提到海绵,离我们最近的,大概就是洗涤或是沐浴时所用的材料了吧。现在生活中所用的海绵,通常是以聚氨酯为主的高分子材料制成的。但在石化工业进入生活之前的时代,人们所用海绵,其实是生活在海洋中的海绵动物的骨骼。
在大约6亿年前,海绵动物就存在于地球上了。因为没有内脏和肌肉等组织,科学家们认为它们是最原始的多细胞动物。海绵在海洋中其实很常见,但根据种类不同,海绵的大小、颜色和形态千差万别。
照片拍摄于中美洲古巴附近的加勒比海,从中能够看到各种颜色形态各异的海绵。左侧丛状着生的黄色管道状海绵因其形态被称为“黄管海绵”(yellow tube sponge,学名:Aplysina insularis),最高能长到1米左右。右页中巨大的桶状海绵是龟甲锉海绵(Xestospongia testudinaria),在中国南海也有分布。
图片正中央的“绿色枝条”和其下方的“紫色水瓶”虽然外观差异很大,但也都属于海绵。
虽说海绵听上去非常柔软,但是它们中有很多种拥有着坚硬的骨骼,这些骨骼是由碳酸钙和二氧化硅组成的骨针构成的。骨针往往长0.002~3毫米,形状极为多样。海绵无法靠自身运动,所以绝大部分海绵会将水吸入体内,利用其中的有机物作为养分。海绵体表有两种孔穴,一种是遍布整个体表的入水孔,具有吸水的功能。被吸入的水通过蔓延于体内的沟系,最后从被称为出水口的洞中排出来。
水流在沟系中途会经过由领细胞聚集而成的领细胞室。领细胞负责吸收营养,并通过摆动鞭毛使水流得以流动。对海绵十分了解的日本名古屋大学特聘助教伊势优史博士曾这样说:“我认为海绵构成的水循环对于海洋中生态系统的运作是十分重要的。在海水中,有机物往往会溶解为非常微小的粒子。它们被称为溶解有机物,是普通生物所无法摄取的小粒子,但是海绵却可以把它们作为营养吸收。
同时,海绵的领细胞以5~6小时为周期迅速地分裂,这样老细胞就会逐渐剥落,被海水冲走。这些剥落的领细胞就能够成为其他动物的饵料。在营养匮乏的海域,海绵能够为其他生物创造出适宜生存的环境。”
领细胞与最接近多细胞动物的单细胞生物领鞭毛虫在形态上非常相似,所以研究者认为领细胞就起源于领鞭毛虫。如果确实如此,海绵在多细胞动物进化史上可谓是重要一环。虽然大多数海绵动物以滤食水中的养分为生,但也有像肉食性海绵那样捕食小型甲壳动物的种类。有领细胞室虽然可以算是海绵的一大特征,但是有些肉食性海绵却没有领细胞室和体内的沟系。明明是同一门类的动物,身体结构却相差如此之大,这也是海绵十分有趣的一点。
此外,从生殖方式来看,它们中既有无性生殖的,也有有性生殖的。比如说作为淡水海绵代表的河轮海绵(学名:Ephydatia fluviatilis)就以独特的方式进行无性生殖。它们在冬季来临、温度下降等环境恶化的情况下,体内会生成大量直径0.5毫米左右、被特殊的骨针所包裹的“芽球”。芽球内有数千个能分化为各类细胞的干细胞,并处于生命活动休止的状态。
整个芽球可以说是海绵的“克隆母本”,在这一状态下度过严寒,待温度回暖后,芽球中就会开始长出新的个体。
一种锉海绵释放精子的一瞬间,看上去像是白烟一样的东西就是海绵的精子。虽然我们把它们统称为海绵,但实际上就像脊椎动物门一样,海绵动物门的不同物种之间外形与生态相差极大。也正因为种类繁多,所以仅靠外观是很难确定其种类的。因此尽管很容易就能在海洋中找到海绵,但却难以确定种类,甚至有些还没有学名。
海绵动物看似与我们的生活没有太多交集,但其实它们在制药领域备受瞩目。海绵体内有大量有机化合物,人们在其中发现了对艾滋病与癌症有疗效的物质。比如说在太平洋西北侧的海洋里很常见的冈田软海绵(学名:Halichondria okadai)中就发现了对癌细胞有强毒性的化合物。2010年以这一化合物为基础,开发出的抗癌药物“艾日布林”(Eribulin)受到了美国食品药品监督管理局的认可。
除海绵外,从珊瑚和海鞘等海中生物体内寻找能用于制药的化合物的研究从20世纪70年代就开始进行了。但是因为相对于其他海洋动物,海绵中所含的化合物种类更为丰富,所以它们受到了更多研究者的瞩目。科学家们认为,世界上现在仍有很多未被发现的海绵新种,期待着今后能够得到更多的成果。