Как насекомите дишат и имат ли дробове?

Насекомите, като хората, се нуждаят от кислород, за да живеят и да произвеждат въглероден диоксид като отпадъчен продукт. Това обаче е мястото, където сходството между дихателните системи на насекомите и хората по същество приключва. Насекомите нямат бели дробове, нито пренасят кислород през кръвоносната система по начина, по който правят хората. Вместо това дихателна система от насекоми разчита на обикновен обмен на газ, който къпе тялото на насекомото с кислород и изхвърля отпадъците от въглероден диоксид.

За насекомите въздухът навлиза в дихателните системи чрез поредица от външни отвори, наречени спирали. Тези спирали, които действат като мускулни клапи при някои насекоми, водят до вътрешната дихателна система, която се състои от гъсто свързан масив от тръби, наречени трахеи.

За да опростите концепцията за дихателната система на насекомите, мислете за нея като гъба. Гъбата има малки дупки, които позволяват на водата вътре да я навлажнява. По същия начин, отворите за спирала позволяват да се вкара въздух в системата на вътрешната трахея, къпеща тъканите на насекомото с кислород.

Насекомите могат да контролират дишането до известна степен. Те са в състояние да отворят и затворят спиралите си чрез мускулни контракции. Например, насекомо, живеещо в пустинна среда, може да държи спиралните си клапани затворени, за да предотврати загубата на влага. Това се постига чрез свиване на мускули, заобикалящи спиралата. За да отворите спиралата, мускулите се отпускат.

Насекомите също могат да изпомпват мускули, за да принудят въздух по трахеалните тръби, като по този начин ускоряват доставката на кислород. В случаите на топлина или стрес насекомите могат дори да изпускат въздух, като редуват отваряне на различни спирали и използват мускули за разширяване или свиване на телата си. Скоростта на дифузия на газовете - или наводняването на вътрешната кухина с въздух - не може да бъде контролирана. Поради това ограничение, стига насекомите да продължат да дишат, използвайки система от спирали и трахеи, от гледна точка на еволюцията, те вероятно няма да станат много по-големи, отколкото сега.

Докато кислородът е изобилен във въздуха (200 000 части на милион), той е значително по-малко достъпен във вода (15 части на милион в хладка, течаща вода). Въпреки това дихателно предизвикателство, много насекоми живеят във вода поне през някои етапи от жизнения си цикъл.

Как водните насекоми получават необходимия кислород, докато са потопени? За да увеличат приема на кислород във вода, всички най-малките водни насекоми използват иновативни структури, като например хрилни системи и структури, подобни на човешки шнорхели и подводни съоръжения - за да изтеглят кислород и да изтласкват въглеродния диоксид.

Много насекоми, обитаващи вода, имат трахеални хриле, които са слоести разширения на телата им, които им позволяват да поемат по-големи количества кислород от водата. Тези хриле най-често се намират на корема, но при някои насекоми се срещат на странни и неочаквани места. някои мухинапример имат анални хриле, които приличат на струпване от нишки, простиращи се от задните им краища. водно конче нимфите имат хриле във вътрешността на ректума си.

Хемоглобинът може да улесни улавянето на кислородни молекули от водата. Личинките на морски нехапали от Chironomidae семейство и няколко други групи насекоми притежават хемоглобин, подобно на гръбначните животни. Личинките на хирономидите често се наричат ​​кървави червеи, защото хемоглобинът им прониква с яркочервен цвят. Кървавите червеи могат да процъфтяват във вода с изключително ниски нива на кислород. Чрез вълнообразните си тела в калните дъна на езера и водоеми, кървавите червеи са в състояние да насищат хемоглобина с кислород. Когато спрат да се движат, хемоглобинът отделя кислород, което им позволява да вдишват дори най-много замърсена водна среда. Това резервно снабдяване с кислород може да продължи само няколко минути, но обикновено е достатъчно дълго насекомото да се премести в по-кислородена вода.

Някои водни насекоми, като опашки от плъхове, поддържат връзка с въздуха на повърхността чрез структура, наподобяваща шнорхел. Няколко насекоми имат модифицирани спирали, които могат да пробият потопените части от водни растения и да поемат кислород от въздушните канали в корените или стъблата си.

Определени водни бръмбари и истински буболечки могат да се гмуркат, носейки временно балонче въздух със себе си, подобно на това, че водолазът SCUBA носи въздушен резервоар. Други, като пушки бръмбари, поддържат постоянен филм на въздуха около телата си. Тези водни насекоми са защитени от мрежеста мрежа от косми, която отблъсква водата, осигурявайки им постоянно подаване на въздух, от което да черпят кислород. Тази структура на въздушното пространство, наречена пластрон, им позволява да останат трайно потопени.

Gullan, P.J. и Cranston, P.S. "Насекомите: контур на ентомологията, 3-то издание." Wiley-Blackwell, 2004 г.

Мерит, Ричард У. и Cummins, Kenneth W. "Въведение във водните насекоми на Северна Америка." Kendall / Hunt Publishing, 1978 г.

Майер, Джон Р. "Дишане при водни насекоми. "Катедра по ентомология, Държавен университет в Северна Каролина (2015).