通过对海绵基因检测和与其他动物(苍蝇、鱼、蛙和人)的基因比对,科学家认为,动物最早的祖先是海绵,它们在地球上已生存了至少5.6亿年,距今约5亿年左右的海绵化石也已被发现。
从外表看上去,海绵非常像植物,为此,在很长的时间内人们一直认为它们是生活在水中的一种植物,就连一些生物学家也这样认为。1765年一位叫爱勒斯的生物学家第一次将海绵归属于动物。海绵少数生活在淡水中,绝大多数栖息于海洋深处。它们固着在不同海域的岩石和珊瑚礁上生长,甚至海底火山口附近。海绵千姿百态,有瓶状、管状和树状等。颜色也炫丽多彩。
生物学分类上,海绵动物属于动物界最原始无脊椎动物,与其他无脊椎动物相比,它们的构造更简单,没有心脏、脑、头、嘴等器官,仅由多种细胞聚集一起构成了内、外二层体壁。外层体壁细胞分二种,扁平状细胞和环细胞。环细胞一端有一圈细小、呈棒状的纤毛,其中长有一根长长的似鞭子一样的鞭毛,细胞能不停地挥动鞭毛,将水不断地吸进和喷射出去,同时将水中的细菌、微小生物粘在鞭毛上作为自己的食物。扁平状细胞有许多孔,水通过孔流入海绵体内,因此海绵也称为“多孔”动物。海绵内层细胞可以变形并在海绵体内到处游走,还能变为
其他种类的细胞,如外层的环细胞、扁平状细胞和产生精子和卵子的生殖细胞。最称奇的是,内层细胞变为其他细胞后,还能再变回来,科学家将这种细胞称为“全能细胞”,这也是为什么海绵在被打碎之后还能再长出新海绵的原因所在。在海绵两层细胞之间,还有一些特殊的结构——骨针,正因为有了钢架似的结构,才保持海绵具有各种形态。海绵的骨针构造上非常巧妙精致,符合力学的原理,这必须通过电子显微镜才能看到。
海绵生活时一端固着,另一端游离,通常游离一端有一大孔,称为“出水孔”。水不停地从扁平状细胞的孔流入海绵体内,再从出水孔流出,看上起就像一个水泵,毫无生机。但每天通过它身体的水量相当惊人,大的海绵可达上吨水,海绵却仅能从中摄取少得可怜的食物。
海绵可以通过有性和无性繁殖二种形式来繁育后代,由于海绵是雌雄同体动物,可以同时产生精子和卵子,在同一个体内受精,但也可以在异体之间进行交配。受精卵先在海绵体内发育成幼虫,然后离开母体随水流漂浮到四周发育成小海绵。海绵的无性繁殖通过出芽形式来完成,当周围的环境不适合海绵生存时,海绵就会产生芽孢,由于芽孢外面有厚厚的膜可以抵御外部环境的影响,使它们可以长时间的
存活,当周围环境改善后,芽孢再发育成小海绵。为了抵御天敌,不被鱼、海龟等动物捕食,海绵也有自己的保护措施,有的海绵会产生非常难闻的气味,使其他生物避而远之;有的会将骨针裸露在外面,使捕食者不敢轻举妄动;有的会产生毒素。尽管这样,有些动物还是与海绵建立起非常好的共生或寄生关系,有的海绵就成为寄居蟹的居住场所,这也是海洋生物学家会在海底发现会游动海绵的原因。
科学家估计,约有15000种海绵分布在世界各水域,近1/3生活在澳大利亚附近的海域。尽管自1994年至今又发现了1000多种新的海绵种类,仍有许多新的品种还未被发现。目前发现的最小的海绵体长不超过3厘米,而最大海绵直径可达2米。科学家热衷对海绵的研究不仅因为它们是动物最原始的祖先,而且希望通过它们对整个海洋的生态进行研究。此外,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。
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多孔动物门(Porifera)大约5,000种原始多细胞水生动物的统称。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8,500公尺(28,000余英尺)深处,营固着生活。由于海绵常呈分枝形,而且不会移动,从前被人们当作植物。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)。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。无明显的组织,体表和内腔各有一层细胞;中间为中胶层,呈胶状,内有其他细胞和纤维。单沟系海绵的内层,由领细胞构成,领细胞有鞭毛,鞭毛周围有一圈由细胞质构成的领。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,细胞质中含有大量核糖核酸;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。
但钙质海绵纲(Calcispongiae)的生殖细胞(尤其是雄性生殖细胞)由领细胞变来。在海绵的体表和管道内壁有扁平细胞。钙质海绵类的外表还有孔细胞,上有进水的小孔,环境不良时,孔细胞收缩而关闭小孔。中胶层里还有芒状细胞,用以分泌纤维。冠细胞的一端有一长形细胞质突,因而外形似彗星,可分泌形成骨骼的海绵质。骨细胞产生骨质,形成骨针,又可分为钙质骨细胞和矽质骨细胞。肌细胞长形,能收缩,在出水口旁最多,可控制其开闭。骨骼是海绵分类的重要依据,有的是无机质的,如钙质和矽质骨针,有的由蛋白质和其他成分组成,如海绵丝。骨针散布在体内或连成纤维,起支持和保护作用。多孔动物过滤取食,由领细胞攫取悬浮水中的食物粒,主要是细菌、有机碎屑,还可能吸收溶解的有机质。一个高10公分(4吋)、直径1公分(0.4吋)的海绵约有225万个鞭毛室,一天滤水约22.5升(约23夸脱)。由领细胞上鞭毛的摆动,引起水流。在组织和水之间直接交换气体。废物经出水口和体表排泄。
海绵一般雌雄同体,有时在同一个体上发生性逆转。受精方式特别,精子释出後随水流到另一海绵内,被领细胞攫住,领细胞变为变形细胞,并把精子送到卵处。胚胎发育有不同的途径,结果幼虫的型式不止一种。钙质海绵纲和某些寻常海绵纲(Demospongiae)的幼虫称两囊幼虫。寻常海绵纲约占全部海绵种类的80%,常见的幼虫是中实幼虫。幼虫游泳数小时至数天後,寻找适宜的场所固着,经变态而长成新个体。无性生殖方式有数种,芽球生殖,即由细胞(主要是原细胞)集聚起来形成芽球。在某些海产种类,这是一种正常生殖方式,有时作为度过不良环境的一种手段。
Spongia属的一种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。沐浴海绵7年後才达到商品用大小,寿命可能达20年。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,只能说凡是被一共同的外胚层包著的就是一个个体。
大多数海绵都附在他物,如岩石面,或泥沙中的一个坚实物体上,固着在其他生物时,有时会使这些生物(如藤壶)死亡。有时海绵与所固着的生物呈互利关系,如寄居蟹壳上的皮海绵(Suberitesdomuncula)被寄居蟹带著移动,而海绵的气味使鱼和其他动物退避。海绵的表面或水管和腔中也有各种动植物生活著,有时在一个海绵中生活的有几千个生物。俪虾属(Spongicola)的幼体可进入某些海绵(如偕老同穴〔Venus'sflowerbasket〕)内,成长後成对地生活其中而不能游出,日本人把这些虾视为白头偕老的象徵。
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。有的动物寄生在海绵体表或体内,如剑水蚤是海产海绵最重要的寄生虫。轮虫寄生在淡水海绵体内,水蟎在其中产卵,水蛉科(Sisyridae)幼虫生活在淡水海绵体内并以海绵为食。一般说来,肉食动物不吃海绵,因为海绵气味难闻,有硬骨针。但有的贝类(石鳖、帽贝)、甲壳类和鱼类以海绵为食。多孔动物门分3纲︰钙质海绵纲、寻常海绵纲及玻璃海绵纲(Hyalospongiae)。
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。
海绵是世界上结构最简单的多细胞动物。说它简单,是因为它既没有头,也没有尾,没有躯干和四肢,更没有神经和器官。海绵虽然属于动物,但是它不能自己行走,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。18世纪以前,海绵一直被当作植物对待,后来由于显微镜的发明,以及动物胚胎学研究的进展,人们得以认识海绵的真面目,终于确定了海绵的真正属性。海绵的种类众多,约有达1万到1.5万个种类。除了少数种类喜欢淡水外,绝大多数海绵一直生活在海底。从浅海到8000米的深海到处都有海绵的踪影。由于所处环境不同,条件多变,附着的基质类型各异,水流强弱不一,因此形成了海绵多姿多彩的形态。多数海绵生活在坚硬岩石的底质上。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,它们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。它们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像瓶子一样的腔里,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。
海绵动物组织原始,无真正消化腔和神经系统。海绵动物的细胞虽有分工,但彼此合作甚微,如将海绵磨碎过筛,其中分离了的细胞仍能存活数天(相当于原生动物)。但若彼此不再结合,就不能继续生存下去,海绵动物这种即独立又合作的特征,表明其有机体结构仍属细胞级,显示了原始多细胞动物的特点。
海绵动物多为群体,单体较少。身体呈辐射对称或不对称。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。海绵动物大多产于海水中,少数生活在淡水里,因身体比较柔软而得名。它不会游动,只能常年静卧海底,像植物那样固着在原地不动。