Способ дыхания насекомых биологическое значение

Как дышат насекомые?

насекомые дышат через трахею. Это доставляет животному кислород и удаляет углекислый газ из его обмена веществ..

Насекомые, как и люди, нуждаются в кислороде, чтобы жить и выделять углекислый газ, но, тем не менее, нельзя сказать, что насекомые дышат так, как их понимают люди..

У насекомых не хватает легких или жабр, чтобы получать кислород из воздуха или воды. Они также не транспортируют кислород через свои системы кровообращения. Вам также может быть интересно узнать больше о дыхании трахеи: характеристика и примеры животных.

Дыхание насекомых: трахеальная система

Насекомые поглощают воздух через небольшие отверстия, которые закрывают нижнюю часть их тел, называемую дыхальцами, или дыхательные поры. Они открываются, когда насекомое расширяет мышцы живота, и закрываются, когда насекомое сокращает мышцы живота..

Когда воздух входит в дыхательные пути, он движется через трахеальную систему, образованную обширной сетью очень тонких трубок, которые проходят по всему телу насекомого..

При разветвлении эти трахеи истончаются, проникая во все ткани, достигая клеток. Это похоже на то, что происходит у людей в отношении кровеносных капилляров.

Насекомые дышат диффузией

Обмен газами, или то, что мы понимаем как дыхание, в основном осуществляется путем диффузии через клеточные стенки, доставляя кислород непосредственно к различным тканям организма..

Воздух, который попадает в трахеи через диффузию, распределяется по всем тканям, достигающим клеток, поставляя необходимый кислород, в то же время собирая избыток углекислого газа, который выводится через дыхальца..

Это объясняет движение газов. Кроме того, в некоторой степени насекомые способны контролировать свое дыхание. Насекомое открывает и закрывает дыхальца, используя сокращения мышц.

Насекомое, живущее в сухой и пустынной среде, будет держать клапаны дыхательных путей закрытыми, чтобы предотвратить потерю влаги..

Насекомые также могут прокачивать мышцы через свои тела, чтобы нагнетать воздух через трубки трахеи, тем самым ускоряя поступление кислорода.

В жару или под стрессом насекомые могут даже выпустить воздух, попеременно открывая различные дыхательные пути и используя мышцы для расширения или сокращения своих тел.

Дыхательная система насекомого очень эффективна для мелких организмов. По мере увеличения размеров тела эффективность снижается. Когда диаметр тела превышает 3 сантиметра, дыхательные потребности не могут быть удовлетворены.

Следовательно, дыхательная система насекомого ограничивает размеры его тела. Следует иметь в виду, что никакая транспортная система, такая как кровь, не участвует в движении кислорода или углекислого газа вокруг тела..

Как дышат водные насекомые??

Хотя в воздухе содержится много кислорода (уровень O2 в воздухе составляет 200 000 частей на миллион), он значительно менее доступен в воде (достигая только 15 частей на миллион). Несмотря на эту респираторную проблему, многие насекомые живут в воде на некоторых этапах своего жизненного цикла..

Большинство насекомых могут выживать под водой в течение длительных периодов времени, закрывая их дыхальца и замедляя их метаболизм, но водные насекомые сделали некоторые специальные приспособления, чтобы выжить под водой.

Водные насекомые, чтобы увеличить поглощение кислорода водой при погружении, используют конструкции, которые эффективно увеличивают поверхность, доступную для газообмена..

Многие насекомые, обитающие в воде, имеют трахейные жабры, крошечные структуры трахеи, которые позволяют им забирать из воды больше кислорода, чем могли бы, в отличие от рыб..

Эти жабры часто встречаются в брюшной полости, но у некоторых насекомых они встречаются в странных и неожиданных местах. У некоторых plecópteros, например, есть анальные жабры, которые похожи на группу волокон, которые простираются от их задних концов. Или, как личинки стрекозы, у которых есть жабры справа.

Некоторые водные беспозвоночные используют дыхательные пигменты для извлечения кислорода из воды. Личинки не кусающих комаров (из семейства хирономид) среди нескольких групп насекомых обладают гемоглобинами, как и позвоночные..

Личинки хирономид, благодаря гемоглобину, имеют ярко-красный цвет, отсюда и название кровавые черви или красные черви.

Эти кровяные черви могут развиваться даже в воде с исключительно низким уровнем кислорода. Они рябят свои тела на грязном дне озер и прудов, насыщая свои гемоглобины кислородом.

Когда они перестают двигаться, гемоглобины выделяют кислород, позволяя им дышать даже в самых загрязненных водных средах.

Однако некоторые насекомые, обитающие в водной среде, получают кислород из воздуха, используя открытую систему трахеи, похожую на наземных насекомых. Некоторые из этих водных насекомых, такие как крысиные хвостовые черви, поддерживают связь с поверхностным воздухом через структуру, подобную структуре водолазной трубки..

Некоторые виды личинок комаров используют запасы кислорода, которые некоторые водные растения хранят под водой, называемые вакуолями..

Кислород является ненужным продуктом вашего дыхательного цикла, но он помогает вам плавать. Личинки комаров используют свои дыхательные трубки, чтобы перфорировать вакуоли и дышать кислородом..

Некоторые жуки и водные насекомые могут нырять, неся с собой временный пузырь воздуха, очень похожий на водолаза, несущего воздушный резервуар..

Другие, как жук Elmidae, из класса жуков, они держат постоянную пленку воздуха вокруг тел.

Эти водные насекомые защищены сетью из мелких сетчатых щетинок (волосков), которые отталкивают воду, обеспечивая постоянное воздушное пространство для извлечения кислорода. Эта структура, называемая пластроном, позволяет постоянно погружать их в воду..

Источник

Дыхание насекомых

Дыхание насекомых – это процесс потребления кислорода, его расходования клетками организма и выделения углекислого газа.

Содержание:

Процесс дыхания у наземных насекомых

Насекомые с открытой трахейной системой, дышащие атмосферным воздухом, получают кислород через дыхальца, проводящие воздух в трахеи, а оттуда – в клетки. Внутрь клеток молекулы О₂ проникают путем диффузии из самых тонких трахей – трахеол. [5]

В простейших случаях

В засушливых биотопах

Видео демонстрирует процесс дыхания у богомола

Работа замыкательных аппаратов дыхалец снижает потери воды в процессе дыхания. [5] (видео)

Во время дыхательных движений стерниты и тергиты брюшка отдаляются друг от друга и сближаются, а у перепончатокрылых они также делают телескопические движения, то есть, кольца брюшка втягиваются друг в друга во время «выдохов» и расправляются при «вдохах». При этом, активным дыхательным движением, которое вызывается сокращением мышц, является именно «выдох», а не «вдох», в отличие от человека и животных, у которых все наоборот. [4]

Ритм дыхательных движений может быть различным и зависит от множества факторов, например, от температуры: у кобылки Melanoplus при 27 градусах осуществляется 25,6 дыхательных движений в минуту, а при 9 градусах их всего 9. Перед полетом многие усиливают свое дыхание, а во время него вдохи и выдохи часто приостанавливаются. [4] У медоносной пчелы в состоянии покоя наблюдается 40 дыхательных движений, а при работе – 120. [1]

Некоторые исследователи пишут, что, несмотря на наличие дыхательных движений, у насекомых отсутствуют типичные вдохи и выдохи. С этим можно согласиться, учитывая особенности ряда таксонов. Так, у саранчи воздух входит в тело через передние пары дыхалец и выходит через задние, что создает отличия от «обычного» дыхания. Кстати, у этого же насекомого при повышенном содержании углекислоты воздух в трахейной системе может начать перемещаться в обратном направлении: втягиваться через брюшные дыхальца и выходить через грудные. [4]

«Крыски»

Как дышат водные насекомые

У насекомых, обитающих в воде, дыхание осуществляется двумя способами. Это зависит от того, какое строение имеет их трахейная система.

Многие из водных организмов имеют закрытую трахейную систему, в которой не функционируют дыхальца. Она замкнута, и в ней нет «выходов» наружу. Дыхание осуществляется при помощи жабр – выростов тела, в которые входят и обильно разветвляются трахеи. Тонкие трахеолы настолько близко подходят к поверхности жабр, что через них начинает диффундировать кислород. Это и позволяет некоторым насекомым, обитающим в воде (личинки и нимфы ручейников, веснянок, поденок, стрекоз) осуществлять газообмен. При переходе их к наземному существованию (превращении в имаго) жабры редуцируются, а трахейная система из закрытой превращается в открытую. [5]

В других случаях дыхание водных насекомых осуществляется атмосферным воздухом. У таких насекомых имеется открытая трахейная система. Они набирают воздух через дыхальца, всплывая к поверхности, а затем опускаются под воду до тех пор, пока его не израсходуют. [5] В связи с этим, у них имеются две особенности строения:

• во-первых, развитые воздушные мешки, в которых могут храниться большие порции воздуха,
• во-вторых, развитый замыкательный механизм дыхалец, который не пропускает воду внутрь трахейной системы. [4]

Возможны и другие особенности. Например, у личинки жука-плавунца дыхальца находятся на заднем конце тела. Когда ей необходимо «сделать вдох», она подплывает к поверхности, принимает вертикальное положение «вниз головой» и выставляет наружу часть, где расположены стигмы. [4]

У личинки обыкновенного комара от соединенных вместе 8 и 9 сегментов брюшка вверх и назад отходит дыхательная трубка, на конце которой открываются главные трахейные стволы. Когда трубка выставляется над водой, через просветы стволов насекомое получает воздух. Почти такая же, но сильнее выраженная трубка имеется у личинок Eristalis. Данное образование выражено у них настолько сильно, что за его наличие и серый цвет самого насекомого таких личинок называют «крысками». В зависимости от пребывания на большей или меньшей глубине, хвост «крыски» может менять свою длину. [4] (фото)

Интересно дыхание взрослых плавунцов. У них имеются развитые надкрылья, с боковых сторон подгибающиеся в направлении вниз и внутрь, к телу. В результате при всплывании к поверхности при сложенных надкрыльях жук захватывает пузырек воздуха, который попадает в подэлитральное пространство. Туда же открываются дыхальца. Таким образом плавунец и возобновляет запасы кислорода. Плавунец рода Dyliscusмежду всплываниями может находиться под водой 8 минут, Hyphidrus около 14 минут, Hydroporus– до получаса. После первых заморозков подо льдом жуки также сохраняют свою жизнеспособность. Они находят воздушные пузырьки под водой и проплывают над ними так, чтобы «забрать» их под надкрылья. [4]

У водолюба запасание воздуха происходит между волосками, расположенными на брюшной части тела. Они не смачиваются, поэтому между ними формируется запас воздуха. Когда насекомое плывет под водой, его вентральная часть выглядит серебристой из-за воздушной «подушки». [4]

У водных насекомых, дышащих атмосферным воздухом, те небольшие запасы кислорода, которые они захватывают с поверхности, должны очень быстро расходоваться, но этого не происходит. Почему? Дело в том, что из воды в воздушные пузырьки диффундирует кислород, и из них же в воду частично уходит углекислый газ. Таким образом, забирая под воду воздух, насекомое получает запас кислорода, который какое-то время сам собой пополняется. Процесс сильно зависит от температуры. Например, клоп Pleaможет жить в кипяченой воде 5-6 часов при теплой температуре и 3 дня при холодной. [4]

Источник

Трахейная система

Трахейная система насекомых – cистема внутренних структур, при помощи которых насекомое может осуществлять функцию дыхания.

Дыхальце

Дыхальце на теле личинки шелкопряда (большое увеличение)

Дыхальца

Дыхальца, или стигмы – это симметричные отверстия, расположенные на груди и брюшке насекомых и ведущие в трахейную систему. Они имеют округлую, овальную, треугольную или другую форму, могут отличаться по цвету от окружающих покровов. (фото) У разных насекомых дыхальца устроены с разной степенью сложности. Примитивные группы отличаются тем, что у них стигмы всегда открыты, а у более высокоразвитых форм они характеризуются наличием фильтрационной решетки и замыкательного механизма. Более подробно об этом можно почитать в статье «Дыхальца». [3]

Трахейная система насекомых

1 – щупик; 2 – антенна, 3 – головной мозг;

4 – нервная цепочка, 5 – дыхальце; 6 – нога,

7 – главный трахейный ствол;

8 – ветвь трахеи, подходящая к дыхальцу;

9 – вентральная ветвь трахейного ствола;

10 – висцеральная ветвь трахейного ствола

Строение трахейной системы

У большинства насекомых она представлена в виде открытой системы трахей: внутренних трубочек, которые проводят воздух в организм, доставляя его ко всем клеткам тела. Несмотря на то, что трахеи, по сути, являются единственной составляющей этой системы, ее устройство достаточно сложно. Каждая трубочка многократно ветвится, и конечные отделы трахей подходят к небольшим группам клеток. Фактически, трахеями большего или меньшего диаметра пронизано все тело насекомого, что позволяет ему эффективно осуществлять наружное дыхание. Строение трахейной системы насекомых в чем-то напоминает структуру кровеносных сосудов у других животных: сосуды так же обильно ветвятся, чтобы донести с кровью кислород к внутренним органам и тканям. [2]

В типичных случаях к каждому сегменту относится по три симметрично расположенных парных ветви:

• дорсальная ветвь – идет в направлении к спинному сосуду и дорсальным мышцам;
• висцеральнаяветвь – обслуживает органы пищеварительной и половой систем;
• вентральнаяветвь – доставляет кислород к вентральным мышцам и нервной цепочке. (фото)

Многократно ветвящиеся трахеи оканчиваются трахеолами (капиллярными трубочками), диаметр которых составляет около 1 мкм. Они оплетают клетки, разветвляясь между ними и обеспечивая поставку к ним кислорода. [2] Несмотря на то, что трахеи и трахеолы очень тонкие, они не спадаются, так как снаружи они укреплены тенидиями – спиральными утолщениями общей кутикулярной выстилки тела (интимы). Общее количество трахеол в организме насекомого очень велико и достигает 1-1,5 миллионов. [1]

Помимо перечисленных образований, у насекомых также имеются воздушные мешки, развитие которых наиболее сильно у хорошо летающих видов, у которых они заполняют большую часть полости тела. Воздушные мешки – это резервуары, которые обычно представлены расширенными участками трахейных стволов. [1]

Комнатная муха

Комнатная муха – насекомое с развитыми воздушными мешками

Дыхание у насекомых

Воздух проходит через дыхальца, активно поступая в трахейную систему благодаря сокращениям мышц и работе замыкательного аппарата дыхалец. Затем он попадает в основные, а после этого – в более мелкие трахеи, быстро достигая капиллярных трубочек. Трубочки, оплетающие клетки, тесно контактируют с их мембранами. Кислород проходит в каждую клетку путем диффузии. [2]

В воздушных мешках происходит хранение воздуха. Сокращение дыхательных мышц сжимает и расправляет их, увеличивая эффективность газообмена. Это особенно важно для хорошо летающих насекомых, которым для получения энергии во время полета требуется полноценный доступ кислорода. [2] Помимо этого, запасание воздуха в мешках уменьшает вес тела при полете, способствует сохранению тепла, амортизирует толчки от биения крыльев. У ряда насекомых воздушные мешки являются частью звуковых органов и участвуют в резонировании звука. [1] У Комнатной мухи эти образования развиты настолько хорошо, что представлены не только в груди и брюшке, но и в голове. [3] (фото)

Дыхание насекомых редко состоит из правильных дыхательных циклов «вдох-выдох»: обычно потребление кислорода, и избавление от углекислоты идет постоянно. Некоторые имеют и другие особенности: например, у куколок шелкопряда Hyalophoracecropiaпотребление кислорода происходит постоянно, а выведение углекислого газа – «залпами» по несколько минут, повторяющимися через каждые 7 часов. [1]

Нимфа поденки

Нимфа поденки – обладатель закрытой трахейной системы

Открытые и закрытые трахейные системы

Выше были описаны строение и работа открытой трахейной системы, в которой имеются функционирующие дыхальца и система внутренних трубок (трахей), пронизывающих все тело. Это наиболее распространенный тип строения органов дыхания у насекомых.

Однако, кроме него, существует еще и закрытая трахейная система, в которой дыхальца не пропускают воздух или вообще не представлены. У таких насекомых трахейная система типичного строения заменена тонкой сетью трахеол, которые располагаются под кожей или в образованиях, называемых жабрами. Закрытые системы имеются у обитающих в воде нимф и личинок ряда насекомых: веснянок, поденок, стрекоз. Кислород при этом поступает в организм насекомого при помощи жабр, диффундируя из воды в жаберные трахеи. [1] (фото)

Как правило, жабры находятся на боковых сторонах брюшка, но не всегда. Так, нимфы равнокрылых стрекоз отличаются наличием ректальных жабр. Похожие на жабры лепестки располагаются у них на стенках прямой кишки. Насекомые засасывают воду в кишечник, она омывает жабры, а последние при этом извлекают из воды кислород. [2]

Источник