@biomarato
Enginyeria hidràulica
Els equinoderms no es mouen com nosaltres; no utilitzen ossos i palanques musculars convencionals. En lloc d’això, són enginyers hidràulics amb un mètode de transport únic al regne animal.
Aquests animals posseeixen un sistema vascular aqüífer, una xarxa interna de canals plens de líquid que utilitzen per desplaçar-se, alimentar-se i fins i tot respirar. Aquest sistema es connecta amb el mar a través de la madreporita, una placa porosa que funciona com una vàlvula de pressió i un filtre d’aigua, mantenint l’equilibri necessari perquè tot l’aparell funcioni correctament.
El desplaçament de la majoria d’equinoderms es produeix mitjançant centenars de peus ambulacrals. Aquestes estructures funcionen com petites ventoses que es projecten en la direcció del moviment gràcies a la pressió de l’aigua. Segueixen un cicle de passes molt precís: el peu es projecta, s’adhereix al substrat, els seus músculs es contrauen per estirar el cos de l’animal cap endavant i, finalment, es desenganxa per tornar a començar.
Un dels seus secrets millor guardats és el teixit connectiu mutable (o catch connective tissue). Aquest teixit té la propietat única de canviar la seva rigidesa de tou a rígid en segons sota control nerviós. Això permet, per exemple, que una estrella de mar bloquegi els seus braços en una posició determinada per obrir una closca o resistir el corrent sense gastar gairebé gens d’energia muscular. Es tracta d’un sistema de bloqueig automàtic que estalvia energia de forma massiva.
Aquesta sofisticada enginyeria biològica ha servit de model per a la tecnologia humana. El sistema de locomoció i l’adhesió dels equinoderms s’utilitzen per dissenyar robots escaladors i pinces industrials bioinspirades. S’han creat fins i tot prototips de robots tous que imiten el moviment de les estrelles de mar amb actuadors pneumàtics per moure’s per superfícies humides i irregulars, obrint la porta a noves aplicacions en cirurgia i exploració submarina.
Veure-hi i olorar per la pell
Molts equinoderms tenen visió extraocular; és a dir, poden «veure» o detectar canvis de llum a través de tota la seva pell. Això és possible gràcies a un gran arsenal de proteïnes lumíniques (opsines), una de les diversitats més grans de tot el regne animal.
S’ha descobert que els eriçons de mar, per exemple, utilitzen els seus peus ambulacrals com a òrgans fotosensibles, convertint el seu sistema de desplaçament en una mena d’ull gegant i col·lectiu.
En els lliris de mar, aquests receptors es concentren en els nervis de les ranures on capturen l’aliment. Els seus receptors estan «sintonitzats» per detectar la llum blava i verda, que és la que millor viatja sota l’aigua.
La majoria d’estrelles de mar tenen un ocel (un ull simple) a la punta de cada braç. Tot i la seva simplicitat aparent, s’ha demostrat que algunes espècies, com l’estrella «corona d’espines», no només detecten llum, sinó que poden formar imatges reals per reconèixer estructures com els esculls de corall.
Certes ofiures presenten milers de receptors de llum distribuïts pels porus del seu esquelet de calcita. La clau de la seva visió espacial és el moviment físic dels cromatòfors (cèl·lules de pigment), que durant el dia s’expandeixen per actuar com una reixa o filtre solar. Aquest pigment tamisa la llum que arriba als receptors interns, limitant l’angle d’entrada i permetent a l’animal «enfocar» millor per detectar ombres o refugis amb una precisió sorprenent. A la nit, quan els cromatòfors es contrauen, l’animal perd aquesta resolució espacial, però guanya sensibilitat lumínica.
Foto de martanp a Minka. CC BY NC
Evidentment, tampoc tenen nas; però això no impedeix que tinguin una sensibilitat química extrema i són capaços de detectar concentracions de menjar minúscules mitjançant receptors repartits per tota la pell. Però l’olfacte també serveix per sobreviure: s’ha documentat que algunes estrelles de mar entren en un estat de pànic absolut només d’olorar un depredador invisible, iniciant una fugida frenètica molt abans que l’enemic estigui a la seva vista.
De debò? Més sorpreses
Moltes estrelles de mar tenen una manera d’alimentar-se que sembla treta d’una pel·lícula de ciència-ficció. Tenen un estómac dividit en dues seccions: l’estómac cardíac i l’estómac pilòric. Quan troben una presa, com un mol·lusc o un corall, són capaces de projectar la secció cardíaca directament fora del cos a través de la boca. Aquest procés, anomenat eversió, els permet secretar enzims digestius potents sobre la víctima per començar a liquar-la de forma externa. Un cop l’aliment està parcialment digerit, l’estómac torna a l’interior i els nutrients passen a la secció pilòrica, des d’on es distribueixen cap a les glàndules digestives de cada braç per completar el procés.
Els cogombres de mar s’emporten el premi a l’ús més creatiu de la seva anatomia posterior. Per començar, respiren per l’anus, bombant aigua cap a unes estructures ramificades internes anomenades «arbres respiratoris» que extreuen l’oxigen. Però la cosa no acaba aquí: algunes espècies tropicals utilitzen aquest mateix orifici com a canó defensiu, llançant els túbuls de Cuvier: uns filaments blancs, tòxics i increïblement enganxosos que s’emboliquen al voltant del depredador per immobilitzar-lo.
Si mires de molt a prop la pell d’una estrella o d’un eriçó, veuràs milers de petites estructures anomenades pedicel·laris. Són pinces microscòpiques amb vida pròpia que l’animal fa servir per a dues funcions vitals: defensar-se d’organismes petits que intenten instal·lar-se sobre seu i mantenir el seu cos lliure de brutícia i paràsits.
Foto de tziardiving a Minka. CC BY.
Molt més que curiositats: Guardians del planeta i aliats de la medicina
Tot i el seu aspecte senzill, els equinoderms (especialment els cogombres de mar) juguen un paper absolutament vital en la salut dels nostres oceans. Lluny de ser només «neteja-fons», són peces clau en la lluita contra la crisi climàtica.
Els cogombres de mar actuen com a embornals de carboni. En digerir els sediments, excreten carbonat càlcul i augmenten el pH de l’aigua al seu voltant, un procés que serveix com a antídot contra l’acidificació de l’oceà i ajuda a protegir la salut dels esculls de corall. A més, són recicladors nocturns incansables: s’estima que gairebé el 50% de la dissolució de carbonat càlcic que es produeix de nit als esculls de corall és fruit de la seva activitat digestiva. En ecosistemes com els manglars, a més actuen com a bioturbadors, removent els sediments i alliberant nutrients essencials per al creixement dels arbres.
Foto de yespi a Minka. CC BY NC
Però no tot són bones notícies. El canvi climàtic també els afecta directament. Com que depenen de la diferència de pressió amb l’aigua exterior per expulsar el CO2 del seu cos, l’acidificació dels oceans els provoca una acidosi interna greu. No poden «respirar» el gas cap a fora fàcilment, cosa que posa en perill la seva supervivència i, de retruc, tota la cadena ecològica que en depèn. Per frenar el declivi de les espècies comercials (molt valorades en la gastronomia oriental), s’ha impulsat l’holoturicultura (aqüicultura de cogombres de mar) en corrals marins a llocs com Madagascar.
Els equinoderms potser ens ajudaran a salvar vides humanes de la manera més inesperada. El col·lagen extret de les membranes dels eriçons de mar i altres equinoderms és altament compatible amb el cos humà. Actualment, s’estudia per crear matrius biomèdiques que es podran fer servir en persones per a diferents finalitats.
Bibliografia i Fonts d’Informació
- 11.12: Echinoderms – Biology LibreTexts
- 28.5B: Classes of Echinoderms – Biology LibreTexts
- About Echinoderms | Assembling the Echinoderm Tree of Life
- Acid–base physiology response to ocean acidification of two ecologically and economically important holothuroids
- An Overview of the Deuterostomes – Macmillan Learning
- Beyond Adult Stem Cells: Dedifferentiation as a Unifying Mechanism Underlying Regeneration
- Building divergent body plans with similar genetic pathways
- C-opsin expressing photoreceptors in echinoderms
- Chemosensitivity in the Sea Urchin Paracentrotus lividus to Food-Related Compounds
- Crown-of-thorns starfish have true image forming vision
- Extraocular vision in a brittle star is mediated by chromatophore movement
- Gecko adhesion based sea star crawler robot
- Marine-derived collagen biomaterials from echinoderm connective tissues
- Mechanical Design in Tube Feet
- OPSIN-MEDIATED PHOTORECEPTION IN THE MOST BASAL ECHINODERM GROUP: THE CRINOIDS
- Regeneration in Echinoderms: Molecular Advancements
- Sea cucumbers could be key to preserving coral reefs – The University of Sydney
- Sea cucumbers stabilise carbon sinks – Darwin Initiative
- Sea urchin locomotion — Julia E. Samson
- Star-gazing on the reef: First evidence that brittle stars may ‘see’ with their skin – Phys.org
- Symmetry of echinoderms: From initial bilaterally-asymmetric metamerism to pentaradiality
- This Venomous Starfish Panics When It ‘Smells’ an Invisible Predator – A-Z Animals
- Want to Suppress Coral Disease? Bring Back Sea Cucumbers – Cool Green Science