Πώς αναπνέουν τα έντομα και έχουν πνεύμονες;

Τα έντομα, όπως και οι άνθρωποι, χρειάζονται οξυγόνο για να ζήσουν και να παράγουν διοξείδιο του άνθρακα ως απόβλητο. Αυτό, ωστόσο, είναι όπου η ομοιότητα μεταξύ του εντόμου και του ανθρώπινου αναπνευστικού συστήματος τελειώνει ουσιαστικά. Τα έντομα δεν έχουν πνεύμονες, ούτε μεταφέρουν οξυγόνο μέσω του κυκλοφορικού συστήματος με τον τρόπο που κάνουν οι άνθρωποι. Αντ 'αυτού, το αναπνευστικό σύστημα εντόμων βασίζεται σε μια απλή ανταλλαγή αερίων που λούζει το σώμα του εντόμου σε οξυγόνο και αποβάλλει τα απόβλητα διοξειδίου του άνθρακα.

Για τα έντομα, ο αέρας εισέρχεται στα αναπνευστικά συστήματα μέσω μιας σειράς εξωτερικών ανοιγμάτων που ονομάζονται σπιράλ. Αυτά τα σπειροειδή, που δρουν ως μυϊκές βαλβίδες σε ορισμένα έντομα, οδηγούν στο εσωτερικό αναπνευστικό σύστημα που αποτελείται από μια πυκνά δικτυωμένη σειρά σωλήνων που ονομάζονται τραχεία.

Για να απλοποιήσετε την έννοια του αναπνευστικού συστήματος εντόμων, σκεφτείτε το σαν σφουγγάρι. Το σφουγγάρι έχει μικρές τρύπες που επιτρέπουν στο νερό να το υγραίνει. Παρομοίως, τα ανοίγματα σπιράλ επιτρέπουν τον αέρα στο εσωτερικό τραχειακό σύστημα που λούζει τους ιστούς του εντόμου με οξυγόνο.

Τα έντομα μπορούν να ελέγξουν την αναπνοή σε κάποιο βαθμό. Είναι σε θέση να ανοίξουν και να κλείσουν τα σπιράλ τους μέσω συστολών μυών. Για παράδειγμα, ένα έντομο που ζει σε ένα έρημο περιβάλλον μπορεί να διατηρήσει κλειστές τις βαλβίδες του για να αποτρέψει την απώλεια υγρασίας. Αυτό επιτυγχάνεται με τη σύσπαση των μυών που περιβάλλουν το σπιράλ. Για να ανοίξει το σπιράλ, οι μύες χαλαρώνουν.

Τα έντομα μπορούν επίσης να αντλήσουν τους μυς για να αναγκάσουν τον αέρα κάτω από τους τραχειακούς σωλήνες, επιταχύνοντας έτσι την παροχή οξυγόνου. Σε περιπτώσεις θερμότητας ή πίεσης, τα έντομα μπορούν ακόμη και να εξαερίσουν τον αέρα ανοίγοντας εναλλακτικά διαφορετικά σπιράλ και χρησιμοποιώντας μυς για επέκταση ή σύσπαση του σώματός τους. Ωστόσο, ο ρυθμός διάχυσης αερίου - ή πλημμύρας της εσωτερικής κοιλότητας με αέρα - δεν μπορεί να ελεγχθεί. Λόγω αυτού του περιορισμού, όσο τα έντομα συνεχίζουν να αναπνέουν χρησιμοποιώντας ένα σύστημα σπειροειδούς και τραχείας, από την άποψη της εξέλιξης, δεν είναι πιθανό να γίνουν πολύ μεγαλύτερα από ό, τι είναι τώρα.

Ενώ το οξυγόνο είναι άφθονο στον αέρα (200.000 μέρη ανά εκατομμύριο), είναι πολύ λιγότερο προσβάσιμο στο νερό (15 μέρη ανά εκατομμύριο σε δροσερό, ρέον νερό). Παρά αυτήν την αναπνευστική πρόκληση, πολλά έντομα ζουν στο νερό κατά τη διάρκεια τουλάχιστον ορισμένων σταδίων των κύκλων ζωής τους.

Πώς τα υδρόβια έντομα παίρνουν το οξυγόνο που χρειάζονται ενώ βυθίζονται; Για να αυξήσουν την πρόσληψη οξυγόνου στο νερό, όλα εκτός από τα μικρότερα υδρόβια έντομα χρησιμοποιούν καινοτόμες δομές - όπως συστήματα και δομές βραγχίων παρόμοια με τα ανθρώπινα αναπνευστήρα και τα εργαλεία ψαρέματος - για να τραβήξει το οξυγόνο και να εξαναγκάσει το διοξείδιο του άνθρακα.

Πολλά έντομα που κατοικούν στο νερό έχουν τραχεία βράγχια, τα οποία είναι στρωματοειδείς προεκτάσεις του σώματός τους που τους επιτρέπουν να λαμβάνουν μεγαλύτερες ποσότητες οξυγόνου από το νερό. Αυτά τα βράγχια βρίσκονται πιο συχνά στην κοιλιά, αλλά σε ορισμένα έντομα βρίσκονται σε περίεργα και απροσδόκητα μέρη. Μερικοί πεταλούδες, για παράδειγμα, έχετε πρωκτικά βράγχια που μοιάζουν με ένα σύμπλεγμα νημάτων που εκτείνονται από τα οπίσθια άκρα τους. λιβελούλα οι νύμφες έχουν βράγχια στο ορθό τους.

Η αιμοσφαιρίνη μπορεί να διευκολύνει τη δέσμευση μορίων οξυγόνου από το νερό. Μη-δαγκώνοντας προνύμφες από το Chironomidae οικογένεια και μερικές άλλες ομάδες εντόμων έχουν αιμοσφαιρίνη, όπως και τα σπονδυλωτά. Οι προνύμφες των Χιρονομιδίων ονομάζονται συχνά σκουλήκια αίματος επειδή η αιμοσφαιρίνη τους εμποτίζει με έντονο κόκκινο χρώμα. Τα σκουλήκια αίματος μπορούν να ευδοκιμήσουν στο νερό με εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα οξυγόνου. Με το κυματισμό του σώματός τους στα λασπωμένα πυθμένα των λιμνών και των λιμνών, οι σκουλήκια αίματος μπορούν να κορέσουν την αιμοσφαιρίνη με οξυγόνο. Όταν σταματούν να κινούνται, η αιμοσφαιρίνη απελευθερώνει οξυγόνο, δίνοντάς τους τη δυνατότητα να αναπνέουν ακόμη περισσότερο μολυσμένα υδάτινα περιβάλλοντα. Αυτή η εφεδρική παροχή οξυγόνου μπορεί να διαρκέσει μόνο λίγα λεπτά, αλλά συνήθως είναι αρκετά μεγάλη ώστε το έντομο να μετακινηθεί σε περισσότερο οξυγονωμένο νερό.

Μερικά υδρόβια έντομα, όπως σκουλήκια με ουρά αρουραίου, διατηρούν σύνδεση με τον αέρα στην επιφάνεια μέσω δομής που μοιάζει με αναπνευστήρα. Μερικά έντομα έχουν τροποποιήσει σπιράλ που μπορούν να διαπεράσουν τα βυθισμένα τμήματα των υδρόβιων φυτών και να πάρουν οξυγόνο από τα κανάλια αέρα μέσα στις ρίζες ή τους μίσχους τους.

Ορισμένοι υδρόβιοι σκαθάρια και αληθινά σφάλματα μπορούν να βουτήξουν μεταφέροντας μια προσωρινή φυσαλίδα αέρα μαζί τους, σαν ένας δύτης SCUBA να φέρει δεξαμενή αέρα. Άλλοι, όπως τα σκαθάρια riffle, διατηρούν μια μόνιμη μεμβράνη αέρα γύρω από το σώμα τους. Αυτά τα υδρόβια έντομα προστατεύονται από ένα δίκτυο τριχών που μοιάζει με πλέγμα που απωθεί το νερό, παρέχοντάς τους μια συνεχή παροχή αέρα από την οποία αντλούν οξυγόνο. Αυτή η δομή του εναέριου χώρου, που ονομάζεται plastron, τους επιτρέπει να παραμείνουν μόνιμα βυθισμένοι.

Gullan, P.J. και Cranston, P.S. "Τα έντομα: Ένα περίγραμμα εντομολογίας, 3η έκδοση." Wiley-Blackwell, 2004

Merritt, Richard W. και Cummins, Kenneth W. "Εισαγωγή στα υδρόβια έντομα της Βόρειας Αμερικής." Kendall / Hunt Publishing, 1978

Meyer, John R. "Αναπνοή σε υδρόβια έντομαΤμήμα Εντομολογίας, Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας (2015).