Κεφάλαιο 7 Καλλιέργεια σπόγγων. Ελένη Βουλτσιάδου. Υδατοκαλλιέργειες Καλλιέργεια Ασπονδύλων

Κεφάλαιο 7 Καλλιέργεια σπόγγων Ελένη Βουλτσιάδου Υδατοκαλλιέργειες Καλλιέργεια Ασπονδύλων

2 Κ αλλιέργεια σπόγγων Καλλιέργεια σπόγγων Σύνοψη Η καλλιέργεια των σπόγγων έχει εξέχουσα θέση στη σύγχρονη βιοτεχνολογία. Η βασική τους αξιοποίηση αφορά στα παραδοσιακά είδη σπόγγων μπάνιου της Μεσογείου, ενώ τις τελευταίες δεκαετίες το επιστημονικό ενδιαφέρον έχει στραφεί και σε είδη που παράγουν φυσικά προϊόντα με δυνατότητες εφαρμογής στην παρασκευή φαρμακευτικών σκευασμάτων. Πρόσφατα εξετάζεται η δυνατότητα αξιοποίησης των σπόγγων ως «βιολογικών φίλτρων» της υδάτινης μάζας. Για όλους τους παραπάνω λόγους, αλλά και για ερευνητικούς σκοπούς που έχουν να κάνουν με την ιδιαίτερη εξελικτική θέση και τις μοναδικές τους ιδιότητες, οι σπόγγοι έχουν καλλιεργηθεί με διάφορες μεθόδους. Οι σπόγγοι του μπάνιου καλλιεργούνται αποκλειστικά στη θάλασσα, από κομμάτια ενήλικων ατόμων, με οικονομικά αποδοτική παραγωγή σε κάποιες περιοχές. Θαλασσοκαλλιέργειες έχουν επίσης αναπτυχθεί και για διάφορα είδη που εκκρίνουν φυσικά προϊόντα με στόχο την παραγωγή ποσοτήτων από τις επιθυμητές ουσίες, ενώ, για τον ίδιο αυτό σκοπό, διάφορα είδη έχουν καλλιεργηθεί σε ενυδρεία ή βιοαντιδραστήρες. Η καλλιέργεια των σπόγγων in vitro έχει πραγματοποιηθεί με τρεις τρόπους: τη δημιουργία κυτταρικών σειρών (που όμως δεν έχει αποφέρει ακόμη συνεχείς κυτταρικές σειρές), τις πρωτομορφές και τα τεμάχια πολύ μικρού μεγέθους. Μεγάλο μέρος του επιστημονικού ενδιαφέροντος στον τομέα των καλλιεργειών έχει στραφεί στις σχέσεις μεταξύ σπόγγων και συμβιωτικών οργανισμών αφού σε αυτές οφείλεται, σε πολλές περιπτώσεις, η έκκριση βιοδραστικών ουσιών. Προαπαιτούμενη γνώση Βασικές γνώσεις μορφολογίας, ταξινόμησης και βιολογίας σπόγγων (επιπέδου γενικής ζωολογίας), μικροβιολογίας και αρχών υδατοκαλλιέργειας (Κεφάλαιο 1 του παρόντος). 1.Εισαγωγή Οι σπόγγοι είναι από τα πιο αρχέγονα ζώα, μοναδικά λόγω της εξαιρετικά απλής και ομοιογενούς δομής τους. Η ξεχωριστή και σημαντική θέση τους στο θαλάσσιο οικοσύστημα οφείλεται στα ιδιαίτερα γνωρίσματά τους που είναι η συμμετοχή στην πρωτογενή παραγωγή με τη βοήθεια συμβιωτικών μικροοργανισμών, η μεγάλη αναγεννητική τους ικανότητα, η δημιουργία ενδιαιτήματος για άλλους οργανισμούς (μηχανική οικοσυστημάτων), η έκκριση βιοδραστικών ουσιών, η συμμετοχή στη δημιουργία σκληρού υποστρώματος με τον σκελετό τους, η συμμετοχή στη βιοδιάβρωση των σκληρών υποστρωμάτων με την έκκριση δραστικών ουσιών και η δυνατότητα να τροποποιούν τη σύνθεση της στήλης του νερού με την έντονη διηθητική τους δραστηριότητα. Το ενδιαφέρον του ανθρώπου για τους οργανισμούς αυτούς ανάγεται στους προϊστορικούς χρόνους, κυρίως εξαιτίας της ικανότητας των σπόγγων του μπάνιου να συγκρατούν το νερό και να το αποβάλλουν με την πίεση. Τη βάση για τις πρώτες απόπειρες καλλιέργειας των σπόγγων αποτέλεσε η μεγάλη αναγεννητική τους ικανότητα. Ο πρώτος που την κατέγραψε ήταν ο Αριστοτέλης, στα έργα του οποίου οι σπόγγοι κατέχουν εξέχουσα θέση. Ο Αριστοτέλης καταγράφει εκτενώς τη γνώση που είχαν οι αρχαίοι για τη βιολογία, την εξάπλωση και την ποικιλότητα των σπόγγων, ενώ άλλοι αρχαίοι συγγραφείς, όπως ο Ιπποκράτης, ο Οππιανός και ο Διοσκουρίδης, αναφέρονται στις ποίκιλλες χρήσεις τους (καθαριότητα, σωματική υγιεινή, ιατρική και φαρμακευτική, πολεμικές επιχειρήσεις, τέχνη, κ.ά.) (Εικόνα 7.1), αλλά και στον τρόπο αλιείας τους. Οι πρώτες καλλιέργειές τους έγιναν με στόχο την παραγωγή σπόγγων του μπάνιου και πραγματοποιήθηκαν τον 18 ο αιώνα σε περιοχές της Μεσογείου (όπου ξεκίνησε και η σπογγαλιεία) και στη συνέχεια, τον 19 ο αιώνα, στην Καραϊβική και στις αρχές του 20 ου αιώνα σε διάφορα νησιά του Ειρηνικού Ωκεανού. Οι αρχικές

3 Υ δατοκαλλιέργειες αυτές προσπάθειες βασίστηκαν σε απλές μεθόδους, όπως ο τεμαχισμός μεγάλων σπόγγων και η τοποθέτηση των κομματιών σε τσιμεντένια υποστρώματα, για παράδειγμα δίσκους και τρίγωνα (Εικόνα 7.2). Εικόνα 7.1 Χρήσεις των σπόγγων στην ελληνική αρχαιότητα. Νεαρός αθλητής με τον απαραίτητο εξοπλισμό για το λουτρό του, στον οποίο περιλαμβάνεται και ένας σπόγγος. Απεικόνιση σε ερυθρόμορφοο αττικό κύλικα του 5 ου π.χ. αιώνα. Από http://www.mfa.org/collections/object/drinking-cup-kylix-with-pentathletes-153704. Το έργο διατίθεται ελεύθερα για μη εμπορική, εκπαιδευτική χρήση. Εικόνα 7.2 Α, Διατάξεις καλλιέργειας σπόγγων στη Φλόριντα από κομμάτια επάνω σε τσιμεντένιους δίσκους και τρίγωνα, σχεδιασμένες σύμφωνα με φωτογραφίες του Moore (1910). Β, Από ενημερωτικό φυλλάδιο για την καλλιέργεια των σπόγγων στο Chase της Φλόριντας, το 1916. Από http://bit.ly/1t6o9z6. Αδειοδότηση CC BY. Τις τελευταίες δεκαετίες, εκτός από τη ζήτηση για σπόγγους του μπάνιου που παραμένει σε υψηλά επίπεδα, και την οποία δεν μπορεί να καλύψει η σπογγαλιεία, έχουν προκύψει πρόσθετοι λόγοι που εντείνουν το ενδιαφέρον για την καλλιέργειά τους. Οι λόγοι αυτοί σχετίζονται κυρίως με την έκκριση βιοδραστικών ουσιών και την ικανότητα των σπόγγων να διηθούν το θαλασσινό νερό κατακρατώντας

4 Κ αλλιέργεια σπόγγων βακτήρια και άλλους μικροοργανισμούς. Η σπογγοκαλλιέργεια θεωρείται η πλέον αποδοτική μέθοδος για παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων σπόγγων με στόχο την απόκτηση φαρμακευτικών ουσιών μεγάλου ενδιαφέροντος, αποφεύγοντας ταυτόχρονα την υποβάθμιση των φυσικών τους πληθυσμών. 2. Ταξινόμηση καλλιεργούμενων σπόγγων Οι σπόγγοι αποτελούν το ζωικό φύλο Porifera (πόρος + φέρω). Τα περίπου 8.500 είδη σπόγγων που έχουν περιγραφεί μέχρι σήμερα ταξινομούνται σε τέσσερεις κλάσεις: Calcarea (ασβεστόσπογγοι), Demospongiae (δημόσπογγοι), Hexactinellida (υαλόσπογγοι) και Homoscleromorpha (ομοσκληρόμορφοι). Οι σπόγγοι που παρουσιάζουν ενδιαφέρον για καλλιέργεια ανήκουν στην κλάση των δημοσπόγγων, η οποία περιλαμβάνει το 85% περίπου των γνωστών ειδών σπόγγων. Τα είδη της κλάσης αυτής έχουν σκελετό ανόργανο (από πυριτικούς σκληρίτες), οργανικό (από σπογγίνη) ή συνδυασμό των δύο. Οι σπόγγοι του μπάνιου (που όλοι ταξινομούνται στην οικογένεια Spongiidae της τάξης Dictyoceratida των δημοσπόγγων) οφείλουν την ελαστικότητα και την απορροφητικότητα τους στον σκελετό τους που αποτελείται αποκλειστικά από ένα πυκνό δίκτυο ινών σπογγίνης. Ο ελαστικός αυτός σκελετός είναι ότι απομένει μετά την επεξεργασία που υφίστανται οι ζωντανοί σπόγγοι για να διατεθούν στο εμπόριο ως σπόγγοι του μπάνιου. Επιπλέον, διάφορα είδη με οργανικό ή ανόργανο σκελετό έχουν δοκιμαστεί σε καλλιέργειες λόγω των φυσικών προϊόντων που παράγουν. Τάξεις που περιλαμβάνουν τέτοια είδη είναι οι Agelasida, Axinellida, Dendroceratida, Haplosclerida, Poecillosclerida, Suberitida, Verongida, κ. ά. Οι σπόγγοι του μπάνιου ανήκουν σε τέσσερα γένη παγκοσμίως (Spongia, Hippospongia, Coscinoderma Rhopaloeides), από τα οποία, μόνο τα Spongia και Hippospongia απαντούν στη Μεσόγειο. Τέσσερα είδη των δύο αυτών γενών (Εικόνα 7.3) αλιεύονται με εμπορικό όφελος κυρίως στις ανατολικές και νοτιοανατολικές μεσογειακές ακτές (Ελλάδα, Τυνησία, Λιβύη, Τουρκία και Αίγυπτος): το Hippospongia communis (καπάδικο), το Spongia officinallis (με τη μορφή mollissima, κοινώς μελάτι ή φίνο, και τη μορφή adriatica, κοινώς ματαπάς), το Spongia lamella (λαγόφυτο ή αυτί του ελέφαντα) και το Spongia zimocca (τσιμούχα). Από τα παραπάνω, ανώτερης ποιότητας σε παγκόσμια κλίμακα θεωρείται το είδος Spongia officinallis και μάλιστα το φίνο. 3. Στοιχεία βιολογίας καλλιεργούμενων σπόγγων 3.1 Δομή Οι σπόγγοι είναι υδρόβιοι πολυκύτταροι οργανισμοί που ζουν προσκολλημένοι στο υπόστρωμα. Η δομή τους είναι απλή και βασίζεται σε ένα σύστημα κυκλοφορίας του νερού (Εικόνα 7.4) που μεταφέρει στον σπόγγο τροφή και οξυγόνο από το νερό, ενώ απομακρύνει τα άχρηστα συστατικά και τους γαμέτες κατά την εποχή της αναπαραγωγής. Ένας ιδιαίτερος τύπος μαστιγοφόρων κυττάρων με περιλαίμιο, τα χοανοκύτταρα, δημιουργούν συνεχές ρεύμα νερού με την κίνηση των μαστιγίων τους. Εξωτερικά το σώμα του σπόγγου είναι καλυμμένο από έναν τύπο ατελούς ιστού, το πινακόδερμα, ενώ στο εσωτερικό του υπάρχει ποικίλη ποσότητα μιας ζελατινώδους ακύτταρης ουσίας που λέγεται μεσοΰλη. Μέσα στη μεσοΰλη βρίσκονται διάφοροι τύπου κυττάρων, όπως αμοιβαδοκύτταρα, αρχαιοκύτταρα, σκληροβλάστες, σπογγοβλάστες, νευρικά κύτταρα, καθώς και τα σκελετικά στοιχεία του σπόγγου (βλέπε ενότητα 2). Οι δημόσπογγοι εμφανίζουν τον πιο αποτελεσματικό για την κυκλοφορία του νερού τύπο δομής σπόγγων, τον λευκώδη (Εικόνα 7.4), στον οποίο τα χοανοκύτταρα επενδύουν ένα σύστημα πολυάριθμων μικροσκοπικών θαλάμων που εξαπλώνονται σε όλη τη μάζα του σπόγγου. Το νερό εισέρχεται από πολυάριθμους μικροσκοπικούς πόρους στην επιφάνεια του σπόγγου, διατρέχει τους προσαγωγούς σωλήνες και φτάνει στους χοανοκυτταρικούς θαλάμους. Από εκεί, με απαγωγούς σωλήνες ωθείται προς τα στόμια εξόδου, τα οποία είναι εμφανή και ποικίλλουν σε αριθμό, ανάλογα με το είδος.

5 Υ δατοκαλλιέργειες Εικόνα 7.3 Μεσογειακά είδη σπόγγων του μπάνιου. Α και B, Hippospongia communis λίγο μετά τη συλλογή και μετά από επεξεργασία Γ και Δ, Spongia officinalis η μορφή mollissima λίγο μετά τη συλλογή και μετά από επεξεργασία Ε και ΣΤ, Spongia officinalis η μορφή adriatica στο φυσικό περιβάλλον και επεξεργασμένη Ζ, Spongia lamella σε κατεργασμένη μορφή Η, Spongia zimmoca σε κατεργασμένη μορφή. Φωτογραφίες Δ, ΣΤ, Ζ, Η @ Ε. Βουλτσιάδου, A, Β, Γ, Ε, @ Θάνος Νταϊλιάνης, ευγενική παραχώρηση.

6 Κ αλλιέργεια σπόγγων Εικόνα 7.4 Δομή ενός τυπικού δημόσπογγου, λευκώδους τύπου οργάνωσης. Διακρίνεται το σύστημα κυκλοφορίας του νερού. 3.2 Θρέψη και διηθητική ικανότητα Οι σπόγγοι είναι διηθηματοφάγοι οργανισμοί, που προσλαμβάνουν από το νερό σωματίδια νεκρής ή ζωντανής οργανικής ύλης μεγέθους 0,1-50 μm. Στους μικροοργανισμούς που προσλαμβάνουν συγκαταλέγονται τα βακτήρια, τα δινομαστιγωτά, οι μύκητες και οι ιοί. Υπολογίζεται ότι ένας σπόγγος μέσου μεγέθους μπορεί να διηθήσει σε μια ώρα όγκο νερού εξαπλάσιο από τον δικό του όγκο. Η δραστηριότητα αυτή των σπόγγων έχει ως αποτέλεσμα την απομάκρυνση από τη στήλη του νερού βακτηρίων και άλλων αιωρούμενων μεριδίων με ταχείς ρυθμούς. Πειράματα σε ενυδρεία έδειξαν ότι ένα άτομο του κοινού σπόγγου του μπάνιου Spongia officinallis, διαμέτρου περίπου 8 cm 2, μπορεί να μειώσει την αφθονία των βακτηρίων που υπάρχουν σε 1 l νερού περισσότερο από δέκα φορές μέσα σε 4 ώρες. Η ικανότητα αυτή των σπόγγων έχει προταθεί ότι μπορεί να βρει εφαρμογή στη βιοεπανόρθωση ρυπασμένων περιοχών. Η διαδικασία της πέψης γίνεται αποκλειστικά ενδοκυτταρικά, με φαγοκύτωση. Η θέση της πέψης των ποικίλων μεριδίων εξαρτάται από το μέγεθός τους. Έτσι, πολύ μεγάλα μερίδια φαγοκυτώνονται από κύτταρα του πινακοδέρματος που περιβάλλει το σπόγγο. Μικρότερα μερίδια μεταξύ 50 και 5 μm που μπορούν να περάσουν από τους πόρους εισόδου φαγοκυτώνονται από κύτταρα του πινακοδέρματος που επενδύει τις εσωτερικές κοιλότητες και τα μεγάλα κανάλια κοντά στην επιφάνεια του σπόγγου. Στη διαδικασία αυτή μπορεί να συμμετέχουν και αρχαιοκύτταρα που ξεπροβάλουν από τη μεσοΰλη στο σύστημα κυκλοφορίας του νερού. Τα ακόμη μικρότερα μερίδια εισέρχονται στους χοανοκυτταρικούς θαλάμους και φαγοκυτώνονται από χοανοκύτταρα. Τα μερίδια ανόργανου υλικού που εισέρχονται με τη διαδικασία της διήθησης, είτε αποβάλλονται από το σπόγγο με τη βοήθεια αρχαιοκυττάρων είτε προωθούνται από αυτά σε θέσεις όπου ο σπόγγος δημιουργεί σκελετό προκειμένου να χρησιμοποιηθούν για την ενίσχυσή του.

7 Υ δατοκαλλιέργειες Πολλοί σπόγγοι ζουν συμβιωτικά με φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς, που συνηθέστερα είναι ζωοξανθέλλες και κυανοβακτήρια. Τα τελευταία μπορεί να αποτελούν μέχρι και περισσότερο από το μισό της συνολικής μάζας του σπόγγου. Ανάμεσα στους σπόγγους και τα κυανοβακτήρια αναπτύσσονται μεταβολικές ανταλλαγές, με αποτέλεσμα οι πρώτοι να καλύπτουν, σε κάποιες περιπτώσεις, το 50-80% των ενεργειακών τους απαιτήσεων από τα προϊόντα της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των βακτηρίων. Διάφορα βακτήρια, από την άλλη μεριά αξιοποιούν τα προϊόντα του μεταβολισμού των σπόγγων, όπως για παράδειγμα τα νιτροποιητικά βακτήρια την αμμωνία. Μια πρόσθετη πηγή τροφής για τους σπόγγους αποτελεί η διαλυμένη στο νερό οργανική ύλη, η οποία αξιοποιείται με τη βοήθεια των συμβιωτικών μικροοργανισμών. 3.3 Αναπαραγωγή Οι σπόγγοι αναπαράγονται αγενώς και εγγενώς. Η αγενής αναπαραγωγή γίνεται είτε με αποκοπή τμημάτων των σπόγγων, είτε με τη δημιουργία εκβλαστημάτων, εξωτερικών ή εσωτερικών. Η αποκοπή μπορεί να οφείλεται σε αβιοτικά αίτια όπως η δράση κυμάτων και ρευμάτων ή σε βιοτικά αίτια όπως η δράση θηρευτών. Τα κομμάτια των σπόγγων που πέφτουν στο υπόστρωμα αυξάνονται γρήγορα, λόγω της μεγάλης αναγεννητικής τους ικανότητας. Η δημιουργία εξωτερικών εκβλαστημάτων από τους ίδιους τους σπόγγους είναι ένας σχετικά σπάνιος τρόπος αναπαραγωγής, έχει παρατηρηθεί όμως σε κάποιους δημόσπογγους. Η δημιουργία εσωτερικών εκβλαστημάτων (κάτι ανάλογο με τα σπόρια), που ονομάζονται αποβλαστήματα, είναι ένας τρόπος με τον οποίο αναπαράγονται οι σπόγγοι του γλυκού νερού και αρκετοί θαλάσσιοι, ιδιαίτερα όταν οι συνθήκες είναι αντίξοες. Κατά την εγγενή αναπαραγωγή, μεταφέρονται σπερματοζωάρια από ένα αναπαραγωγικά ώριμο άτομο σπόγγου σε ένα άλλο. Οι σπόγγοι δεν έχουν μόνιμα αναπαραγωγικά όργανα και οι περισσότεροι είναι ερμαφρόδιτοι. Οι σπόγγοι του μπάνιου, ωστόσο, είναι συνήθως γονοχωριστικοί. Τα σπερματοζωάρια δημιουργούνται κατά την εποχή της αναπαραγωγής μέσα σε χοανοκυτταρικούς θαλάμους από χοανοκύτταρα (Εικόνα 7.5Α) που πολλαπλασιάζονται σε μεγάλους αριθμούς και απελευθερώνονται μέσα από το σύστημα κυκλοφορίας του νερού. Όταν εισέλθουν σε ένα επίσης ώριμο άτομο, παραλαμβάνονται από χοανοκύτταρα που μετατρέπονται σε μεταφορικά κύτταρα και οδηγούνται στα ωάρια που ήδη έχουν δημιουργηθεί από αρχαιοκύτταρα (Εικόνα 7.5Β). Η ανάπτυξη είναι έμμεση και στους δημοσπόγγους κυρίαρχη μορφή προνύμφης είναι η παρεγχυμέλλα (Εικόνα 7.5Δ), που έχει μέγεθος από 0,5-5 mm. Η ανάπτυξη των προνυμφών είτε ολοκληρώνεται μέσα στο σώμα του μητρικού σπόγγου (ωοζωοτοκία), είτε στο νερό, αφού το γονιμοποιημένο αυγό βγει από το σπόγγο με τα ρεύματα του νερού (ωοτοκία). Στην περίπτωση των σπόγγων του μπάνιου συμβαίνει ωοζωοτοκία και οι πελαγικές προνύμφες τους μετά την απελευθέρωση εγκαθίστανται στο υπόστρωμα εντός 24-48 ωρών. Οι κύκλοι ζωής των σπόγγων δεν είναι μέχρις στιγμής επαρκώς μελετημένοι. Σε μερικούς δημοσπόγγους παρατηρείται ένας συνδυασμός του εγγενούς με τον αγενή τρόπο αναπαραγωγής. Μικρά κομμάτια που κόβονται από γονιμοποιημένα άτομα σπόγγων λόγω φυσικής ή βιολογικής όχλησης, παρασύρονται σε μεγάλες αποστάσεις με τα ρεύματα, μεταφέροντας μαζί τους και τις προνύμφες που αναπτύσσονται στο εσωτερικό τους. Με τον τρόπο αυτό αυξάνεται η ικανότητα διασποράς τους αλλά και η γενετική ποικιλότητα των πληθυσμών που εγκαθίστανται σε νέες περιοχές. 3.4 Συμβιωτικοί μικροοργανισμοί και ασθένειες Οι θαλάσσιοι σπόγγοι αποτελούν ξενιστές για μια πολύ μεγάλη ποικιλία συμβιωτικών μικροοργανισμών και έτσι έχουν συγκεντρώσει το ενδιαφέρον για έρευνα με στόχο την ανακάλυψη νέων ειδών γενών ακόμη και φύλων μικροοργανισμών. Από τις μελέτες που έχουν γίνει για τη μικροβιακή ποικιλότητα των σπόγγων μπορούν να προκύψουν τα εξής συμπεράσματα: α) Ο σπόγγος και οι μικροοργανισμοί που συμβιώνουν με αυτόν θα πρέπει να αντιμετωπίζονται ως μια ενιαία συνεύρεση που ονομάζεται ολοβιώτης (holobiont), στην οποία οι μικροοργανισμοί μπορεί να αποτελούν έως και το 60% της συνολικής βιομάζας β) Τα

8 Κ αλλιέργεια σπόγγων βακτήρια και αρχαία που ζουν στους σπόγγους είναι κυρίως αποκλειστικοί συμβιώτες που δεν βρίσκονται πουθενά άλλου εκτός από τους σπόγγους γ) Τα βακτήρια αποτελούν το μεγαλύτερο ποσοστό των συμβιωτών των σπόγγων και συχνά υπάρχουν αρχαία, μύκητες, μονοκύτταρα φύκη και πρωτόζωα δ) πολλοί από τους συμβιώτες παράγουν δευτερογενείς μεταβολίτες με ιδιαίτερο ενδιαφέρον για φαρμακευτικές εφαρμογές. Εικόνα 7.5 Εγγενής αναπαραγωγή στους δημοσπόγγους. Α, Τα χοανοκύτταρα ενός θαλάμου έχουν πολλαπλασιαστεί και μετατραπεί σε σπερματοζωάρια Β, Ένα αρχαιοκύτταρο έχει μετατραπεί σε ωάριο εφοδιασμένο με κόκκους λεκίθου Γ, Γονιμοποιημένο αυγό στο στάδιο των δύο κυττάρων Δ, προνύμφη παρεγχυμέλα. Τροποποιημένη από de Vos et al. (1991). Ελεύθερη διάθεση με αναφορά της πηγής από Smithsonian Institution Scolarly Press. Είναι πολύ πιθανό ότι πρόκειται για μια σχέση αμοιβαιότητας στην οποία ο σπόγγος παρέχει υπόστρωμα και κατάλληλες συνθήκες για την ανάπτυξή συγκεκριμένων μικροοργανισμών και αυτοί με τη σειρά τους συμμετέχουν περισσότερο ή λιγότερο καθοριστικά στις μεταβολικές δραστηριότητες του σπόγγου. Οι σπόγγοι υπό κανονικές συνθήκες συμβιώνουν αρμονικά με πολλούς μικροοργανισμούς ελέγχοντας τους πληθυσμούς τους με την έκκριση κατάλληλων βιοδραστικών ουσιών. Βακτήρια και μύκητες έχουν θεωρηθεί υπεύθυνα για την εκδήλωση ασθενειών στους σπόγγους. Ωστόσο, έρευνες έχουν δείξει ότι τα πραγματικά αίτια των φαινομένων αυτών είναι ακραίες διακυμάνσεις περιβαλλοντικών παραμέτρων στο θαλάσσιο περιβάλλον, με χαρακτηριστικό παράδειγμα τα καταγεγραμμένα περιστατικά αυξημένων θερμοκρασιών. Οι συνθήκες αυτές επιδρούν δυσμενώς στους σπόγγους με την επαγωγή στρες στις φυσιολογικές τους λειτουργίες. Σε περιπτώσεις αντίξοων συνθηκών, η άμυνα των σπόγγων εξασθενεί με αποτέλεσμα να προσβάλλονται από τους συμβιώτες τους ή και νέους εισβολείς (Εικόνα 7.6). Μέχρι σήμερα έχουν παρατηρηθεί και καταγραφεί αρκετές περιπτώσεις ασθένειας των σπόγγων σε διάφορες περιοχές του πλανήτη. Πολλές μάλιστα από αυτές είχαν τη μορφή εκτεταμένων επιδημιών με

9 Υ δατοκαλλιέργειες καταστροφικά αποτελέσματα για τους πληθυσμούς των σπόγγων, συχνά σε μεγάλες εκτάσεις. Μερικά παραδείγματα: α) η επιδημία που κατέστρεψε το 70-95% των εμπορικών σπόγγων στην Καραϊβική το 1938 β) η ασθένεια που έπληξε το 1986 τους πληθυσμούς των εμπορικών σπόγγων στο Αιγαίο και επεκτάθηκε σε ολόκληρη την Ανατολική λεκάνη της Μεσογείου γ) η μαζική καταστροφή των πληθυσμών πολλών θαλάσσιων ασπόνδυλων, μεταξύ των οποίων και οι σπόγγοι, στις ακτές της βορειοδυτικής Μεσογείου το 1999. Η μείωση των φυσικών πληθυσμών των σπόγγων του μπάνιου σε σχέση με το παρελθόν είναι εμφανής από διάφορες εκτιμήσεις που έγιναν σε άλλοτε ακμάζοντα σπογγαλιευτικά πεδία της Ανατολικής λεκάνης της Μεσογείου. Η μελέτη των ασθενειών των σπόγγων είναι σημαντική για τον σχεδιασμό μιας στρατηγικής για τη μείωση του κινδύνου προσβολής των φυσικών πληθυσμών τους, αλλά και για την εκτίμηση της επίδρασης που μπορεί να έχει η μεγάλη πυκνότητα των ατόμων, σε περιοχές όπου γίνεται καλλιέργεια, στην ταχύτερη διάδοσή τους. Εικόνα 7.6 Σπόγγοι και μικροοργανισμοί. Α, Ένας υγιής σπόγγος φιλοξενεί συμβιωτικούς μικροοργανισμούς χωρίς να προσβάλεται από αυτούς, έλέγχοντας τους πληθυσμούς τους με την παραγωγή βιοδραστικών ουσιών. Β, Μια ασυνήθιστη αύξηση της θερμοκρασίας στο περιβάλλον μπορεί να καταστήσει τους μικροοργανισμούς αυτούς νοσογόνους για το σπόγγο, που δεν μπορεί πλέον να ελέγξει τους πληθυσμούς τους, αφού έχει διαταραχτεί η φυσιολογία του. Γ, Η αύξηση των νοσογόνων μικροοργανισμών μπορεί να γίνει ανεξέλεγκτη και να προκαλέσει νέκρωση του σπόγγου. Δ, Στο προσβεβλημένο τμήμα του σπόγγου εισέρχονται νέοι μικροοργανισμοί που μπορεί να αντικαταστήσουν τους παλαιούς συμβιώτες και να επιδεινώσουν την υγεία του σπόγγου. 3.5 Παραγωγή φυσικών προϊόντων Οι σπόγγοι ξεχωρίζουν ανάμεσα στους θαλάσσιους οργανισμούς που παράγουν φυσικά βιοδραστικά προϊόντα (Εικόνα 7.7), τον γαλάζιο χρυσό όπως αποκαλούνται, έχοντας συγκεντρώσει το ενδιαφέρον της θαλάσσιας βιοχημικής έρευνας, τις τρεις τελευταίες δεκαετίες. Η μεγάλη ποικιλότητα των δευτερογενών μεταβολιτών στους σπόγγους έχει αποδοθεί στο πολύ μεγάλο γονιδίωμά τους (100.000 γονίδια, έναντι 35.000 περίπου του ανθρώπινου γονιδιώματος). Με την παραγωγή των ουσιών αυτών οι σπόγγοι που, σε αντιδιαστολή με άλλους θαλάσσιους οργανισμούς δεν έχουν τη δυνατότητα της μετακίνησης, μπορούν να προφυλάσσονται από επίδοξους θηρευτές και επιβιοτικούς οργανισμούς, να αντιμετωπίζουν τους ανταγωνιστές τους για χώρο, να ελέγχουν τους πληθυσμούς των συμβιωτικών μικροοργανισμών και εκείνων που εισέρχονται με τη διήθηση του νερού στο σώμα τους, και να προστατεύονται από την

10 Κ αλλιέργεια σπόγγων υπεριώδη ακτινοβολία. Οι μεταβολίτες αυτοί, πάντως, δεν αποτελούν σε όλες τις περιπτώσεις προϊόν των ίδιων των σπόγγων, αλλά μπορεί να παίζουν σημαντικό ρόλο στην έκκριση τους οι συμβιωτικοί μικροοργανισμοί. Λόγω της ποικίλης φαρμακευτικής τους δράσης (αντιβιοτική, κυτταροτοξική), τα φυσικά προϊόντα των σπόγγων παρουσιάζουν έντονο φαρμακευτικό ενδιαφέρον. Ανάμεσα στους σπόγγους που παράγουν βιοδραστικές ουσίες είναι και αρκετά κοινά Μεσογειακά είδη των γενών Agelas, Axinella, Aplysina, Chondrosia, Dysidea, Ircinia, Petrosia, κ.ά. (Εικόνα 7.8). 4. Αναγκαιότητα για καλλιέργεια σπόγγων Με βάση όσα προαναφέρθηκαν, οι σπόγγοι συγκεντρώνουν το ενδιαφέρον για καλλιέργεια με στόχο την παραγωγή σπόγγων του μπάνιου, την παραγωγή βιοδραστικών ουσιών, τον καθαρισμό του νερού από μικροοργανισμούς και αιωρούμενο οργανικό υλικό και, τέλος, για διάφορους λόγους επιστημονικής έρευνας. Εικόνα 7.7 Η θέση των σπόγγων ανάμεσα στους θαλάσσιους οργανισμούς, όσον αφορά την παραγωγή βιοδραστικών ουσιών. Από Leal et al. (2012). Αδειοδότηση CC BY από PLoS ONE. 4.1 Παραγωγή σπόγγων του μπάνιου Πολλά από τα είδη της οικογένειας Spongiidae χρησιμοποιούνται ως σπόγγοι του μπάνιου και γενικά στην καθαριότητα, καθώς επίσης και στη βιομηχανία κατασκευής καλλυντικών και για διακοσμητικούς σκοπούς. Βρίσκουν ακόμη ποίκιλλες χρήσεις στην ιατρική, λόγω της αντοχής τους στις υψηλές θερμοκρασίες που απαιτούνται για την απολύμανση, στη ζωγραφική, τη λιθογραφία, την κεραμική και την επεξεργασία δερμάτων. Ακόμη, πολλοί από αυτούς χρησιμοποιούνται στην εναλλακτική ιατρική. Για παράδειγμα ψημένα κομμάτια του σπόγγου Spongia officinallis χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του

11 Υ δατοκαλλιέργειες ομοιοπαθητικού φαρμάκου spongia tosta. Πρόσφατα, κάποιες εταιρίες σε ΗΠΑ και Βρετανία διαθέτουν στην αγορά μικρούς σπόγγους για χρήση στη γυναικεία υγιεινή, με τη μορφή ενός επαναχρησιμοποιούμενου ταμπόν. Οι μεσογειακοί σπόγγοι μπάνιου αποτελούν υψηλής αξίας εξαγώγιμο προϊόν και η αλιεία τους στην ανατολική λεκάνη της Μεσογείου διαμόρφωσε έναν σημαντικό παραγωγικό και εμπορικό κλάδο ενώ προσέφερε οικονομική ευρωστία σε παράκτιες και νησιωτικές κοινότητες. Η Ελλάδα υπήρξε ιστορικά μια από τις σημαντικότερες παραγωγούς χώρες και επιπρόσθετα είχε σημαντικότατο ρόλο στη διάθεση του προϊόντος στο παγκόσμιο εμπόριο. Εικόνα 7.8 Οι κοινοί μεσογειακοί σπόγγοι Sarcotragus foetidus (Α), Chondrosia reniformis (Β), Agelas oroides (Γ), Dysidea avara (Δ), γνωστοί για τις βιοδραστικές-φαρμακευτικές ιδιότητες των ουσιών που παράγουν. Φωτογραφίες @ Θάνος Νταϊλιάνης. Οι σπόγγοι του μπάνιου αφθονούν στα λεγόμενα σπογγοφόρα πεδία, δηλαδή περιοχές στις οποίες αναπτύσσονται εκτεταμένοι πληθυσμοί τους. Οι παράγοντες που ελέγχουν τη δημιουργία τέτοιων πεδίων είναι το βάθος (άριστη ανάπτυξη μεταξύ 10 και 50 m), η θερμοκρασία (10-36 Ο C), η αλατότητα (>35 ), το υπόστρωμα (βράχοι και λειμώνες φανερογάμων) και τα ρεύματα (μέσης ταχύτητας ώστε να μεταφέρουν το αναγκαίο οργανικό υλικό). Η εκδήλωση αλλεπάλληλων περιστατικών θνησιμότητας στους φυσικούς πληθυσμούς της Μεσογείου από το 1986 και μετά, σε συνδυασμό και με την εντατική αλιεία, περιόρισε την έκταση των σπογγοφόρων πεδίων και υποβάθμισε έντονα την αλιευτική και εμπορική δραστηριότητα. Η ζήτηση όμως για τους

12 Κ αλλιέργεια σπόγγων φυσικούς σπόγγους μπάνιου παραμένει υψηλή σε παγκόσμια κλίμακα, διατηρώντας εξαιρετικά μεγάλη την εμπορική αξία του προϊόντος. Η τιμή των καλής ποιότητας σπόγγων του μπάνιου στην αγορά φτάνει τα 400 ευρώ το κιλό. Ακόμη, ανησυχητικό για το μέλλον της σπογγαλιείας είναι το γεγονός ότι και η ανανέωση των πληθυσμών των εμπορικών σπόγγων είναι μια αργή, τοπική διαδικασία (λόγω της μικρής διάρκειας ζωής των προνυμφών τους) και η αύξηση τους απαιτεί ένα αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα (περίπου 5 έτη για να φτάσουν σε ένα καλό εμπορεύσιμο μέγεθος). Με αυτά τα δεδομένα, η προοπτική της καλλιέργειας αποκτά ιδιαίτερη σημασία. 4.2 Παραγωγή βιοδραστικών ουσιών Ένας μεγάλος αριθμός ειδών σπόγγων έχει προσελκύσει το ερευνητικό ενδιαφέρον τα τελευταία έτη όσον αφορά τη δυνατότητά αξιοποίησης των βιοδραστικών ουσιών που παράγουν. Οι ουσίες που μέχρι σήμερα έχουν απομονωθεί μπορούν να διακριθούν, ανάλογα με το είδος της βιοδραστικότητάς τους, σε αντικαρκινικές, κατά των λοιμώξεων (αντιμικροβιακές, αντιικές, αντιμυκητικές), καλλυντικές, βιοχημικά εργαλεία, αντιφλεγμονώδεις, αντισταμινικές, αντιεπιβιοτικές (για χρήση ως βερνίκια σε σκάφη), κ. ά. Όσον αφορά την παραγωγή φαρμάκων, αυτή τη στιγμή πολλές από τις ουσίες αυτές βρίσκονται σε στάδια κλινικού ελέγχου, ενώ άλλες, όπως η αβαρόλη (που προέρχεται από το μεσογειακό σπόγγο Dysidea avara), είναι ήδη εμπορικά διαθέσιμες. Παρόλο που τα περισσότερα είδη που παράγουν ουσίες με φαρμακευτικό ενδιαφέρον ευδοκιμούν στη Μεσόγειο και άλλες περιοχές, η εμπορική τους εκμετάλλευση με αλίευση των φυσικών τους πληθυσμών θα ήταν απαγορευτική, καθώς θα ήταν απαραίτητη η συγκέντρωση μεγάλων ποσοτήτων βιομάζας για να καλυφθούν οι απαιτήσεις για μεγάλης κλίμακας παραγωγή. Κάτι τέτοιο θα υπερέβαινε τη φέρουσα ικανότητα των αποθεμάτων, με αποτέλεσμα την εξάλειψή τους και άλλες ανυπολόγιστες συνέπειες για το θαλάσσιο οικοσύστημα. Ένας άλλος τρόπος που έχει διερευνηθεί είναι η χημική σύνθεση των ουσιών που παρουσιάζουν ενδιαφέρον, μια προσέγγιση που έχει αποδειχτεί δύσκολη και κοστοβόρα αφού τα περισσότερα από τα φυσικά αυτά προϊόντα έχουν εξαιρετικά πολύπλοκα χημικά μόρια και απαιτούνται πολλά διαδοχικά στάδια για να παραχθούν σε συνθήκες εργαστηρίου. Μια άλλη υποσχόμενη μέθοδος είναι η μεταφορά και ετερόλογη έκφραση των γονιδίων που είναι υπεύθυνα για την έκκριση μιας ουσίας-στόχου σε μικροοργανισμούς, που επίσης παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες αφού στις περισσότερες περιπτώσεις η γονιδιακή έκφραση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το συγκεκριμένο περιβάλλον του σπόγγου στο οποίο ζει ο μικροοργανισμός που την παράγει. Φαίνεται ότι η καλύτερη λύση στο πρόβλημα της παραγωγής ικανών ποσοτήτων μιας ουσίας με βιοδραστικό ενδιαφέρον είναι η καλλιέργεια και την τελευταία δεκαετία έχουν προταθεί διάφορα συστήματα εφαρμογής στο πεδίο και στο εργαστήριο. 4.3 Βιοεπανόρθωση διαταραγμένων περιοχών Η ιδιότητα των σπόγγων να διηθούν το νερό και να κατακρατούν το αιωρούμενο οργανικό υλικό και τους μικροοργανισμούς προσδίδει σε αυτούς έναν χαρακτήρα ενεργού βιολογικού φίλτρου που μπορεί να αφαιρέσει την περίσσεια οργανικού φορτίου από μια θαλάσσια μάζα με γρήγορους ρυθμούς. Επίσης έχει διαπιστωθεί ότι η παρουσία σπόγγων επιταχύνει τη βιοδιάσπαση των απορρυπαντικών στο θαλάσσιο οικοσύστημα. Από τη σύγχρονη έρευνα στον τομέα αυτόν έχει προταθεί η χρήση διατάξεων σπόγγων για την αποκατάσταση θαλάσσιων συστημάτων που παρουσιάζουν προβλήματα ευτροφισμού και οργανικής ρύπανσης καθώς και την ελάττωση του μικροβιακού ή πλαγκτικού φορτίου σε επιβαρυμένα περιβάλλοντα. Η μέχρι σήμερα διερεύνηση αυτής της προσέγγισης έχει διεξαχθεί πειραματικά σε κλειστά συστήματα και ελάχιστες προσπάθειες έχουν γίνει με εγκατάσταση σπογγοκαλλιέργειας σε περιοχές ιχθυοκαλλιεργειών ώστε να προκύπτει ένα ολοκληρωμένο σύστημα υδατοκαλλιέργειας στην πράξη.

13 Υ δατοκαλλιέργειες 4.4 Βασική έρευνα Πέρα από τις ερευνητικές καλλιέργειες που αφορούν τη διερεύνηση της απόκρισης ειδών σπόγγων με ενδιαφέρον για μαζική παραγωγή, πολλές προσπάθειες καλλιέργειας γίνονται με στόχο να μελετηθούν κάποιες σημαντικές παράμετροι της βιολογίας των σπόγγων κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες εργαστηρίου. Αυτές έχουν να κάνουν με την εξελικτική θέση των σπόγγων στη βάση του ζωικού βασιλείου, τη διερεύνηση της φυλογένεσής τους, την απόκρισή τους σε μεταβολές περιβαλλοντικών παραμέτρων, καθώς και με κάποια μοναδικά τους χαρακτηριστικά, όπως η μεγάλη ικανότητα αναγέννησης, η ύπαρξη των πολυδυναμικών αρχαιοκυττάρων (που μοιάζουν με τα ανθρώπινα βλαστοκύτταρα), οι ιδιαίτερες σχέσεις που αναπτύσσουν με τους μικροοργανισμούς, οι διεργασίες σχηματισμού του μεταλλικού σκελετού (σκελετογένεση) και του κολλαγόνου, κ.ά. 5. Καλλιέργεια σπόγγων στη θάλασσα Καλλιέργεια σπόγγων στο πεδίο (in situ) γίνεται με στόχο είτε την παραγωγή σπόγγων του μπάνιου είτε την παραγωγή βιοδραστικών ουσιών από είδη που τις εκκρίνουν. Και στις δύο περιπτώσεις, η βασική μέθοδος καλλιέργειας είναι ο τεμαχισμός μεγάλων ατόμων σπόγγων και η προσάρτηση των κομματιών σε εγκαταστάσεις διάφορων τύπων που θα δούμε στη συνέχεια. 5.1 Καλλιέργεια σπόγγων του μπάνιου Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το ενδιαφέρον για την καλλιέργεια σπόγγων του μπάνιου ξεκίνησε από παλιά αλλά επανήλθε στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος τις τελευταίες δεκαετίες, εξαιτίας της ανάγκης να καλυφτεί η αυξανόμενη ζήτηση στην παγκόσμια αγορά παρά τη μείωση των φυσικών αποθεμάτων. Η καλλιέργεια των σπόγγων του μπάνιου είναι μια διαδικασία με πολλά πλεονεκτήματα αφού α) είναι απλή και εύκολη (δεδομένου ότι οι καλλιέργειες αυτές πραγματοποιούνται στις περιοχές όπου οι σπόγγοι του μπάνιου εξαπλώνονται και ευδοκιμούν, και έτσι δεν χρειάζεται να λαμβάνεται ιδιαίτερη μέριμνα για τη διασφάλιση των παραμέτρων της καλλιέργειας), β) δεν βλάπτει το περιβάλλον, γ) είναι λιγότερο χρονοβόρα και κοστοβόρα από τη συλλογή σπόγγων, δ) μπορεί να αποτελέσει επικερδή απασχόληση σε περιοχές όπου ευδοκιμούν τα είδη, δ) το υπόλειμμα του σπόγγου μετά τη συγκομιδή αποτελεί αρχή ενός νέου ατόμου κάνοντας τη συλλογή και τη φύτευση ταυτόχρονες διαδικασίες, ε) τα καλλιεργούμενα άτομα μπορούν να ενισχύσουν με το γόνο τους φυσικούς πληθυσμούς και στ) επιτρέπει τον έλεγχο των σπόγγων από άποψη ποιότητας και μεγέθους. Φυσικά θα πρέπει να υπάρχει πάντα μέριμνα για την επιλογή της κατάλληλης περιοχής, τη φύλαξη της καλλιέργειας, τον έλεγχο για εξάπλωση πιθανών επιδημιών και τη διασφάλιση χρηματοδότησης για τα πρώτα δύο έως τρία χρόνια έως ότου αρχίσει να αποδίδει οικονομικά η καλλιέργεια. Οι καλλιέργειες έχουν πραγματοποιηθεί με προσάρτηση τεμαχισμένων σπόγγων σε κάθετα ή οριζόντια σχοινιά, πολλαπλούς δίσκους ή δικτυωτά πλέγματα (Εικόνα 7.9). Η μέθοδος της προσάρτησης σε σχοινιά έχει το μειονέκτημα ότι πολλές φορές οι σπόγγοι καταστρέφονται ή χάνουν την αξία τους επειδή δημιουργείται μια τρύπα στη θέση του σχοινιού ή μπορεί και να αποκολληθούν αν υπάρξει ισχυρή κίνηση του νερού. Από την άλλη μεριά, τα πλαστικά πλέγματα, ενώ προστατεύουν καλύτερα τους σπόγγους, μερικές φορές επιβραδύνουν τη ροή του νερού άρα και τον ρυθμό αύξησης των κομματιών. Το πρόβλημα αυτό λύνεται με σωστή επιλογή της θέσης καλλιέργειας και πλέγματος κατάλληλου ανοίγματος. Σε κάποιες περιπτώσεις έχει δοκιμαστεί ένας συνδυασμός των δύο μεθόδων. Η καλλιέργεια ξεκινάει με τοποθέτηση των φρεσκοκομμένων κομματιών σε πλέγμα, έως ότου αποκατασταθούν όλες οι κομμένες επιφάνειές τους και στη συνέχεια τα κάπως μεγαλωμένα κομμάτια μεταφέρονται σε σχοινιά για να αποκτήσουν το τελικό τους μέγεθος, σε καλύτερες για την αύξησή τους συνθήκες. Το πόσο αποτελεσματική είναι μια μέθοδος έχει να κάνει με το είδος που καλλιεργείται αλλά και με την περιοχή καλλιέργειας. Έτσι το Coscinoderma

14 Κ αλλιέργεια σπόγγων mathewesi καλλιεργείται πιο αποδοτικά σε σχοινιά στη Μικρονησία και σε πλέγματα στην τροπική Αυστραλία. Οι περισσότερες καλλιέργειες τοποθετούνται σε περιοχές με βάθος μεγαλύτερο από 5 μέτρα, γεγονός που επιτρέπει την ευκολότερη εγκατάσταση σπόγγων και αυξάνει την παραγωγικότητα. Στα ρηχότερα νερά, η αύξηση των σπόγγων μπορεί να αναχαιτίζεται από την κυματική δράση, την υπεριώδη ακτινοβολία και την επιβιοτική ρύπανση από φύκη, τα οποία ευδοκιμούν όταν υπάρχει άφθονο φως. Έχει παρατηρηθεί επίσης ότι οι σπόγγοι που τοποθετούνται σχετικά μακριά από τον πυθμένα αναπτύσσονται γρηγορότερα, πιθανώς γιατί επωφελούνται από την αυξημένη ροή του νερού που σημαίνει και μεγαλύτερη διαθεσιμότητα τροφής. Σημαντικό ρόλο στην επιβίωση και πρόοδο μιας καλλιέργειας παίζει επίσης και η εποχή της τοποθέτησης των κομματιών. Πολλά είδη των τροπικών και εύκρατων νερών επιβιώνουν καλύτερα αν μεταφυτευτούν όταν η θερμοκρασία του νερού είναι σχετικά χαμηλή. Το σχετικά ψυχρό νερό ευνοεί την επιβίωση, επιβραδύνοντας την διαδικασία της αναπνοής, επιταχύνει την επούλωση του πινακοδέρματος μετά την κοπή και περιορίζει την ανάπτυξη μικροβίων, ελαχιστοποιώντας έτσι την περίπτωση προσβολής των σπόγγων και το στρες κατά τη μεταφύτευση. Καλό είναι στη συνέχεια, η περίοδος αύξησης των κομματιών να συμπέσει με την περίοδο αύξησης της θερμοκρασίας. Εικόνα 7.9 Μέθοδοι καλλιέργειας σπόγγων του μπάνιου με προσάρτηση κομματιών: Α, σε κάθετα σχοινιά, από http://www.fao.org/docrep/005/ac897e/ac897e01.htm#chi.2 Β, σε οριζόντια σχοινιά, από http://www. marinecultures. org/ Γ, τοποθέτηση σε πολλαπλούς δίσκους Δ, συγκράτηση μέσα σε πλαστικό πλέγμα. Από http://www.marinecultures.org/ (ελεύθερη διάθεση με αναφορά της πηγής). Οι σπόγγοι του μπάνιου αυξάνονται γενικά γρήγορα και έχει παρατηρηθεί σε πολλές περιπτώσεις διπλασιασμός των αρχικών κομματιών μέσα σε ένα χρόνο. Ωστόσο, για να φτάσει ένα κομμάτι σε εμπορικό μέγεθος χρειάζονται τουλάχιστον δύο με τρία χρόνια. Τα είδη των τροπικών περιοχών αυξάνονται ταχύτερα από ότι εκείνα των εύκρατων. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η παρατήρηση ότι κομμάτια σπόγγων από τον ίδιο

15 Υ δατοκαλλιέργειες μητρικό σπόγγο που αναπτύσσονται με την ίδια μέθοδο στην ίδια περιοχή μπορεί να παρουσιάζουν διαφορές στην επιβίωση και την αύξηση. Αυτό συνήθως οφείλεται στο μέγεθος του αρχικού κομματιού και την έκταση της επιφάνειας που μένει εκτεθειμένη μετά την κοπή. Αν τα κομμάτια που κόβονται για να μεταφυτευτούν είναι πολύ μικρά, αυξάνει η αναλογία της εκτεθειμένης επιφάνειας προς τον όγκο και χρειάζεται μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας για να αναγεννηθεί το προστατευτικό πινακόδερμα, με αποτέλεσμα να επιβραδύνεται η αύξηση και να αυξάνεται η θνησιμότητα των κομματιών. Μια άλλη μέθοδος που έχει δοκιμαστεί, αλλά δεν έχει καθιερωθεί ακόμη, είναι η καλλιέργεια σπόγγων του μπάνιου από προνύμφες. Οι προνύμφες μπορεί να συλλέγονται από τη φύση κατά την εποχή της αναπαραγωγής ή να διατηρούνται σε ενυδρεία και να μεταφέρονται στην περιοχή καλλιέργειας την κατάλληλη εποχή. Οι δυσκολίες που ενέχει αυτή η μέθοδος έχουν να κάνουν με το γεγονός ότι οι κύκλοι ζωής των σπόγγων του μπάνιου, και επομένως οι απαιτήσεις στα διάφορα στάδια ανάπτυξής τους, δεν είναι καλά γνωστοί. Πολλές σύγχρονες πειραματικές καλλιέργειες έχουν γίνει στη Μεσόγειο και σε διάφορες περιοχές του Ινδο- Ειρηνικού με στόχο την επίτευξη οικονομικά αποδοτικών καλλιεργειών. Τα είδη που κυρίως καλλιεργήθηκαν είναι το Spongia officinalis στη Μεσόγειο και το Coscinoderma mathewesi στη Μικρονησία και αλλού. Σήμερα εμπορικές καλλιέργειες διατηρούνται στη Νήσο Pohnpei της Μικρονησίας και στη Ζανζιβάρη (Εικόνα 7.10). Για τις αναπτυσσόμενες παράκτιες κοινωνίες των νησιών αυτών, η καλλιέργεια σπόγγων του μπάνιου αποτελεί ιδανική απασχόληση αφού αποδίδει σημαντικό εισόδημα στους ντόπιους. Στην Pohnpei παράγονται ετησίως 12.000 άτομα σπόγγων που απορροφώνται από τους τουρίστες της περιοχής. Στη Ζανζιβάρη, καλλιέργειες σπόγγων του μπάνιου έχουν ενταχθεί πρόσφατα σε πειραματικά συστήματα καλλιέργειας, από κοινού με μαργαριτοφόρα στρείδια, με στόχο τη βιοεπανόρθωση θαλάσσιων περιοχών με φορτίο οργανικής ρύπανσης. 5.2 Καλλιέργεια σπόγγων για παραγωγή βιοδραστικών ουσιών Η πλειονότητα των ερευνών για καλλιέργεια στο πεδίο σπόγγων με στόχο την παραγωγή βιοδραστικών ουσιών έχει πραγματοποιηθεί στη Μεσόγειο και τη Νέα Ζηλανδία. Βασική στόχευση της έρευνας είναι ο προσδιορισμός των άριστων περιβαλλοντικών συνθηκών και των περισσότερο αποδοτικών μεθόδων καλλιέργειας, ώστε να επιτυγχάνεται και η αύξηση των σπόγγων αλλά και η βιοσύνθεση των μεταβολιτών. Οι τεχνικές καλλιέργειας που έχουν δοκιμαστεί είναι παρόμοιες με εκείνες των σπόγγων του μπάνιου, δηλαδή η προσάρτηση σε σχοινιά και η τοποθέτηση σε πολλαπλούς δίσκους (Εικόνα 7.11). Επίσης, στην περίπτωση αυτή, επειδή το τελικό σχήμα των καλλιεργούμενων σπόγγων δεν έχει σημασία, έχουν χρησιμοποιηθεί πολύπλοκα συστήματα πλεγμάτων από τα οποία μπορούν και να προεξέχουν τα κομμάτια καθώς μεγαλώνουν, μεγιστοποιώντας έτσι τις δυνατότητές τους για πρόσληψη τροφής. Τα συστήματα αυτά μπορούν να τοποθετούνται σε διάφορους σχηματισμούς επάνω στον πυθμένα, ώστε να μεγιστοποιείται η παραγωγή των σπόγγων. Σε μερικά είδη σπόγγων που έχουν καλλιεργηθεί για το σκοπό αυτό έχει παρατηρηθεί πολύ υψηλός ρυθμός αύξησης των κομματιών. Για παράδειγμα, κομμάτια του είδους Latrunculia wellingtonensis, που παράγει τις αντικαρκινικές δισκοραβδίνες, αύξησαν κατά πέντε φορές τον αρχικό τους όγκο σε 8 μήνες, ενώ κομμάτια του είδους Mycale hentscheli, που παράγει τις επίσης αντικαρκινικές μυκαλαμίδες, πακταμίνες και περολουσίδες, κατά 30 φορές σε διάστημα 8 μηνών. Τα είδη αυτά έχουν μαλακή σύσταση και δεν χρειάζεται να επενδύουν στο σχηματισμό ισχυρού σκελετού. Τέτοια είδη φαίνεται να είναι ιδανικά για καλλιέργεια με στόχο την έκκριση των βιοδραστικών ουσιών. Προσπάθειες για μαζική παραγωγή βιοδραστικών μεταβολιτών γίνονται τα τελευταία χρόνια στη Νέα Ζηλανδία όπου καλλιεργείται ο σπόγγος Mycale hentscheli παράλληλα με μυδοκαλλιέργειες, οπότε και το κόστος των εγκαταστάσεων δεν είναι μεγάλο. Μέσα σε ένα έτος από 3 κιλά σπόγγου παρήχθησαν 70 κιλά

16 Κ αλλιέργεια σπόγγων βιομάζας, το μεγαλύτερο μέρος της οποίας χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή περολουσίδης Α, ενώ ένα μέρος της βιομάζας αυτής επέστρεψε στην καλλιέργεια. Έχει υπολογιστεί ότι 200 kg σπόγγου δίνουν 2 g περολουσίδης. Εικόνα 7.10 Εμπορική καλλιέργεια σπόγγων στη Ζανζιβάρη. Στάδια καλλιέργειας από τη συλλογή των σπόγγων (Α), τη συντήρηση (Β), την κοπή (Γ), την προσάρτηση και αύξηση των κομματιών (Δ-ΣΤ), μέχρι τη συλλογή (Ζ), την επεξεργασία (Η) και τη συσκευασία (Θ) του προϊόντος. Τροποποιημένη από από http://www.marinecultures.org/ (ελεύθερη διάθεση με αναφορά της πηγής).

17 Υ δατοκαλλιέργειες Τα τελευταία χρόνια, στις τουρκικές ακτές του Αιγαίου, η βιοτεχνολογική εταιρία Porifarma στηρίζει την καλλιέργεια σπόγγων με διττό στόχο: την παραγωγή βιοδραστικών ουσιών και τη λειτουργία τους ως βιολογικών φίλτρων. Για το σκοπό αυτό καλλιεργούνται τα είδη Dysidea avara, που παράγει τη αντικαρκινική και αντιβιοτική ουσία αβαρόλη και Chondrosia reniformis, που είναι γνωστό για την παραγωγή άφθονου κολλαγόνου, κοντά σε εγκαταστάσεις ιχθυοκαλλιεργειών. Τα κομμάτια του πρώτου είδους προσαρτήθηκαν σε νάιλον σχοινιά ενώ του δεύτερου τοποθετήθηκαν σε μεταλλικά δοχεία (Εικόνα 7.11B). Η αύξηση για την C. reniformis ήταν μεγάλη, περί τα 800% το έτος. Εικόνα 7.11 Εγκαταστάσεις καλλιέργειας σπόγγων για παραγωγή βιοδραστικών ουσιών. Α, Εγκατάσταση καλλιέργειας σε βάθος 20 m, με συνδυασμό από κάθετο σχοινί και εξωτερικό νάιλον πλέγμα (από http://oceanexplorer.noaa.gov/explorations/03bio/logs/sept15/media/sponge_farm_insitu.html, ελεύθερη διάθεση με αναφορά της πηγής). Β, Καλλιέργεια του είδους Chondrosia reniformis σε μεταλλικό δοχείο τοποθετημένο μέσα σε κλωβό σε βάθος 28 m. Από Osinga et al. 2010 (αδειοδότηση υπό τους όρους της άδειας Creative Commons CC BY από Bentham Open). Οικονομοτεχνικές μελέτες έχουν δείξει ότι η καλλιέργεια στο πεδίο είναι η αποδοτικότερη μέθοδος για παραγωγή σπόγγων με βιοδραστικό ενδιαφέρον. Επίσης, έχει γίνει φανερό ότι η επιτυχία μιας καλλιέργειας εξαρτάται πολύ από την καλή γνώση των απαιτήσεων ενός είδους αλλά και από τη σωστή επιλογή της περιοχής. Έτσι, πριν κανείς ξεκινήσει την καλλιέργεια ενός νέου είδους είναι καλό να οργανώσει μια δοκιμαστική καλλιέργεια ενός έτους ώστε να εκτιμήσει την παραγωγικότητα του συστήματος σε διαφορετικές τοποθεσίες, με διαφορετικές μεθόδους και σε διαφορετικές εποχές του χρόνου (τουλάχιστον για τις εύκρατες περιοχές). Πολύ λίγες είναι οι μελέτες που αναφέρονται στις αρχές του σχεδιασμού μιας καλλιέργειας σπόγγων. Ένα απλό μοντέλο περιλαμβάνει τον υπολογισμό των κομματιών που θα πρέπει κανείς να εγκαταστήσει σε σχέση με την παραγωγή που θέλει να έχει και τη μέση απόδοση του κάθε κομματιού. Για να ξέρει κανείς τη μέση απόδοση κάθε κομματιού θα πρέπει να λάβει υπόψη τον ρυθμό αύξησης και το ποσοστό επιβίωσης. Επίσης, αν η παραγωγή συνεχίζεται για περισσότερα έτη θα πρέπει να υπολογίζεται και ένα ποσοστό βιομάζας (περί το 20%) που θα αφαιρείται από τη συγκομιδή και θα χρησιμοποιείται για την συνέχιση της παραγωγής. 6. Καλλιέργεια σπόγγων σε ενυδρεία και βιοαντιδραστήρες Η καλλιέργεια σπόγγων σε χερσαίες εγκαταστάσεις (ex situ) έχει στόχο την παραγωγή βιοδραστικών ουσιών και, ενώ είναι σχετικά πρόσφατη, έχει δοκιμαστεί σε περισσότερα από 30 είδη κυρίως στην Ευρώπη και

18 Κ αλλιέργεια σπόγγων συγκεκριμένα στην Ολλανδία και τη Γερμανία. Η καλλιέργεια των σπόγγων σε κλειστά ή ημίκλειστα συστήματα παρουσιάζει το πλεονέκτημα ότι γίνεται κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες και επομένως ο ρυθμός αύξησης, η επιβίωση των καλλιεργούμενων ατόμων καθώς και ο ρυθμός παραγωγής των ουσιών ενδιαφέροντος δεν επηρεάζονται από εποχικές και άλλες μεταβολές στις συνθήκες του περιβάλλοντος, αντιθέτως μπορούν να βελτιστοποιηθούν με ρύθμιση συγκεκριμένων παραμέτρων στις ευνοϊκότερες τιμές τους. Επιπλέον, διευκολύνεται η παρακολούθηση της καλλιέργειας και η φύλαξή της, σε αντίθεση με ότι συμβαίνει στις καλλιέργειες πεδίου. Στόχος των περισσότερων καλλιεργειών ήταν από τη μια πλευρά η διερεύνηση των ιδανικών συνθηκών για τη διατήρηση των σπόγγων μακριά από το πεδίο και από την άλλη η παραγωγή όσο το δυνατόν μεγαλύτερης βιομάζας σπόγγου ώστε να εξάγεται ικανοποιητική ποσότητα της επιθυμητής ουσίας. Συνηθέστερη μέθοδος καλλιέργειας είναι αυτή των κομματιών που προέρχονται από έναν μεγάλο σπόγγο και μεταφέρονται σε ένα ενυδρείο, όπου προσαρτώνται σε σχοινιά ή τοποθετούνται σε δίσκους. Έχουν, βέβαια, δοκιμαστεί και άλλες μέθοδοι, όπως η καλλιέργεια από αυγά και προνύμφες και η καλλιέργεια με τη δημιουργία αποβλαστημάτων. Έχουν καλλιεργηθεί διάφορα κοινά μεσογειακά είδη, μεταξύ των οποίων τα Agelas oroides, Aplysina aerophoba, Chondrilla nucula, Chonfrosia reniformis, Petrosia ficiformis, Suberites domuncula, που όλα παρουσιάζουν βιοδραστικό ενδιαφέρον. Το μεγάλο στοίχημα στις καλλιέργειες αυτές είναι η δημιουργία των κατάλληλων συνθηκών που χρειάζεται ο κάθε σπόγγος για την επιβίωση και την ταχεία αύξησή του. Γενικά οι σπόγγοι είναι πολύ ευαίσθητοι οργανισμοί με σημαντική ανταπόκριση στις συνθήκες του περιβάλλοντος. Έτσι είναι σημαντικό να τηρούνται με ακρίβεια τα πρωτόκολλα καλλιέργειας. Οι παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη για την επιτυχία μιας καλλιέργειας σπόγγων είναι: Τροφή. Οι σπόγγοι καταναλώνουν μέσω διήθησης πολύ μικρά μερίδια τροφής, κυρίως βακτήρια, μικροφύκη και αιωρούμενο οργανικό υλικό. Οι σπόγγοι που συμβιώνουν με μικροοργανισμούς μπορούν να καταναλώνουν και το διαλυμένο οργανικό υλικό. Επειδή η συνεχής τροφοδοσία του συστήματος καλλιέργειας είναι σημαντική, έχουν χρησιμοποιηθεί σύνθετα συστήματα που αποτελούνται από δύο βιοαντιδραστήρες (Εικόνα 7.12), έναν στον οποίο τοποθετούνται τα καλλιεργούμενα κομμάτια και έναν φωτοβιοαντιδραστήρα στον οποίο γίνεται καλλιέργεια φυκών. Τα φύκη που καλλιεργούνται στον φωτοβιοαντιδραστήρα διοχετεύονται συνεχώς με υπερχείλιση στην καλλιέργεια των σπόγγων. Ένας συνδυασμός τροφής από βακτήρια και μικροφύκη είναι προτιμότερος. Μελέτες έχουν δείξει ότι η σχέση ανάμεσα στην ποσότητα της παρεχόμενης τροφής και τον ρυθμό αύξησης των καλλιεργούμενων σπόγγων δεν είναι πάντα θετική επειδή οι υψηλές συγκεντρώσεις τροφής στο νερό μπορεί να προκαλέσουν επιβράδυνση του ρυθμού διήθησης, μειώνοντας έτσι την αύξηση και το τελικό τους μέγεθος. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και στην περίπτωση αύξησης των αιωρούμενων ανόργανων σωματιδίων στο νερό, για αυτό και θα πρέπει να ελέγχεται η συγκέντρωσή τους στο νερό. Η άριστη ποσότητα τροφής ποικίλλει για κάθε είδος, ανάλογα και με το φυσικό ενδιαίτημα του καθενός. Έτσι, οι σπόγγοι των κοραλλιογενών υφάλων έχουν πολύ μικρότερες απαιτήσεις σε βακτήρια και μικροφύκη από ότι οι σπόγγοι που προέρχονται από περιβάλλοντα πλούσια σε θρεπτικά. Πυρίτιο. Για τους σπόγγους με πυριτικό σκελετό, το πυρίτιο είναι βασικό στοιχείο που θα πρέπει να προστίθεται στο μέσο της καλλιέργειας για να ενισχύεται η αύξηση του σπόγγου. Έχει παρατηρηθεί ότι η θρέψη με διάτομα, τα οποία έχουν σκελετό από πυρίτιο, επιταχύνει την αύξηση των καλλιεργούμενων σπόγγων. Οξυγόνο, θερμοκρασία και ph. H διατήρηση υψηλής ποιότητας, καλά οξυγονωμένου και με ελαφρώς αλκαλικό ph, νερού σε μια καλλιέργεια είναι ιδιαίτερα σημαντική. Η θερμοκρασία σε μια καλλιέργεια θα πρέπει να διατηρείται σε επίπεδο λίγο χαμηλότερο από τη θερμοκρασία του φυσικού περιβάλλοντος των σπόγγων κατά τη θερμή περίοδο, καθόσον υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να προκαλέσουν έναρξη εγγενούς

19 Υ δατοκαλλιέργειες αναπαραγωγής με αποτέλεσμα να καταναλώνεται ενέργεια που θα μπορούσε να επενδυθεί στην αύξηση των σπόγγων. Φως. Το φως αποτελεί σημαντικό παράγοντα για τους σπόγγους που συμβιώνουν με φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς, όπως κυανοβακτήρια και ζωοξανθέλλες. Το οργανικό υλικό που παράγουν αυτοί οι ενδοσυμβιώτες μπορεί να αποτελεί πηγή τροφής για τους σπόγγους. Τέτοιοι σπόγγοι θεωρούνται κατάλληλοι για καλλιέργεια σε ενυδρεία, επειδή περιορίζεται η ανάγκη να τους προμηθεύουμε τροφή. Οι σπόγγοι που δεν συμβιώνουν με φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς είναι καλό να καλλιεργούνται σε σκοτεινό περιβάλλον. Εικόνα 7.12 Σχηματική απεικόνιση συστήματος καλλιέργειας σπόγγων με βιοαντιδραστήρες. Στον φωτοβιοαντιδραστήρα αριστερά διατηρείται καλλιέργεια φυκών η οποία τροφοδοτεί με υπερχείλιση την καλλιέργεια από κομμάτια σπόγγων στον βιοαντιδραστήρα δεξιά. Αέρας. Οι σπόγγοι δεν πρέπει να εκτίθενται στον αέρα ούτε για ελάχιστο διάστημα γιατί μπλοκάρεται η διηθητική τους λειτουργία και πεθαίνουν πολύ σύντομα. Έτσι θα πρέπει να μεταφέρονται με πολλή προσοχή από τη θάλασσα στις εγκαταστάσεις καλλιέργειας, πάντα μέσα στο νερό. Αλατότητα. Οι θαλάσσιοι σπόγγοι δεν ανέχονται χαμηλές τιμές αλατότητας, ενώ ακόμη και μικρές αλλά απότομες πτώσεις στην τιμή της επηρεάζουν την ωσμωρρύθμισή τους με αρνητικές συνέπειες. Τοξικές ουσίες. Ουσίες που μπορεί να απελευθερώνονται από μεταλλικές κατασκευές στο νερό ή από άλλους σπόγγους για λόγους άμυνας μπορεί να είναι τοξικές για τους καλλιεργούμενους σπόγγους. Επίσης, η αποσύνθεση νεκρών σπόγγων και οι μεγάλες ποσότητες αμμωνίας που παράγονται όταν κάποιος σπόγγος προσβληθεί από βακτήρια μπορεί να ρυπάνουν το νερό της καλλιέργειας. Ασθένειες και θήρευση. Οι υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να προκαλέσουν την προσβολή σπόγγων από παθογόνους οργανισμούς και μια προσβολή εξαπλώνεται πολύ γρήγορα στους πυκνά τοποθετημένους σπόγγους της καλλιέργειας. Ακόμη, χρειάζεται μέριμνα κατά τη μεταφορά των σπόγγων στο ενυδρείο, ώστε να μην μεταφερθούν μαζί και φυσικοί θηρευτές τους, όπως τα γυμνοβράγχια γαστερόποδα (ενήλικα, αυγά ή προνύμφες).

20 Κ αλλιέργεια σπόγγων Η καλλιέργεια από κομμάτια σπόγγων σε ενυδρεία μέχρι στιγμής έχει πειραματικό και διερευνητικό χαρακτήρα με κύριο στόχο να περιγράψει τις καταλληλότερες μεθόδους για τη μεγιστοποίηση και σταθεροποίηση της αύξησης των καλλιεργούμενων σπόγγων. Ο περιορισμένος αριθμός κομματιών και ο μικρός χρόνος καλλιέργειας στις περισσότερες περιπτώσεις δεν έχει επιτρέψει την εξαγωγή στατιστικά σημαντικών αποτελεσμάτων, με συνέπεια να μην έχει προκύψει μέχρι στιγμής κάποια βιομηχανοποιημένη μέθοδος καλλιέργειας σε ενυδρείο. Το κυριότερο πρόβλημα είναι η αδυναμία, μέχρι στιγμής να ελεγχθεί ο ρυθμός αύξησης των κομματιών ώστε να είναι σταθερός μέσα στο χρόνο. Έτσι, σε κάποιες καλλιέργειες έχει παρατηρηθεί υψηλός ρυθμός αύξησης με κάποιους σπόγγους, όπως το είδος Crambe crambe να αυξάνουν κατά 1.380% το αρχικό τους βάρος σε 22-45 ημέρες. Αυτός ο υψηλός ρυθμός μπορεί στη συνέχεια να μειώνεται πολύ. Πέρα από την αύξηση των σπόγγων, κάποιες μελέτες επικεντρώθηκαν στην επίδραση των συνθηκών καλλιέργειας στη βιοσύνθεση των επιθυμητών μεταβολιτών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η συγκέντρωση των μεταβολιτών μπορεί να διπλασιάζεται όταν διπλασιάζεται η συγκέντρωση των κυττάρων που αποτελούν την τροφή των σπόγγων. Ανάλογη θετική επίδραση είχε για κάποια είδη σπόγγων και η έκθεση στο φως σε σχέση με την καλλιέργειά τους σε συνθήκες σκότους. Σε κάποιες περιπτώσεις σημαντική ήταν και η επίδραση της επιλεγμένης τεχνικής καλλιέργειας. Άλλες μελέτες που διερευνούν εν γένει τους παράγοντες που επηρεάζουν την έκκριση των μεταβολιτών από τους σπόγγους έχουν δείξει ότι σε κάποια είδη αυτή μπορεί να ποικίλλει στο χώρο και το χρόνο και να επάγεται από ηθελημένο τραυματισμό του σπόγγου (ώστε να αναγκαστεί να αντιδράσει) και από μεταβολές της θερμοκρασίας. Σε άλλα είδη, ωστόσο, ο ρυθμός παραγωγής των βιοδραστικών μεταβολιτών παραμένει σταθερός, ανεξάρτητα από τέτοιους παράγοντες. Επειδή οι συμβιωτικοί μικροοργανισμοί μπορεί να έχουν σημαντική συμμετοχή στην παραγωγή των μεταβολιτών είναι σημαντικό να γνωρίζουμε αν και με ποιόν τρόπο μεταβάλλεται η σύνθεση της κοινότητας των συμβιωτών σε έναν σπόγγο όταν αυτός μεταφέρεται από το πεδίο στο ενυδρείο. Σχετικές μελέτες αποκάλυψαν πολύ μεγάλες διαφορές, δείχνοντας ότι μπορεί να διαταράσσεται η ισορροπία μεταξύ ξενιστή και συμβιωτών κατά την απομάκρυνση του σπόγγου από το φυσικό περιβάλλον. Η καλλιέργεια σπόγγων στο εργαστήριο από αυγά και προνύμφες θεωρείται καλή μέθοδος από την άποψη ότι τα άτομα έχουν όλο το χρόνο να προσαρμοστούν στις συνθήκες της καλλιέργειας. Οι προνύμφες προέρχονται από ώριμα άτομα που συλλέγονται από τη φύση την εποχή της αναπαραγωγής και τοποθετούνται σε δοχεία μέσα στο ενυδρείο. Όταν αρχίσει η απελευθέρωση των προνυμφών, αυτές συλλέγονται από το νερό και μεταφέρονται σε γυάλινα δισκία και στη συνέχεια σε νέα ενυδρεία με νερό που ανανεώνεται συχνά. Η μέθοδος αυτή προϋποθέτει καλή γνώση του κύκλου ζωής των ειδών που πρόκειται να καλλιεργηθούν. 7. Καλλιέργεια σπόγγων in vitro Η in vitro καλλιέργεια αναφέρεται στην προσπάθεια να αναπτυχθούν σπόγγοι στο εργαστήριο κάτω από αυστηρά ελεγχόμενες συνθήκες που επιτυγχάνονται με την εφαρμογή ειδικών τεχνικών και τη διαμόρφωση τεχνητών μέσων καλλιέργειας. Έτσι, στις καλλιέργειες αυτές περιλαμβάνονται η κυτταροκαλλιέργεια, η καλλιέργεια πρωτομορφών και η καλλιέργεια τεμαχίων πολύ μικρού μεγέθους. Οι προσεγγίσεις αυτές στη σπογγοκαλλιέργεια είναι οι πλέον σύγχρονες και αποσκοπούν κυρίως στην παραγωγή βιοδραστικών ουσιών αλλά και στην καλλιέργεια σπόγγων για λόγους βασικής έρευνας. 7.1 Κυτταροκαλλιέργεια Οι σπόγγοι εκ πρώτης όψεως παρουσιάζουν μεγάλη δυνατότητα για κυτταροκαλλιέργεια αφού φέρουν πολυδύναμα βλαστοκύτταρα και επειδή τα κύτταρά τους μπορούν εύκολα να διαχωριστούν λόγω της

21 Υ δατοκαλλιέργειες χαλαρής συγκρότησής τους. Ωστόσο, παρά τις πολλές προσπάθειες σε διαφορετικά είδη, δεν έχει καταστεί ακόμη δυνατή η διατήρηση συνεχών (αθανατοποιημένων) κυτταρικών σειρών και μόνο ένας περιορισμένος αριθμός πρωτογενών κυτταροκαλλιεργειών έχει αναπτυχθεί. Το πρώτο στάδιο για τη δημιουργία μιας κυτταροκαλλιέργειας είναι ο διαχωρισμός των κυττάρων του σπόγγου. Αυτό γίνεται με διάφορες τεχνικές, η πιο επιτυχημένη από τις οποίες είναι ένας συνδυασμός μηχανικού (συμπίεση και κομμάτιασμα του σπόγγου) και χημικού διαχωρισμού (προσθήκη τεχνητού θαλασσινού νερού χαμηλής περιεκτικότητας σε άλατα ασβεστίου και μαγνησίου). Ο διαχωρισμός καταλήγει σε ένα μίγμα κυτταρικών τύπων (για παράδειγμα, χοανοκυττάρων, αρχαιοκυττάρων, πινακοκυττάρων και κολλοκυττάρων). Τα αρχαιοκύτταρα και τα χοανοκύτταρα θεωρούνται πολυδυναμικά βλαστοκύτταρα στους σπόγγους επειδή μπορούν να πολλαπλασιάζονται και να δίνουν άλλους τύπους κυττάρων. Έτσι, η απομόνωση και η αύξηση του αριθμού αρχαιοκυττάρων και χοανοκυττάρων μπορεί να δώσει μια λειτουργική κυτταροκαλλιέργεια. Τα κύτταρα που πρόκειται να καλλιεργηθούν μπορούν να διαχωριστούν από άλλους τύπους κυττάρων με φυγοκέντρηση επιλεκτικής καθίζησης και στη συνέχεια να απομακρυνθούν με μια πιπέτα. Στους σπόγγους, είναι πάρα πολύ δύσκολο να δημιουργήσει κανείς μια αξενική κυτταροκαλλιέργεια, δηλαδή μια σειρά κυττάρων σπόγγων απαλλαγμένων από άλλα κύτταρα, αφού πολλοί μονοκύτταροι ευκαρυωτικοί και προκαρυωτικοί οργανισμοί ζουν συμβιωτικά με αυτούς. Αυτό καθιστά δύσκολη και την παρασκευή ενός μέσου καλλιέργειας που θα ευνοεί μόνο την ανάπτυξη των κυττάρων του σπόγγου και όχι τους συμβιώτες. Για να αποτραπεί η αύξηση των μικροοργανισμών γίνεται προσθήκη αντιβιοτικών, τα οποία όμως έχουν μόνο πρόσκαιρη δράση καθόσον τα βακτήρια σύντομα γίνονται ανθεκτικά. Επιπλέον, οι μεγάλες ποσότητες αντιβιοτικών επηρεάζουν αρνητικά και την αύξηση των κυττάρων των σπόγγων. Τα μέσα καλλιέργειας που έχουν αναπτυχθεί αποτελούνται από φιλτραρισμένο θαλασσινό νερό με κατάλληλη αλατότητα και ph που περιέχει μερικά διαλυμένα θρεπτικά και ιχνοστοιχεία. Επίσης έχουν χρησιμοποιηθεί μέσα που χρησιμοποιούνται για κυτταροκαλλιέργειες άλλων ζωικών οργανισμών, από αμινοξέα, βιταμίνες και γλυκόζη. Μείζον θέμα παραμένει η ταυτοποίηση των κυττάρων σε μια κυτταροκαλλιέργεια ώστε να είναι κανείς βέβαιος ότι πρόκειται για κύτταρα σπόγγων και όχι συμβιωτών. Για τον σκοπό αυτό έχει χρησιμοποιηθεί ανάλυση αλληλουχιών DNA ή η τεχνική του φθορίζοντος in situ υβριδισμού (FISH) που επιτρέπει τον μορφολογικό εντοπισμό της γενετικής πληροφορίας. 7.2 Καλλιέργεια πρωτομορφών Οι πρωτομορφές (primmorphs) είναι συναθροίσεις κυττάρων σπόγγων που προέρχονται από τη συνένωση κυττάρων σπόγγων που έχουν διαχωριστεί. Αποτελούν έναν τρόπο για μακροχρόνια διατήρηση κυττάρων σπόγγων με δυνατότητα πολλαπλασιασμού που δεν διαθέτουν τα διαχωρισμένα κύτταρα. Το 1998 παρατηρήθηκε από τον Custodio και τους συνεργάτες του, για πρώτη φορά, ότι τα κύτταρα των σπόγγων όταν διαχωρίζονται χάνουν την ικανότητα να πολλαπλασιάζονται. Αυτό σχετίζεται με τη δράση της τελομεράσης που ενισχύει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, αφού παρατηρήθηκε ότι τα επίπεδα της τελομεράσης ήταν πολύ υψηλά στα κύτταρα των σπόγγων, ενώ στα διαχωρισμένα κύτταρα ήταν σχεδόν μηδενικά. Όταν τα κύτταρα επανασυναθροίζονταν, η δραστικότητα της τελομεράσης επανερχόταν στα φυσιολογικά επίπεδα, επιβεβαιώνοντας την υπόθεση ότι οι παράγοντες που είναι υπεύθυνοι για την προσκόλληση των κυττάρων είναι πολύ σημαντικοί και για τον πολλαπλασιασμό τους. Οι συναθροίσεις αυτές των κυττάρων ονομάστηκαν από τους ερευνητές που τις περιέγραψαν για πρώτη φορά πρωτομορφές. Πρόκειται για τρισδιάστατες, οργανωμένες, σφαιροειδείς συναθροίσεις με διάμετρο έως 3 mm, συνήθως όμως 1-2 mm (Εικόνα 7.13). Το μέγεθος μπορεί να διαφέρει ανάλογα με το είδος του σπόγγου από το οποίο προέρχονται.