Ci sono almeno 5.000 specie di spugne, probabilmente con altre migliaia ancora da classificare. La morfologia delle spugne più semplici ha la forma di un cilindro irregolare con una grande cavità centrale, lo spongocoel, che occupa l’interno del cilindro (Figura 1). L’acqua entra nello spongocoel attraverso numerosi pori, o ostia, che creano aperture nella parete del corpo. L’acqua che entra nello spongocoel viene espulsa attraverso una grande apertura comune chiamata osculum. Tuttavia, dobbiamo notare che le spugne mostrano una gamma di diversità nelle forme del corpo, comprese le variazioni nella dimensione e nella forma dello spongocel, così come il numero e la disposizione delle camere di alimentazione all’interno della parete del corpo. In alcune spugne, più camere di alimentazione si aprono da uno spongocoel centrale e in altre, diverse camere di alimentazione che si collegano l’una all’altra possono trovarsi tra i pori di ingresso e lo spongocoel.

Mentre le spugne non mostrano una vera organizzazione a strati dei tessuti, hanno una serie di “tessuti” funzionali composti da diversi tipi di cellule specializzate per funzioni distinte. Per esempio, cellule simili a quelle epiteliali chiamate pinacociti formano il corpo più esterno, chiamato pinacoderma, che ha una funzione protettiva simile a quella della nostra epidermide. Sparsi tra il pinacoderma ci sono gli ostia che permettono l’ingresso dell’acqua nel corpo della spugna. Questi pori hanno dato alle spugne il loro nome di phylum Porifera. In alcune spugne, gli ostia sono formati da porociti, singole cellule a forma di tubo che agiscono come valvole per regolare il flusso di acqua nella spugna. In altre spugne, gli ostia sono formati da pieghe nella parete del corpo della spugna. Tra lo strato esterno e le camere di alimentazione della spugna c’è una sostanza gelatinosa chiamata mesohyl, che contiene fibre collagene. Vari tipi di cellule risiedono all’interno del mesohyl, compresi gli amebociti, le “cellule staminali” delle spugne, e gli sclerociti, che producono materiali scheletrici. La consistenza gelatinosa del mesohyl agisce come un endoscheletro e mantiene la morfologia tubolare delle spugne.

Le camere di alimentazione all’interno della spugna sono rivestite da choanociti (“cellule del colletto”). La struttura di un choanocyte è fondamentale per la sua funzione, che è quella di generare una corrente d’acqua diretta attraverso la spugna e di intrappolare e ingerire particelle di cibo microscopico per fagocitosi. Queste cellule di alimentazione sono simili nell’aspetto ai choanoflagellati unicellulari (Protista). Questa somiglianza suggerisce che le spugne e i choanoflagellati sono strettamente correlati e probabilmente condividono un’origine comune. Il corpo del choanocita è incorporato nel mesohyl e contiene tutti gli organelli richiesti per la normale funzione cellulare. Sporgendo nello “spazio aperto” all’interno della camera di alimentazione c’è un collare a forma di maglia composto da microvilli con un singolo flagello al centro della colonna. Il battito dei flagelli di tutti i choanociti attira l’acqua nella spugna attraverso i numerosi ostia, negli spazi rivestiti dai choanociti, e infine fuori attraverso l’osculum (o osculi, se la spugna consiste in una colonia di spugne attaccate). Le particelle di cibo, compresi i batteri trasportati dall’acqua e gli organismi unicellulari come le alghe e vari protisti simili ad animali, sono intrappolati dal colletto a setaccio dei choanociti, scendono verso il corpo della cellula e vengono ingeriti per fagocitosi. I choanociti hanno anche un’altra funzione sorprendente: Possono differenziarsi in spermatozoi per la riproduzione sessuale, a quel punto si staccano dal mesohyl e lasciano la spugna con l’acqua espulsa attraverso l’osculum.

Gli amebociti (derivati da archeociti simili a cellule staminali), sono così chiamati perché si muovono attraverso il mesohyl in modo simile a un’ameba. Hanno una varietà di funzioni: Oltre a fornire nutrienti dai choanociti ad altre cellule all’interno della spugna, danno anche origine a uova per la riproduzione sessuale. (Le uova rimangono nel mesohyl, mentre le cellule spermatiche vengono rilasciate nell’acqua). Gli amebociti possono differenziarsi in altri tipi di cellule della spugna, come i collenociti e i liofociti, che producono le proteine simili al collagene che sostengono il mesohyl. Gli amebociti possono anche dare origine a sclerociti, che producono spicole (picchi scheletrici di silice o carbonato di calcio) in alcune spugne, e spongociti, che producono la proteina spongina nella maggioranza delle spugne. Questi diversi tipi di cellule nelle spugne sono mostrati nella Figura 1.

Figura 1. Sono mostrati (a) la pianta di base del corpo della spugna e (b) alcuni dei tipi di cellule specializzate che si trovano nelle spugne.

Come abbiamo visto, la maggior parte delle spugne sono sostenute da piccole spicole simili ad ossa (di solito piccole strutture appuntite fatte di carbonato di calcio o silice) nel mesohile. Le spicole forniscono il supporto per il corpo della spugna, e possono anche scoraggiare la predazione. La presenza e la composizione delle spicole costituiscono la base per differenziare tre delle quattro classi di spugne Figura 2.

Le spugne della classe Calcarea producono spicole di carbonato di calcio e nessuna spongina; quelle della classe Hexactinellida producono spicole silicee a sei raggi (vetrose) e nessuna spongina; e quelle della classe Demospongia contengono spongina e possono o non possono avere spicole; se presenti, quelle spicole sono silicee. Le spugne di quest’ultima classe sono state usate come spugne da bagno. Le spicole sono presenti soprattutto nelle spugne di vetro, classe Hexactinellida. Alcune spicole possono raggiungere proporzioni gigantesche. Per esempio, rispetto alle tipiche spugne di vetro, la cui dimensione varia generalmente da 3 a 10 mm, alcune delle spicole basali dell’esattinellide Monorhaphis chuni sono enormi e crescono fino a 3 metri di lunghezza! Le spugne di vetro sono anche insolite in quanto la maggior parte delle loro cellule del corpo sono fuse insieme per formare un sincizio multinucleato. Poiché le loro cellule sono interconnesse in questo modo, le spugne hexactinellid non hanno mesohyl.

Una quarta classe di spugne, le Sclerospongiae, è stata descritta da specie scoperte in tunnel sottomarini. Queste sono anche chiamate spugne coralline dal loro scheletro multistrato di carbonato di calcio. La datazione basata sul tasso di deposizione degli strati scheletrici suggerisce che alcune di queste spugne sono vecchie di centinaia di anni.

Figura 2. Diverse classi di spugne (a) Clathrina clathrus appartiene alla classe Calcarea, (b) Staurocalyptus spp. (nome comune: spugna gialla Picasso) appartiene alla classe Hexactinellida, e (c) Acarnus erithacus appartiene alla classe Demospongia. (credito a: modifica del lavoro di Parent Géry; credito b: modifica del lavoro di Monterey Bay Aquarium Research Institute, NOAA; credito c: modifica del lavoro di Sanctuary Integrated Monitoring Network, Monterey Bay National Marine Sanctuary, NOAA)

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