Насекомые, как и люди, нуждаются в кислороде для жизни и производства углекислого газа в качестве отходов.
На этом, однако, сходство между насекомыми и дыхательной системой человека в основном заканчивается.
Насекомые не имеют легких и не транспортируют кислород через кровеносную систему так, как это делают люди.
Вместо этого, дыхательная система насекомых полагается на простой газовый обмен, который обеспечивает организм насекомого в кислороде и выбрасывает отходы углекислого газа.
Дыхательная система насекомых
Для насекомых воздух поступает в дыхательную систему через ряд внешних отверстий, называемых дыхательными путями.
Эти дыхательные пути, которые действуют как мышечные клапаны у некоторых насекомых, приводят к образованию внутренней дыхательной системы, состоящей из плотно соединенного в сеть ряда труб, называемых трахеями.
Чтобы упростить концепцию дыхательной системы насекомых, думайте о ней как о губке.
Губка имеет небольшие отверстия, через которые вода проникает внутрь.
Точно так же дыхательные отверстия позволяют воздуху попадать во внутреннюю трахейную систему, пропитывая ткани насекомых кислородом.
Углекислый газ, метаболические отходы, выходят из организма через дыхальца.
Каким образом насекомые контролируют дыхание?
Насекомые могут контролировать дыхание в определенной степени. Они могут открывать и закрывать дыхательные пути за счет сокращения мышц.
Например, насекомое, живущее в пустыне, может держать свои дыхательные клапаны закрытыми для предотвращения потери влаги.
Это достигается за счет сокращения мышц вокруг дыхательной трубки. Для того, чтобы произвести вдох, мышцы расслабляются.
Насекомые также могут накачивать мышцы, нагнетая воздух в трахеи, что ускоряет доставку кислорода.
В случае жары или стресса насекомые могут даже выпускать воздух, поочередно открывая различные дыхальца и используя мышцы для расширения или сжатия своего тела.
Однако скорость диффузии газа или затопления внутренней полости воздухом не поддается контролю.
В связи с этим, до тех пор, пока насекомые продолжают дышать, используя дыхательную и трахейную системы, с точки зрения эволюции, они вряд ли станут значительно больше, чем сейчас.
Как дышат водные насекомые?
Хотя кислород в воздухе в изобилии (200 000 частей на миллион), он значительно менее доступен в воде (15 частей на миллион в прохладной проточной воде).
Несмотря на эту проблему с дыханием, многие насекомые живут в воде по крайней мере на некоторых этапах своего жизненного цикла.
Как водные насекомые получают необходимый им кислород во время погружения в воду?
Для увеличения поглощения кислорода водой все водные насекомые, за исключением самых маленьких, используют инновационные структуры, такие как жаберные системы и структуры, похожие на человеческие трубки и снаряжение для подводного плавания, чтобы втянуть кислород и вытеснить углекислый газ.
Насекомые с жабрами
Многие насекомые, обитающие в воде, имеют трахею, которая является многослойным продолжением их организма, что позволяет им получать больше кислорода из воды.
Эти жабры чаще всего располагаются на животе, но у некоторых насекомых они встречаются и в неожиданных местах.
Некоторые каменщики, например, имеют анальные жабры, которые выглядят как скопление волокон, выступающих с задних концов.
Нимфы стрекозы имеют жабры внутри прямой кишки.
Гемоглобин может улавливать кислород
Гемоглобин может способствовать улавливанию молекул кислорода из воды.
Гемоглобином обладают личинки мошек из семейства Chironomidae и некоторых других групп насекомых, как и позвоночные.
Личинок хирономидов часто называют кровожадными червями, потому что гемоглобин проникает в них ярко-красным цветом.
Черви могут процветать в воде с исключительно низким содержанием кислорода.
Путем движения тела на грязном дне озер и прудов, черви могут насыщать гемоглобин кислородом.
Когда они перестают двигаться, гемоглобин высвобождает кислород, позволяя им дышать даже в самой загрязненной водной среде.
Такая резервная подача кислорода может длиться всего несколько минут, но обычно достаточно долго, чтобы насекомое переместилось в более насыщенную кислородом воду.
Трубопроводная система
Некоторые водные насекомые, такие как личинки, поддерживают связь с воздухом на поверхности через структуру, подобную трубке.
Некоторые насекомые модифицировали дыхальца, которые могут проникать в затопленные части водных растений и получать кислород из воздушных каналов в корнях или стеблях.
Дайвинг с аквалангом
Некоторые водные жуки могут нырять, неся с собой временный воздушный пузырь, подобно водолазу с воздушным баллоном.
Другие, например, сохраняют постоянную пленку воздуха вокруг своего тела.
Эти водные насекомые защищены сетью волосков, которые отталкивают воду, обеспечивая их постоянным притоком воздуха, из которого они получают кислород.
Эта структура воздушного пространства, называемая пластроном, позволяет им постоянно находиться под водой.