Kaip vabzdžiai kvėpuoja ir ar jie neturi plaučių?

Vabzdžiams, kaip ir žmonėms, reikia deguonies, kad jie galėtų gyventi ir išmeta anglies dioksidą kaip atliekų produktą. Tačiau būtent čia baigiasi vabzdžių ir žmogaus kvėpavimo sistemos panašumas. Vabzdžiai neturi plaučių ir per kraujotakos sistemą deguonies perneša taip, kaip tai daro žmonės. Vietoj to vabzdžių kvėpavimo sistema priklauso nuo paprasto dujų mainų, kurie prausia vabzdžio kūną deguonimi ir pašalina anglies dioksido atliekas.

Vabzdžiams oras patenka į kvėpavimo takus per išorines angas, vadinamas spiralėmis. Šie spiralės, kurios kai kuriems vabzdžiams veikia kaip raumenų vožtuvai, veda į vidinę kvėpavimo sistemą, kurią sudaro tankiai tinkle esantis vamzdelių rinkinys, vadinamas trachėja.

Norėdami supaprastinti vabzdžių kvėpavimo sistemos sąvoką, pagalvokite apie tai kaip kempinę. Kempinėje yra mažos skylės, leidžiančios vandeniui viduje sudrėkinti. Panašiai spiralės angos leidžia orą patekti į vidinę trachėjos sistemą, maudydamos vabzdžio audinius deguonimi. Anglies dvideginis, medžiagų apykaitos atliekos, išeina iš kūno per spiralę.

Vabzdžiai tam tikru laipsniu gali kontroliuoti kvėpavimą. Jie sugeba atidaryti ir uždaryti spiralę per raumenų susitraukimus. Pvz., Vabzdys, gyvenantys dykumos aplinkoje, gali laikyti savo spiralinius vožtuvus uždarytus, kad būtų išvengta drėgmės praradimo. Tai pasiekiama sutraukiant raumenis, supančius spiralę. Norėdami atidaryti spiralę, raumenys atsipalaiduoja.

Vabzdžiai taip pat gali siurbti raumenis ir priversti orą žemyn trachėjos vamzdeliais, taip pagreitindami deguonies tiekimą. Šilumos ar streso atvejais vabzdžiai netgi gali išleisti orą, pakaitomis atidarydami skirtingas spirales ir naudodami raumenis, kad išplėstų ar sutrauktų savo kūną. Tačiau dujų difuzijos greičio ar vidinės ertmės užtvindymo oru greičio kontroliuoti negalima. Dėl šio apribojimo tol, kol vabzdžiai ir toliau kvėpuoja naudodamiesi spiralėmis ir trachėjos sistema, evoliucijos atžvilgiu jie greičiausiai netaps daug didesni, nei yra dabar.

Nors ore gausu deguonies (200 000 dalių milijonui), vandenyje jis yra žymiai mažiau prieinamas (15 dalių milijonui vėsiame, tekančiame vandenyje). Nepaisant šio kvėpavimo iššūkio, daugelis vabzdžių bent kai kuriais gyvenimo ciklo etapais gyvena vandenyje.

Kaip vandens vabzdžiai gauna reikiamą deguonį panirdami? Norėdami padidinti savo deguonies įsisavinimą vandenyje, visi, išskyrus mažiausius vandens vabzdžius, naudoja novatoriškas struktūras, tokias kaip žiaunų sistemos ir struktūros, panašios į žmogaus snorkelius ir akvalanginius įrankius, kad įvilktų deguonį ir išstumtų anglies dioksidą.

Daugelis vandenyje gyvenančių vabzdžių turi trachėjos žiaunas, kurios yra sluoksniuotos jų kūno dalys, leidžiančios iš vandens pasiimti didesnį deguonies kiekį. Šios žiaunos dažniausiai yra ant pilvo, tačiau kai kuriuose vabzdžiuose jos randamos keistose ir netikėtose vietose. Kai kurie akmenukaipavyzdžiui, turite analines žiaunas, kurios atrodo kaip gijų pluoštas, besitęsiantis nuo jų užpakalinių galų. Laumžirgis nimfų tiesiosios žarnos viduje yra žiaunos.

Hemoglobinas gali palengvinti deguonies molekulių surinkimą iš vandens. Neriebaluojančios lervos nuo Chironomidae šeima ir keletas kitų vabzdžių grupių turi hemoglobiną, panašiai kaip ir stuburiniai. Chironomidinės lervos dažnai vadinamos kraujo kirmėlėmis, nes hemoglobinas jas įgauna ryškiai raudona spalva. Kraujo kirminai gali klestėti vandenyje, turėdami ypač žemą deguonies kiekį. Pamerkę savo kūnus purvinuose ežerų ir tvenkinių dugnuose, kraujo kirmėlės sugeba prisotinti hemoglobiną deguonimi. Kai jie nustoja judėti, hemoglobinas išskiria deguonį, leidžiantį jam kvėpuoti net labiausiai užteršta vandens aplinka. Šis atsarginis deguonies tiekimas gali trukti tik keletą minučių, tačiau paprastai jis yra pakankamai ilgas, kad vabzdys galėtų pereiti prie labiau deguonies prisotinto vandens.

Kai kurie vandens vabzdžiai, pavyzdžiui, žiurkės uodegos, palaiko ryšį su oru paviršiuje, laikydamiesi į snukį panašios struktūros. Keletas vabzdžių turi modifikuotus spiralus, kurie gali pradurti panardintas vandens augalų dalis ir pasiimti deguonį iš oro kanalų jų šaknyse ar stiebuose.

Tam tikri vandens vabalai ir tikrosios klaidos gali nardyti, nešantys su savimi laikiną oro burbulą, panašiai kaip SCUBA naras nešioja oro baką. Kiti, pavyzdžiui, margučiai, aplink savo kūną palaiko nuolatinę oro plėvelę. Šiuos vandens vabzdžius apsaugo tinklinis plaukelių tinklas, atstumiantis vandenį, užtikrinantis nuolatinį oro tiekimą, iš kurio būtų galima semtis deguonies. Ši oro erdvės struktūra, vadinama plastronu, leidžia jiems nuolatos panirti.

Gullan, P. J. ir Cranston, P.S. „Vabzdžiai: entomologijos apybraiža, 3-asis leidimas“. Wiley-Blackwell, 2004 m

Merrittas, Richardas W. ir Cumminsas, Kennethas W. "Įvadas į Šiaurės Amerikos vandens vabzdžius". „Kendall“ / „Hunt Publishing“, 1978 m

Meyeris, Johnas R. "Kvėpavimas vandens vabzdžiams. “Šiaurės Karolinos valstijos universiteto Entomologijos katedra (2015).