Раковина моллюска ( или моллюска [написание 1] ) обычно представляет собой известковый экзоскелет , который охватывает, поддерживает и защищает мягкие части животного в типе Mollusca , который включает улиток , двустворчатых моллюсков , бивневых раковин и несколько других классов. Не все моллюски с раковиной живут в море; многие живут на суше и в пресной воде.
Считается, что у предкового моллюска была раковина, но впоследствии она была утрачена или редуцирована у некоторых семейств, таких как кальмары, осьминоги и некоторые более мелкие группы, такие как хвостатые якорцы и соленогастры . [1] Сегодня более 100 000 ныне живущих видов имеют раковину; ведутся споры о том, образуют ли эти моллюски, имеющие раковины, монофилетическую группу (conchifera) или же моллюски без раковин вклиниваются в их генеалогическое древо. [2]
Малакология , научное изучение моллюсков как живых организмов, имеет раздел, посвященный изучению раковин, и он называется конхология — хотя эти термины раньше использовались и в меньшей степени используются до сих пор как взаимозаменяемые, даже учеными (это более распространено в Европе).
У некоторых видов моллюсков часто наблюдается значительная степень вариации точной формы, рисунка, орнаментации и цвета раковины.
Раковина моллюска формируется, восстанавливается и поддерживается частью анатомии, называемой мантией . Любые повреждения или ненормальные состояния мантии обычно отражаются на форме и даже цвете раковины. Когда животное сталкивается с суровыми условиями, которые ограничивают его запасы пищи или иным образом заставляют его впадать в спячку на некоторое время, мантия часто перестает вырабатывать вещество раковины. Когда условия снова улучшаются и мантия возобновляет свою работу, образуется «линия роста». [3] [4]
Край мантии выделяет раковину, состоящую из двух компонентов. Органическая составляющая в основном состоит из полисахаридов и гликопротеинов; [5] ее состав может сильно различаться: некоторые моллюски используют широкий спектр генов, контролирующих хитин, для создания своей матрицы, тогда как другие экспрессируют только один, что предполагает, что роль хитина в каркасе раковины сильно варьируется; [6] он может даже отсутствовать у моноплакофоры. [7] Эта органическая структура контролирует образование кристаллов карбоната кальция [8] [9] (никогда фосфата, [10] за сомнительным исключением Cobcrephora [11] ), и диктует, когда и где кристаллы начинают и прекращают расти, и как быстро они расширяются; она даже контролирует полиморф отложенного кристалла, [6] [12] контролируя расположение и удлинение кристаллов и предотвращая их рост, где это уместно. [5]
Формирование раковины требует определенных биологических механизмов. Раковина откладывается в небольшом отсеке, экстрапаллиальном пространстве, которое изолировано от окружающей среды периостракумом , кожистым внешним слоем вокруг края раковины, где происходит рост. Он закрывает экстрапаллиальное пространство, которое ограничено на других поверхностях существующей раковиной и мантией. [2] : 475 Периостракум действует как каркас, на котором может быть подвешен внешний слой карбоната, но также, запечатывая отсек, позволяет накапливать ионы в концентрациях, достаточных для кристаллизации. Накопление ионов осуществляется ионными насосами, упакованными в кальцифицирующий эпителий. [2] Ионы кальция поступают из окружающей среды организма через жабры, кишечник и эпителий, транспортируются гемолимфой («кровью») в кальцифицирующий эпителий и хранятся в виде гранул внутри или между клетками, готовых к растворению и закачке в экстрапаллиальное пространство, когда они необходимы. [2] Органическая матрица образует каркас, который направляет кристаллизацию, а отложение и скорость кристаллов также контролируются гормонами, вырабатываемыми моллюском. [2] : 475 Поскольку экстрапаллиальное пространство перенасыщено, можно считать, что матрица препятствует, а не способствует отложению карбоната; хотя она действует как точка зарождения для кристаллов и контролирует их форму, ориентацию и полиморф, она также прекращает их рост, как только они достигают необходимого размера. [2] Зарождение является эндоэпителиальным у Neopilina и Nautilus , но экзоэпителиальным у двустворчатых моллюсков и брюхоногих моллюсков. [13]
Формирование раковины включает ряд генов и факторов транскрипции. В целом, факторы транскрипции и сигнальные гены глубоко консервативны, но белки в секретоме являются высокопроизводными и быстро эволюционируют. [14] engrailed служит для обозначения края поля раковины; dpp контролирует форму раковины, а Hox1 и Hox4 были вовлечены в начало минерализации. [15] У эмбрионов брюхоногих моллюсков Hox1 экспрессируется там, где раковина нарастает; [16] однако не было обнаружено никакой связи между генами Hox и формированием раковины головоногих моллюсков. [17] Перлюцин увеличивает скорость, с которой карбонат кальция осаждается, образуя раковину, в насыщенной морской воде; [18] этот белок относится к той же группе белков ( лектины C-типа ), что и те, которые отвечают за образование яичной скорлупы и кристаллов панкреатических камней, но роль лектинов C-типа в минерализации неясна. [18] Перлюцин действует совместно с перлюстрином, [18] меньшим родственником люстрина А , белка, отвечающего за эластичность органических слоев, что делает перламутр таким устойчивым к растрескиванию. [19] Люстрин А имеет замечательное структурное сходство с белками, участвующими в минерализации диатомовых водорослей , хотя диатомовые водоросли используют кремний, а не кальцит, для формирования своих раковин! [20]
Область секреции оболочки дифференцируется очень рано в эмбриональном развитии. Область эктодермы утолщается, затем инвагинирует, чтобы стать «раковинной железой». Форма этой железы связана с формой взрослой раковины; у брюхоногих это простая ямка, тогда как у двустворчатых она образует бороздку, которая в конечном итоге станет линией шарнира между двумя раковинами, где они соединяются связкой. [2] Впоследствии железа эвагинирует у моллюсков, которые производят внешнюю раковину. [2] Во время инвагинации вокруг отверстия инвагинации образуется периостракум, который сформирует каркас для развивающейся раковины, что позволяет откладывать раковину, когда железа выворачивается. [2] Во время формирования раковины экспрессируется широкий спектр ферментов, включая карбоангидразу, щелочную фосфатазу и ДОФА-оксидазу (тирозиназу)/пероксидазу. [2]
Форма раковины моллюска ограничена экологией организма. У моллюсков, экология которых меняется от личиночной до взрослой формы, морфология раковины также претерпевает выраженную модификацию при метаморфозе. [14] Раковина личинки может иметь совершенно иную минералогию, чем раковина взрослой особи, возможно, образованная из аморфного кальцита, в отличие от раковины взрослой особи из арагонита. [2]
У тех моллюсков с раковиной, которые имеют неопределенный рост , раковина постоянно растет в течение жизни моллюска путем добавления карбоната кальция к переднему краю или отверстию. Таким образом, раковина постепенно становится длиннее и шире, в увеличивающейся спиральной форме, чтобы лучше вместить растущее животное внутри. Раковина утолщается по мере роста, так что она остается пропорционально прочной для своего размера.
Потеря раковины у взрослых особей некоторых брюхоногих моллюсков достигается путем сбрасывания личиночной раковины; у других брюхоногих моллюсков и головоногих моллюсков раковина теряется или деминерализуется путем резорбции ее карбонатного компонента мантийной тканью. [21]
Сотни [14] растворимых [22] и нерастворимых [23] белков контролируют формирование раковины. Они секретируются в экстрапаллиальное пространство мантией, которая также секретирует гликопротеины, протеогликаны, полисахариды и хитин, составляющие органическую матрицу раковины. [2] Нерастворимые белки, как правило, считаются играющими более важную/главную роль в контроле кристаллизации. [22] Органическая матрица раковин, как правило, состоит из β-хитина и фиброина шелка. [24] Перлюцин способствует отложению карбоната и находится на границе хитинового и арагонитового слоев в некоторых раковинах. [18] Кислотная матрица раковины, по-видимому, необходима для формирования раковины, по крайней мере, у головоногих моллюсков; матрица в неминерализованном гладиусе кальмара является основной. [25]
У устриц и, возможно, большинства моллюсков, перламутровый слой имеет органический каркас из белка MSI60, который имеет структуру, немного похожую на паучий шелк, и образует слои; [23] призматический слой использует MSI31 для построения своего каркаса. Он также образует бета-складчатые слои. [23] Поскольку кислые аминокислоты, такие как аспарагиновая кислота и глутаминовая кислота, являются важными медиаторами биоминерализации, белки раковины, как правило, богаты этими аминокислотами. [26] Аспарагиновая кислота, которая может составлять до 50% белков каркаса раковины, наиболее распространена в кальцитовых слоях, а также в большом количестве присутствует в арагонитовых слоях. Белки с высокой долей глутаминовой кислоты обычно связаны с аморфным карбонатом кальция. [24]
Растворимый компонент матрицы оболочки действует, ингибируя кристаллизацию, когда находится в растворимой форме, но когда он прикрепляется к нерастворимому субстрату, он допускает зарождение кристаллов. Переключаясь из растворенной в прикрепленную форму и обратно, белки могут производить всплески роста, создавая кирпичную структуру оболочки. [2]
Возможно, информацию о белках оболочки можно будет использовать в систематике брюхоногих моллюсков , например, для различения видового разнообразия, но методы требуют дальнейшей разработки. [27]
Образование раковины у моллюсков, по-видимому, связано с секрецией аммиака, который образуется из мочевины. Присутствие иона аммония повышает pH экстрапаллиальной жидкости, способствуя отложению карбоната кальция. Этот механизм был предложен не только для моллюсков, но и для других неродственных минерализующихся линий. [28]
Слои карбоната кальция в раковине обычно бывают двух типов: внешний, мелоподобный призматический слой и внутренний жемчужный, пластинчатый или перламутровый слой. Слои обычно включают вещество, называемое конхиолином , часто для того, чтобы помочь связать кристаллы карбоната кальция вместе. Конхиолин в основном состоит из белков, дубленых хиноном .
Периостракум и призматический слой секретируются краевой полосой клеток, так что оболочка растет на ее внешнем крае. Наоборот, перламутровый слой происходит от основной поверхности мантии. [29]
Некоторые ракушки содержат пигменты, которые включены в структуру. Это то, что объясняет поразительные цвета и узоры, которые можно увидеть в некоторых видах морских ракушек и раковинах некоторых тропических наземных улиток. Эти пигменты ракушек иногда включают такие соединения, как пирролы и порфирины .
Раковины почти всегда состоят из полиморфов карбоната кальция - либо кальцита, либо арагонита. Во многих случаях, например, в раковинах многих морских брюхоногих моллюсков, различные слои раковины состоят из кальцита и арагонита. У некоторых видов, обитающих вблизи гидротермальных источников, для построения раковины используется сульфид железа . Фосфат никогда не используется моллюсками, [10] за исключением Cobcrephora , чье сродство к моллюскам неопределенно. [11]
Раковины представляют собой композитные материалы из карбоната кальция (встречаются либо в виде кальцита , либо арагонита ) и органических макромолекул (в основном белков и полисахаридов). Раковины могут иметь многочисленные ультраструктурные мотивы, наиболее распространенными из которых являются скрещенно-пластинчатые (арагонит), призматические (арагонит или кальцит), гомогенные (арагонит), листоватые (арагонит) и перламутровые (арагонит). Хотя перламутр не является самым распространенным, он является наиболее изученным типом слоя.
У большинства моллюсков с раковиной раковина достаточно велика для того, чтобы все мягкие части могли втягиваться внутрь при необходимости, для защиты от хищников или от высыхания. Однако существует много видов брюхоногих моллюсков, у которых раковина несколько или значительно уменьшена, так что она обеспечивает некоторую степень защиты только для висцеральной массы, но недостаточно велика, чтобы позволить втягивание других мягких частей. Это особенно распространено у заднежаберных и у некоторых легочных , например, у полуслизней .
У некоторых брюхоногих моллюсков нет раковины вообще или есть только внутренняя раковина или внутренние известковые гранулы, и такие виды часто называют слизняками . Полуслизняки — это легочные слизни с сильно редуцированной внешней раковиной, которая в некоторых случаях частично покрыта мантией.
Форма раковины моллюска контролируется как факторами транскрипции (такими как engrailed и decapentaplegic ), так и скоростью развития. Считается, что упрощение формы раковины относительно легко эволюционировало, и многие линии брюхоногих моллюсков независимо утратили сложную спиральную форму. Однако повторное обретение спиральности требует множества морфологических модификаций и встречается гораздо реже. Несмотря на это, это все еще возможно; это известно по одной линии, которая была развернута в течение как минимум 20 миллионов лет, прежде чем изменила сроки своего развития, чтобы восстановить спиральную морфологию. [30]
По крайней мере, у двустворчатых моллюсков форма меняется в процессе роста, но характер роста постоянен. В каждой точке вокруг отверстия раковины скорость роста остается постоянной. Это приводит к тому, что разные области растут с разной скоростью, и, таким образом, раковина сворачивается и меняется в своей форме — выпуклости и форме отверстия — предсказуемым и последовательным образом. [31]
Форма раковины имеет как экологический, так и генетический компонент; клоны брюхоногих моллюсков могут проявлять различную морфологию раковины. Действительно, внутривидовая изменчивость может быть во много раз больше межвидовой изменчивости. [32]
Для описания формы раковины моллюска используется ряд терминов: у одностворчатых моллюсков эндогастральная раковина закручена назад (от головы), тогда как экзогастральная раковина закручена вперед; [33] эквивалентные термины у двустворчатых моллюсков — опистогиратный и прозогиратный соответственно. [34]
Перламутр , обычно известный как перламутр, образует внутренний слой структуры раковины у некоторых групп брюхоногих и двустворчатых моллюсков, в основном у более древних семейств, таких как верхние улитки ( Trochidae ) и жемчужницы ( Pteriidae ). Как и другие известковые слои раковины, перламутр создается эпителиальными клетками (образованными эктодермой зародышевого слоя ) мантийной ткани. Однако перламутр, по-видимому, не представляет собой модификацию других типов раковин, поскольку он использует особый набор белков. [35]
Ископаемая летопись показывает, что все классы моллюсков произошли около 500 миллионов лет назад [36] от панцирного предка, выглядящего как современная моноплакофора, и что изменения формы раковины в конечном итоге привели к формированию новых классов и образов жизни. [37] Однако растущий объем молекулярных и биологических данных указывает на то, что по крайней мере некоторые особенности раковины развивались много раз независимо. [38] Перламутровый слой раковин представляет собой сложную структуру, но вместо того, чтобы быть сложным для эволюции, он фактически возникал много раз конвергентно. [38] Гены, используемые для контроля его образования, сильно различаются между таксонами: менее 10% (не домашних) генов, экспрессируемых в раковинах, которые производят перламутр брюхоногих моллюсков, также обнаружены в эквивалентных раковинах двустворчатых моллюсков: и большинство этих общих генов также обнаружены в органах минерализации в линии вторичноротых. [6] Независимое происхождение этой черты дополнительно подтверждается кристаллографическими различиями между кладами: ориентация осей отложенных арагонитовых «кирпичей», составляющих перламутровый слой, различна у каждой из моноплакофор, брюхоногих моллюсков и двустворчатых моллюсков. [6]
Раковины моллюсков (особенно те, которые образованы морскими видами) очень прочны и переживают мягкотелых животных, которые их производят, на очень долгое время (иногда на тысячи лет, даже не окаменев). Большинство раковин морских моллюсков окаменевают довольно легко, и ископаемые раковины моллюсков датируются аж кембрийским периодом. Большие количества раковин иногда образуют осадок и в течение геологического периода могут спрессоваться в известняковые отложения.
Большая часть ископаемых останков моллюсков состоит из их раковин, поскольку раковина часто является единственной минерализованной частью моллюска (однако см. также Aptychus и operculum ). Раковины обычно сохраняются в виде карбоната кальция – обычно любой арагонит псевдоморфизирован с кальцитом. [39] Арагонит может быть защищен от перекристаллизации, если вода удерживается углеродистым материалом, но он не накапливался в достаточном количестве до карбона; следовательно, арагонит старше карбона практически неизвестен: но исходную кристаллическую структуру иногда можно вывести при удачных обстоятельствах, например, если водоросль плотно покрывает поверхность раковины или если фосфатная плесень быстро образуется во время диагенеза. [39]
У безраковинных аплакофоров хитиновая кутикула, которую сравнивают с каркасом раковины; предполагается, что дубление этой кутикулы в сочетании с экспрессией дополнительных белков могло подготовить эволюционную стадию для секреции известковой раковины у предкового моллюска, похожего на аплакофоры. [40]
Раковина моллюска была интернализована в ряде линий, включая колеоидных головоногих и многие линии брюхоногих моллюсков. Деторсия брюхоногих моллюсков приводит к образованию внутренней оболочки и может быть вызвана относительно небольшими изменениями в развитии, такими как вызванные воздействием высоких концентраций платины. [41]
Процессы формирования узоров в раковинах моллюсков были успешно смоделированы с использованием одномерных систем реакции-диффузии , в частности системы Гирера-Майнхардта, которая в значительной степени опирается на модель Тьюринга . [42]
Перламутровый слой раковин моноплакофор, по-видимому, претерпел некоторые изменения. В то время как нормальный перламутр, и, действительно, часть перламутрового слоя одного вида моноплакофор ( Veleropilina zografi ), состоит из «кирпичеподобных» кристаллов арагонита, у моноплакофор эти кирпичи больше похожи на слоистые листы. [7] Ось c перпендикулярна стенке раковины, а ось a параллельна направлению роста. Предполагается, что этот листоватый арагонит произошел от перламутрового слоя, с которым его исторически путали, но представляет собой новинку среди моллюсков. [7]
Раковины хитонов состоят из восьми перекрывающих друг друга известковых створок , окруженных пояском.
У некоторых морских родов в ходе нормального роста животное проходит периодические стадии покоя, когда раковина не увеличивается в общем размере, но вместо этого образуется сильно утолщенная и укрепленная губа. Когда эти структуры образуются повторно при нормальном росте между стадиями, доказательства этого образца роста видны на внешней стороне раковины, и эти необычные утолщенные вертикальные области называются варикозными узлами , единственное число « варикоз ». Варикозные узлы типичны для некоторых семейств морских брюхоногих моллюсков, включая Bursidae , Muricidae и Ranellidae .
Наконец, брюхоногие моллюски с определенным типом роста могут создавать единую и конечную губную структуру при приближении к зрелости, после чего рост прекращается. К ним относятся каури ( Cypraeidae ) и шлемоносные раковины ( Cassidae ), обе с загнутыми внутрь губами, настоящие раковины ( Strombidae ), у которых развиваются расширяющиеся губы, и многие наземные улитки , у которых развиваются зубчатые структуры или суженные отверстия по достижении полного размера.
Наутилусы — единственные сохранившиеся головоногие моллюски , имеющие внешнюю раковину. Вымершие головоногие с внешней раковиной включают других наутилоидей и подкласс аммоноидей . Каракатицы , кальмары , спирулы , вампиры-кальмары и цирратные осьминоги имеют небольшие внутренние раковины. Самки осьминогов рода Argonauta выделяют специализированную тонкую как бумага яйцевую оболочку, в которой они частично находятся, и ее обычно считают «раковиной», хотя она не прикреплена к телу животного.
Раковина двустворчатых моллюсков состоит из двух частей — двух створок, которые шарнирно соединены между собой и соединены связкой.
Раковина многих скафоподов («бивневые панцири») по общей форме напоминает миниатюрный бивень слона , за исключением того, что она полая и открыта с обоих концов.
Как структура, состоящая в основном из карбоната кальция, раковины моллюсков уязвимы к воздействию кислотных паров. Это может стать проблемой, когда раковины находятся на хранении или на выставке и находятся в непосредственной близости от неархивных материалов, см. болезнь Байна .
{{cite book}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite journal}}
: Отсутствует или пусто |title=
( помощь )