28.1: فيلوم بوريفيرا
- Page ID
- 196720
المهارات اللازمة للتطوير
- وصف الميزات التنظيمية لأبسط الكائنات متعددة الخلايا
- شرح أشكال الجسم المختلفة والوظائف الجسدية للإسفنج
اللافقاريات، أو اللافقاريات، هي حيوانات لا تحتوي على هياكل عظمية، مثل الجمجمة والفقرات. أبسط اللافقاريات هي البارازوان، والتي تشمل فقط فيلوم بوريفيرا: الإسفنج (الشكل\(\PageIndex{1}\)). لا تُظهر البارازوان («بجانب الحيوانات») تنظيمًا على مستوى الأنسجة، على الرغم من أنها تحتوي على خلايا متخصصة تؤدي وظائف محددة. تستطيع يرقات الإسفنج السباحة؛ ومع ذلك، فإن البالغين لا يتحركون ويقضون حياتهم ملتصقين بالطبقة التحتية. نظرًا لأن الماء ضروري للإسفنج للإفراز والتغذية وتبادل الغازات، فإن بنية الجسم تسهل حركة الماء عبر الإسفنج. تتيح الهياكل مثل القنوات والغرف والتجاويف الماء من الانتقال عبر الإسفنج إلى جميع خلايا الجسم تقريبًا.
مورفولوجيا الإسفنج
تأخذ مورفولوجيا أبسط الإسفنج شكل أسطوانة ذات تجويف مركزي كبير، وهو الإسفنجة، التي تحتل الجزء الداخلي من الأسطوانة. يمكن أن يدخل الماء إلى الإسفنجة من مسام عديدة في جدار الجسم. يتم قذف الماء الذي يدخل الإسفنجة عبر فتحة مشتركة كبيرة تسمى الأوسكولوم. ومع ذلك، يُظهر الإسفنج نطاقًا من التنوع في أشكال الجسم، بما في ذلك الاختلافات في حجم الإسفنجة، وعدد الأوسكولي، ومكان وجود الخلايا التي ترشح الطعام من الماء.
في حين أن الإسفنج (باستثناء الحشوات السداسية) لا يُظهر تنظيمًا لطبقة الأنسجة، إلا أنه يحتوي على أنواع مختلفة من الخلايا تؤدي وظائف مميزة. تشكل الخلايا الصنوبرية، وهي خلايا شبيهة بالظهارة، الطبقة الخارجية من الإسفنج وتحتوي على مادة تشبه الهلام تسمى ميزوهيل. الميزوهيل عبارة عن مصفوفة خارج الخلية تتكون من جل يشبه الكولاجين بخلايا معلقة تؤدي وظائف مختلفة. يعمل قوام الميزوهيل الشبيه بالجل مثل الهيكل الداخلي ويحافظ على الشكل الأنبوبي للإسفنج. بالإضافة إلى الأوسكولوم، تحتوي الإسفنجات على مسام متعددة تسمى أوستيا على أجسامها تسمح للماء بالدخول إلى الإسفنج. في بعض الإسفنجات، تتكون الأوستيا من الخلايا البوريمية، وهي خلايا على شكل أنبوب واحد تعمل كصمامات لتنظيم تدفق الماء إلى الإسفنجوكويل. في الإسفنج الآخر، تتشكل الأوستيا من خلال طيات في جدار جسم الإسفنج.
توجد الخلايا الشوانوية («خلايا الطوق») في مواقع مختلفة، اعتمادًا على نوع الإسفنج، ولكنها دائمًا ما تبطن الأجزاء الداخلية من بعض المساحات التي يتدفق الماء من خلالها (الإسفنجة في الإسفنج البسيط، والقنوات داخل جدار الجسم في الإسفنج الأكثر تعقيدًا، والغرف المنتشرة في جميع الأنحاء) الجسم في الإسفنج الأكثر تعقيدًا). في حين أن الخلايا الصنوبرية تبطن الجزء الخارجي من الإسفنج، تميل الخلايا الشوانية إلى تبطين أجزاء داخلية معينة من الجسم الإسفنجي التي تحيط بالميزوهيل. تعتبر بنية الخلايا الشوانوية أمرًا بالغ الأهمية لوظيفتها، وهي توليد تيار مائي من خلال الإسفنج وحبس جزيئات الطعام واستيعابها عن طريق البلعمة. لاحظ التشابه في المظهر بين خلايا الشوانوكا الإسفنجية وشوانوفلاجيلات (بروتيستا). يشير هذا التشابه إلى أن الإسفنج والشوانوفلاجيلات مرتبطان ارتباطًا وثيقًا ومن المحتمل أن تشترك في أصل مشترك حديث. يتكون جسم الخلية من الميزوهيل ويحتوي على جميع العضيات اللازمة لوظيفة الخلية الطبيعية، ولكن يبرز في «الفضاء المفتوح» داخل الإسفنج طوق يشبه الشبكة يتكون من ميكروفيللي مع سوط واحد في منتصف العمود. يساعد التأثير التراكمي للسوط من جميع الخلايا الشوانية على حركة الماء عبر الإسفنج: سحب الماء إلى الإسفنج عبر الأوستيا العديدة، إلى المساحات المبطنة بالخلايا الجذعية، وفي النهاية إلى الخارج من خلال العظم (أو الأسكولي). في هذه الأثناء، تحبس جزيئات الطعام، بما في ذلك البكتيريا والطحالب التي تنقلها المياه، بواسطة طوق الخلايا الشحمية الشبيهة بالمنخل، وتنزلق إلى جسم الخلية، وتبتلعها البلعمة، وتصبح مغلفة في فجوة غذائية. أخيرًا، ستتحول الخلايا الشوانوية إلى حيوانات منوية للتكاثر الجنسي، حيث ستطرد من الميزوهيل وتترك الإسفنج مع الماء المطرود عبر العظم.
تسمى الخلايا الحاسمة الثانية في الإسفنج الخلايا الأميبية (أو الخلايا الأثرية)، والتي سميت بحقيقة أنها تتحرك في جميع أنحاء الميزوهيل بطريقة تشبه الأميبا. تتمتع الخلايا الأميبية بمجموعة متنوعة من الوظائف: توصيل العناصر الغذائية من الخلايا الجذعية إلى الخلايا الأخرى داخل الإسفنج، مما يؤدي إلى ظهور البويضات للتكاثر الجنسي (الذي يبقى في الميزوهيل)، وإيصال الحيوانات المنوية البلعمية من الخلايا الجذعية إلى البويضات، والتمييز إلى أنواع خلايا أكثر تحديدًا. بعض أنواع الخلايا الأكثر تحديدًا تشمل الكولينات والفصويات، التي تنتج البروتين الشبيه بالكولاجين للحفاظ على الميزوهيل، والخلايا المصلبة، التي تنتج التوابل في بعض الإسفنج، والخلايا الإسفنجية، التي تنتج بروتين الإسفنج في غالبية الإسفنج. تنتج هذه الخلايا الكولاجين للحفاظ على تناسق الميزوهيل. تظهر أنواع الخلايا المختلفة في الإسفنج في الشكل\(\PageIndex{2}\).
التمارين\(\PageIndex{1}\)
أي من العبارات التالية خاطئة؟
- تحتوي الخلايا الشوانوية على سوط تدفع الماء عبر الجسم.
- يمكن أن تتحول الخلايا الصنوبرية إلى أي نوع من الخلايا.
- تفرز الخلايا الليمفاوية الكولاجين.
- تتحكم البوروسيتات في تدفق المياه عبر المسام في الجسم الإسفنجي.
- إجابة
-
ب
في بعض الإسفنجات، تفرز الخلايا المصلبة توابل صغيرة في الميزوهيل، والتي تتكون إما من كربونات الكالسيوم أو السيليكا، اعتمادًا على نوع الإسفنج. تعمل هذه التوابل على توفير صلابة إضافية لجسم الإسفنج. بالإضافة إلى ذلك، قد تمنع التوابل، عند وجودها خارجيًا، الحيوانات المفترسة. قد يوجد أيضًا نوع آخر من البروتين، وهو الإسفنج، في ميزوهيل بعض الإسفنج.
إن وجود وتكوين البهارات والإسفنج هي الخصائص المميزة للفئات الثلاث من الإسفنج (الشكل\(\PageIndex{3}\)): تحتوي الفئة كالكاريا على حبيبات كربونات الكالسيوم ولا تحتوي على إسفنج، وتحتوي فئة Hexactinellida على توابل سيليسية سداسية الأشعة ولا تحتوي على إسفنج، وفئة Demospongia يحتوي على الإسفنجين وقد يحتوي أو لا يحتوي على توابل؛ وفي حالة وجوده، تكون هذه التوابل من السيليكات. تتواجد التوابل بشكل أكثر وضوحًا في فئة Hexactinellida، وهي المرتبة التي تتكون من الإسفنج الزجاجي. قد تصل بعض التوابل إلى نسب عملاقة (بالنسبة لنطاق الحجم النموذجي للإسفنج الزجاجي من 3 إلى 10 مم) كما هو موضح في مونورافيس تشوني، التي يصل طولها إلى 3 أمتار.
العمليات الفسيولوجية في الإسفنج
الإسفنج، على الرغم من كونه كائنات بسيطة، ينظم عملياته الفسيولوجية المختلفة من خلال مجموعة متنوعة من الآليات. تنظم هذه العمليات عملية التمثيل الغذائي والتكاثر والحركة.
عملية الهضم
يفتقر الإسفنج إلى الجهاز الهضمي والجهاز التنفسي والدورة الدموية والتناسلية والجهاز العصبي المعقد. يُحاصر طعامهم عندما يمر الماء عبر الأوستيا ويخرج عبر العظم. تحبس البكتيريا التي يقل حجمها عن 0.5 ميكرون بواسطة الخلايا الجذعية، وهي الخلايا الرئيسية العاملة في مجال التغذية، ويتم ابتلاعها عن طريق البلعمة. قد يتم بلع الجسيمات الأكبر من أوستيا بواسطة الخلايا الصنوبرية. في بعض الإسفنجات، تنقل الخلايا الأميبية الطعام من الخلايا التي ابتلعت جزيئات الطعام إلى تلك التي لا تفعل ذلك. بالنسبة لهذا النوع من الهضم، حيث يتم هضم جزيئات الطعام داخل الخلايا الفردية، يقوم الإسفنج بسحب الماء من خلال الانتشار. الحد الأقصى لهذا النوع من الهضم هو أن جزيئات الطعام يجب أن تكون أصغر من الخلايا الفردية.
يتم تنفيذ جميع وظائف الجسم الرئيسية الأخرى في الإسفنج (تبادل الغازات، الدورة الدموية، الإفراز) عن طريق الانتشار بين الخلايا التي تبطن الفتحات داخل الإسفنج والماء الذي يمر عبر تلك الفتحات. تحصل جميع أنواع الخلايا داخل الإسفنج على الأكسجين من الماء من خلال الانتشار. وبالمثل، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر عن طريق الانتشار. بالإضافة إلى ذلك، يتم إخراج النفايات النيتروجينية المنتجة كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الغذائي للبروتين عن طريق انتشار الخلايا الفردية في الماء أثناء مرورها عبر الإسفنج.
الاستنساخ
يتكاثر الإسفنج بالطرق الجنسية وكذلك اللاجنسية. الوسيلة النموذجية للتكاثر اللاجنسي هي إما التجزؤ (حيث تنفصل قطعة من الإسفنج وتستقر على ركيزة جديدة وتتطور إلى فرد جديد) أو التبرعم (تنمو ثمرة متطابقة وراثيًا من الأم وتنفصل في النهاية أو تبقى مرتبطة لتشكيل مستعمرة). يوجد نوع غير نمطي من التكاثر اللاجنسي فقط في إسفنجات المياه العذبة ويحدث من خلال تكوين الأحجار الكريمة. الأحجار الكريمة عبارة عن هياكل مقاومة للبيئة تنتجها الإسفنج البالغ حيث يتم عكس الشكل الإسفنجي النموذجي. في الأحجار الكريمة، تُحاط الطبقة الداخلية من الخلايا الأميبية بطبقة من الكولاجين (الإسفنج) التي يمكن تقويتها بالتوابل. يصبح الكولاجين الموجود عادة في الميزوهيل الطبقة الواقية الخارجية. في إسفنجات المياه العذبة، قد تنجو الأحجار الكريمة من الظروف البيئية المعادية مثل التغيرات في درجات الحرارة وتعمل على إعادة استعمار الموائل بمجرد استقرار الظروف البيئية. الأحجار الكريمة قادرة على الالتصاق بطبقة سفلية وتوليد إسفنجة جديدة. نظرًا لأن الأحجار الكريمة يمكن أن تتحمل البيئات القاسية، ومقاومة الجفاف، وتبقى نائمة لفترات طويلة، فهي وسيلة ممتازة لاستعمار كائن حي لا علاقة له.
يحدث التكاثر الجنسي في الإسفنج عندما يتم إنشاء الأمشاج. الإسفنج أحادي النوع (خنثى)، مما يعني أنه يمكن للفرد إنتاج كل من الأمشاج (البيض والحيوانات المنوية) في وقت واحد. في بعض الإسفنجات، قد يحدث إنتاج الأمشاج على مدار العام، بينما قد تظهر الإسفنجات الأخرى دورات جنسية اعتمادًا على درجة حرارة الماء. قد يصبح الإسفنج أيضًا خنثى بشكل تسلسلي، حيث ينتج البويضات أولاً ثم الحيوانات المنوية لاحقًا. تنشأ البويضات عن طريق تمايز الخلايا الأميبية ويتم الاحتفاظ بها داخل الإسفنجة، في حين تنتج الحيوانات المنوية عن تمايز الخلايا الجذعية ويتم إخراجها عبر العظم. قد يكون طرد الحيوانات المنوية حدثًا زمنيًا ومنسقًا، كما هو موضح في بعض الأنواع. يمكن أن تقوم الحيوانات المنوية التي تنقلها التيارات المائية بتخصيب البويضات المنقولة في ميزوهيل الإسفنج الآخر. يحدث التطور المبكر لليرقات داخل الإسفنج، ثم يتم إطلاق اليرقات التي تسبح بحرية عبر العظم.
تنقل
عادة ما يتم لصق الإسفنج عند البالغين ويقضي حياته مرتبطًا بطبقة تحتية ثابتة. لا تظهر الحركة عبر مسافات كبيرة مثل اللافقاريات البحرية الأخرى التي تسبح بحرية. ومع ذلك، فإن الخلايا الإسفنجية قادرة على الزحف على طول الطبقات الفرعية عبر اللدونة التنظيمية. في ظل الظروف التجريبية، أظهر الباحثون أن الخلايا الإسفنجية المنتشرة على دعامة جسدية تُظهر ميزة رائدة للحركة الموجهة. لقد تم التكهن بأن حركة الزحف الموضعية هذه قد تساعد الإسفنج على التكيف مع البيئات الدقيقة بالقرب من نقطة التعلق. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذا النمط من الحركة قد تم توثيقه في المختبرات، ولكن لا يزال يتعين ملاحظته في موائل الإسفنج الطبيعية.
ملخص
الحيوانات المدرجة في فيلوم بوريفيرا هي بارازوان لأنها لا تظهر تكوين الأنسجة الحقيقية (باستثناء فئة Hexactinellida). تُظهر هذه الكائنات تنظيمًا بسيطًا للغاية، مع هيكل داخلي بدائي. يحتوي الإسفنج على أنواع خلايا متعددة موجهة نحو تنفيذ وظائف التمثيل الغذائي المختلفة. على الرغم من أن هذه الحيوانات بسيطة للغاية، إلا أنها تؤدي العديد من الوظائف الفسيولوجية المعقدة.
مسرد المصطلحات
- خلية أميبية
- خلية إسفنجية ذات وظائف متعددة، بما في ذلك توصيل المغذيات وتكوين البويضات وتوصيل الحيوانات المنوية وتمايز الخلايا
- خلية شوانوية
- خلية إسفنجية (أيضًا خلية طوقية) تعمل على توليد تيار مائي وحبس جزيئات الطعام واستيعابها عن طريق البلعمة
- جوهرة
- الهيكل الناتج عن التكاثر اللاجنسي في إسفنجات المياه العذبة حيث يتم عكس الشكل
- اللافقاريات
- (أيضًا اللافقاريات) فئة الحيوانات التي لا تمتلك جمجمة أو عمودًا فقريًا
- ميزوهيل
- جل يشبه الكولاجين يحتوي على خلايا معلقة تؤدي وظائف مختلفة في الإسفنج
- أوسكولوم
- فتحة كبيرة في جسم الإسفنج يخرج الماء من خلالها
- أوستيوم
- المسام الموجودة على جسم الإسفنج والتي يدخل الماء من خلالها
- خلية صنوبر
- خلية تشبه الظهارة تشكل الطبقة الخارجية من الإسفنج وتحيط بمادة تشبه الهلام تسمى ميزوهيل
- بوريفيرا
- شريحة من الحيوانات التي ليس لها أنسجة حقيقية، ولكن بجسم مسامي مع هيكل داخلي بدائي
- الخلايا المصلبة
- الخلية التي تفرز جزيئات السيليكا في الميزوهيل
- سبايكول
- هيكل مصنوع من السيليكا أو كربونات الكالسيوم التي توفر الدعم الهيكلي للإسفنج
- سبونجوكويل
- تجويف مركزي داخل جسم بعض الإسفنج