Chondrilla nucula (Porifera, Demospongiae) : an example of successful plasticity ; ecological and morphological aspects

Abstract

Sponges (Porifera) represent an important component of the Mediterranean sessile benthic community. They are present both in shallow and deeper waters, on soft and hard bottoms and some species, namely the bath sponges, has an application in human life since a long time. In the last few decades, they also assumed an importance among the organisms producing bioactive compounds which application goes from the homeopathy to the classical medicine to the industry. The study of the taxonomy, ecology and biology of sponges has an history hundreds years old. Now, due to the new findings that render sponges an exploitable marine resource, a coupling of the traditional sciences with the new emerging applications (biotechnology) is urgently needed. The Northern Adriatic Sea was the craddle of the sponge science hosting 36% of the sponge species present in the whole Mediterranean Sea. For the present work, the sponge fauna of a channel-like bay called Limski kanal (Croatia) has been intensively studied for the first time and a list of sponges, including species new for this area, is the result of a series of surveys in twelve sampling sites along the channel. As an introduction to the classification of sponges, a guide to the identification of the most common Mediterranean species has been written and included. A study on the temporal dynamic of a sponge community (Limski kanal, Croatia) was made by using fixed frames that have been photographed along a period of two years. Either seasonality, morphological variability, growth and degeneration phenomena have been observed, providing one more evidence of the incredible plasticity of the Porifera. Among the species in the Limski kanal, Chondrilla nucula (Porifera, Demospongiae) has been chosen as model organism. Firstly, its distribution, abundance and average coverage have been studied, showing that this species is very common along the channel, also in areas with a high sedimentation. Its distribution pattern depends mainly on light availability and kind of substrate. C. nucula is known as a very plastic species: here some macromorphological aspects related to the locomotion, the fragmentation events, the elimination of the sediment and the epibiosis are described in the attempt to give an overview on the successful life strategies of this sponge. Up to now only morphological studies on the oogenesis and spermatogenesis are available but the complete life cycle is unknown. In this study, macromorphological variations in specimens of C. nucula in reproduction and the first stages of embryogenesis have been described for the first time. Finally, in view of a biotechnological use of sponges as bioremediator organisms, the filtration and the bacterial retention rates of C. nucula have been investigated using clearance tests. In spite of a low filtration rate, the sponge showed high bacterial retention rates. This, together with the easy techniques required to farm it, makes of this sponge an eligible candidate for bioremediation. To achieve an effective conservation management plan and a sustainable exploitation of the marine resources, the knowledge on the biological and ecological characteristics of the benthic community and of the single species is absolutely necessary.

Schwämme stellen einen wichtigen Teil des sessilen Benthos im Mittelmeer dar. Sie kommen sowohl im flachen als auch im tiefen Wasser, auf Weichboden und Hartsubstraten vor und manche Arten, speziell die Badeschwämme, finden seit langer Zeit Anwendung im Lebensalltag der Menschen. Im Laufe der letzten Jahrzehnte wurde den Schwämmen eine wichtige Rolle unter den Organismen zugesprochen, die bioaktive Substanzen produzieren, deren Anwendungsbandbreite von der Homöopathie über die klassische Medizin bis hin zur industriellen Nutzung reicht. Das Studium der Taxonomie, Ökologie und Biologie der Schwämme hat eine Jahrhunderte lange Tradition. Heute, da Schwämme aufgrund neuer Ergebnisse als nutzbare marine Ressource angesehen werden, ist die gegenseitige Ergänzung der herkömmlichen Wissenschaften mit neu aufkommenden Methoden (Biotechnologie) dringend notwendig. Die nördliche Adria war die Wiege der Schwammforschung und 36 % aller im Mittelmeer vorkommenden Schwammarten wachsen dort. Für die vorliegende Arbeit wurde die Schwammfauna einer kanalähnlichen Bucht namens Limski kanal (Kroatien) erstmals untersucht und eine Artenliste erstellt, die auch Arten mit einschließt, die zum ersten Mal in der Umgebung nachgewiesen wurden, und das Ergebnis einer Reihe von Erhebungen ist, die an zwölf Untersuchungspunkten entlang des Kanals durchgeführt wurden. Als Einführung in die systematische Einordnung der Schwämme wurde ein Bestimmungsführer der häufigsten Mittelmeerschwämme geschrieben und in die vorliegende Arbeit miteinbezogen. Die zeitliche Dynamik wurde mittels fest installierter Rahmen untersucht, die in einem Zeitraum von zwei Jahren mehrmals fotografiert wurden. Damit konnten saisonale Schwankungen, morphologische Umformungen, Wachstumsvorgänge und Degenerationsprozesse beobachtet werden, die die überdurchschnittliche Plastizität der Porifera nachdrücklich bestätigen. Chondrilla nucula (Porifera, Demospongiae) wurde unter den Schwammarten im Limski kanal als Modell-Organismus für diese Arbeit ausgewählt. Zunächst wurden die Verbreitung, Häufigkeitsverteilung und die durchschnittliche Substratbedeckung durch den Schwamm untersucht, die zeigten, dass C. nucula im Limski kanal, auch in Bereichen mit hohen Sedimentationsraten, sehr häufig ist. Das Vorkommen hängt im wesentlichen von der Art des Substrates und von der Lichtverfügbarkeit ab. C. nucula ist ein ungemein plastischer Organismus: hier werden einige makromorphologische Aspekte beschrieben, die mit der Bewegung, der Fragmentation, der Beseitigung von Sediment und mit dem Überwachsen anderer Schwämme (Epibiose) zusammenhängen. Damit soll ein Überblick über die erfolgreichen Überlebensstrategien dieses Schwamms gegeben werden. In einem anderen Teil des Mittelmeeres, dem ligurischen Meer, wurden einige C. nucula Exemplare während der Fortpflanzung gefunden. Es gibt zwar Untersuchungen über die Oogenese und die Spermiogenese dieser Art, der gesamte Lebenszyklus ist bis jetzt aber unbekannt. In dieser Arbeit werden erstmals makromorphologische Änderungen von in Fortpflanzung befindlichen Individuen und die ersten Stadien der Embryogenese beschrieben. Schließlich wurde, in Anbetracht der Nutzung von Schwämmen zur biologischen Abwasserreinigung, die Filterleistung und der Bakterienrückhalt durch Klärungsexperimente untersucht. Trotz geringer Filterleistungen war der Anteil herausfiltrierter Bakterien sehr hoch. Zusammen mit den einfachen Methoden die zur Kultur von C. nucula notwendig sind, macht ihn dies zu einem geeigneten Kandidaten für die biologische Abwasserreinigung. Für den effektiven Schutz und die nachhaltige Nutzung der marinen Ressourcen ist das Wissen um die biologischen und ökologischen Merkmale sowohl der Schwammfauna im allgemeinen als auch der einzelnen Art absolut notwendig.