stringtranslate.com

Цветочная корзина Венеры

Цветочная корзинка Венеры ( Euplectella aspergillum ) — стеклянная губка из типа Porifera . Это морская губка, обитающая в глубоких водах Тихого океана , обычно на глубине менее 500 м (1600 футов). Как и другие губки, они питаются, фильтруя морскую воду и улавливая планктон и морской снег . [1] Подобно другим стеклянным губкам, они строят свой скелет из кремнезема , который образует уникальную решетчатую структуру спикул. Губки обычно имеют высоту от 10 см (3,9 дюйма) до 30 см (12 дюймов), а их тела служат убежищем для их партнеров-креветок-мутуалистов. Такая структура тела представляет большой интерес в материаловедении, поскольку оптические [2] и механические [3] свойства в некотором смысле превосходят искусственные материалы. Мало что известно об их способах размножения, однако динамика жидкости в структуре их тела, вероятно, влияет на размножение, и предполагается, что они могут быть гермафродитами . [4]

Собранный экземпляр Euplectella aspergillum.

Естественная среда

Цветочные корзины Венеры находятся в западной части Тихого океана недалеко от Филиппинских островов. Другие виды этого рода встречаются во всех океанах по всему миру, в том числе вблизи Японии и в Индийском океане. [4]

Средой обитания этой губки являются скалистые участки донного морского дна, где она живет и растет, связанная с твердым субстратом на протяжении всей своей жизни. Его можно найти на глубине от 100 до 1000 м (от 330 до 3300 футов) ниже поверхности океана, и чаще всего он встречается на глубинах более 500 м. [4] Более конкретно, они имеют тенденцию закрепляться в мягких отложениях из-за природы их спикул.

Связывая среду обитания с морфологией, эту губку часто можно встретить обитающей в рыхлых, мутных отложениях, что заставляет их развивать структуру, которая помогает им оставаться на морском дне. [5]

Морфология

Крупный план сложной решетки цветочной корзины Венеры.
Euplectella aspergillum на глубине 2572 метра

Тело трубчатое, изогнутое, корзинчатое, состоит из триаксонных спикул . Тело пронизано многочисленными отверстиями, которые представляют собой не настоящие устья, а просто теменные щели. Присутствует система каналов сиконоидного типа, где устья сообщаются с входящими каналами, которые сообщаются с радиальными каналами через прозопилы, которые, в свою очередь, открываются в спонгоцель и наружу через оскулум .

Строение тела этих животных представляет собой тонкостенную цилиндрическую трубку вазообразной формы с крупным центральным предсердием. Тело полностью состоит из кремнезема в виде 6-конечных кремниевых спикул , поэтому их широко называют стеклянными губками. Спикулы состоят из трех перпендикулярных лучей, что придает им шесть точек. Спикулы — это микроскопические, похожие на булавки структуры внутри тканей губки, которые обеспечивают структурную поддержку губки. Именно сочетание форм спикул в тканях губки помогает идентифицировать вид. В случае стеклянных губок спикулы «сплетаются» вместе, образуя очень тонкую сетку, которая придает телу губки жесткость, не свойственную другим видам губок, и позволяет стеклянным губкам выживать на больших глубинах в толще воды.

Предполагается, что губка использует биолюминесценцию для привлечения планктона. [6] Его решетчатая форма также позволяет содержать в нем животных, таких как креветки, оставаясь при этом укорененными в земле.

Было обнаружено, что их своеобразные скелетные мотивы оказывают важное гидродинамическое воздействие как на уменьшение сопротивления, испытываемого губкой, так и на обеспечение последовательных вихревых движений внутри полости тела, что, возможно, способствует избирательному фильтрующему питанию и половому размножению. [7] В исследовании, проведенном итальянским исследователем, трехмерная модель Цветочной корзины Венеры использовалась для моделирования потока молекул воды в ее решетку и из нее. Исследователи обнаружили, что, уменьшая сопротивление губки, она также создает внутри губки мельчайшие вихри, которые облегчают смешивание ее сперматозоидов и яйцеклеток; кроме того, это делает кормление креветок, живущих внутри решетки, более эффективным. [7]

E. aspergillum отличается наличием закрепительных базалий с шестью зубцами и диактинов. [8]

Скелет этих губок среди других биоматериалов также содержит наночастицы кремнезема. [5]

Воспроизведение

Как сказано во введении, о размножении мало что известно. Сперматозоиды были обнаружены в одном образце E. aspergillum в соединительной ткани и были описаны как агрегированные скопления внутри очень тонких нитевидных придатков. [9] Это могло бы способствовать идее о том, что этот вид является гермафродитом. Хотя эти губки сидячие, сперма может переноситься током, а яйцеклетки, оставшиеся в другом организме, могут быть оплодотворены. [10] Также предполагается, что этот вид размножается половым путем, о чем можно судить по наличию у них «паттернов внутренней рециркуляции». [11]   

Красные креветки можно увидеть в стеклянной губке.

Мутуалистические отношения

В губках часто обитают креветки из стеклянной губки , обычно это размножающаяся пара, которые обычно не могут покинуть решетку губки из-за своего размера. Следовательно, они живут внутри и вокруг этих губок, где креветки поддерживают мутуалистические отношения с губкой, пока не умрут. Креветки живут и спариваются в укрытии, которое обеспечивает губка, а взамен они также очищают губку изнутри. Возможно, это повлияло на принятие губки как символа бессмертной любви в Японии , где скелеты этих губок преподносятся в качестве свадебных подарков. [12] [13] [6] [14]

Экология

Хотя об экологии этих губок мало что известно, больше исследований было проведено по ее классу — губкам Hexactinellid. Гексатинеллиды в Тихом океане образуют рифы на морском дне, многие из которых сейчас вымерли, но процветали в юрский период. Роль, которую они играют в экологии, может быть связана с их питанием планктоном в глубоком море, который производит углерод в их среде обитания. [15] Помимо этого, они могут содержать множество животных, обитающих на морском дне, включая креветок, упомянутых в предыдущих разделах.

Роль экосистемы/Другие факты

В исследовании, проведенном с использованием различных стеклянных губок, было отмечено, что из Цветочной корзины Венеры трудно извлечь какую-либо дополнительную информацию из-за того, насколько она недоступна. Однако при контакте со щелочами эти губки проявили высокую устойчивость, что заставило исследователей поверить в то, что они потенциально содержат биоматериалы, такие как хитин, которые могут служить структурным компонентом этого вида. Это исследование предполагает, что, поскольку E. aspergillum и подобные виды являются природными композитами, содержащими ценные биоматериалы, они могут иметь важное значение в биомедицине и будущей биотехнологии. [5]

Антропоморфные приложения

Кремнеземные спикулы Euplectella aspergillum

Стекловидные волокна длиной 5–20 сантиметров (2–8 дюймов), которыми губка прикрепляется ко дну океана, и тонкие, как человеческий волос, представляют интерес для исследователей волоконной оптики . [2] [16] Губка извлекает кремниевую кислоту из морской воды и превращает ее в кремнезем , а затем формирует из него сложный скелет из стеклянных волокон. Другие губки, такие как оранжевая губка-дождевик ( Tethya aurantium ), также могут производить стекло биологическим путем. Современный процесс производства оптических волокон требует высоких температур и приводит к хрупкому волокну. Низкотемпературный процесс создания и расположения таких волокон, вдохновленный губками, может обеспечить больший контроль над оптическими свойствами волокон. Эти наноструктуры также потенциально полезны для создания более эффективных и недорогих солнечных элементов. Кроме того, его скелетная структура вдохновила на создание нового типа структурной решетки с более высоким соотношением прочности и веса, чем другие квадратные решетки с диагональным усилением, используемые в инженерных целях. [6] [17]

Эти губчатые скелеты имеют сложную геометрическую конфигурацию, жесткость которых тщательно изучалась, предел текучести и минимальное распространение трещин. Алюминиевая трубка (алюминий и стекло имеют одинаковый модуль упругости ) равной длины, эффективной толщины и радиуса, но равномерно распределенная, имеет жесткость, составляющую 1/100 жесткости. [18]

Помимо этих замечательных структурных свойств, Falcucci et al. обнаружили, что их своеобразные скелетные мотивы оказывают важное гидродинамическое воздействие как на уменьшение сопротивления, испытываемого губкой, так и на обеспечение последовательных вихревых движений внутри полости тела, возможно, способствующих избирательному фильтрующему питанию и половому размножению. [7] [11]

Работа Рао по биомимикрии в архитектуре описывает архитектурное вдохновение, почерпнутое из структуры Цветочной корзины Венеры, особенно в связи с дизайном Нормана Фостера башни Корнишона в Лондоне . [19]

Рекомендации

  1. ^ «Стеклянные губки сделаны из стекла? : Факты исследования океана: Управление океанических исследований и исследований NOAA» . Oceanexplorer.noaa.gov . Проверено 11 апреля 2022 г.
  2. ^ аб Кибл, Стивен (4 апреля 2022 г.). «Глубоководная стеклянная губка». Австралийский музей .
  3. ^ «Тайны цветочной корзины Венеры» (PDF) .
  4. ^ abc Соарес, Бо Маккензи. «Эуплектелла аспергиллум». Сеть разнообразия животных .
  5. ^ abc Эрлих, Герман (2007). «Губки как природные композиты: от биомиметического потенциала к разработке новых биоматериалов». Исследования Porifera: биоразнообразие, инновации и устойчивость .
  6. ^ abc Ренкен, Елена (11 января 2021 г.). «Загадочная сила стеклянного скелета морской губки». Журнал Кванта . Проверено 11 апреля 2022 г.
  7. ^ abc Фалькуччи, Джакомо; Амати, Джорджио; Фанелли, Пьерлуиджи; Крастев, Веселин К.; Полверино, Джованни; Порфири, Маурицио; Суччи, Сауро (21 июля 2021 г.). «Моделирование экстремальных потоков выявляет скелетные адаптации глубоководных губок». Природа . 595 (7868): 537–541. arXiv : 2305.10901 . дои : 10.1038/s41586-021-03658-1. ISSN  1476-4687. PMID  34290424. S2CID  236176161.
  8. ^ Лейс, СП; Маки, ГО; Райсвиг, HM (01 января 2007 г.), Биология стеклянных губок, Достижения в морской биологии, том. 52, Academic Press, стр. 1–145, номер документа : 10.1016/s0065-2881(06)52001-2, ISBN. 9780123737182, PMID  17298890 , получено 5 декабря 2022 г.
  9. ^ Шульце, Франц Эйльхард (1880). «XXIV.— О строении и расположении мягких частей Euplectella aspergillum». Труды Королевского общества Эдинбурга . 29 (2): 661–673. дои : 10.1017/S0080456800026181. ISSN  0080-4568. S2CID  88186210.
  10. ^ В., РБ; Байер, FM; Овре, HB (апрель 1968 г.). «Свободноживущие низшие беспозвоночные». Труды Американского микроскопического общества . 87 (2): 273. дои : 10.2307/3224459. JSTOR  3224459.
  11. ^ аб Фалькуччи, Джакомо; Амати, Джорджио; Фанелли, Пьерлуиджи; Крастев, Веселин К.; Полверино, Джованни; Порфири, Маурицио; Суччи, Сауро (22 июля 2021 г.). «Моделирование экстремальных потоков выявляет скелетные адаптации глубоководных губок». Природа . 595 (7868): 537–541. arXiv : 2305.10901 . дои : 10.1038/s41586-021-03658-1. ISSN  0028-0836. PMID  34290424. S2CID  236176161.
  12. ^ «Глубоководная история любви». Океанический институт Шмидта . Проверено 11 апреля 2022 г.
  13. ^ «Зверь недели: цветочные корзины Венеры Euplectellidae» . НИВА . 06.11.2014 . Проверено 11 апреля 2022 г.
  14. ^ Шепф, Верена; Росс, Клэр. «Глубоководная история любви». Океанический институт Шмидта .
  15. ^ Чу, Jwf; Лейс, Сп (04 ноября 2010 г.). «Картирование структуры сообщества в высоком разрешении трех стеклянных губчатых рифов (Porifera, Hexactinellida)». Серия «Прогресс в области морской экологии» . 417 : 97–113. дои : 10.3354/meps08794 . ISSN  0171-8630.
  16. ↑ Макколл, Уильям (20 августа 2003 г.). «Стеклянная губка имеет лучшую волоконную оптику, чем искусственная»
  17. ^ Фернандес, Матеус К.; Айзенберг, Джоанна; Уивер, Джеймс К.; Бертольди, Катя (21 сентября 2020 г.). «Механически прочные решетки, вдохновленные глубоководными стеклянными губками». Природные материалы . 20 (2): 237–241. дои : 10.1038/s41563-020-0798-1. ISSN  1476-4660. PMID  32958878. S2CID  221824575.
  18. ^ «Чему природа учит нас работе под давлением - ZBglobal» . www.zbglobal.com . Проверено 11 апреля 2022 г.
  19. ^ Рао, Раджшекхар (2014). «Биомимикрия в архитектуре» (PDF) . Международный журнал перспективных исследований в области гражданского, структурного, экологического и инфраструктурного проектирования и развития . 1 : 101–107 – через ISRJournals and Publications.

Внешние ссылки