Hvordan puster insekter og får de lunger?

Insekter, som mennesker, trenger oksygen for å leve og produsere karbondioksid som et avfallsprodukt. Det er imidlertid der likheten mellom insektet og menneskets respirasjonssystem i hovedsak ender. Insekter har ikke lunger, og transporterer heller ikke oksygen gjennom et sirkulasjonssystem på den måten som mennesker gjør. I stedet, insekt luftveier er avhengig av en enkel gassutveksling som bader insektets kropp i oksygen og utvider karbondioksidavfallet.

For insekter kommer luft inn i luftveiene gjennom en serie ytre åpninger som kalles spirakler. Disse spiraklene, som fungerer som muskulære ventiler hos noen insekter, fører til det indre luftveiene som består av et tett nettverk av rør som kalles luftrør.

For å forenkle konseptet med insektens luftveier, tenk på det som en svamp. Svampen har små hull som gjør at vann inni kan fukte den. På samme måte tillater spirakelåpningene luft inn i det indre luftrørsystemet som bader insektets vev med oksygen. Karbondioksid, et metabolsk avfall, kommer ut av kroppen gjennom spiraklene.

Insekter kan kontrollere respirasjonen til en viss grad. De er i stand til å åpne og lukke spiraklene sine via muskelsammentrekninger. For eksempel kan et insekt som bor i et ørkenmiljø holde spiralventilene lukket for å forhindre tap av fuktighet. Dette oppnås ved å trekke muskler rundt spirakel sammen. For å åpne spirakelet slapper musklene av.

Insekter kan også pumpe muskler for å tvinge luft ned i luftrørene, og dermed fremskynde tilførsel av oksygen. I tilfeller av varme eller stress, kan insekter til og med lufte luft ved å vekselvis åpne forskjellige spirakler og bruke muskler til å utvide eller trekke sammen kroppene sine. Imidlertid kan ikke hastigheten på gassdiffusjon - eller oversvømmelse av det indre hulrommet med luft - kontrolleres. På grunn av denne begrensningen, så lenge insekter fortsetter å puste ved hjelp av et spirakel- og luftrørsystem, med tanke på evolusjon, er det ikke sannsynlig at de blir mye større enn de er nå.

Mens oksygen er rikelig i luften (200 000 deler per million), er det betydelig mindre tilgjengelig i vann (15 deler per million i kjølig, rennende vann). Til tross for denne luftveisutfordringen, lever mange insekter i vann i minst noen stadier av livssyklusene sine.

Hvordan får vannlevende insekter oksygenet de trenger mens de er nedsenket? For å øke oksygenopptaket i vann, bruker alle unntatt de minste vannlevende insektene innovative strukturer - som gjelsystemer og strukturer som ligner på snorkler og dykkerutstyr for mennesker - for å trekke oksygen inn og tvinge karbondioksid ut.

Mange vannbeboende insekter har trakeal gjeller, som er lagdelte utvidelser av kroppene deres som gjør dem i stand til å ta inn større mengder oksygen fra vann. Disse gjellene er ofte plassert på magen, men hos noen insekter finnes de på rare og uventede steder. Noen steinfluerhar for eksempel anal gjeller som ser ut som en klynge av filamenter som strekker seg fra bakenden. Dragonfly nymfer har gjeller inne i endetarmen.

Hemoglobin kan lette fangst av oksygenmolekyler fra vannet. Ikke-bitende midge-larver fra Chironomidae familie og noen få andre insektgrupper har hemoglobin, omtrent som virveldyr gjør. Chironomidlarver kalles ofte blodormer fordi hemoglobin overstrenger dem med en lys rød farge. Blodorm kan trives i vann med eksepsjonelt lave oksygennivåer. Ved å bule kroppene sine i den gjørmete bunnen av innsjøer og dammer, er blodorme i stand til å mette hemoglobinet med oksygen. Når de slutter å bevege seg, frigjør hemoglobin oksygen, slik at de kan puste inn selv mest forurensede akvatiske miljøer. Denne oksygenforsyningen kan bare vare noen minutter, men den er vanligvis lang nok til at insektet går over til mer oksygenrikt vann.

Noen vannlevende insekter, for eksempel rotte-tailed maggots, opprettholder en forbindelse med luft på overflaten gjennom en snorkellignende struktur. Noen få insekter har modifiserte spirakler som kan stikke hull i de neddykkede delene av vannplanter, og ta oksygen fra luftkanaler i sine røtter eller stengler.

Enkelte vannlevende biller og ekte bugs kan dykke ved å føre en midlertidig boble av luft med seg, omtrent som en SCUBA-dykker fører en lufttank. Andre, som riffebiller, opprettholder en permanent luftfilm rundt kroppene. Disse vannlevende insektene er beskyttet av et nettlignende nettverk av hår som frastøter vann, og gir dem en konstant lufttilførsel som de kan trekke oksygen fra. Denne luftromsstrukturen, kalt en plastron, gjør dem i stand til å forbli permanent nedsenket.

Gullan, P.J. og Cranston, P.S. "Insekten: En oversikt over entomologi, 3. utgave." Wiley-Blackwell, 2004

Merritt, Richard W. og Cummins, Kenneth W. "En introduksjon til vannlevende insekter i Nord-Amerika." Kendall / Hunt Publishing, 1978

Meyer, John R. "Respirasjon hos vannlevende insekter. "Department of Entomology, North Carolina State University (2015).