土豆一样毫不起眼,你永远不会想到里面竟然藏着动物骨骼中的巴黎圣母院。

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本文发表于大众科学的前博客网络,并反映了作者的观点,不一定代表大众科学的观点


看看岩石海绵,它们通常看起来像土豆一样毫不起眼,你永远不会想到里面竟然藏着动物骨骼中的巴黎圣母院。但事实确实如此。以下是一些例子:

图 3 A、C、E 和 G 来自 Schuster 等人,2015 年。点击图片查看来源。

岩石海绵(因其明显的缺乏弹性而得名)用叫做骨针的微小二氧化硅颗粒构建骨骼。岩石海绵特殊的二氧化硅骨针被称为 desmas(“具有各种几何形状且通常形态复杂的关节 choanosomal 大型骨针,通常经过二次修饰且非常不规则”)。岩石海绵分布于热带和温带水域,从珊瑚礁到深海,在那里它们经常与它们的好伙伴和表亲玻璃海绵混在一起,玻璃海绵用另一种二氧化硅骨针构建骨骼。


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它们在称为造骨细胞的细胞内生长骨针,造骨细胞首先构建有机分子支架,然后在表面沉积来形成骨针。骨针的形状因物种而异,同一种海绵可能会生长出几种类型的骨针。以下是一些玻璃海绵的单个骨针,来自最近一篇探讨岩石海绵进化的论文。有些看起来像发夹,有些看起来像钉子,有些看起来像变异的千斤顶。都很有趣,有些看起来简直是工业级的。

图 3A-M 来自 Schuster 等人,2015 年。点击图片查看来源。

肉眼可见的大型海绵骨针称为大型骨针,只能在显微镜下可见的微小骨针称为微型骨针。如上所述,单个海绵可以制造多种类型和尺寸的骨针。岩石海绵Neoschrammeniella norfolki最多可以制造六种不同类型的骨针,包括大型骨针和微型骨针。

这些结构的词汇几乎与结构本身一样令人震惊。岩石海绵骨针的名称简直就是字母汤:anatriaenes、rhabds、oxeas、amphiasters、spirasters、microxeas、raphides 和 sigmaspires 等等。如果您将范围扩大到包括所有寻常海绵,您可以添加 strongyles、tornotes、tylotes、anisochelas、acanthostyles、euasters、forceps、isochelas、oxyasters、sigmas 和 sphaerasters。

它们就在这里。

骨针未按比例绘制,范围在 0.01 到 1 毫米之间。“寻常海绵纲骨针多样性”,作者:Rob W. M. Van Soest、Nicole Boury-Esnault、Jean Vacelet、Martin Dohrmann、Dirk Erpenbeck、Nicole J. De Voogd、Nadiezhda Santodomingo、Bart Vanhoorne、Michelle Kelly、John N. A. Hooper - Van Soest RWM、Boury-Esnault N、Vacelet J、Dohrmann M、Erpenbeck D 等。(2012) 全球海绵(多孔动物门)多样性。PLoS ONE 7(4): e35105. doi:10.1371/journal.pone.0035105。根据 CC BY 2.5 许可通过 Wikimedia Commons 获得。

我想我可以猜出哪些是镊状骨针,哪些是 Σ 骨针。

最终,骨针被海绵融合在一起,形成一个错综复杂的美丽支架。以下是一些岩石海绵骨骼的扫描电子显微照片:

图 2A、C 和 E 来自 Schuster 等人,2015 年。点击图片查看链接。

 

图 2 B、D 和 F 来自 Schuster 等人,2015 年。点击图片查看来源。

 

图 3 B、D、F 和 H 来自 Schuster 等人,2015 年。点击图片查看来源。

今天有 13 个科、41 个属(物种以上的分类)和 300 多个岩石海绵物种,但在过去,数量更多。化石记录显示,至少有 34 个科和 300 多个属。我们知道这一点,是因为与其他骨骼由可生物降解的蛋白质海绵丝(软绵绵的沐浴海绵的来源)制成的海绵不同,岩石海绵坚硬的硅质骨骼能够很好地化石化,正如其名称所示。正是因为能够检查它们的化石记录并将其与现代物种的基因研究结果进行比较,才使得该类群成为对海绵进化感兴趣的科学家们垂涎的目标,他们拍摄了这些照片。

他们的研究结果并不令人惊讶。虽然传统上对海绵的分类是基于它们的外观和骨针混合,那是因为科学家们只能依靠这些。正如在许多其他生物类群中发现的那样,对两种海绵基因的比较表明,这些海绵的物理特征并不可靠地指导它们的实际进化关系。相同的骨针形式似乎已经多次进化,而在其他情况下,制造某些骨针的能力已经多次丧失。

这一结果彻底颠覆了现有的分类法,并有效地摧毁了现在过时的岩石海绵类群“Lithistida”,但这对于它们来说无关紧要,对于我们欣赏它们的生活方式和美丽也无关紧要。它们将继续制造神奇的支架,用来悬挂它们由半独立的滤食细胞组成的群落,完全不受我们在试图追溯其家谱时所遇到的挫折的影响。

参考文献

Schuster A.、Andrzej Pisera、John Hooper、Monika Bryce、Jane Fromont & Gert Wörheide (2015)。Deceptive Desmas:分子系统发育学表明了新的分类方法,并揭示了 Lithistid 寻常海绵的趋同进化,《公共科学图书馆·综合》,10 (1) e116038。DOI:http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0116038

<a href="http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0116038"><img class="size-full wp-image-9089" title="lithistid_skeletons_fig3aceg_Schuster_et_al_2015" src="https://blogs.scientificamerican.com/artful-amoeba/files/2015/02/lithistid_skeletons_fig3aceg_Schuster_et_al_2015.jpg" alt="" width="599" height="1722" /></a>

图 3 A、C、E 和 G 来自 Schuster 等人,2015 年。点击图片查看来源。

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