Pojawiły się na Ziemi co najmniej 545 mln lat temu. Nasi przodkowie używali ich szkieletów do mycia się – jako gąbek toaletowych. Nie mają tkanek ani narządów, o układzie nerwowym nie wspominając. Przez wiele lat naukowcy zastanawiali się, czy gąbki w ogóle są zwierzętami. Dziś badania nad tymi stworzenia-mi dostarczają odkryć, które przekładają się na nowe terapie i obiecujące technologie.
Zadziwiająco uniwersalne komórki
Organizm, który jest prymitywny, nie musi wcale być prosty. Gąbki najczęściej żyją na dnie mórz, rzek czy jezior, filtrując wodę poprzez tzw. system wodny i wyłapując z niej pożywienie. Ten proces możliwy jest dzięki wyspecjalizowanym komórkom zwanym choanocytami. Każda z nich jest wyposażona w wić, która służy do przemieszczania wody. Choanocyty pod wieloma względami przypominają wiciowce kołnierzykowe – najbliższych krewnych zwierząt wśród jednokomórkowców.
Jeszcze ciekawsze są archeocyty. Te komórki zajmują się m.in. trawieniem pokarmu i transportem substancji w organizmie. Potrafią w razie potrzeby zamienić się w dowolny inny typ komórek gąbki. To zjawisko, zwane totipotencją, występuje np. w przypadku komórek ludzkiego zarodka. Jednak tam przemiana odbywa się tylko w jedną stronę. Z komórki macierzystej może powstać dowolna tkanka, ale nie na odwrót.
Jak działa gąbka?
Gąbki żyją przede wszystkim na dnie mórz i oceanów, rzadziej w zbiornikach słodkowodnych. Są przyczepione do podłoża i filtrują duże ilości wody w celu uzyskania pożywienia. Przybierają różne kształty: od form dzbankowatych, tubowych i talerzowatych przez sferyczne, krzaczaste i liściaste, na cienkich „skorupach” kończąc. W ich ciałach zazwyczaj można wydzielić strefę zewnętrzną, przez którą odbywa się zasysanie wody do wnętrza, oraz wklęsły spongocel, którym prze-filtrowana woda trafia z powrotem na zewnątrz.
Tymczasem archeocyty mogą zmieniać się w komórki innego typu, potrzebne w danym momencie organizmowi, a potem znów wrócić do poprzedniego stanu. Nic dziwnego, że naukowcy próbują zrozumieć, jakie mechanizmy za tym stoją.
Być może dzięki tym badaniom powstaną nowe terapie prowadzące do regeneracji uszkodzonych narządów.
Szkielet montuje się sam
Równie niezwykłe właściwości ma szkielet gąbek. Składa się on z bardzo dużej ilości spikuli, zwanych też igłami – małych mineralnych elementów o przeróżnych kształtach. Najczęściej są zbudowane z krzemionki, rzadziej ze związków wapnia. Czasami są ze sobą zrośnięte na stałe, a czasem łączy je elastyczna białkowa substancja – spongina. Z tych prostych elementów powstają zadziwiająco złożone i wytrzymałe struktury.
Naukowców interesuje sam proces powstawania takiego szkieletu. U innych zwierząt – kręgowców, stawonogów i szkarłupni – odbywa się to od razu w docelowej lokalizacji. Tymczasem u niektórych gąbek bardziej przypomina powstawanie budynku z prefabrykatów. W ich ciałach istnieją strefy, gdzie produkowane są pojedyncze igły. Stamtąd są dostarczane do innego rejonu organizmu za pomocą komórek transportowych. Następnie kolejny rodzaj komórek zajmuje się osadzaniem i cementowaniem igieł w miejscu docelowym.
Mechanizmy sterujące tym placem budowy są cały czas badane. Nic dziwnego – inżynierom od dawna marzą się konstrukcje, które mogłyby same się montować po wcześniejszym zaprogramowaniu. Taka technologia sprawdziłaby się w miejscach trudno dostępnych dla człowieka, np. na dnie oceanów lub na innych planetach.
Zakręcone światłowody
Igły tworzące szkielet gąbek mogą jednak dać początek także innej, bardzo dziś potrzebnej technologii. Chodzi o włókna światłowodowe, które służą do szybkiej transmisji danych. Ich wielką wadą jest mała elastyczność. Kabel światłowodowy łatwo uszkodzić, jeśli spróbujemy go np. zgiąć.
Przyroda w toku ewolucji wypracowała rozwiązanie, które może pomóc inżynierom. Cienkie jak ludzki włos igły należące do głębokowodnych gąbek z rodzaju Euplectella służą do jej zakotwiczenia na dnie morskim. Pomimo że są zbudowane z krzemionki o strukturze przypominającej szkło, mają ogromną wytrzymałość. Sekret tkwi w ich budowie wewnętrznej. Składają się z szeregu koncentrycznych warstw krzemionki coraz mniejszej grubości. Te warstwy są oddzielone od siebie cienkimi porcjami materii organicznej. Największe zainteresowanie badaczy budzą igły wytwarzane przez gąbkę o pięknej nazwie koszyczek Wenery (Euplectella aspergillum). „Można na nich zawiązać supeł, nie uszkadzając przy tym struktury. A igły te przewodzą światło w ten sam sposób, w jaki odbywa się to w światłowodach” – mówi prof. Joanna Aizenberg z Bell Labs. Wiązka świetlna przechodzi przez igłę, odbijając się wewnątrz od jej ścianek.
Badania prof. Aizenberg nad biomineralizacją mogą doprowadzić do przełomu w technologii światłowodowej. Zespół jej kolegi Jamesa Weavera z Harvardu bada możliwość zastosowania podobnych rozwiązań do zaprojektowania superwytrzymałych budynków.
A jednak się ruszają!
Przeważająca większość gąbek prowadzi osiadły tryb życia. Pierwsi badacze sądzili, że są bliżej spokrewnione z roślinami niż ze zwierzętami. Jednak w głębinach czy podmorskich jaskiniach substancji odżywczych jest niewiele. Gąbki zamieszkujące te środowiska stały się więc drapieżnikami. Dzięki specjalnym elementom chwytnym potrafią polować na małe krewetki i inne skorupiaki. To niezwykłe zjawisko zostało odkryte w połowie lat 80. przez francuskich badaczy Jeana Vaceleta i Nicole Boury-Esnault. Według ostatnich badań liczba gatunków drapieżnych gąbek przekracza 130. Nie są to więc tak nieruchome stworzenia, jak się kiedyś uczonym wydawało. Dziś wiemy, że gąbki mogą się poruszać dzięki skurczom komórek. I choć ruch ten jest najczęściej bardzo po-wolny (ok. 4 mm na dobę), pozwala im również np. na ucieczkę przed drapieżnikiem.
Podwodna kopalnia leków
Jeszcze większe nadzieje budzą inne produkty gąbek – tzw. metabolity wtórne. Zwierzęta te nie mają muszli, pancerzy czy układu odpornościowego. Aby się bronić, wydzielają przeróżne substancje. Większość z nich to silne toksyny lub związki o działaniu antywirusowym.
Medycyna korzystała już wcześniej z tych odkryć. Substancje produkowane przez występującą na Karaibach gąbkę Tectitethya crypta dały początek kilku le-kom przeciwwirusowym. Jest wśród nich m.in. azydotymidyna (AZT), stosowana u osób zainfekowanych HIV, oraz lek na opryszczkę o nazwie acyklowir (można go kupić bez recepty w formie maści, kremu czy żelu). Inne substancje tego typu potrafią zwalczać infekcje grzybicze.
Obecnie intensywnie badane są liczne pro-dukty gąbek, m.in. spongotymidyna i spongourydyna. Mają one cenne właściwości – potrafią hamować wzrost innych komórek niż te należące do organizmu macierzystego. W przypadku gąbek pomaga to obronić teren przed konkurencją. U ludzi podobny mechanizm może pozwolić na skuteczne zwalczanie nowotworów. Pierwszy tego typu lek, zwany erybuliną, jest już stosowany w leczeniu raka piersi.
„Badania na myszach wykazały, że produkowana przez gąbki kortystatyna A skutecznie hamuje wzrost komórek odpowiedzialnych za ostrą białaczkę szpikową. Na tę chorobę mamy bardzo mało skutecznych leków” – wyjaśnia prof. Matthew Shair z Harvardu. Być może więc do szpitali niedługo trafią kolejne leki opracowane dzięki stworzeniom, które przetrwały prawie niezmienione przez setki milionów lat.