28.1: Phylum Porifera
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- Describir las características organizativas de los organismos multicelulares más simples
- Explicar las diversas formas corporales y funciones corporales de las esponjas
Los invertebrados, o invertebrados, son animales que no contienen estructuras óseas, como el cráneo y las vértebras. El más simple de todos los invertebrados son los Parazoos, que incluyen sólo el filo Porifera: las esponjas (Figura\(\PageIndex{1}\)). Los parazoos (“al lado de los animales”) no muestran organización a nivel de tejido, aunque sí tienen células especializadas que realizan funciones específicas. Las larvas de esponja son capaces de nadar; sin embargo, los adultos no son móviles y pasan la vida unidos a un sustrato. Dado que el agua es vital para las esponjas para su excreción, alimentación e intercambio de gases, su estructura corporal facilita el movimiento del agua a través de la esponja. Estructuras como canales, cámaras y cavidades permiten que el agua se mueva a través de la esponja a casi todas las células del cuerpo.
Morfología de Esponjas
La morfología de las esponjas más simples toma la forma de un cilindro con una gran cavidad central, el espongocoel, ocupando el interior del cilindro. El agua puede entrar en el espongocoel desde numerosos poros en la pared del cuerpo. El agua que ingresa al espongocoel se extruye a través de una gran abertura común llamada ósculo. Sin embargo, las esponjas exhiben una variedad de diversidad en las formas corporales, incluyendo variaciones en el tamaño del espongocoel, el número de osculi y dónde se encuentran las células que filtran los alimentos del agua.
Si bien las esponjas (excluyendo los hexactinélidos) no exhiben organización de la capa de tejido, sí tienen diferentes tipos de células que realizan distintas funciones. Los pinacocitos, que son células epiteliales, forman la capa más externa de esponjas y encierran una sustancia gelatinosa llamada mesohyl. Mesohyl es una matriz extracelular que consiste en un gel similar al colágeno con células suspendidas que realizan diversas funciones. La consistencia gelatinosa del mesohyl actúa como un endoesqueleto y mantiene la morfología tubular de las esponjas. Además del ósculo, las esponjas tienen múltiples poros llamados ostia en sus cuerpos que permiten que el agua entre en la esponja. En algunas esponjas, los ostia están formados por porocitos, células en forma de tubo único que actúan como válvulas para regular el flujo de agua hacia el espongocoel. En otras esponjas, los ostia están formados por pliegues en la pared corporal de la esponja.
Los coanocitos (“células de collar”) están presentes en varias ubicaciones, dependiendo del tipo de esponja, pero siempre recubren las porciones internas de algún espacio a través del cual fluye el agua (el espongocoel en esponjas simples, canales dentro de la pared corporal en esponjas más complejas y cámaras dispersas por todas partes el cuerpo en las esponjas más complejas). Mientras que los pinacocitos recubren el exterior de la esponja, los coanocitos tienden a revestir ciertas partes internas del cuerpo de la esponja que rodean el mesofilo. La estructura de un coanocito es crítica para su función, que es generar una corriente de agua a través de la esponja y atrapar e ingerir partículas de alimentos por fagocitosis. Obsérvese la similitud en apariencia entre el coanocito esponjoso y los coanoflagelados (Protista). Esta similitud sugiere que las esponjas y los choanoflagelados están estrechamente relacionados y probablemente comparten una ascendencia común reciente. El cuerpo celular está incrustado en mesohyl y contiene todos los orgánulos requeridos para la función celular normal, pero sobresaliendo en el “espacio abierto” dentro de la esponja hay un collar de malla compuesto por microvellosidades con un solo flagelo en el centro de la columna. El efecto acumulativo de los flagelos de todos los coanocitos ayuda al movimiento del agua a través de la esponja: aspirando agua a la esponja a través de los numerosos ostia, hacia los espacios bordeados por coanocitos y finalmente fuera a través del ósculo (u óculos). Mientras tanto, las partículas de alimentos, incluidas las bacterias y algas transportadas por el agua, son atrapadas por el collar similar a un tamiz de los coanocitos, se deslizan hacia abajo en el cuerpo de la célula, son ingeridas por la fagocitosis y quedan enmarcadas en una vacuola de alimentos. Por último, los coanocitos se diferenciarán en espermatozoides para su reproducción sexual, donde se desalojarán del mesofilo y dejarán la esponja con agua expulsada a través del ósculo.
Las segundas células cruciales en las esponjas se llaman amebocitos (o arqueocitos), llamados así por el hecho de que se mueven a lo largo del mesofilo de una manera similar a la ameba. Los amebocitos tienen una variedad de funciones: entregar nutrientes de coanocitos a otras células dentro de la esponja, dar lugar a óvulos para reproducción sexual (que permanecen en el mesofilo), entregar espermatozoides fagocitados de coanocitos a óvulos, y diferenciarse en tipos de células más específicos. Algunos de estos tipos celulares más específicos incluyen colencitos y lofocitos, que producen la proteína similar al colágeno para mantener el mesofilo, esclerocitos, que producen espículas en algunas esponjas, y espongocitos, que producen la proteína esponjosa en la mayoría de las esponjas. Estas células producen colágeno para mantener la consistencia del mesofilo. Los diferentes tipos de células en esponjas se muestran en la Figura\(\PageIndex{2}\).
Ejercicio\(\PageIndex{1}\)
¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?
- Los choanocitos tienen flagelos que impulsan el agua a través del cuerpo.
- Los pinacocitos pueden transformarse en cualquier tipo de célula.
- Los lofocitos secretan colágeno.
- Los porocitos controlan el flujo de agua a través de los poros en el cuerpo de la esponja.
- Contestar
-
B
En algunas esponjas, los esclerocitos secretan pequeñas espículas al mesofilo, las cuales están compuestas por carbonato de calcio o sílice, dependiendo del tipo de esponja. Estas espículas sirven para proporcionar rigidez adicional al cuerpo de la esponja. Adicionalmente, las espículas, cuando están presentes externamente, pueden alejar a los depredadores. Otro tipo de proteína, la espongina, también puede estar presente en el mesofilo de algunas esponjas.
La presencia y composición de espiculas/esponjas son las características diferenciadoras de las tres clases de esponjas (Figura\(\PageIndex{3}\)): La clase Calcarea contiene espículas de carbonato de calcio y sin esponjas, la clase Hexactinellida contiene espículas silíceas de seis rayos y sin esponjas, y la clase Demospongia contiene espongina y puede o no tener espículas; si están presentes, esas espículas son silíceas. Las espículas están más visibles en la clase Hexactinellida, el orden que consiste en esponjas de vidrio. Algunas de las espículas pueden alcanzar proporciones gigantes (en relación con el rango de tamaño típico de las esponjas de vidrio de 3 a 10 mm) como se ve en Monorhaphis chuni, que crece hasta 3 m de largo.
Procesos Fisiológicos en Esponjas
Las esponjas, a pesar de ser organismos simples, regulan sus diferentes procesos fisiológicos a través de una variedad de mecanismos. Estos procesos regulan su metabolismo, reproducción y locomoción.
Digestión
Las esponjas carecen de complejos sistemas digestivo, respiratorio, circulatorio, reproductivo y nervioso. Su comida queda atrapada cuando el agua pasa por los ostia y sale por el ósculo. Las bacterias menores de 0.5 micrones de tamaño son atrapadas por los coanocitos, que son las principales células dedicadas a la nutrición, y son ingeridas por fagocitosis. Las partículas que son más grandes que los ostia pueden ser fagocitadas por pinacocitos. En algunas esponjas, los amebocitos transportan los alimentos desde las células que han ingerido partículas de alimentos a las que no. Para este tipo de digestión, en la que las partículas de alimentos se digieren dentro de las células individuales, la esponja extrae agua a través de la difusión. El límite de este tipo de digestión es que las partículas de alimentos deben ser más pequeñas que las células individuales.
Todas las demás funciones principales del cuerpo en la esponja (intercambio de gases, circulación, excreción) se realizan por difusión entre las células que recubren las aberturas dentro de la esponja y el agua que está pasando por esas aberturas. Todos los tipos de células dentro de la esponja obtienen oxígeno del agua a través de la difusión. Asimismo, el dióxido de carbono se libera al agua de mar por difusión. Además, los desechos nitrogenados producidos como subproducto del metabolismo proteico se excretan a través de la difusión por las células individuales al agua a medida que pasa a través de la esponja.
Reproducción
Las esponjas se reproducen tanto por métodos sexuales como asexuales. El medio típico de reproducción asexual es la fragmentación (donde un trozo de la esponja se rompe, se asienta sobre un nuevo sustrato y se convierte en un nuevo individuo) o la brotación (una excrecencia genéticamente idéntica crece del progenitor y eventualmente se desprende o permanece adherida para formar una colonia). Un tipo atípico de reproducción asexual se encuentra solo en esponjas de agua dulce y ocurre a través de la formación de gemmulas. Las gemmulas son estructuras ambientalmente resistentes producidas por esponjas adultas en las que la morfología típica de la esponja está invertida. En las gemmulas, una capa interna de amebocitos está rodeada por una capa de colágeno (espongina) que puede ser reforzada por espículas. El colágeno que normalmente se encuentra en el mesofilo se convierte en la capa protectora externa. En las esponjas de agua dulce, las gemulas pueden sobrevivir a condiciones ambientales hostiles como cambios de temperatura y servir para recolonizar el hábitat una vez que las condiciones ambientales se estabilicen. Las gemmulas son capaces de adherirse a un sustrato y generar una nueva esponja. Dado que las gemmulas pueden soportar ambientes hostiles, son resistentes a la desecación y permanecen latentes durante largos periodos, son un excelente medio de colonización para un organismo sésil.
La reproducción sexual en esponjas ocurre cuando se generan gametos. Las esponjas son monoicas (hermafroditas), lo que significa que un individuo puede producir ambos gametos (óvulos y espermatozoides) simultáneamente. En algunas esponjas, la producción de gametos puede ocurrir a lo largo del año, mientras que otras esponjas pueden mostrar ciclos sexuales dependiendo de la temperatura del agua. Las esponjas también pueden volverse hermafroditas secuencialmente, produciendo ovocitos primero y espermatozoides después. Los ovocitos surgen por la diferenciación de amebocitos y se retienen dentro del espongocoel, mientras que los espermatozoides resultan de la diferenciación de los coanocitos y son expulsados a través del ósculo. La eyección de espermatozoides puede ser un evento cronometrado y coordinado, como se ve en ciertas especies. Los espermatozoides transportados por las corrientes de agua pueden fertilizar los ovocitos transportados en el mesofilo de otras esponjas. El desarrollo temprano de las larvas ocurre dentro de la esponja, y las larvas que nadan libres se liberan a través del ósculo.
Locomoción
Las esponjas son generalmente sésiles cuando son adultas y pasan la vida unidas a un sustrato fijo. No muestran movimiento a grandes distancias como otros invertebrados marinos de natación libre. Sin embargo, las células esponjosas son capaces de arrastrarse a lo largo de los sustratos mediante plasticidad organizacional En condiciones experimentales, los investigadores han demostrado que las células esponjosas diseminadas sobre un soporte físico demuestran una ventaja para el movimiento dirigido. Se ha especulado que este movimiento rastrero localizado puede ayudar a que las esponjas se ajusten a microambientes cercanos al punto de unión. Cabe señalar, sin embargo, que este patrón de movimiento ha sido documentado en laboratorios, pero queda por observar en hábitats de esponjas naturales.
Resumen
Los animales incluidos en el filo Porifera son parazoos porque no muestran la formación de tejidos verdaderos (excepto en la clase Hexactinellida). Estos organismos muestran una organización muy sencilla, con un endoesqueleto rudimentario. Las esponjas tienen múltiples tipos de células que están orientadas a ejecutar diversas funciones metabólicas. Aunque estos animales son muy sencillos, realizan varias funciones fisiológicas complejas.
Glosario
- amebocitos
- célula esponjosa con múltiples funciones, incluyendo suministro de nutrientes, formación de óvulos, entrega de esperma y diferenciación celular
- coanocito
- (también, célula collar) célula esponjosa que funciona para generar una corriente de agua y para atrapar e ingerir partículas de alimentos a través de la fagocitosis
- gemmule
- estructura producida por reproducción asexual en esponjas de agua dulce donde se invierte la morfología
- invertebrados
- (también, invertebrados) categoría de animales que no poseen cráneo o columna vertebral
- mesohyl
- Gel similar al colágeno que contiene células suspendidas que realizan diversas funciones en la esponja
- osculum
- gran abertura en el cuerpo de la esponja a través de la cual sale el agua
- ostium
- poro presente en el cuerpo de la esponja a través del cual entra el agua
- pinacocitos
- célula epitelial que forma la capa más externa de esponjas y encierra una sustancia gelatinosa llamada mesohyl
- Porifera
- filo de animales sin tejidos verdaderos, pero un cuerpo poroso con endoesqueleto rudimentario
- esclerocito
- célula que secreta espículas de sílice en el mesohyl
- espícula
- estructura hecha de sílice o carbonato de calcio que proporciona soporte estructural para esponjas
- espongocoel
- cavidad central dentro del cuerpo de algunas esponjas