Szkarłupnie

Szkarłupnie (Echinodermata) to typ wyłącznie morskich, głównie dennych bezkręgowców, należących do wtóroustychwtóroustewtóroustych (Deuterostomia), czyli kladu zwierząt dwubocznie symetrycznych, trójwarstwowców z dobrze rozwiniętą celomą. Obejmują ok. 7 tys. gatunków (dane na rok 2012), w większości o pięciopromiennej symetrii wtórnej (larwy mają symetrię dwuboczną). Unikalną cechą jest układ wodny (ambulakralny), którego rozgałęzienia zakończone są tysiącami maleńkich nóżek. Służą one do przytrzymywania pokarmu w trakcie odżywiania się, wymiany gazowej, a u rozgwiazd także do przemieszczania się i do oddychania. Mogą też pełnić funkcję narządu zmysłu dotyku.

Współcześnie rozróżnia się pięć gromad szkarłupni: jeżowce, rozgwiazdy, wężowidła, strzykwy i liliowce.

Symetria ciała szkarłupni

Większość szkarłupni to zwierzęta o wtórnie promienistej symetrii ciała. Utraciły one w toku ewolucji dwuboczną symetrię. Ciało strzykw jest wydłużone i wykazuje wtórne elementy dwuboczności, ale organizacja wewnętrzna nadal zachowuje promienisty plan pięciokrotny.

Budowa ciała szkarłupni

Pokrycie ciała

Ciało szkarłupni okrywa orzęsiony nabłonek. Pod nim znajduje się wapienny szkielet pochodzenia mezodermalnego, tworzący jednolity pancerz lub luźno rozrzucone płytki czy kolce.

Układ pokarmowy

R45FSd02rdOBz1

Fotografia przedstawia otwór gębowy jeżowca w przekroju bocznym. Jest to tak zwana Latarnia Arystotelesa mająca w środku charakterystyczny, podłużny, biały kształt. Otwór gębowy jest otoczony licznymi kolcami.

Zwierzęta te mają przewód pokarmowy rozpoczynający się otworem gębowym umieszczonym po spodniej stronie ciała, który u większości jeżowców zaopatrzony jest w specjalny narząd gębowy opatrzony ruchomi zębami (tzw. latarnię Arystotelesalatarnia Arystotelesalatarnię Arystotelesa). Otwór gębowy łączy się za pośrednictwem przełyku z dużym żołądkiem – przełyk i żołądek stanowią tzw. jelito przednie. Z żołądka pokarm przechodzi do jelita środkowego i tylnego. Układ zakończony jest zazwyczaj otworem odbytowym, choć nie u wszystkich, bo wężowidła otworu odbytowego nie mają.

Układ krwionośny

Układ krwionośny (hemalny) jest otwarty. Tworzy go system kanałów i zatok, w których krąży płyn zawierający substancje odżywcze, które przeniknęły przez ściany układu pokarmowego. Zwierzęta te nie mają serca. W transporcie substancji uczestniczą płyn celomatyczny oraz układy hemalny i ambulakralny.

Układ nerwowy i narządy zmysłu

Układ nerwowy szkarłupni jest zdecentralizowany. Składa się z pierścienia nerwowego, otaczającego przełyk, i pięciu pni nerwowych. Narządy zmysłów są słabo wykształcone. Za odbieranie bodźców nerwowych odpowiadają nóżki ambulakralnenóżki ambulakralnenóżki ambulakralne. U jeżowców oraz strzykw występują narządy równowagi (statocysty). Ponadto u jeżowców oraz rozgwiazd występują nieskomplikowane oczka, które umożliwiają rozróżnianie natężenia światła.

Układ oddechowy

Szkarłupnie nie mają układu oddechowego. U jeżowców, wężowideł i rozgwiazd funkcję oddechową pełnią skrzela skórne, będące wypustkami ściany ciała. U wielu strzykw przy końcu układu trawiennego są parzyste płuca wodne, które otwierają się do kloaki.

Układ rozrodczy

Szkarłupnie, z nielicznymi wyjątkami, są rozdzielnopłciowe. Tylko niektóre rozgwiazdy i wiele gatunków strzykw są obupłciowe. Nie występuje u nich dymorfizm płciowy – zazwyczaj zewnętrznie nie da się odróżnić samców od samic. Wyjątkiem są niektóre gatunki rozgwiazd, różniące się zabarwieniem w zależności od płci. Przedstawiciele szkarłupni mają workowate gonady.

Układ wodny

Najbardziej charakterystyczny dla szkarłupni jest układ wodny (ambulakralny). Jest to system kanałów – kanał okrężny i kanały promieniste znajdujące się w ramionach – wypełnionych płynem. Płyn dostaje się ze środowiska do wnętrza zwierzęcia przez rodzaj sitka zwanego płytką madreporową. U wielu szkarłupni twór ten znajduje się po wierzchniej stronie ciała. Kształt wypustek układu wodnego wnikających do nóżek ambulakralnych zależy od pełnionych przez nie funkcji: motorycznych, częściowo oddechowych, wydalniczych bądź czuciowych. Układ wodny ma budowę promienistą.

Funkcje życiowe szkarłupni

Odżywianie

R18NL2XO57XHC1

Na zdjęciu widoczna jest czerwona rozgwiazda pożywiająca się kolonią koralowców. Rozgwiazda zamiast połknąć zdobycz, wypycha przez otwór gębowy żołądek i rozpoczyna konsumowanie koralowca. Wydzielone soki trawienne rozpuszczają ciało ofiary, które następnie zostaje wessane w strawionej postaci.

Szkarłupnie odżywiają się zróżnicowanym pokarmem. Jeżowce żywią się drobnymi bezkręgowcami i roślinami. Rozgwiazdy są drapieżne – ich pożywieniem są głównie mięczaki, skorupiaki i ryby. Wężowidła to drapieżniki, detrytusożercy, padlinożercy i filtratorzy. Strzykwy są mułożerne, a liliowce żywią się zawiesiną organiczną.

Ruch

R4vn5w2CJ0eSD1

Fotografia przedstawia wężowidło białawe. Ten wodny organizm ma kształt koła, od którego odchodzi pięć ramion porośniętych kolcami.

Do rozprzestrzeniania się gatunków przyczyniają się przede wszystkim wolno żyjące larwy, które pływają za pomocą sznurów rzęskowych. Formy przeobrażone są z reguły albo mało ruchliwe (powoli pełzają, a pływają bardzo rzadko), albo osiadłe.

Ruch jest pochodną działania układu ambulakralnego i muskulatury. Niektóre grupy liliowców nie poruszają się – są przymocowane do dna wieloczłonową łodyżką. Pozostałe szkarłupnie kroczą przy pomocy nóżek ambulakralnych, umięśnionych i ruchomo zestawionych z płytkami szkieletu kolców lub pływają za pomocą ruchów ramion.

Rozmnażanie

Szkarłupnie są w większości rozdzielnopłciowe i jajorodne. Zapłodnienie następuje z reguły w wodzie, ale zdarza się, że u form żyworodnych występuje zapłodnienie wewnętrzne (np. u strzykw Synaptula hydriformis i Phyllophorus urna jaja rozwijają się w jamie ciała). Nieliczne szkarłupnie wykazują zjawisko opieki nad potomstwem, np. osobniki z gatunku Trophodiscus uber noszą na swoim grzbiecie rozwijające się młode, aby chronić je przed drapieżnikami, natomiast Leptasterias tenera noszą młode wewnątrz żołądka.

Szkarłupnie mają dobrze rozwiniętą zdolność regeneracji utraconych części ciała. Zakres regeneracji zależy od gatunku; odtworzenie całego osobnika z fragmentu jest możliwe tylko u niektórych form i zwykle wymaga zachowania odpowiedniej części tarczy centralnej.

R1889B3OFCD1K

Fotografia przedstawia proces regeneracji rozgwiazdy z jednego ramienia. Z czerwonego, oderwanego ramienia powstaje sześciopromieniste zwierzę - wyrastają mu nowe, małe ramiona, z którego postanie nowy organizm.

Wymiana gazowa

Wymiana gazowa odbywa się przede wszystkim przez pokrycie ciała, zwłaszcza w miejscach, gdzie powłoka jest cienka. Zachodzi również przez ściany nóżek ambulakralnych lub ściany specjalnych struktur wewnętrznych, np. płuc wodnych u strzykw, będących uwypukleniami jelita tylnego.

Wydalanie i osmoregulacja

Szkarłupnie nie mają układu wydalniczego. Wydalanie zachodzi przez powłoki ciała i nabłonek nóżek ambulakralnych. Brak narządów służących do osmoregulacji powoduje, że zwierzęta te żyją tylko w wodach o takim zasoleniu, które jest bliskie stężeniu soli w płynach ustrojowych ich organizmów.

Przegląd szkarłupni

Jeżowce

Jeżowce

Jeżowce (Echinoidea) to gromada szkarłupni, która obejmuje około 950 gatunków współcześnie żyjących. Kształt u większości gatunków jest prawie kulisty (strona brzuszna spłaszczona), zwykle o pięciopromiennej symetrii. Szkielet jeżowców jest sztywny i składa się z licznych płytek. Na wszystkich płytkach szkieletu dostrzec można liczne wzgórki, na których osadzone są kolce poruszane za pomocą specjalnych mięśni. Większość tych zwierząt ma latarnię Arystotelesa.

Jeżowce stanowią cenny materiał w badaniach embriologicznych – na żywych jajach i plemnikach jeżowców udało się po raz pierwszy prześledzić m.in. proces dojrzewania jaj, zapłodnienia i bruzdkowania.

RVLD3TNH1F6QC

Fotografia przedstawia jeżowca z gatunku Toxopneustes pileous. Ma kulisty kształt, składa się z tworów przypominających okrągłe, półprzezroczyste kwiaty z białą krawędzią i różowym środkiem. Poza obrys organizmu wystają półprzezroczyste kolce.

Liliowce

Liliowce

Liliowce (Crinoidea) to gromada szkarłupni, która obejmuje liczne gatunki kopalne i około 625 współczesnych. Są wielkości od kilku milimetrów do 20 m (kopalne), w kształcie kielicha, z pięcioma (lub wielokrotnością) rozgałęzionymi ramionami. W większości osiadłe, do podłoża przytwierdzone członowaną łodyżką.

RUQJQH3BST665

Zdjęcie przedstawia liliowca z gatunku Oxycomanthus bennetti. Ma liczne, długie ramiona połączone ze sobą, porośnięte drobnymi igiełkami z żółtymi końcami. Wyrasta z rafy koralowej.

Rozgwiazdy

Rozgwiazdy

Rozgwiazdy (Asteroidea) to gromada szkarłupni, która obejmuje około 1,5 tys. współcześnie żyjących gatunków. Mają spłaszczone ciało, w kształcie pięciopromiennej gwiazdy (lub o liczbie promieni stanowiącej wielokrotność 5, od 5 do 50), rzadziej wieloboku. Środek ciała tworzy tarcza, na której wyróżnia się międzypromienie i promienie przechodzące w ramiona. Rozgwiazdy są z reguły rozdzielnopłciowe.

R1AG45NF6XVRH

Na zdjęciu rozgwiazda z gatunku Fromia monilis. Z okrągłego środka wyrasta pięć ramion, każde z nich posiada liczne żółte punkty układające się w charakterystyczną mozaikę.

Strzykwy

Strzykwy

Strzykwy (Holothuroidea) to gromada żyjących na dnie mórz szkarłupni, która obejmuje około 1 tys. gatunków. Długość ich ciała wynosi od kilku centymetrów do 1 m. Ciało jest dwubocznie symetryczne, kształtu ogórkowatego lub cewkowego. Strzykwy są z reguły rozdzielnopłciowe, nieliczne gatunki jajożyworodne (wiadomo, iż niektóre gatunki rodzą swoje młode w jamie ciała) lub rozmnażające się przez podział poprzeczny. Przy podrażnianiu strzykwy wyrzucają na zewnątrz wnętrzności (działanie obronne), które potem regenerują.

R1CTSXE7R55G5

Na zdjęciu strzykwa z gatunku Isostichopus badionotus. Ma podłużny, obły kształt, pod spodem odnóża służące do przemieszczania się. Jej ciało jest beżowe z brązowymi plamami.

Wężowidła

Wężowidła

Wężowidła (Ophiuroidea) to gromada żyjących na dnie mórz szkarłupni. Obejmuje około 2 tys. gatunków. Ciało wężowideł jest zbudowane z okrągłego dysku (tarczy), o średnicy od 2 mm do 30 cm, i najczęściej pięciu silnie wydłużonych, walcowatych ramion, niekiedy rozgałęzionych. Wężowidła poruszają się wężowatymi ruchami silnie umięśnionych ramion. W większości są rozdzielnopłciowe, rzadko występują formy obojnacze (np. u gatunku hermafrodytycznego – Amphipholis squamata – występuje przeważnie samozapłodnienie). Rozmnażają się także przez podział, a następnie regenerację brakujących części ciała.

RUwYbQCJARnHO

Fotografia przedstawia wężowidło. Ten wodny organizm ma kształt koła, od którego odchodzi pięć ramion porośniętych kolcami.

Podsumowanie

• Szkarłupnie to wyłącznie morskie, denne zwierzęta bezkręgowe zaliczane do wtóroustych.

• Cechują się wtórną symetrią pięciopromienną u osobników dorosłych, podczas gdy ich larwy zachowują symetrię dwuboczną.

• Posiadają unikalny w świecie zwierząt układ wodny (ambulakralny), będący systemem kanałów wypełnionych płynem, który pełni funkcje lokomocyjne, dotykowe, a częściowo także oddechowe i wydalnicze.

• Charakterystycznym elementem budowy są nóżki ambulakralne – tysiące drobnych wypustek układu wodnego, które pozwalają na poruszanie się, przytrzymywanie pokarmu i wymianę gazową.

• Ciało pokrywa orzęsiony nabłonek, pod którym znajduje się wapienny szkielet wewnętrzny złożony z płytek lub kolców.

• Układ pokarmowy jest zazwyczaj drożny, z otworem gębowym po spodniej stronie ciała; u większości jeżowców występuje skomplikowany aparat gryzący zwany latarnią Arystotelesa.

• Zwierzęta te nie mają serca. W transporcie substancji uczestniczą płyn celomatyczny oraz układy hemalny i ambulakralny.

• Układ nerwowy jest zdecentralizowany, pozbawiony mózgu, zbudowany z pierścienia wokół przełyku i pni nerwowych odchodzących do promieni ciała.

• Brak wyspecjalizowanego układu wydalniczego i narządów osmoregulacji sprawia, że szkarłupnie są bardzo wrażliwe na zmiany zasolenia wody.

• Wymiana gazowa zachodzi przez powłoki ciała, nóżki ambulakralne, skrzela skórne, a u strzykw przez specjalne narządy – płuca wodne.

• Są zazwyczaj rozdzielnopłciowe i jajorodne, a zapłodnienie najczęściej następuje zewnętrznie w wodzie morskiej.

• Szkarłupnie mają dobrze rozwiniętą zdolność regeneracji utraconych części ciała.

• Współczesne szkarłupnie dzielą się na pięć głównych gromad: liliowce (często osiadłe, o kształcie kielicha), rozgwiazdy (drapieżniki o kształcie gwiazdy), wężowidła (o wyraźnej tarczy i ruchliwych ramionach), jeżowce (kuliste, pokryte kolcami) oraz strzykwy (o wydłużonym, ogórkowatym ciele).

• Szkarłupnie są bioindykatorami czystości wód oraz znajdują zastosowanie w kuchni oraz w przemyśle farmaceutycznym.

Ćwiczenia utrwalające