Спикулы — структурные элементы губок и минералогические включения¶
Спикулы (от лат. spiculum — «остриё, жало») — игловидные или скелетные образования, выполняющие в живой природе и в минералогии роль структурных элементов. В биологии спикулами называют твёрдые скелетные элементы тела губок (Porifera), а также игольчатые кристаллы, встречающиеся в тканях некоторых других беспозвоночных и растений. В геологии термин обозначает мелкие игловидные кристаллы, вросшие в минеральную матрицу.
¶Спикулы губок
¶Строение и состав
Спикулы губок представляют собой микроскопические образования диаметром от нескольких микрометров до 2—3 мм, состоящие из аморфного кремнезёма (SiO₂·nH₂O) или карбоната кальция (CaCO₃). По химическому составу различают:
- Силикальные (кремнезёмные) спикулы — характерны для большинства губок отряда гласпинки (Hexactinellida), а также ряда обыкновенных губок (Demospongiae). В состав кремнезёма входят примеси органического вещества (спонгиноподобного белка), придающего спикулам упругость.
- Кальциевые спикулы — встречаются у кальциевых губок (Calcarea). Их структура ближе к кальциту, они более хрупкие и растворяются в кислотах.
- Спонгины — органические скелетные волокна, иногда сочетающиеся с минеральными спикулами в общем скелете.
Форма спикул чрезвычайно разнообразна. Основные типы:
| Тип | Описание |
|---|---|
| Монаксоны | Иглы с двумя концами (ось одна) |
| Триактины | Трёхлучевые звёзды |
| Тетрактины | Четырёхлучевые звёзды (четвёртый луч — осевой) |
| Гексактиины | Шестилучевые звёзды, характерны для гласпинок |
| Амфидиски | Дисковидные элементы с осевым стержнем |
¶Функции
Спикулы выполняют несколько задач в организме губки:
- Опорная функция — формируют каркас, удерживающий тело губки в заданной форме.
- Защита — колючий скелет отпугивает большинство хищников.
- Соединение тканей — отдельные скелетные элементы связывают клеточные слои между собой.
¶Биогенез
Спикулы образуются клетками склероцитами. Процесс начинается с выделения органической осевой нити, вокруг которой откладывается кремнезём или карбонат кальция. Кремнезёмная спикула растёт концентрическими слоями, что при рассечении даёт характерные годичные кольца. У гласпинок скелетные элементы срастаются между собой, образуя прочную трёхмерную решётку — скелет, который после гибели губки может сохраняться в осадочных породах.
¶Палеонтологическое значение
Силикальные спикулы губок — важный палеонтологический материал. Они широко распространены в осадочных породах, начиная с кембрия. Скопления спикул образуют особую разновидность кремня — спикулит. Изучение спикул позволяет реконструировать древние экосистемы и устанавливать возраст горных пород.
¶Спикулы в других организмах
¶У растений
Игловидные кристаллы оксалата кальция (рафиты) встречаются в тканях многих растений. Они играют защитную роль, отпугивая травоядных, и участвуют в регуляции кальциевого обмена. Обнаружение спикул в растительных тканях используется в фармакогнозии для идентификации лекарственного сырья.
¶У животных
Сходные структуры известны у некоторых моллюсков, иглокожих и кишечнополостных. У кишечнополостных спикулами иногда называют иглы скелета коралловых полипов.
¶Спикулы в минералогии и промышленности
В геологии спикулами называют мелкие игловидные кристаллы минералов, вросшие в матрицу другой породы. Наиболее известны:
- Спикулы рутила — тонкие иглы оксида титана (TiO₂), вросшие в кварц. Такой кварц называют «стрелами Амура» или «рутиловым кварцем».
- Спикулы шиллита — игольчатые кристаллы вольфрамата висмута.
- Спикулы вивианита — характерный морфологический признак некоторых фосфатных минералов.
Игловидная морфология кристаллов связана с условиями роста: узкое пространство или быстрая кристаллизация из пересыщенного раствора приводит к вытягиванию кристалла вдоль одной оси.
¶Применение
Спикулы губок применяются в медицине и косметологии как компонент скрабов и пилингов. В палеонтологии и геологии изучение спикул используется для стратиграфии и палеоэкологических реконструкций. Кремнезёмные спикулы изучаются в нанотехнологиях как пример природной наноархитектуры: их многослойная структура сочетает высокую прочность с малым весом.
¶История изучения
Первые подробные описания спикул губок дал в XVIII веке шведский натуралист Пер Скафте. В XIX веке Роберт Грант и Джон Грант определили роль спикул в систематике губок. В XX веке изучение спикул получило развитие в связи с применением электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа.
¶Источники
- «Жизнь животных», т. 1 — Пориферы
- Минералогический словарь
- Википедия: Spicule (biology), Spicule (mineralogy)
- Грант Р. Морфология и систематика губок