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

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. Schwamme 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 Badeschwamme, finden seit langer Zeit Anwendung im Lebensalltag der Menschen. Im Laufe der letzten Jahrzehnte wurde den Schwammen eine wichtige Rolle unter den Organismen zugesprochen, die bioaktive Substanzen produzieren, deren Anwendungsbandbreite von der Homoopathie uber die klassische Medizin bis hin zur industriellen Nutzung reicht. Das Studium der Taxonomie, Okologie und Biologie der Schwamme hat eine Jahrhunderte lange Tradition. Heute, da Schwamme aufgrund neuer Ergebnisse als nutzbare marine Ressource angesehen werden, ist die gegenseitige Erganzung der herkommlichen Wissenschaften mit neu aufkommenden Methoden (Biotechnologie) dringend notwendig. Die nordliche Adria war die Wiege der Schwammforschung und 36 % aller im Mittelmeer vorkommenden Schwammarten wachsen dort. Fur die vorliegende Arbeit wurde die Schwammfauna einer kanalahnlichen Bucht namens Limski kanal (Kroatien) erstmals untersucht und eine Artenliste erstellt, die auch Arten mit einschliest, die zum ersten Mal in der Umgebung nachgewiesen wurden, und das Ergebnis einer Reihe von Erhebungen ist, die an zwolf Untersuchungspunkten entlang des Kanals durchgefuhrt wurden. Als Einfuhrung in die systematische Einordnung der Schwamme wurde ein Bestimmungsfuhrer der haufigsten Mittelmeerschwamme 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, Wachstumsvorgange und Degenerationsprozesse beobachtet werden, die die uberdurchschnittliche Plastizitat der Porifera nachdrucklich bestatigen. Chondrilla nucula (Porifera, Demospongiae) wurde unter den Schwammarten im Limski kanal als Modell-Organismus fur diese Arbeit ausgewahlt. Zunachst wurden die Verbreitung, Haufigkeitsverteilung und die durchschnittliche Substratbedeckung durch den Schwamm untersucht, die zeigten, dass C. nucula im Limski kanal, auch in Bereichen mit hohen Sedimentationsraten, sehr haufig ist. Das Vorkommen hangt im wesentlichen von der Art des Substrates und von der Lichtverfugbarkeit 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 Uberwachsen anderer Schwamme (Epibiose) zusammenhangen. Damit soll ein Uberblick uber die erfolgreichen Uberlebensstrategien dieses Schwamms gegeben werden. In einem anderen Teil des Mittelmeeres, dem ligurischen Meer, wurden einige C. nucula Exemplare wahrend der Fortpflanzung gefunden. Es gibt zwar Untersuchungen uber die Oogenese und die Spermiogenese dieser Art, der gesamte Lebenszyklus ist bis jetzt aber unbekannt. In dieser Arbeit werden erstmals makromorphologische Anderungen von in Fortpflanzung befindlichen Individuen und die ersten Stadien der Embryogenese beschrieben. Schlieslich wurde, in Anbetracht der Nutzung von Schwammen zur biologischen Abwasserreinigung, die Filterleistung und der Bakterienruckhalt durch Klarungsexperimente 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 fur die biologische Abwasserreinigung. Fur den effektiven Schutz und die nachhaltige Nutzung der marinen Ressourcen ist das Wissen um die biologischen und okologischen Merkmale sowohl der Schwammfauna im allgemeinen als auch der einzelnen Art absolut notwendig.