海洋生物学

海绵...一个蜂窝共和国

生活树中的地区海绵长期存在争议。根据最近的工作,这些生物将是多细胞动物最古老的代表,也是最伟大的进化成功之一。

和jean自动救济 对于Science N°310
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天然毛巾海绵是浴室的装饰配件,但它也是生物体的柔性骨架。动物或蔬菜?亚里士多德,从我们时代之前的350年,在动物王国中明确的分类海绵,因为他认为他们赋予了敏感性。它报告说,勇士乐队很乐意放在他们的耳机上一个“阿基里斯海绵”(可能是大象耳,被陶衣广泛使用的扁平海绵),以缓解剑的震耳欲聋的噪音......

大海是咸的,因为它有鳕鱼。如果它没有溢出,那就是因为普罗维登斯,在其智慧,也放置了海绵。

Alphonse Allais.

 

在。。。之初 XIX.e 世纪,我们始终争论海绵是蔬菜,动物,甚至中间(我们正在谈论“Zoophytes”)。几位博士学位从生活海绵的运作中推断出这些生物的动物性质。对于一些人来说,他们将构成一个专门的保护者分支,也就是说他们只是单细胞动物的殖民地。另一方面,对于其他人来说,它们将是最简单的多细胞或美唑啉动物。根据最后的设计,海绵将为我们提供演化的铰链的形象:单细胞状态对多细胞状态。在此期间,这些略微简单的想法非常讨论 XX.e 世纪,但所有动物学家都认识到海绵是从研究收购Pluricellular的最高兴趣。

我们将审查海绵的组织,运营和分配,以及其中一些组件的药物美德。然后,我们将详细介绍分子生物学的结果以及在系统发育中的应用如何在生活树中指定了这些生物的位置,即使有阴影区域。惊喜并不缺乏。因此,除了最近的海绵发现之外,我们会发现海绵可能是当前在所有其他美容的祖先存在的一种组织的代表:我们将成为海绵后裔的一部分......

最好的水过滤器

海绵属于一群海绵,或 portifera.,其中包括约7,000种。其中,只有十几种物种具有具有品质(灵活性,抵抗和保留)的骨架,用于家用,由人造海绵无与伦比。这种骨架由胶原蛋白的纤维组成,名为Spongin,接近结缔组织的纤维。销售的五种物种 (请参阅第71页的框)居住在地中海,自古以来使用。代表性,例如克里特岛中的CNOSSOS宫殿,约会约4,000年,作证。

然而,大多数海绵的内部骨架由硬肺纤维和尤其是小元素,纺织品组成 (见图2),二氧化硅或石灰石的事实,经常夏普:不推荐他们对厕所的用途!穗分子最常测量0.2微米和几毫米的长度。有些物种既辛糖和海绵。

所有海绵都是水生动物,主要是海洋,还有淡水,其中分享相同的组织计划。虽然薄层架软体动物,如模具和阿立维亚人(动物另外,属于人类对绳索的分支)也是过滤动物,但它们有一个或多个专门的器官专门从而专注于此功能,鳃。另一方面,在海绵中,整个身体致力于过滤水,没有特别专用的身体到这个功能 (见图1).

水进入海绵到肉眼,毛孔不可见的小小吸入孔,因此的名称 portifera. 给予海绵组。然后水循环进入网络,表示吸入器,更多和更精细的通道,到发动机发动机,Choosocytic房间。这些是管或空心球,平均直径为50微米,衬有特征细胞,Choanocytes。这些细胞配备有位于漏斗中心的旗帜,该凸缘由MicroVillos间隔0.2微米组成。鞭毛的叶片将被法兰过滤的水放入水中,可能是最好的已知过滤膜。 Choanocytes发出溶解颗粒并通过血细胞症吸收它们的伪质细胞(粪便)(膜浪涌,颗粒在小囊泡内渗透细胞)。在Choanocyte腔室的出口处,通过呼气通道网络收集水,该呼气通道在更宽的开口中换成ketule,其中水被拒绝。

一种大规模的海绵,即大约半球形,在10到20秒内过滤自己的水量。此外,它保持几乎所有颗粒的细菌(从一到三微米)和0.1至1微米的高比例胶体。模具或酸的较大过滤器不保留细菌,小单细胞藻类或胶体,这构成了富有的竞争对手的丰富的食物资源。此外,大多数海绵含有许多共生生物,如细菌,蓝藻,Zoxanthanthelles或Zoosloles,这可能参与使用另一个丰富的食物资源,有机物溶解。

这些表演将海绵分开在竞争中,在海底固定在家里的各种过滤动物之间存在的食物。因此,它计算出,在中美洲大西洋,海绵,特别丰富的大西洋沿岸的珊瑚礁深处25米,在24小时内过滤整个水悬垂。它们具有显着的净化器作用,因为几乎所有细颗粒和99%的细菌都被保留。另一方面,海绵有时处于陷入困境和装载的水域中,其精致的过滤器风险堵塞。

深度海绵

海绵殖民大量水生环境,大海洋和甚至淡水的沿海。它们是固定在岩石基金上的,但有些人适应了沉积资金,包括最深的资金。六酰胺素类的类别 (请参阅第72页的框)具有500种已知物种,在浴酸盐(200至2,000米深)和深渊中感染。这些海绵被命名为“玻璃海绵”,因为它们的硅质骨架:非常长的纺织术(长达两米长)形成阀杆,它们通过该阀门连接并升高在花瓶底物上方。。这些长纺织纤维化是灵活的,而且优于工业光纤。六酰胺素在大型微粒的水中饲料较差的含水层的含水层系统,这些系统与沿着沿海海绵的含水层:通道更发达并且由非常薄的组织界定,部分同义性(剑突是一种包含几种细胞核),更有效地过滤。

然而,六酰胺素线植被几乎没有超过6,000至7,000米的深度,而一个家庭的延长阶段, Cladorhizidae.还有较大的底部,住在最大的海坑中,并被发现最多840米。这些海绵如何在这些荒凉的深渊中存活,差异差?令人惊讶的是,我们发现这些海绵 Cladorhizidae. 放弃了过滤系统,成为肉食!它们提供了长丝 (见图3) 用钩状的小刺弹,通过紧紧抓住他们的刷毛来被动地捕获甲壳类动物。然后,在没有任何消化腔的情况下,细胞包括猎物并消化它。

这个过程与其他海绵实施的过程不同,即人们可能怀疑归属 Cladorhizidae. 到了一群海绵。实际上,他们不再回应动物学论文的传统定义,也就是说“久坐的美唑烷,过滤,用一层鞭打的细胞(Choanocytes)通过它们的身体泵送一流的水流”。然而,与其他海绵的色调相同,细胞的特征,没有器官的不存在和核酸的分析表明它是非常海绵,但其含水层系统和核心细胞消失。因此,我们的对冲定义将进行审查。即使,这种发现揭示了不疑似海绵的不断发展的潜力:过滤器动物组织计划已被遗弃在海绵线上,以采用另一种生命方式,捕食。

新分子的来源

在海绵中,各种形状,尺寸,颜色,骨骼结构都很明显。这些动物经常占据潜水员赞赏的水下景观,在一些热带地区,如加勒比地区,或在南极洲的大陆高原上特别茂密,在他们死亡后释放的硅质蜘蛛可以构成一层米厚的层。这种多样性的主要兴趣在于其他地方。这些动物在家里设定,高度暴露于捕食,开发出卓越的毒性物质,这些物质从捕食者辩护。这些物质中的一些物质,在实验室中显示出抗生素,抗病毒或抗癌性质,可以为新药发育有望的分子。海洋动物,更特别是海绵,可能提供新的分子。已经使用了几种从海绵中提取的药物,包括ara-c,规定对抗某些急性白血病和霍奇金斯的淋巴瘤。这种核苷的阿拉伯语(由糖,阿拉伯糖和含氮基础组成的杂种分子)是海绵的第一个分离的分子, cryptotethya. 加密,从1950年。

来自海洋生物的少数分子获得营销授权。此外,重要的是分离最多的分子,以乘以找到具有应用的机会。在1970年至1997年间,分离了3,473个新的海绵分子,每三天多次,将这些海洋生物放置在新分子的“供应商”记录中的另一个海洋生物。

因此,由于其过滤装置的有效性,并且由于他们的防御性阿森纳,海绵是海洋生态系统最合适的元素之一,至少为5.5亿年:许多化石的纺织化石作证。一些海绵是珊瑚礁的主要建筑商,与珊瑚礁相当。例如,有350至4亿年前,澳大利亚的“Great DevonianBarrière”的尺寸与今天在岛上的东北延伸的伟大珊瑚屏障相似。它主要由群体和珊瑚灭绝和分类的组织构建,直到发现一些幸存者明确表明它是海绵。

海绵是性繁殖:海绵的卵母细胞被不同个体发出的精子施肥。根据物种,施肥在水中进行 - 然后海绵左侧 - 或在母亲的组织内 - 然后,海绵vivipares。在后一种情况下,一个“关心细胞”,一种改性的胞质细胞,其中被子被牵引,转运到卵母细胞被电流吸收的精子。幼虫发展被纤毛,并且通常具有少于毫米长度:它们在附着和变形前几个小时免费游泳。

这些现象往往采取了显着的幅度:在加勒比地区,精子有时以大量的数量发出,并通过相同物种的整个珊瑚礁的整个群体同时发出,因此它是由水的波浪。疾病。还观察到含有卵母细胞的粘液的发射。有些物种具有无性繁殖,由外部发芽或内部芽面。在最后一个过程中,海绵制造名为Gemmules的球形结构,含有巨大的细胞,将产生新的海绵。

海绵的地方在养生树中

逐步逐步地提供其秘密,并通过分子生物学获得的最近结果在于生活树内的这种动物组织的位置。我们指出,直到下半年 XX.e 世纪,一些生物学家认为海绵是来自“原生动物”(单细胞动物)的专业殖民地,而无需与多细胞或美唑啉动物有关;它们将从来自一个给予海绵的不同的原生动物线中得出。其他人在Metazoaires内的海绵中断了:他们会有一个与其他动物的共同祖先,但他们的血统会很早就分开了。这两个观点与海绵内细胞的相对自主义相一致。英国博物学家爱德华山同比较,1900年,一个海绵到“蜂窝共和国”。

大多数小区是可移动的,有时改变差分状态。另外,当分散海绵的细胞时,它们自发地重新组织以改革小海绵。这些属性导致了一些自然主义者认为海绵作为“进化的原始的原始”而不是“原始地区”。这个观点,主宰 XIX.e 世纪,在1870年被自然主义者和德国哲学家恩斯特Haeckel袭击。首先,他观察到组织最简单的海绵(称为Asconoids)和珊瑚之间的令人惊讶的相似之处,其成员地区的成员资格被收购:在这两种情况下,动物都有一个组织在围绕中心腔的两个蜂窝层,用顶端孔口与外部通信。然而,它研究了胚胎发育的研究,该胚胎发育是哈克克的决定性论点:在石灰石海绵的胚胎发生期间,胚胎的一个极的细胞覆盖另一极的细胞。这种现象类似于其他美容中的脱脂过程。根据Haeckel的说法,腐蚀性将是定义MetazoAires的进化习得:海绵将是其中的一部分。

它仅为二十年来,分子生物学通过绝对地决定在包括Metazolar组内的海绵。实际上,海绵的研究表明,它们具有大多数分子,确保在最复杂的Metazoaires中维持多细胞状态。这些分子例如是细胞外基质的蛋白质,例如胶原蛋白或纤连蛋白,以及在细胞之间的细胞(例如整合蛋白)之间的接触所需的蛋白质,用于细胞之间的信息,并控制某些聚合的聚合状态细胞骨架的蛋白质(例如, bet - 我们在海绵中发现了妊娠。在其他已知的多细胞生物(例如植物或真菌)中,控制多细胞状态的分子不同。逐渐变化的分子分析,例如热休克蛋白 hsp70 ou l'RNA. 小核糖体亚基(核糖体是反射的细胞元素 RNA. 蛋白质信使),也揭示了与其他Metazoaires的海绵形成独特的可伸缩集或包层。

此外,这一结论已经通过突出显示,在几种海绵中,已知在复杂动物的胚胎发育中具有至关重要的作用,例如果蝇和脊椎动物的主要作用。。

所有这些结果表明,我们与在开发期间的分子机械的海绵部分分享到控制我们的多种细胞状态和收购。这些元素已经到达了海绵和其他多细胞动物的共同祖先。然而,今天仍然是引起许多辩论的重要问题。分子系统发生的工作与现代原则的应用生物分类 (见上面的框) 开车到一个奇怪的结论:海绵自己可能不会形成一个连贯的进化集,并且会在他们的地方......在动物分类!

我们应该扔海绵吗?

生物学家比较了RNA. 来自各种种类的小核糖体亚基:真菌,脱尾血糖(异形海绵的独生子) - 这两组靠近梅苏达州 - ,三行海绵和eutzazoaires的各种代表。这些代表了所有其他美容的人:尤其是通过存在真正的消化腔以及神经和肌肉细胞来区分。由此获得系统发育树 (见图4) 这表明石灰石海绵与Emetazoaires比其他海绵更有关。此外,它们的集合中的海绵不会形成单晶群,而是一种助剂组,换句话说,一种进化等级而不是包覆的。

该结果要求确认,因为它仅在某些单一基因的序列上成立,其中若干生物学家强调限制作为系统发育标记物。缺乏孤立的海绵单位群的直接后果将是遗弃门的 portifera. 在动物分类中为较小的门。如今,最加综合的树脂含有两种场景:六酰胺素和Demosponfens将形成单胞胎组 silicispongia.,而单次群体 Calcispongia. 将由唯一的石灰石海绵组成。缺乏海绵静音对Metazoaires的起源产生了后果。事实上,如果海绵是一组逐渐在地质树的底部拆下的几条线,那么海绵的基本特征存在于所有美容的祖先(如果一个人排除他们在两条线上的独立收购的可能性海绵, silicispongia.Calcispongia.)此外,Choanocyte型蜂窝组织的卷发群是贝罗豪氏素的兄弟,不是一个特定于海绵的创新,而是对Choanoflagellates和Metazoaires共同的祖先的遗产。最后,这种情况假设已经用于定义尖端(Choanocytes和Aquifer系统)的组织字符已经丢失在通往Eutzazoaires的分支中。换句话说,我们将成为海绵的后代!此外,根据这种系统发育假设,我们仍然是海绵,以为忠于系统发育命名的原则,名称 portifera.如果我们希望保留它,应该是所有海滩最近祖先的所有后代,所有美德卓越的祖先。

我们可以想象eumetazoal动物从具有目前海绵的特征的组织下降吗?这一假设意味着丧失Choanocytes和Aquifer系统,其次是收购EutzazoAires的特征,可能会发现食肉海绵的发现 Cladorhizidae.。这些海绵失去了含水层系统和Choanocytes。此外,这种损失与海绵的主要创新携手共进,获取掠夺性行为。 eMetazoAires的分支中可能发生类似的现象。除了他们的根本兴趣,这些系统发育研究开辟了更多应用研究的新观点。实际上,目前海绵的研究有助于给出所有美唑诺亚的祖先的形象。它们配备了多细胞动物体所需的所有细胞功能,例如分化,迁移,粘附和增殖。理解这些细胞行为的分子基是至关重要的,以阐明某些复杂,正常和病理行为,人细胞。海绵细胞将提供一种简单的模型,以阐明最重要的机制,因为最古老的动物细胞的生理学控制。其中一个问题在于难以获得海绵细胞的稳定作物 体外但最近在这方面取得了一些进展。

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