domingo, 8 de enero de 2017

Sistema esqueletico (I)

La palabra invertebrado significa “sin vertebras”, este rasgo puede hacer pensar que estos animales carecen de esqueletos, pero en realidad todo ser vivo necesita un sistema de sostén y anclaje, especialmente los animales.

La función de sostén es necesaria para que los órganos del cuerpo posean un asidero y puedan realizar sus funciones adecuadamente, mientras que la función de anclaje es necesaria para que el animal pueda permanecer en un determinado sus trato así como poder desplazarse de un lugar a otro. Dos tipos de esqueletos son empleados con mucha frecuencia por parte de los invertebrados: (1) el esqueleto hidrostático y (2) el exoesqueleto de partes duras.


El hidroesqueleto de los invertebrados depende mucho de los músculos cercanos a la dermis, por lo que los hidroesqueletos se los puede considerar parte del sistema muscular y están íntimamente ligados al movimiento.
El esqueleto hidrostático se crea cuando los fluidos del animal tensionan la membrana de la epidermis, es básicamente como un globo inflado que se mantiene tenso y permite fijar a él los órganos internos. El exoesqueleto son esas duras que se encuentran por fuera del animal, estas sirven como punto de soporte para el esqueleto hidrostático así como un escudo protector para el animal. En los esqueletos hidrostáticos es importante que el animal pueda controlar su compresión interna mediante la peristalsis muscular.


Algunos invertebrados combinan un esqueleto hidrostático motil con un exoesqueleto calcáreo inmóvil.
Un rasgo generalizado entre los exoesqueletos es que no crecen junto con el animal, por lo que este debe abandonarlos cada cierto periodo de tiempo y esperar un lapso para que la nueva piel se endurezca forman el nuevo exoesqueleto.

A continuación examinaremos los tipos de esqueletos de algunos grupos notables de invertebrados clásicos:

Sistema esquelético en esponjasLos elementos esqueléticos de las esponjas vienen en dos tipos, que se puede clasificar como orgánicos e inorgánicos. El esqueleto orgánico está construido por fibras de colágeno, mientras que el segundo se puede formar mediante la sedimentación de dióxido de silicio y carbonato de calcio. Las esponjas son las únicas que emplean dióxido de silicio como parte de sus sistemas esqueléticos.

El colágeno es la principal proteína estructural de los invertebrados –y también hace parte del tejido conectivo de los mamíferos dando tención a la piel, la pérdida del colágeno en la piel se asocia a la aparición de arrugas durante el envejecimiento. En las esponjas las fibras de colágeno pueden presentarse de forma dispersa en la matriz del citoplasma o como un fibras que mantienen unidas a las células de la esponja en una estructura gelatinosa llamada espongina.


La parte dedicada al esqueleto de las esponjas está en amarillo, sirve como punto de anclaje para los coanocitos y los amebocitos.
La espongina verdadera es encontrada únicamente en los miembros de la clase Demospongiae, mientras que las fibras de colágeno disperso están distribuidas en todos los miembros del filumPorifera. La cantidad de colágeno disperso en el citoplasma depende mucho de la especie, y esto afecta la densidad y rigidez de la esponja, a mayor colágeno, la esponja será más tensa, a menos colágeno la esponja se hace más gelatinosa.


En la punta superior de las esponjas se proyectan estructuras en forma de agujas llamadas espículas.
Clásicamente el esqueleto orgánico de las esponjas ha sido denominado espongina, este término debe ser empleado en sentido estricto a la forma de colágeno que se presenta por fuera de la célula formando una red como si fuera un citoesqueleto externo. La región que rodea a las células de la esponja se llama mesófilo, y solo el grupo de las demosponjas poseen espongina en su mesófilo. La red de espongina puede cristalizar minerales como espículas de dióxido de silicios a su estructura haciéndola aún más rígida.

La espongina también se encuentra presente en el caparazón de una estructura de reproducción asexual muy resistente llamada gémula. Las gémulas son producidas principalmente por esponjas de agua dulce tropical y se general usualmente al final de la estación lluviosa para resistir durante la estación seca.


Fibras de espongina al microscopio electrónico.
Los esqueletos minerales de dióxido de silicio o carbonato de calcio se encuentran virtualmente en todas las esponjas, excepto en la clase de las Demospongiae “que poseen el esqueleto de espongina de origen orgánico”.

Esqueleto mineralizado de las esponjasEn la mayoría de las esponjas una serie de células del mesófilo se especializan para formar estructuras de anclaje a los minerales, a estas células las denominamos esclerocitos. Los esclerocitos también segregan el carbonato de calcio o dióxido de silicio mineralizando la estructura que pasa a denominarse espícula. En algunas ocasiones, un solo esclerocito es capaz de producir una sola espícula; en otras ocasiones se necesitan varios esclerocitos para sintetizar una sola espícula –generalmente dos células por espícula.

La construcción de la espícula de dióxido de silicio comienza con la secreción de un filamento orgánico que sirve como eje de la espícula, posteriormente el dióxido de silicio hidratado es segregado es depositado en el filamento. En el caso de las espículas de carbonato de calcio, estas se sintetizan in situ sin la necesidad de un marco orgánico que sirva como eje de construcción. Estas espículas calcáreas son producidas intracelularmente, en este sentido cada espícula calcárea es en esencia un solo cristal de calcita o aragonita siendo sedimentado por la célula.




Cristales de Calcita (arriba) y cristales de aragonita (abajo), ambos son creados por la misma molécula, el carbonato de calcio presipitado. Por lo general la aragonita es menos estable y con el tiempo sus cristales se transforman en calcita.
La morfología de la espícula parece estar relacionada con la evolución de las esponjas, por lo que la nomenclatura empleada para clasificarlas –que es bastante compleja, como todo lo que proviene de la era antes del siglo XX –aun tiene peso taxonómico y filogenético –ayuda a clasificar y a elaborar hipótesis sobre las relaciones de parentesco entre los diferentes grupos de esponjas respectivamente.

De acuerdo a su morfología general –tamaño –las espículas se clasifican como microscleras y megascleras. Las microscleras son espículas pequeñas que sirven como refuerzo estructural. Las megascleras por el contrario son espículas grandes. Las demosponjas y los hexactinelidos poseen ambos tipos de espículas; mientras que las esponjas calcáreas solo poseen megascleras.


Las espículas grandes son denominadas megascleras y son visibles a simple vista.
El esqueleto espicular debe ser visto como una estructura de soporte suplementario. Si la cantidad de material inorgánico aumenta con respecto al material orgánico, la esponja se calcifica hasta que su textura se aproxima a la de una roca como en el caso de los órdenes Choristida y Lithistida.


Las espículas pequeñas son llamadas microscleras y son microscópicas, por lo que deben visualizarse con microscopios. Las imagenes presentadas aquí fueron obtenidas con microscopio electrónico.
Del mismo modo que sucede en las plantas o en el concreto, algunas esponjas introducen fibras de polisacáridos al interior del cristal de calcita o aragonita, esto proporciona al esqueleto calcáreo mayor flexibilidad y menor peso sin sacrificar la resistencia del mineral. Una ventaja adicional reside en que la presencia de fibras orgánicas le permite al organismo moldear la espícula de muchas formas, y no solo como picos cristalinos.

Usos del esqueleto de las esponjasLas especies de esponjas que carecen de los esqueletos minerales tienden a tener una textura suave aunque fibrosa, debido a que solo cuentan con el colágeno como su mecanismo de rigidez. Estas esponjas fueron generalmente empleadas para el baño o el lavado de los utensilios de cocina por parte de algunas culturas. En la actualidad todas las esponjas que compramos son imitaciones sintéticas del esqueleto de espongina.

Las esponjas han sido empleadas por milenios por parte de los seres humanos como instrumentos de limpieza; Homero y otros escritores griegos presocráticos mencionan que el comercio de esponjas era un negocio lucrativo a través del Mediterráneo esto aproximadamente en el siglo VIII antes de Cristo. La industria alcanzó su pico en 1938 cuando la captura anual de esponjas –incluyendo las esponjas criadas en cautiverio – excedió los 2.6 millones de libras. De estas 700.000 provenían de las costas de Estados Unidos y las Bahamas. La mayoría de las esponjas comercialmente explotadas pertenecían a los géneros Hippospongia y Spongia. Las consecuencias fueron previsibles, la practica extinción de las especies pertenecientes a estos dos géneros tanto en el mar Mediterráneo como en el mar Caribe cercano a la Florida.


Ejemplar del género Hippospongia.
Las esponjas artificiales fueron introducidas en la década de 1940 por el gigante de la síntesis de materiales, la compañía Du Pont –líder en la manufactura de materiales sintéticos como el nylon. Estas primeras esponjas fueron hechas de pulpa de celulosa –la misma que se emplea para hacer papel –aunque el proceso permaneció bajo secreto industrial hasta 1950. Para la década de los 70s las esponjas artificiales habían reemplazado a las esponjas naturales, lo cual sin duda ha salvado a muchas especies de la extinción, pero al mismo tiempo ha generado sus propios problemas.


Esponja de celulosa de Du Pont.
Las primeras esponjas sintéticas al estar hechas de pulpa incrementaron la necesidad de talar bosques para obtener la materia prima. Esponjas sintéticas recientes se realizan con plásticos, pero en este caso la fuente del material es el petróleo, adicionalmente liberan carcinógenos –sustancias que favorecen la generación de cáncer –durante su uso, fabricación y deposición, adicionalmente no se biodegradan adecuadamente.

Esponjas sintéticas de poliuretano.

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