Käsnad: Paiksete loomade hõimkond

Taksoni autor on Robert Edmond Grant (1836).

Nimetus Porifera tähendab 'poorikandjad'.

Käsnad sarnanevad teiste loomadega selle poolest, et nad on hulkraksed ja heterotroofid, neil puuduvad rakukestad ja nad produtseerivad spermatosoide. Erinevalt teistest loomadest ei ole neil päriskudesid ega elundeid. Kunagi peeti neid taimedeks, sest neil puuduvad paljud tunnused, mis on teiste loomade puhul tüüpilised. Kuigi nende erinevatel rakkudel on oma funktsioon, pole nad liitunud kudedeks ega elunditeks, neil puuduvad närvid ja leidub ainult mõni lihasrakk.

Käsnad on sessiilsed loomad, kellel vee sissevõtu- ja väljalaskeavad on ühendatud õõntega, mida vooderdavad piitsataoliste viburitega kaelusviburrakud. Mõned karnivooridest käsnad on need veevoolusüsteemid ja kaelusviburrakud minetanud. Kõik teadaolevad elavad käsnad saavad oma keha ümber kujundada, sest nende enamikku tüüpi rakud saavad kehas ringi liikuda ja mõned saavad üle minna ühest tüübist teise.

Kuigi mõned käsnad saavad eritada lima – mis kõigil teistel loomadel on mikroobibarjäär –, ei ole teada ühtegi käsna, mis oleks võimeline eritama tõhusa limakihi. Ilma sellise limakihita on nende eluskude kaetud mikroobsete sümbiontide kihiga, mis võib moodustada kuni 40–50% käsna märgmassist. See võimetus mikroobe oma poorsest koest eemal hoida on võib-olla üks põhiline põhjus, miks käsnadel ei ole kujunenud keerukamat anatoomiat.

Nagu kõrveraksetel ja kammloomadel ja erinevalt kõikidest teistest teadaolevatest loomadest koosnevad käsnade kehad mitteelus tarretisetaolisest massist mesohüülist, mis on surutud kahe põhilise rakukihi vahele.

Kõrveraksetel ja kammloomadel on lihtne närvisüsteem ja nende rakukihid on seotud sisemiste ühendustega ning sellega, et nad on kinnitunud basaalmembraanile (õhukesele kiulisele matile). Käsnadel ei ole selgroogsete närvisüsteemile sarnast närvisüsteemi, kuid võib-olla on neil teistsugune närvisüsteem. Nende mesohüülis on suured ja mitmekesised rakupopulatsioonid ning võib-olla liiguvad mõnda liiki rakud väliskihtidest mesohüüli ja muudavad oma funktsiooni.

Enamik käsnade liike elab soojaveelistes meredes. Kuigi on mageveeliike, elab suur enamik käsnaliike soolases merevees. Elupaigad ulatuvad loodetevööndist süvamerepõhjani (üle 8800 m sügavuseni).

Eesti magevetest on leitud neli liiki käsnu: järvekäsn (Spongilla lacustris), tavaline jõekäsn (Ephydatia fluviatilis), Mülleri jõekäsn (Ephydatia mülleri) ja mageveekäsn Eunapius fragilis. Andmed nende liikide levikust Eesti jõgedes ilmusid 2007. aastal ajakirjas Fundamental and Applied Limnology/Archiv für Hydrobiology 2007, Vol.168/1: 93-103.

 

 

Käsnad on hulkraksed organismid, kelle keha on täis poore ja kanaleid, mis võimaldavad veel neist läbi käia. Nad koosnevad tarretisetaolisest mesohüülist kahe õhukese rakukihi vahel.

Käsnadel on diferentseerumata rakud, mis saavad diferentseeruda.

Neil ei ole keerukat närvisüsteemi, seedeelundkonda ega ringeelundkonda. Käsnadel puuduvad päriskoed (kõrvalhulkraksed), lihased, närvid] ja siseelundid.

Mõned käsnad on radiaalsümmeetrilised, kuid enamik on asümmeetrilised. Nende kehakuju on kohastunud maksimaalselt tõhusaks veevooluks läbi keskõõne, kuhu kogunevad toitained. Vesi väljub heiteava (osculum) kaudu.

Paljudel käsnadel on sisetoes, mis koosneb okistest ehk spiikulitest (lubiokised koosnevad kaltsiumkarbonaadist, räniokistest ränidioksiidist) ja või spongiinist (kollageeni modifikatsioon). Enamikul käsnadel on sisetoeseks mesohüül. Kividele ja sarnastele kõvadele pindadele toetuvatel pehmetel käsnadel on see ainus toes. Sagedamini sisaldab mesohüül okiseid, spongiinikiude või mõlemaid. Päriskäsnad kasutavad spongiini; paljudel liikidel on räniokised, mõnel liigil on kaltsiumkarbonaadist välistoes. Päriskäsnad moodustavad umbes 90% teadaolevatest käsnaliikidest; nende seas on kõik mageveeliigid ja neil on kõige suurem elupaikade mitmekesisus. Lubikäsnad, kellel on lubiokised ja mõnel liigil kaltsiumkarbonaadist välistoes, elavad ainult suhteliselt madalas merevees, kus on kõige lihtsam kaltsiumkarbonaati toota. Haprad klaaskäsnad, kellel on räniokistest "tellingud", elavad üksnes polaarpiirkondades ja ookeanisügavustes, kus röövloomi on vähe.

Rakutüübid

 

Käsna keha on õõnes ja tema kuju hoiab mesohüül (joonisel helehall), tarretisetaoline materjal, mis koosneb põhiliselt kollageenist ja mida tugevdab tihe samuti kollageenist koosnevate kiudude võrgustik. Sisepinda katavad kaelusviburrakud ehk koanotsüüdid (joonisel punased), silindrilise või koonilise kaelusega rakud, igaühel üks vibur. Piitsataoliste viburite laineline liikumine ajab vett läbi käsna keha. Kõigil käsnadel on suudmed (ostia), kanalid, mis viivad läbi mesohüüli keha sisse, ja enamikul käsnadel kontrollivad neid torutaolised porotsüüdid (joonisel oranž), mis moodustavad suletavaid sissepääsuklappe. Pinakotsüüdid (joonisel kollane), plaaditaolised rakud, moodustavad ühekihilise välisnaha kõigi nende teiste mesohüüliosade peal, mis ei ole kaetud kaelusviburrakkudega, ja pinakotsüüdid seedivad ka toiduosakesi, mis on liiga suured, et suudmetest sisse minna,.

Teiste tüüpide rakud elavad ja liiguvad mesohüüli sees:

• Lofotsüüdid (joonisel helelilla) on amööbitaolised rakud, mis liiguvad aeglaselt läbi mesohüüli ja eritavad kollageenikiude.
• Kollentsüüdid on veel üks kollageeni tootvate rakkude tüüp.
• Rhabdiferous cells eritavad polüsahhariide, mis samuti moodustavad osa mesohüülist.
• Munarakud (joonisel tumeroheline) ja seemnerakud on sugurakud.
• Sklerotsüüdid (pildil tumesinine) eritavad mineraliseerunud okiseid, mis moodustavad paljude käsnade toesed, ja mõne liigi puhul pakuvad kaitset röövloomade vastu.
• Peale sklerotsüütide või nende asemel päriskäsnadel on spongotsüüdid, mis eritavad kollageenide vormi, mis polümeriseeruvad spongiiniks, paksuks kiuliseks materjaliks, mis jäigastavad mesohüüli.
• Lihasrakud juhivad signaale ja panevad looma osi kokku tõmbuma.
• "Hallid rakud" toimivad immuunsüsteemi ekvivalendina.
• Arheotsüüdid ehk algrakud on amööbitaolised rakud, mis on totipotentsed – igaüks neist saab muutuda mis tahes teist tüüpi rakuks. Neil on ka oluline roll toitumises ja suudmeid ummistava prügi koristamisel.
• Amöbotsüüdid

Paljude käsnade vastsetel on neuroniteta silmad, mis põhinevad krüptokroomidel. Need vahendavad fototaksist.

Klaaskäsnade süntsüütiumid

 

Klaaskäsnadel on see põhiplaan eripäraselt teisenenud. Nende okised, mis koosnevad ränidioksiidist, moodustavad tellingutetaolise raamistiku, mille varbade vahel eluskude ripub nagu ämblikuvõrk, mis sisaldab enamikku rakutüüpe. See kude on süntsüütium, mis mõneti käitub nagu palju rakke, millel on üksainus ühine rakumembraan, ja mõneti nagu üksainus rakk paljude tuumadega. Mesohüül puudub või on minimaalne. Süntsüütiumi tsütoplasma, supitaoline vedelik, mis täidab rakkude vedeliku, on organiseeritud "jõgedeks", mis transpordivad rakutuumi, organelle ja teisi aineid. Kaelusviburrakkude asemel on koanosüntsüütiumideks nimetatavad süntsüütiumid, mis moodustavad kellukesekujulisi õõsi, kuhu vesi siseneb avauste kaudu. Nende õõnte sisemus on vooderdatud "kaeluskehadega", mis koosnevad kaelusest ja viburist, kuid millel pole oma tuuma. Viburi liikumine imeb vee läbi "ämblikuvõrgu" läbikäikude ka lükkab selle kellukesekujuliste õõnte lahtiste otste välja.

Mõnedel rakutüüpidel on igal rakul üks tuum ja membraan ning nad on teiste ühetuumaliste rakkudega ja peasüntsüütiumiga ühenduses tsütoplasma "sildade" kaudu. Sklerotsüütidel, mis ehitavad okiseid, on mitu tuuma, ja klaaskäsnade vastsetel on nad teiste kudedega ühenduses tsütoplasmasildade kaudu; niisuguseid sklerotsüütidevahelisi ühendusi ei ole täiskasvanud käsnadelt leitud, kuid asi võib olla lihtsalt uurimise raskuses. Sildu kontrollivad "kinnitopitud liidused", mis nähtavasti lubavad mõnedel ainetel läbi minna ja blokeerivad teisi ained.

Veevool ja kehaehitus

 

Enamik käsnu toimib üsna korstnate moodi: nad võtavad alt vett sisse ja heidavad selle ülalt heiteavast välja. Et keskkonna voolud on ülal kiiremad, siis imemisefekt, mille need Bernoulli võrrandi järgi tekitavad, teeb osa tööst tasuta ära. Käsnad saavad veevoolu kontrollida heiteava ja suuete (vee sissevõtupooride) täielikku või osalist sulgemist mitmeti kombineerides ning viburi lööke varieerides ja nad saavad veevoolu peatada, kui vees on palju liiva või muda.

Kuigi pinakotsüütide ja kaelusviburrakkude kihid meenutavad palju keerukamate loomade epiteelkude, ei ole nad rakuühenduste ega basaalmembraani (alumise õhukese kiulise kihi) abil tihedalt seotud. Nende kihtide painduvus ja mesohüüli ümberkujundamine lofotsüütide poolt võimaldab käsnadel oma kuju elu jooksul muuta, et kohalikke veevoole maksimaalselt ära kasutada.

Käsnade lihtsaim kehaehitus on askonoidne (toru- või vaasikujuline), kuid see seab looma mõõtmetele karmid piirid. Sellist kehaehitust iseloomustab varretaoline spongotsööt, mida ümbritseb üksainus kaelusviburrakkude kiht. Kui seda lihtsalt suurendada, siis selle ruumala ja pindala suhe kasvab, sest pindala kasvab võrdeliselt pikkuse või laiuse ruuduga, ruumala aga kasvab võrdeliselt pikkuse või laiuse kuubiga. Selle, kui palju on tarvis toitu ja hapnikku, määrab ruumala, kuid pumpamisvõime toidu ja hapniku saamiseks sõltub kaelusviburrakkudega kaetud pindalast. Askonoidsete käsnade läbimõõt ületab harva 1 mm.

 

Mõned käsnad on selle piirangu ületamiseks omandanud sükonoidse kehaesituse, mille puhul kehasein on voldiline. Voltide sisetaskud on vooderdatud kaelusviburrakkudega, mida suudmed ühendavad voltide välistaskutega. See kaelusviburrakkude arvu ja seettu pumpamisvõime suurenemine võimaldab sükonoidsetel käsnadel kasvada mõne sentimeetrini.

Leukonoidne kehaehitus suurendab pumpamisvõimet veelgi, täites sisemuse peaaegu täielikult mesohüüliga, milles on võrgustik õõntest, mis on vooderdatud kaelusviburrakkudega ning on ühendatud üksteisega ning sisse- ja väljavooluavadega torude kaudu. Leukonoidsete käsnade läbimõõt võib ulatuda üle meetri ja see, et kasv igas suunas suurendab kaelusviburrakuõõsi, võimaldab neil võtta mitmekesisemaid kujusid, nagu näiteks "koorikuga katvad" käsnad, mille kuju järgib nende pindade kuju, mille külge nad kinnituvad. Kõigil mageveekäsnadel ja enamikul madala vee merekäsnadel on leukonoidne kehaesitus. Klaaskäsnade veevooluvõrgustik on sarnane leukoniidse kehaesitusega.

Kõikide kehaehitustüüpide korral kaelusviburrakkudega vooderdatud piirkondade ristlõige palju suurem kui vee sisse- ja väljavoolukanalite ristlõige. Seetõttu voolab vesi kaelusviburrakkude läheduses aeglasemalt, mis hõlbustab neil toiduosakeste püüdmist. Näitekd Leuconia '​l, väikesel leukonoidsel käsnal, mille kõrgus on umbes 10 cm ja läbimõõt 1 cm, voolab vesi igasse rohkem kui 80 000 sissevoolukanalist kiirusega 6 cm minutis. Ent kuna Leuconia '​l on üle 2 miljoni viburitega õõne, mille summaarne läbimõõt on palju suurem kui kanalite summaarne läbimõõt, aeglustub vee vool läbi õõnte 3,6 sentimeetrini tunnis, nii et kaelusviburrakkudel on hõlbus toitu haarata. Kogu vesi väljutatakse üheainsa heiteava kaudu kiirusega umbes 8,5 cm sekundis, millest piisab jääkproduktide eemaletoimetamiseks.

 

Toes

Toes on looma jäik struktuur. Sellel ei pea olema liigeseid ja see ei pea olema biomineraliseeritud. Mesohüül on enamiku käsnade sisetoes, ja pehmetel käsnadel, mis katavad koorikuga kõvasid pindu, näiteks, kivisid, on mesohüül ainus toes.

Tavaliselt teevad mesohüüli jäigaks kiviokised, spongiinkiud või mõlemad. Okised, mis on olemas enamikul, kuid mitte kõigil käsnadel, võib koosneda ränidioksiidist või kaltsiumkarbonaadist. Nende kuju varieerub lihtsatest kepikestest kolmemõõtmeliste kuni kuue kiirega "tähtedeni". Okiseid produtseerivad sklerotsüüdid Nad võivad olla eraldi, liigestega ühendatud või liitunud.

Mõned käsnad eritavad ka välistoest, mis on täielikult väljaspool käsna orgaanilisi koostisosi. Näiteks sklerospongidel on massiivne kaltsiumkarbonaadist välistoes, mille peale orgaaniline aine moodustab õhukese kihi kaelusviburrakkude õõntega kivi aukudes. Seda välistoest eritavad pinakotsüüdid, mis moodustavad loomade naha.

 

Liikumine

Kuigi täiskasvanud käsnad on fundamentaalselt sessiilsed loomad, saavad mõnd liiki mere- ja mageveekäsnad liikuda mööda veekogu põhja kiirusega 1–4 mm ööpäevas. Seda võimaldavad pinakotsüütide ja teiste amööbitaoliste liigutused. Mõned liigid saavad kogu keha kokku tõmmata ja paljud saavad sulgeda heiteava ja suudmed. Vastsed triivivad või ujuvad vabalt, täiskasvanud on statsionaarsed.

Hingamine, toitumine ja eritamine

 

Käsnadel puudub eraldi ringe-, hingamis-, seede- ja erituselundkond, vaid nende veevoolusüsteem toetab kõiki neid talitlusi. Nad sõeluvad läbi nende keha voolavast veest välja toiduosakesi. Üle 50 mikromeetrise läbimõõduga osakesed ei mahu suuetest sisse ja pinakotsüüdid omastavad need fagotsütoosi teel. 0,5 kuni 50 μm suurused osakesed jäävad lõksu suuetesse, mis on seestpoolt kitsamad kui väljastpoolt. Need osakesed tarbivad ära pinakotsüüdid või arheotsüüdid, mis suruvad end osaliselt suuete seintest läbi. Bakterisuurused osakesed läbimõõduga alla 0,5 mikromeetri lähevad suuetest läbi ning need püüavad kinni ja tarbivad ära kaelusviburrakud. Et kõige väiksemad osakesed on kaugelt kõige tavalisemad, siis kaelusviburrakud püüavad tavaliselt kinni 80% käsna tarbitavast toidust. Arheotsüüdid transpordivad vesiikulitesse pakitud toitu rakkudest, mis toitu otseselt transpordivad, rakkudesse, mis seda ei tee. Vähemalt üht liiki käsnal on seesmised kiud, mis toitaineid kandvate arheotsüütide radadena, ja need rajad panevad ka inertseid esemeid liikuma.

Käsnad elavad vees. Enamik käsnu saab toitu ja hapnikku ning vabaneb jääkidest tänu organismist pidevalt läbivoolavale veele. Käsnad elavad taimedele, kividele, limuste kodadele ja teistele veealustele kehadele kinnitunult.

Erinevalt enamikust loomadest on käsnad liikumatud. Nende elu möödub substraadile kinnitunult ja nad on filtertoidulised.

Kõik täiskasvanud käsnad on sessiilsed veeloomad: nad kinnituvad mõnele veealusele pinnale ja jäävad paigale (ei rända). Vastsed on liikuvad.

Toitumine ja hingamine

Enamik käsnaliikidest toitub bakteritest ja muust vees leiduvast mikroskoopilisest toidust. Mõnel liigil on endosümbioos fotosünteesivate mikroorganismidega, kusjuures sageli toodetakse rohkem toitu ja hapnikku, kui nad tarbivad. Mõned toiduvaeses keskkonnas elavad käsnaliigid on karnivoorid, kelle saakloomad on peamiselt vähilaadsed.

Paljunemine

Käsnad paljunevad nii mittesuguliselt kui ka suguliselt. Enamik liike, mis kasutavad sugulist paljunemist, väljutavad seemnerakud vette, et viljastada munarakud, mis mõnel liigil väljutatakse, mõmel jäävad "emasse". Viljastatud munarakkudest arenevad vastsed, kes ujuvad, et otsida kinnitumiskohta.

Käsnad regenereeruvad äramurtud tükkidest. Selleks peavad seal leiduma õiget tüüpi rakud.

Mõned liigid paljunevad pungumise teel. Kui keskkonnatingimused muutuvad käsnadele ebasoodsamaks, näiteks kui temperatuur langeb, toodavad paljud mageveeliigid ja mõned mereliigid spetsialiseerumata rakkudest koosnevaid gemmuleid ehk sisepungi, mis jäävad tingimuste paranemiseni uinuvasse olekusse. Siis nad kas moodustavad täiesti uued käsnad või taasasustavad oma vanemate toesed.

Afaliine on nähtud kasutamas käsnu toiduotsingu tööriistadena.

 

Üherakulised kaelusviburlased sarnanevad käsnade kaelusviburrakkudega, mida nad kasutavad vee voolama panemiseks enamiku toidu püüdmiseks. Seda koos ribosoomimolekulide fülogeneetilise uurimisega on kasutatud morfoloogiliste tõenditega selle kasuks, et käsnad on ülejäänud loomade sõsarrühm. Käsnade sarnasus kaelusviburlastega viitab tõenäoliselt evolutsioonilisele "hüppele" ainuraksest hulkrakse organismini.

Mõned uurijad arvavad, et käsnad on vanim praegu elavatest loomarühmadest. Nad võisid kõikide loomade viimane ühisest eellasest esimesena hargneda, siis nad on kõigi teiste loomade sõsarrühm. Nad moodustavad algeliste loomade klaadi, mis on pärishulkraksete sõsarklaad.

Käsnadest ei ole evolutsioneerunud ükski kõrgem loom.

Nii päriskäsnade, lubikäsnade kui ka klaaskäsnade kivistisi on leitud 580 miljoni aasta vanuseks dateeritud kivimitest. Käsnadeks peetakse nüüd ka arheotsüaate, kelle kivistised on tavalised 530 kuni 490 miljoni aasta vanustes kivimites.

Käsnade hõimkond sisaldab kolme või nelja klassi:

• lubikäsnad (Calcarea või Calcospongiae)
• klaaskäsnad (Hexactinnelida või Hyalospongiae)
• päriskäsnad (Demospongiae)

Mõnikord tuuakse välja ka neljas klass:

• korallkäsnad (Sclerospongiae)

Need klassid sisaldavad umbes 80 sugukonda 10 000 liigiga.

eElurikkus klassifitseerib käsnu nii:

• • • • Placodictyum
    • Ecclimadictyidae
• Calcarea – lubikäsnad
  • Baerida
  • Clathrinida
  • Leucosolenida
  • Lithonida
  • Murrayonida
• Demospongiae – päriskäsnad
  • • • Arabescula
      • Collectella
      • Myceliospongia
      • Petromica
      • Plakidium
  • Agelasida
  • Astrophorida
  • Axinellida
  • Biemnida
  • Bubarida
  • Chondrillida
  • Chondrosida
  • Clionaida
  • Dendroceratida
  • Desmacellida
  • Dictyoceratida
  • Hadromerida
  • Halichondrida
  • Haplosclerida
    • Spongillidae – järvekäsnlased
      • Ephydatia – jõekäsn
        • Ephydatia fluviatilis – tavaline jõekäsn
        • Ephydatia muelleri – Mülleri jõekäsn
      • Eunapius
        • Eunapius fragilis
      • Spongilla – järvekäsn
        • Spongilla lacustris – järvekäsn
  • Lithistida
  • Merliida
  • Poecilosclerida
  • Polymastiida
  • Sphaerocladina
  • Spirophorida
  • Spongillida
  • Suberitida
  • Tethyida
  • Tetractinellida
  • Trachycladida
  • Verongida
  • Verongiida
• Hexactinellida – klaaskäsnad
  • • • • Deanea
        • Diaretula
        • Hyalocaulus
        • Lithospongia
        • Rhabdostauridium
  • Amphidiscosida
  • Hexactinosida
  • Lychniscosida
  • Lyssacinosida
  • Sceptrulophora
• Homoscleromorpha
  • Homosclerophorida

Neid väheseid päriskäsnade liike, millel on täiesti pehme kõvade elementideta kiuline toes, on inimesed aastatuhandeid kasutanud mitmeks otstarbeks, sealhulgas polstrina ja pesemisvahendina. 1950ndateks olid nad aga nii ülepüütud, et nende kasutamine peaaegu lakkas ning enamik käsnataolisi materjale on nüüd sünteetilised.

Käsnu ja nende mikroskoopilisi endosümbionte uuritakse kui paljude haiguste ravimite võimalikku allikat.

• käsnade loend