鳳梨裡的海綿 揭開海綿動物門的神秘面紗

但現實中的海綿卻與此截然不同，甚至可以說，他是整部卡通裡與現實生物相去最遠的角色。

海綿動物門是動物界當中型態與功能最為簡單的類型，甚至與公認的「動物」的形象 ... 首頁國立自然科學博物館官網國立自然科學博物館文教基金會相關聯結 徵稿介紹 最新消息 熱門文章 寫作技巧 線上徵稿 桂冠獎精選 2013年文章 2014年文章-1 2015專題入選文章 2014年文章-2 2015年文章 2016年文章 2017年文章 2018年文章 2019年文章 2020年文章 2021年文章 2022年文章 首頁 >熱門文章> 鳳梨裡的海綿──揭開海綿動物門的神秘面紗 熱門指數: 746 作者： 夏晞 中文名稱： 鳳梨裡的海綿──揭開海綿動物門的神秘面紗　  |第二版|第一版| 關鍵字： 海綿   　　「喔～是誰住在深海的大鳳梨裡」耳熟能詳的聲音，是滿滿的童年回憶。

《海綿寶寶》是一部老少咸宜的卡通節目，它透過詼諧、幽默的情節批判資本主義社會的不公不義，卻又不失童稚旨趣。

然而，它與其他卡通最不同之處在於，《海綿寶寶》的背景設定是在海底──太平洋深處名為比奇堡的城市。

　　現在，就讓我們從科學的角度來看看「海綿寶寶」在現實世界中的面貌吧！   　　　　方方黃黃伸縮自如？海綿動物的真面目 　　海綿寶寶作為卡通的主角，他被描繪成一個長方體、可以自由運動的生物。

但現實中的海綿卻與此截然不同，甚至可以說，他是整部卡通裡與現實生物相去最遠的角色。

　　海綿動物門是動物界當中型態與功能最為簡單的類型，甚至與公認的「動物」的形象相去甚遠。

首先，它沒有真實的組織，遑論器官、系統。

儘管海綿的不同細胞間有非常原始的功能異化，但程度尚不足以構成不同功能的組織，遑論器官和系統。

其次，由於海綿完全沒有肌肉和神經，因此面對外解刺激時，各細胞時常各行其是，彼此缺乏統合和明確的分工。

最後，由於神經和肌肉的缺乏，海綿無法像多數動物一樣以個體為單位自由運動，通常情況下是固著於海床等穩固的基質上（類似珊瑚）。

圖一：胞吞作用的原理。

當養分附著於襟細胞表面後，該處細胞膜向內凹陷，最終形成內含養分顆粒的囊泡。

之所以可以這樣凹陷，乃至於形成囊泡，是因為細胞膜的主要成分是磷脂質，具有一定的流動性。

　　　　海綿特殊的「覓食」方式 　　由於海綿缺乏神經和肌肉，無法像多數動物一樣透過運動主動覓食，而須採取特殊的「覓食」策略──濾食。

所謂濾食，是指在攔截流經體腔（水道）的水流中的養分並吸收之。

這裡的水流可能是天然的，也可能是海綿透過細胞表面的鞭毛主動產生的。

　　負責濾食的細胞是襟細胞，它有鞭毛可以促進水的流動，且可以使養分分子附著在其細胞膜上，進而透過胞吞作用吸收之。

胞吞作用是指細胞膜（具有一定的流動性）主動向內凹陷，將細胞表面的特定物質帶入細胞，並在細胞內形成帶有該物質的囊泡（如圖一所示）。

多數情況下，海綿的襟細胞吸收養分後，逕行在該細胞內部行胞內消化，但部分品種的海綿會將養分運輸至鄰近的阿米巴細胞再行分解。

　　為了增加細胞與水交換物質的表面積，海綿的外型往往呈現管狀，宛若附著於海床上的大水管（如圖二所示）。

其水道系統的差異，可能會對海綿吸收養分的效率有重要的影響，進而決定了海綿的大小。

最簡單的型態是「單溝型」（asconoid），只有一條水道，而無任何其他的輔助結構。

由於養分吸收的效率與「個體與水的接觸面積」成正比，而海綿所需的養分總量則與體積成正比，故當海綿依比例增大時，「表面積增加的速率」將小於「體積增加的速率」，最終養分之供給不敷個體使用。

因此「單溝型」的海綿體型受到嚴重限制，至多僅一毫米。

為了增加養分交換的效率，部分海綿演化出了較複雜的雙溝型（syconoid）和複溝型（leuconoid）水道系統。

雙溝型是指在單溝型的基礎上，於管壁上多出一層囊狀結構，彼此連接也與主要水道連接。

這種連接方式一定程度改善了單溝型的缺點，因此突破了一毫米的體型限制，但未根本改變表面積與體積的增加速度差異問題。

複溝型的水道系統與雙溝型相似，但囊狀結構不限於一層，而是遍布於海綿的組織中。

這類海綿完全突破了前述的大小限制，其長度可長至一米。

三種水道的對比如圖三所示。

　　最後，值得一提的是，儘管大多數海綿是異營生物，但部分海綿可以透過共生的藍綠菌行光合作用來提供能量，少數海綿甚至可以完全透過光合作用獲得所需養分而不需濾食。

海綿與藍綠菌的共生模式既可能是細胞間共生（海綿與細菌細胞各自獨立，類似人類與大腸桿菌），也可能是細胞內共生（類似植物及其葉綠體）。

  圖二：海綿的外觀，酷似附著於海床上的大水管。

圖片摘自https://lihkg.com/thread/664374/page/1   圖三：三種海綿的水道系統。

圖片摘自魏國晏之碩士論文，詳見文末。

  　　　　海綿如何繁衍後代？ 　　作為動物界中最簡單的類別，海綿不同於多數動物以有性生殖為主要繁衍方式，牠保留了強大的無性生殖能力。

海綿在多數情況下兼有有性生殖與無性生殖，故牠既能在環境多變時透過基因重組增加遺傳多樣性以對應逆境，也能在環境穩定時將已適應該環境的特徵完整保留予後代。

　　海綿是雌雄同體的動物，單一個體既可產生雄配子亦可產生雌配子。

繁殖時，海綿將雄配子釋放至水中，當雄配子進入另一同種海綿的水道系統中時，可被後者吸收並與其雌配子結合，形成受精卵。

有些種類的海綿會將受精卵直接釋放至體外（即卵生）。

其他的則會讓受精卵在體內發育至「幼蟲」階段再行釋出，即胎生。

被釋出的「幼蟲」具有鞭毛，可以游泳，會尋找適合的環境著床定居。

　　海綿所採用的無性生殖策略主要是「出芽生殖」，即在本體表面長出一小團分裂、分化能力較強的芽體，該芽體最終脫離本體並發育為獨立的海綿個體。

此外，海綿亦可透過斷裂生殖來繁衍，即外力（如掠食者）將海綿的部分組織由主體脫離，則該脫離部分亦可發展成獨立個體。

這樣的生殖機制與海星、蚯蚓相似。

　　此外，由於某些種類的海綿高度仰賴共生菌提供光和養分，因此這些細菌如何在代際傳播是海綿繁衍時重要的問題。

一般而言，共生菌可能直接由親代透過配子傳予子代，或由子代獨立自環境中取得。

  　　　　海綿在生態系統中的定位與功能 　　由於海綿的種類多樣，棲息環境與所需資源大相逕庭，因此海綿在生態系中扮演的角色十分多樣。

　　首先，在養分競爭方面，海綿可謂「和平主義者」。

由於海綿主要透過濾食作用，吸收水中十分稀薄而無法為其他生物利用的養分，因此牠幾乎不可能與其他生物競爭養分。

至於不同種類的海綿之間，由於大小差異極大，因此往往可以透過分層棲息的方式避免競爭，彼此相安無事。

類似於熱帶雨林中，各種植物和平共處的模式──不同植物高矮差距極大，彼此間少見你死我活的競爭關係。

其次，由於海綿缺乏肌肉，不能運動，因此牠時常是其他動物的掠食對象。

但因為海綿生長快速，且不因損失部分組織而死亡，因此掠食行為對海綿族群傷害有限，反而是將稀薄而難以利用的水溶性養分高效地帶入生態系統，提升生態系內能量的重要方式。

最後，儘管海綿甚少與其他生物因養分而競爭，但由於海綿是固著於海床的生物，因此有可能與其他底棲生物為生存空間而競爭。

如星野黑皮海綿為了與珊瑚競爭空間，往往覆蓋生長於珊瑚上，阻斷珊瑚的養分來源（該海綿是黑色的，會阻隔光線使珊瑚的共生菌無法行光合作用），最終殺死後者。

這種海綿對西南太平洋（含浙江、福建、臺灣、廣東、海南等地）的珊瑚生態傷害甚鉅。

然我國東南海岸海流強烈且颱風頻繁，故受災程度不及其他國家。

  　　不論就外觀、生理機能還是生態功能而言，海綿與都我們日常生活中所接觸、認知的「動物」形象相去甚遠。

世界之大，無奇不有，隨著科學的發展日新月異，人們對這個世界的了解定然與日俱增。

  參考資料 魏國晏：〈星野黑皮海綿(Terpioshoshinota)對珊瑚生態之影響:以掃描式電子顯微鏡觀察的研究〉，大仁科技大學生物科技研究所，2011年 老師文章總評： 稍作修改即可。

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