Sistema esquelético de las esponjas

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Las esponjas o poríferos son animales acuáticos muy antiguos, con cuerpos simples, porosos y adaptados a la filtración. A diferencia de otros animales, no poseen órganos verdaderos, músculos, nervios ni un sistema digestivo interno; sin embargo, sí presentan una organización corporal eficaz para mover agua, capturar partículas alimenticias y mantenerse fijas al sustrato. Su cuerpo funciona como una red viva de canales, cámaras y células especializadas. Dentro de esa organización, el sistema esquelético cumple una función central: mantiene la forma del animal, da soporte a sus células, evita que el cuerpo colapse por el flujo constante de agua y, en muchas especies, también participa en la defensa contra depredadores o daños mecánicos (Brusca & Brusca, 2003; Ruppert et al., 2004).

Los elementos esqueléticos de las esponjas pueden clasificarse en dos grandes tipos: orgánicos e inorgánicos. El esqueleto orgánico está formado principalmente por fibras de colágeno, especialmente una forma conocida como espongina. El esqueleto inorgánico, en cambio, está formado por estructuras minerales llamadas espículas, que pueden estar compuestas de dióxido de silicio o de carbonato de calcio. Esta combinación de materiales permite una gran variedad de formas corporales: algunas esponjas son blandas, flexibles y casi gelatinosas; otras son rígidas, ásperas o incluso cortantes. Por eso, aunque parezcan organismos simples, sus esqueletos muestran una diversidad estructural considerable dentro de los animales invertebrados (Brusca & Brusca, 2003; Hooper & Van Soest, 2002).

Figura 1. [Organización corporal básica de una esponja]. Las esponjas son animales filtradores con óstios, espongiocele y ósculo, por donde circula el agua. Sus coanocitos mueven el flujo con flagelos y capturan alimento con microvellosidades. El mesohilo contiene amebocitos y espículas de sílice, que sostienen y protegen el cuerpo. Así, toda la esponja funciona como sistema de filtración, circulación, defensa y soporte sin órganos verdaderos complejos internos propios.

En una esponja, el esqueleto no forma huesos, placas articuladas ni una columna interna como en los vertebrados. Más bien aparece distribuido dentro del mesohilo, una matriz gelatinosa ubicada entre las capas celulares externas e internas del cuerpo. En ese mesohilo se encuentran células móviles, fibras, espículas, sustancias extracelulares y células relacionadas con digestión, transporte interno y reparación. La estructura esquelética sirve como punto de anclaje para células como los coanocitos, encargados de generar corrientes de agua y capturar alimento, y para los amebocitos, células móviles que transportan nutrientes, participan en defensa y pueden diferenciarse en otros tipos celulares. Así, el esqueleto de las esponjas no es una simple armazón pasiva: está integrado a la alimentación, la circulación interna, la defensa y la reproducción (Ruppert et al., 2004; Hickman et al., 2017).

El colágeno es una proteína estructural ampliamente distribuida en los animales. En los mamíferos, por ejemplo, forma parte de la piel, tendones, cartílagos y otros tejidos conectivos; su pérdida o desorganización se asocia con pérdida de elasticidad y aparición de arrugas durante el envejecimiento. En las esponjas, el colágeno también cumple una función de sostén, pero aparece dentro de un cuerpo mucho más simple. Puede encontrarse como fibras dispersas en el mesohilo o como redes más organizadas que mantienen unidas las células del animal. La cantidad, distribución y organización de estas fibras afectan la consistencia del cuerpo: una esponja con mayor cantidad de colágeno será más firme; una con menos fibras será más blanda y gelatinosa (Brusca & Brusca, 2003; Ruppert et al., 2004).

La espongina es una forma especializada de colágeno asociada clásicamente al esqueleto orgánico de muchas demosponjas, es decir, miembros de la clase Demospongiae. En sentido estricto, conviene reservar el término espongina para la red extracelular de fibras orgánicas que sostiene el cuerpo de ciertas esponjas, en lugar de usarlo como sinónimo general de cualquier colágeno presente en los poríferos. Esta red puede funcionar como una especie de “andamiaje” externo a las células, semejante en función a una malla flexible. En algunas especies, la espongina domina la estructura corporal; en otras, aparece combinada con espículas minerales. Esa combinación ofrece a la vez flexibilidad y resistencia, como ocurre en muchos materiales compuestos de la naturaleza (Brusca & Brusca, 2003; Müller, 2003).

Además de sostener el cuerpo adulto, la espongina también puede participar en estructuras reproductivas resistentes. Un ejemplo son las gémulas, formas de reproducción asexual presentes especialmente en esponjas de agua dulce. Las gémulas permiten sobrevivir a condiciones desfavorables, como sequías, bajas temperaturas o cambios extremos del ambiente. Están formadas por una masa de células capaces de regenerar una nueva esponja, protegidas por una envoltura resistente que puede contener espongina y espículas. En ambientes tropicales con estación seca marcada, algunas esponjas de agua dulce producen gémulas al final de la estación lluviosa, permanecen latentes durante el periodo difícil y reinician el crecimiento cuando vuelve el agua (Ruppert et al., 2004; Brusca & Brusca, 2003).

Figura 2. [Espículas proyectadas como estructuras rígidas de defensa]. Las espículas son estructuras duras de sílice o carbonato de calcio que sostienen y protegen a las esponjas. Al proyectarse como agujas, vuelven la superficie áspera, rígida o irritante para depredadores. Como las esponjas no pueden huir, convierten su propio esqueleto en defensa externa, manteniendo forma, canales de filtración y supervivencia.

Las espículas son piezas microscópicas o macroscópicas que forman el esqueleto mineralizado de muchas esponjas. Pueden tener forma de agujas, estrellas, bastones, ganchos, radios o estructuras ramificadas. En algunas especies aparecen dispersas; en otras se organizan como verdaderas redes internas. Su función no es solamente sostener: también pueden dificultar que peces, moluscos u otros animales consuman la esponja, porque vuelven su cuerpo áspero, punzante o poco apetecible. En la superficie de algunas especies, las espículas sobresalen como pequeñas agujas defensivas. En otras, se ubican dentro del mesohilo y refuerzan la arquitectura corporal sin proyectarse demasiado al exterior (Uriz et al., 2003; Hooper & Van Soest, 2002).

Figura 3. [Esqueletos minerales de sílice y carbonato de calcio en esponjas]. Los esqueletos minerales de las esponjas suelen formarse con sílice o carbonato de calcio, creando espículas duras que sostienen, protegen y mantienen abiertos los canales de filtración. Estas estructuras actúan como andamiajes internos y defensas contra depredadores. En Demospongiae, predomina la espongina, una red orgánica de colágeno más flexible, pero igualmente útil para conservar forma, firmeza y organización corporal básica.

Los esqueletos minerales de las esponjas están estrechamente relacionados con su clasificación. Las esponjas calcáreas, clase Calcarea, producen espículas de carbonato de calcio, generalmente en forma de calcita o aragonita. Las demosponjas, clase Demospongiae, pueden presentar espículas de sílice, fibras de espongina, o una combinación de ambas, aunque algunas especies han reducido o perdido parte de estos elementos. Las esponjas de vidrio, clase Hexactinellida, producen espículas silíceas muy características, muchas veces organizadas en redes geométricas complejas. Estas diferencias muestran que el esqueleto no solo sostiene el cuerpo, sino que también permite reconocer relaciones evolutivas entre grandes grupos de poríferos (Brusca & Brusca, 2003; Hooper & Van Soest, 2002).

La formación de espículas depende de células especializadas llamadas esclerocitos. Estas células se encuentran en el mesohilo y participan en la síntesis, depósito y organización de los materiales minerales. En algunas especies, un esclerocito puede formar una espícula pequeña; en otras, varias células cooperan para construir una sola espícula de mayor tamaño o complejidad. El proceso exige control celular preciso, porque la forma final de la espícula no es accidental. Su geometría depende de señales internas, proteínas moldeadoras, disponibilidad de minerales y herencia evolutiva de cada linaje. Por eso, las espículas son tan útiles en taxonomía: su forma, tamaño y disposición ayudan a identificar grupos de esponjas (Uriz et al., 2003; Hooper & Van Soest, 2002).

En las espículas de dióxido de silicio, la construcción suele comenzar con un eje orgánico interno. Sobre ese eje se deposita sílice hidratada, formando capas sucesivas que aumentan el grosor de la espícula. Este proceso de biomineralización es notable porque ocurre en condiciones biológicas suaves, dentro de un organismo vivo y sin necesidad de temperaturas o presiones extremas. Las esponjas silíceas logran organizar el mineral de manera precisa mediante moléculas orgánicas que guían la formación del esqueleto. En las esponjas de vidrio, las espículas pueden unirse formando estructuras rígidas, elegantes y resistentes, similares a entramados de cristal natural (Müller, 2003; Uriz et al., 2003).

Figura 4. [Formas cristalinas del carbonato de calcio]. Los cristales de calcita y aragonita están formados por carbonato de calcio, pero tienen estructuras internas diferentes. La calcita es más estable y suele conservarse mejor; la aragonita forma agujas o fibras menos estables que pueden transformarse en calcita con el tiempo. En organismos marinos influyen en conchas, corales, fósiles, biomineralización, resistencia y preservación geológica de esqueletos duros antiguos marinos.

En las espículas de carbonato de calcio, el proceso es distinto. Las esponjas calcáreas depositan el mineral en forma cristalina, generalmente como calcita o aragonita. Estas espículas pueden formarse dentro de células o bajo control celular estrecho, y cada una puede comportarse como un cristal individual producido por el organismo. Aunque el carbonato de calcio también aparece en conchas de moluscos, corales y esqueletos de equinodermos, en las esponjas cumple una función adaptada a un cuerpo filtrador y poroso. El resultado es una estructura ligera, resistente y suficiente para sostener tejidos blandos sin impedir el paso del agua a través del cuerpo (Brusca & Brusca, 2003; Ruppert et al., 2004).

La diversidad de materiales esqueléticos en las esponjas demuestra que no existe una única manera de construir soporte biológico. Un animal puede sostenerse mediante huesos, cartílagos, conchas, cutículas, fluidos internos o, como en este caso, fibras de colágeno y espículas minerales. En los poríferos, esta solución está íntimamente ligada a su modo de vida sésil y filtrador. Como permanecen fijos al sustrato, necesitan resistir corrientes, evitar deformaciones excesivas y mantener abiertos sus canales acuíferos. Si el cuerpo colapsara, el flujo de agua disminuiría y la alimentación se vería comprometida. Por ello, el esqueleto de las esponjas sostiene tanto la forma corporal como la fisiología de filtración.

Figura 5. [Esponja natural vs sintéticas]. Las esponjas sintéticas surgieron para reemplazar esponjas naturales, pero generan impactos ambientales. Las de pulpa aumentaron tala de bosques y las plásticas dependen del petróleo. Durante fabricación, uso y desecho pueden liberar sustancias carcinógenas, partículas y residuos persistentes. Como no se biodegradan fácilmente, contaminan suelos, aguas y ecosistemas. Por eso conviene preferir materiales durables, reutilizables, compostables y de menor impacto.

 Las espículas también tienen importancia ecológica después de la muerte del animal. Al acumularse en sedimentos marinos o de agua dulce, pueden contribuir a formar depósitos ricos en sílice o carbonato de calcio. Además, sus restos fosilizados permiten estudiar esponjas antiguas y reconstruir ecosistemas pasados. Debido a que las partes blandas se degradan rápidamente, los elementos esqueléticos mineralizados son una de las principales evidencias disponibles en el registro fósil de muchos poríferos. Así, las espículas conectan anatomía, ecología, evolución y paleontología, funcionando como pequeñas huellas minerales de animales que, en vida, filtraron agua y construyeron cuerpos aparentemente simples, pero biológicamente sofisticados (Brusca & Brusca, 2003; Uriz et al., 2003).

Referencias

Brusca, R. C., & Brusca, G. J. (2003). Invertebrates (2.ª ed.). Sinauer Associates.

Hickman, C. P., Roberts, L. S., Keen, S. L., Larson, A., Eisenhour, D. J., & I’Anson, H. (2017). Integrated principles of zoology (17.ª ed.). McGraw-Hill Education.

Hooper, J. N. A., & Van Soest, R. W. M. (Eds.). (2002). Systema Porifera: A guide to the classification of sponges. Springer.

Müller, W. E. G. (2003). Silicatein-mediated biosilica formation in sponges. Progress in Molecular and Subcellular Biology, 33, 195–221.

Ruppert, E. E., Fox, R. S., & Barnes, R. D. (2004). Invertebrate zoology: A functional evolutionary approach (7.ª ed.). Brooks/Cole.

Uriz, M. J., Turon, X., Becerro, M. A., & Agell, G. (2003). Siliceous spicules and skeleton frameworks in sponges: Origin, diversity, ulrastructural patterns, and biological functions. Microscopy Research and Technique, 62(4), 279–299.