Cum respiră insectele și au plămânii?

Insectele, la fel ca oamenii, necesită oxigen pentru a trăi și produce dioxid de carbon ca un produs de deșeuri. Totuși, aceasta este locul în care similitudinea dintre insectă și sistemele respiratorii umane se termină în esență. Insectele nu au plămâni și nici nu transportă oxigenul printr-un sistem circulator, așa cum fac oamenii. În schimb, sistemul respirator al insectelor se bazează pe un simplu schimb de gaze care scaldă organismul insectei în oxigen și expulzează deșeurile de dioxid de carbon.

Pentru insecte, aerul intră în sistemele respiratorii printr-o serie de deschideri externe numite spirale. Aceste spiracle, care acționează ca valve musculare la unele insecte, conduc la sistemul respirator intern care este format dintr-o serie de tuburi dens rețelate numite trahee.

Pentru a simplifica conceptul sistemului respirator al insectelor, gândiți-vă la el ca la un burete. Buretele are mici găuri care permit apei din interior să-l umezesc. În mod similar, deschiderile spiracle permit aerului în sistemul traheal interior, scăldând țesuturile insectei cu oxigen.

Insectele pot controla respirația într-o oarecare măsură. Aceștia sunt capabili să-și deschidă și să-și închidă spiralele prin contracturi musculare. De exemplu, o insectă care trăiește într-un mediu deșert poate menține robinetele spiracle închise pentru a preveni pierderea de umiditate. Acest lucru se realizează prin contractarea mușchilor din jurul spiraclei. Pentru a deschide spiracle, mușchii se relaxează.

De asemenea, insectele pot pompa mușchii pentru a forța aerul în jos pe tuburile traheale, accelerând astfel eliberarea de oxigen. În cazurile de căldură sau de stres, insectele pot chiar aerisi deschizând alternativ diferite spirale și folosind mușchii pentru a-și extinde sau contracta corpul. Cu toate acestea, rata difuziei gazelor - sau inundarea cavității interioare cu aer - nu poate fi controlată. Datorită acestei limitări, atâta timp cât insectele continuă să respire folosind un spiracle și un sistem traheal, din punct de vedere al evoluției, nu este probabil ca acestea să devină mult mai mari decât acum.

În timp ce oxigenul este abundent în aer (200.000 de părți pe milion), acesta este considerabil mai puțin accesibil în apă (15 părți pe milion în apă rece, curgătoare). În ciuda acestei provocări respiratorii, multe insecte trăiesc în apă în cel puțin unele etape ale ciclurilor lor de viață.

Cum obțin insectele acvatice oxigenul pe care îl necesită în timpul scufundării? Pentru a-și crește absorbția de oxigen în apă, toate insectele acvatice, cu excepția celor mai mici, folosesc structuri inovatoare - cum ar fi sisteme de branhie și structuri similare cu snorkel-urile umane și echipamentele de scufundare - pentru a trage oxigenul și a forța dioxidul de carbon afară.

Multe insecte care locuiesc în apă au branhii traheale, care sunt extensii stratificate ale corpului lor care le permit să ia cantități mai mari de oxigen din apă. Aceste branhii sunt localizate cel mai adesea pe abdomen, dar în unele insecte, se găsesc în locuri ciudate și neașteptate. niste stoneflies, de exemplu, au branhii anale care arată ca un grup de filamente care se extind de la capetele lor posterioare. libelulă nimfele au branhii în interiorul rectului lor.

Hemoglobina poate facilita captarea moleculelor de oxigen din apă. Larve de mușchi care nu mușcă din chironomide familia și alte câteva grupuri de insecte posedă hemoglobină, la fel ca și vertebratele. Larvele cu chironomide sunt adesea numite viermi de sânge, deoarece hemoglobina le îmbracă cu o culoare roșie strălucitoare. Viermii de sânge pot prospera în apă cu un nivel de oxigen excepțional scăzut. Prin a-și ondula corpul în fundurile noroioase ale lacurilor și iazurilor, viermii sunt capabili să satureze hemoglobina cu oxigen. Când încetează mișcarea, hemoglobina eliberează oxigen, permițându-le să respire chiar și cel mai mult medii acvatice poluate. Acest aport de oxigen de rezervă poate dura doar câteva minute, dar de obicei este suficient de lung pentru ca insecta să se deplaseze în apă mai oxigenată.

Unele insecte acvatice, cum ar fi viermile cu coada de șobolan, mențin o legătură cu aerul la suprafață printr-o structură asemănătoare cu snorkel. Câteva insecte au spirale modificate care pot străpunge porțiunile scufundate ale plantelor acvatice și preiau oxigenul din canalele de aer din rădăcinile sau tulpinile lor.

Anumite gândace acvatice și adevărate bug-uri se pot scufunda ducând cu ele o bulă temporară de aer, la fel cum un scafandru SCUBA poartă un rezervor de aer. Alții, cum ar fi gândacii de râpă, mențin un film permanent de aer în jurul corpului lor. Aceste insecte acvatice sunt protejate de o rețea asemănătoare rețelei care respinge apa, asigurându-le un aport constant de aer din care să atragă oxigen. Această structură a spațiului aerian, numită plastron, le permite să rămână permanent scufundate.

Gullan, P.J. și Cranston, P.S. "Insectele: o schemă a entomologiei, ediția a III-a." Wiley-Blackwell, 2004

Merritt, Richard W. și Cummins, Kenneth W. „O introducere a insectelor acvatice din America de Nord”. Editura Kendall / Hunt, 1978

Meyer, John R. "Respiratia la insectele acvatice"Departamentul de entomologie, Universitatea de Stat din Carolina de Nord (2015).