Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Виды губок
Species of sponge
Кошачьи цветы (Euplectella aspergillum) – стеклянная губка из типа Porifera. Это морская губка, обитающая в глубоких водах Тихого океана, обычно на глубинах ниже. Как и другие губки, они питаются, фильтруя морскую воду для захвата планктона и морского снега. Подобно другим стеклянным губкам, они строят свои скелеты из кремнезема, формируя уникальную решетчатую структуру из спикул. Высота губок обычно составляет от … до …, а их тела служат убежищем для их симбиотических креветок. Эта структура тела представляет большой интерес для материаловедения, поскольку ее оптические и механические свойства в некоторых аспектах превосходят свойства искусственных материалов. О способах их размножения известно немного, однако гидродинамика их структуры тела, вероятно, влияет на размножение, и существует гипотеза о том, что они могут быть гермафродитами. Эта губка обитает на скалистых участках бентосного морского дна, где она живет и растет, прикрепляясь к твердому субстрату на протяжении всей своей жизни. Встречается на глубине от 100 до 1000 м (от 330 до 3300 футов) ниже поверхности океана, и наиболее распространена на глубинах более 500 м.
The Venus' flower basket (Euplectella aspergillum) is a glass sponge in the phylum Porifera. It is a marine sponge found in the deep waters of the Pacific Ocean, usually at depths below Like other sponges, they feed by filtering sea water to capture plankton and marine snow. Similar to other glass sponges, they build their skeletons out of silica, which forms a unique lattice structure of spicules. The sponges are usually between and tall, and their bodies act as refuge for their mutualist shrimp partners. This body structure is of great interest in materials science as the optical and mechanical properties are in some ways superior to man made materials. Little is known regarding their reproduction habits, however fluid dynamics of their body structure likely influence reproduction and it is hypothesized that they may be hermaphroditic. This sponge's habitat is on the rocky areas of the benthic seafloor, where it lives and grows connected to hard substrate for its entire life. It can be found from 100 m to 1000 m (330 ft to 3300 ft) below the ocean's surface, and is most common at depths greater than 500 m.
Морфология
Тело трубчатое, изогнутое и напоминающее корзину, состоит из триаксоновых спикул. Тело пронизано многочисленными отверстиями, которые не являются настоящими устьями, а лишь париетальными зазорами. Присутствует сиконоидная система каналов, в которой устья сообщаются с приточными каналами, которые, в свою очередь, соединяются с радиальными каналами через просопилы, открывающимися в губчатую полость и наружу через оскулум. Строение тела этих животных представляет собой тонкостенную цилиндрическую трубку в форме вазы с большим центральным атриумом. Тело полностью состоит из кремнезема в виде 6-конечных кремнеземных спикул, поэтому их обычно называют стеклянными губками. Спикулы состоят из трех перпендикулярных лучей, образующих шесть концов. Спикулы – это микроскопические, игольчатые структуры в тканях губки, обеспечивающие структурную поддержку. Именно сочетание форм спикул в тканях губки помогает идентифицировать вид. У стеклянных губок спикулы "переплетаются", образуя очень тонкую сетку, придающую телу губки жесткость, не свойственную другим видам губок, и позволяющую им выживать на больших глубинах в водной толще. Предполагается, что губка использует биолюминесценцию для привлечения планктона. Ее решетчатая форма также позволяет ей служить убежищем для животных, таких как креветки, оставаясь при этом прикрепленной к грунту. Было обнаружено, что их своеобразные скелетные структуры оказывают важное гидродинамическое воздействие, как снижая сопротивление, испытываемое губкой, так и способствуя когерентным вихревым движениям внутри полости тела, возможно, для улучшения селективного фильтрования и полового размножения. В исследовании, проведенном итальянским ученым, трехмерная модель "Корзины цветов Венеры" была использована для моделирования потока молекул воды внутрь и наружу ее решетки. Исследователи обнаружили, что, уменьшая сопротивление губки, она также создает микровихри внутри губки, облегчающие смешивание сперматозоидов и яйцеклеток; кроме того, это повышает эффективность питания креветок, обитающих внутри ее решетки. Скелет этих губок также содержит наночастицы кремнезема среди других биоматериалов, что подтверждает идею о гермафродитизме вида. Хотя эти губки прикреплены к субстрату, сперматозоиды могут переноситься течением, а яйцеклетки, удерживаемые другим организмом, могут быть оплодотворены. Также предполагается, что этот вид размножается половым путем, что можно заключить по наличию у них "внутренних схем рециркуляции".
The body is tubular, curved and basket like and made up of triaxon spicules. The body is perforated by numerous apertures, which are not true ostia but simply parietal gaps. Syconoid type of canal system is present, where ostia communicate with incurrent canals, which communicates with radial canals through prosopyles which, in turn, open into the spongocoel and to the outside through the osculum. The body structure of these animals is a thin walled, cylindrical, vase shaped tube with a large central atrium. The body is composed entirely of silica in the form of 6 pointed siliceous spicules, which is why they are commonly known as glass sponges. The spicules are composed of three perpendicular rays, giving them six points. Spicules are microscopic, pin like structures within the sponge's tissues that provide structural support for the sponge. It is the combination of spicule forms within a sponge's tissues that helps identify the species. In the case of glass sponges, the spicules "weave" together to form a very fine mesh, which gives the sponge's body a rigidity not found in other sponge species and allows glass sponges to survive at great depths in the water column. It is speculated that the sponge harnesses bioluminescence to attract plankton. Its lattice shape also allows it to house animals like shrimp while remaining rooted in the ground. Their peculiar skeletal motifs have been found to have important fluid dynamic effects on both reducing the drag experienced by the sponge and in promoting coherent swirling motions inside the body cavity, arguably to promote selective filter feeding and sexual reproduction. In a study performed by Italian researcher, a three dimensional model of Venus' Flower Basket was utilized to simulate the flow of water molecules in and out of its lattice. The researchers found that, while reducing the sponge's drag, it also created minute vortices inside the sponge which facilitated the mixing of its sperm and eggs; additionally, making feeding more efficient for the shrimp living inside of its lattice. The skeleton of these sponges also contain silica nanoparticles among other biomaterials. This would contribute to the idea of the species being hermaphroditic. While these sponges are sessile, the sperm can be carried by the current and the ova that a different organism retained can be fertilized. It is also suggested that this species reproduces sexually, which can be deduced by the occurrence of their "internal recirculation patterns".
Взаимные отношения
В губках часто обнаруживают креветок-стекловидниц, как правило, размножающуюся пару, которые из-за своих размеров обычно не могут покинуть решетчатую структуру губки. В результате они живут внутри и вокруг этих губок, поддерживая взаимовыгодные отношения с ними на протяжении всей своей жизни. Креветки живут и размножаются в убежище, которое предоставляет губка, а взамен очищают ее внутреннюю поверхность. Возможно, это повлияло на то, что в Японии губка стала символом вечной любви, и скелеты этих губок преподносят в качестве свадебных подарков.
The sponges are often found to house glass sponge shrimp, usually a breeding pair, who are typically unable to exit the sponge's lattice due to their size. Consequently, they live in and around these sponges, where the shrimp perform a mutualistic relationship with the sponge until they die. The shrimp live and mate in the shelter that the sponge provides, and in return they also clean the inside of the sponge. This may have influenced the adoption of the sponge as a symbol of undying love in Japan, where the skeletons of these sponges are presented as wedding gifts.
Экология
Хотя об экологии этих губок известно немного, больше исследований было проведено по классу Hexactinellida (гексактинеллиды). В Тихом океане гексактинеллиды формируют рифы на морском дне, многие из которых в настоящее время вымерли, но процветали в юрский период. Их экологическая роль связана с питанием планктоном в глубоководье, что способствует выработке углерода в их среде обитания. Помимо этого, они служат домом для множества донных животных, включая креветок, упомянутых в предыдущих разделах.
While there is not much known about the ecology of these sponges, more research has been done on its class, Hexactinellid sponges. Hexactinellids in the Pacific ocean form reefs on the sea floor many of which are extinct now, but thrived in the Jurassic period. The role they play ecologically can be connected to their feeding on plankton in the deep sea, which produces carbon within their environments. Besides this, they can house many animals that reside on the seafloor, including the shrimps mentioned in previous sections.
Роль экосистемы/другие факты
В исследовании, проведенном с различными стеклянными губками, было отмечено, что получить дополнительную информацию о "Корзине Венеры" затруднительно из-за ее недоступности. Однако при контакте со щелочами эти губки продемонстрировали высокую устойчивость, что позволило исследователям предположить, что они потенциально содержат биоматериалы, такие как хитин, который может служить структурным компонентом этого вида. Данное исследование показывает, что пока E. aspergillum и подобные виды являются природными композитами, содержащими ценные биоматериалы, они могут иметь важное значение в биомедицине и будущей биотехнологии. Губка извлекает кремниевую кислоту из морской воды, преобразует ее в диоксид кремния, а затем формирует из него сложный скелет из стеклянных волокон. Другие губки, такие как оранжевая губка-пуф (Tethya aurantium), также способны биологически производить стекло. Современный процесс производства оптических волокон требует высоких температур и приводит к получению хрупкого волокна. Низкотемпературный процесс создания и упорядочивания таких волокон, вдохновленный губками, может обеспечить более точный контроль над оптическими свойствами волокон. Эти наноструктуры также потенциально полезны для создания более эффективных и недорогих солнечных элементов. Более того, скелетная структура губок послужила вдохновением для нового типа структурной решетки с более высоким отношением прочности к весу, чем у других диагонально усиленных квадратных решеток, используемых в инженерных приложениях. Скелеты этих губок имеют сложные геометрические конфигурации, которые широко изучались с точки зрения их жесткости, предела прочности и устойчивости к распространению трещин. Алюминиевая трубка (алюминий и стекло имеют схожий модуль упругости) той же длины, эффективной толщины и радиуса, но с однородным распределением материала, обладает жесткостью в 1/100 от жесткости губки. Помимо этих замечательных структурных свойств, Falcucci и др. обнаружили, что их уникальные скелетные мотивы обеспечивают важные гидродинамические эффекты, как в снижении сопротивления, испытываемого губкой, так и в стимулировании когерентных вихревых движений внутри полости тела, предположительно для улучшения селективного фильтрационного питания и полового размножения.
In a study done with various glass sponges, Venus' Flower Basket was noted to be difficult to extract any further information because of how inaccessible it serves to be. However, when in contact with alkali, these sponges showed a high resistance, which then led researchers to believe that they potentially contain biomaterials like chitin, that could serve as a structural component to this species. This study suggests that as long as E. aspergillum and similar species are natural composites containing valuable biomaterials, they could be important in biomedicine and future biotechnology. The sponge extracts silicic acid from seawater and converts it into silica, then forms it into an elaborate skeleton of glass fibers. Other sponges such as the orange puffball sponge (Tethya aurantium) can also produce glass biologically. The current manufacturing process for optical fibers requires high temperatures and produces a brittle fiber. A low temperature process for creating and arranging such fibers, inspired by sponges, could offer more control over the optical properties of the fibers. These nano structures are also potentially useful for the creation of more efficient, low cost solar cells. Furthermore, its skeletal structure has inspired a new type of structural lattice with a higher strength to weight ratio than other diagonally reinforced square lattices used in engineering applications. These sponges skeletons have complex geometric configurations, which have been extensively studied for their stiffness, yield strength, and minimal crack propagation. An aluminum tube (aluminum and glass have similar elastic modulus) of equal length, effective thickness, and radius, but homogeneously distributed, has 1/100th the stiffness. Besides these remarkable structural properties, Falcucci et al. found that their peculiar skeletal motifs deliver important fluid dynamic effects on both reducing the drag experienced by the sponge and in promoting coherent swirling motions inside the body cavity, arguably to promote selective filter feeding and sexual reproduction.