28.1: Phylum Porifera

Morphologie der Schwämme

Die Morphologie der einfachsten Schwämme hat die Form eines Zylinders mit einem großen zentralen Hohlraum, dem Spongocoel, der das Innere des Zylinders einnimmt. Durch zahlreiche Poren in der Körperwand kann Wasser in das Spongocoel eindringen. Das Wasser, das in das Spongocoel eintritt, wird durch eine große gemeinsame Öffnung, das Osculum, ausgestoßen. Schwämme weisen jedoch eine große Vielfalt an Körperformen auf, einschließlich Variationen in der Größe des Spongocoels, der Anzahl der Osculi und der Lage der Zellen, die die Nahrung aus dem Wasser filtern.

Während Schwämme (mit Ausnahme der Hexactinelliden) keine Gewebeschichtorganisation aufweisen, haben sie verschiedene Zelltypen, die unterschiedliche Funktionen erfüllen. Pinacocyten, epithelähnliche Zellen, bilden die äußerste Schicht der Schwämme und umschließen eine gallertartige Substanz namens Mesohyl. Mesohyl ist eine extrazelluläre Matrix, die aus einem kollagenähnlichen Gel mit darin suspendierten Zellen besteht, die verschiedene Funktionen erfüllen. Die gelartige Konsistenz des Mesohyls wirkt wie ein Endoskelett und hält die röhrenförmige Morphologie der Schwämme aufrecht. Zusätzlich zum Osculum haben Schwämme mehrere Poren, die Ostien genannt werden und das Eindringen von Wasser in den Schwamm ermöglichen. Bei einigen Schwämmen werden die Ostien von Porozyten gebildet, einzelnen röhrenförmigen Zellen, die als Ventile fungieren und den Wasserfluss in das Spongocoel regulieren. Bei anderen Schwämmen werden Ostien durch Falten in der Körperwand des Schwamms gebildet.

Choanozyten („Kragenzellen“) sind je nach Schwammart an verschiedenen Stellen vorhanden, aber sie kleiden immer die inneren Teile eines Raums aus, durch den Wasser fließt (das Schwammkoel bei einfachen Schwämmen, Kanäle innerhalb der Körperwand bei komplexeren Schwämmen und über den Körper verstreute Kammern bei den komplexesten Schwämmen). Während die Pinozyten die Außenseite des Schwamms auskleiden, sind die Choanozyten eher in bestimmten inneren Teilen des Schwammkörpers zu finden, die das Mesohyl umgeben. Die Struktur eines Choanozyten ist entscheidend für seine Funktion, die darin besteht, eine Wasserströmung durch den Schwamm zu erzeugen und Nahrungspartikel durch Phagozytose einzufangen und aufzunehmen. Man beachte die Ähnlichkeit zwischen dem Schwamm-Choanozyten und den Choanoflagellaten (Protista) im Aussehen. Diese Ähnlichkeit deutet darauf hin, dass Schwämme und Choanoflagellaten eng miteinander verwandt sind und wahrscheinlich einen gemeinsamen Vorfahren aus jüngerer Zeit haben. Der Zellkörper ist in Mesohyl eingebettet und enthält alle Organellen, die für eine normale Zellfunktion erforderlich sind, aber in den „offenen Raum“ im Inneren des Schwamms ragt ein netzartiger Kragen aus Mikrovilli mit einer einzelnen Geißel in der Mitte der Säule. Die kumulative Wirkung der Geißeln aller Choanozyten unterstützt die Bewegung des Wassers durch den Schwamm: Sie ziehen das Wasser durch die zahlreichen Ostien in den Schwamm hinein, in die von Choanozyten ausgekleideten Räume und schließlich durch das Osculum (oder die Osculi) hinaus. In der Zwischenzeit werden Nahrungspartikel, einschließlich im Wasser befindlicher Bakterien und Algen, durch den siebartigen Kragen der Choanozyten aufgefangen, gleiten in den Zellkörper hinunter, werden durch Phagozytose aufgenommen und in einer Nahrungsvakuole eingeschlossen. Schließlich differenzieren sich die Choanozyten zu Spermien für die sexuelle Fortpflanzung, wobei sie sich aus dem Mesohyl lösen und den Schwamm mit dem ausgestoßenen Wasser durch das Osculum verlassen.

Die zweite wichtige Zelle in Schwämmen sind die Amöbozyten (oder Archäozyten), die ihren Namen der Tatsache verdanken, dass sie sich amöbenartig durch das Mesohyl bewegen. Amöbozyten haben eine Vielzahl von Funktionen: Sie transportieren Nährstoffe von den Choanozyten zu anderen Zellen innerhalb des Schwamms, bringen Eier für die sexuelle Fortpflanzung hervor (die im Mesohyl verbleiben), transportieren phagozytierte Spermien von den Choanozyten zu den Eiern und differenzieren sich in spezifischere Zelltypen. Zu diesen spezifischeren Zelltypen gehören Collencyten und Lophozyten, die das kollagenähnliche Protein zur Aufrechterhaltung des Mesohyls produzieren, Sklerozyten, die bei einigen Schwämmen Spicula produzieren, und Spongozyten, die bei den meisten Schwämmen das Protein Spongin produzieren. Diese Zellen produzieren Kollagen, um die Konsistenz des Mesohyls zu erhalten. Die verschiedenen Zelltypen in Schwämmen sind in Abbildung \(\PageIndex{2}\) dargestellt.

Art Connection
Abbildung \(\PageIndex{2}\): Dargestellt sind (a) der grundlegende Körperplan des Schwamms und (b) einige der spezialisierten Zelltypen, die in Schwämmen vorkommen.

Übung \(\PageIndex{1}\)

Welche der folgenden Aussagen ist falsch?

  1. Choanozyten haben Geißeln, die Wasser durch den Körper treiben.
  2. Pinacocyten können sich in jeden Zelltyp verwandeln.
  3. Lophozyten scheiden Kollagen aus.
  4. Porozyten steuern den Wasserfluss durch die Poren im Schwammkörper.

Bei einigen Schwämmen scheiden Sklerozyten kleine Spicula in das Mesohyl aus, die je nach Schwammart aus Kalziumkarbonat oder Kieselsäure bestehen. Diese Spicula dienen dazu, dem Schwammkörper zusätzliche Steifigkeit zu verleihen. Außerdem können die Spicula, wenn sie äußerlich vorhanden sind, Raubtiere abwehren. Eine andere Art von Protein, Spongin, kann auch im Mesohyl einiger Schwämme vorhanden sein.

Das Vorhandensein und die Zusammensetzung von Spicula/Spongin sind die Unterscheidungsmerkmale der drei Schwammklassen (Abbildung \(\PageIndex{3}\)): Die Klasse Calcarea enthält Kalziumkarbonat-Spicula und kein Spongin, die Klasse Hexactinellida enthält sechsstrahlige kieselige Spicula und kein Spongin, und die Klasse Demospongia enthält Spongin und kann Spicula haben oder auch nicht; falls vorhanden, sind diese Spicula kieselig. Am auffälligsten sind die Stacheln in der Klasse Hexactinellida, der Ordnung der Glasschwämme. Einige der Spicula können riesige Ausmaße annehmen (im Verhältnis zur typischen Größenordnung von Glasschwämmen von 3 bis 10 mm), wie bei Monorhaphis chuni, der bis zu 3 m lang wird.

Abbildung \(\PageIndex{3}\): (a) Clathrina clathrus gehört zur Klasse Calcarea, (b) Staurocalyptus spp. (gebräuchlicher Name: Gelber Picasso-Schwamm) gehört zur Klasse Hexactinellida, und (c) Acarnus erithacus gehört zur Klasse Demospongia. (Credit a: Änderung der Arbeit von Parent Géry; Credit b: Änderung der Arbeit des Monterey Bay Aquarium Research Institute, NOAA; Credit c: Änderung der Arbeit des Sanctuary Integrated Monitoring Network, Monterey Bay National Marine Sanctuary, NOAA)

Physiologische Prozesse in Schwämmen

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