Как насекомые дышат и у них есть легкие?

Насекомые, как и люди, нуждаются в кислороде, чтобы жить и производить углекислый газ в качестве отходов. Это, однако, где сходство между дыхательной системой насекомых и человека по существу заканчивается. У насекомых нет легких и они не транспортируют кислород через систему кровообращения так, как это делают люди. Вместо этого дыхательная система насекомых опирается на простой газообмен, который омывает организм насекомого кислородом и удаляет углекислый газ.

Для насекомых воздух поступает в дыхательные системы через ряд наружных отверстий, называемых дыхальцами. Эти дыхальца, которые у некоторых насекомых действуют как мышечные клапаны, ведут к внутренней дыхательной системе, которая состоит из густой сети трубок, называемых трахеями.

Чтобы упростить концепцию дыхательной системы насекомых, подумайте о ней, как о губке. Губка имеет небольшие отверстия, которые позволяют воде внутри увлажнять ее. Точно так же отверстия дыхательных путей пропускают воздух во внутреннюю систему трахеи, омывая ткани насекомых кислородом.

Насекомые могут в некоторой степени контролировать дыхание. Они способны открывать и закрывать свои дыхательные пути посредством сокращения мышц. Например, насекомое, живущее в пустынной среде, может держать свои дыхательные клапаны закрытыми, чтобы предотвратить потерю влаги. Это достигается путем сокращения мышц, окружающих дыхальцу. Чтобы открыть дыхание, мышцы расслабляются.

Насекомые также могут прокачивать мышцы, чтобы вытеснить воздух по трубкам трахеи, тем самым ускоряя доставку кислорода. В случае жары или стресса насекомые могут даже вентилировать воздух, попеременно открывая различные дыхательные пути и используя мышцы для расширения или сокращения своих тел. Однако скорость диффузии газа или заполнения внутренней полости воздухом не может контролироваться. Из-за этого ограничения, пока насекомые продолжают дышать, используя дыхательную и трахеальную систему, с точки зрения эволюции они вряд ли станут намного больше, чем сейчас.

В то время как в воздухе содержится много кислорода (200 000 частей на миллион), он значительно менее доступен в воде (15 частей на миллион в холодной, проточной воде). Несмотря на эту респираторную проблему, многие насекомые живут в воде, по крайней мере, на некоторых этапах их жизненного цикла.

Как водные насекомые получают необходимый им кислород при погружении в воду? Чтобы увеличить поглощение кислорода в воде, все, кроме самых маленьких водных насекомых, используют инновационные структуры, такие как жаберные системы и конструкции, похожие на шноркель и аквалангизм человека - для вытягивания кислорода и выталкивания углекислого газа.

У многих обитающих в воде насекомых есть трахейные жабры, которые представляют собой многослойные расширения их тел, которые позволяют им поглощать большее количество кислорода из воды. Эти жабры чаще всего расположены на животе, но у некоторых насекомых они встречаются в странных и неожиданных местах. Несколько веснянкинапример, имеют анальные жабры, которые выглядят как скопление нитей, простирающихся от их задних концов. Стрекоза у нимф есть жабры внутри прямой кишки.

Гемоглобин может облегчить захват молекул кислорода из воды. Не кусая личинок мошек из хирономид Семейство и несколько других групп насекомых обладают гемоглобином, так же, как и позвоночные. Личинки хирономид часто называют кровяными червями, потому что гемоглобин придает им ярко-красный цвет. Кровавые черви могут процветать в воде с исключительно низким уровнем кислорода. Благодаря волнообразному движению своих тел в грязном дне озер и прудов, черви способны насытить гемоглобин кислородом. Когда они перестают двигаться, гемоглобин выделяет кислород, позволяя им дышать даже наиболее загрязненная водная среда. Это резервное снабжение кислородом может длиться всего несколько минут, но обычно этого достаточно, чтобы насекомое перешло к большему количеству насыщенной кислородом воды.

Некоторые водные насекомые, такие как крысохвосты, поддерживают связь с воздухом на поверхности через структуру, напоминающую трубку. У некоторых насекомых есть модифицированные дыхальца, которые могут проникать сквозь погруженные части водных растений и забирать кислород из воздушных каналов внутри их корней или стеблей.

Некоторые водные жуки и настоящие жуки могут нырять, неся с собой временный пузырь воздуха, так же, как аквалангист несет воздушный резервуар. Другие, как жуки-рифлёны, поддерживают постоянную воздушную пленку вокруг своих тел. Эти водные насекомые защищены сетчатой ​​сеткой из волосков, которые отталкивают воду, обеспечивая им постоянную подачу воздуха, из которой можно извлечь кислород. Эта структура воздушного пространства, называемая пластроном, позволяет им постоянно находиться под водой.

Гуллан П.Дж. и Крэнстон П.С. «Насекомые: очерк энтомологии, 3-е издание». Wiley-Blackwell, 2004

Мерритт, Ричард У. и Камминс, Кеннет В. «Введение в водных насекомых Северной Америки». Kendall / Hunt Publishing, 1978

Мейер, Джон Р. "Дыхание в водных насекомых«Кафедра энтомологии, Государственный университет Северной Каролины (2015).