Органи дихання комах

Дихальні шляхи комах – досить складна біологічна система, в якій в організмі комах відбувається газообмін із навколишнім середовищем. У більшості випадків органи дихання комах представлені безліччю сильно розгалужених трахей, що пронизують все тіло. Для водних комах та внутрішніх паразитів характерні інші функції дихальної системи.

Процес дихання у наземних комах

Комахи відносяться до підтипу трахеату (Tracheata), а сама назва говорить про спосіб дихання. У результаті еволюції у комах розвинулися спеціалізовані органи дихання — трахеї. Вони виглядають як маленькі внутрішні трубки, які проводять атмосферне повітря до клітин тіла.

Трахейна система має складну будову: трахеї розгалужуються на велику кількість найтонших трубочок, кожна з яких підходить до невеликої групи клітин. Трахейна система комах багато в чому схожа на систему кровоносних судин у хребетних тварин.

Повітря потрапляє в трахею через дихальця (рильця) - невеликі отвори, розташовані по боках тіла комахи. Подача повітря регулюється спеціальними клапанами.

Мал. 1. Трахейна система комах.

Від кожного дихання відходять три симетричні гілки трахеї:

• Дорсальний – забезпечує киснем спинномозкову судину та м'язи хребта.
• Вісцеральний – насичує киснем статеві органи та травну систему.
• Вентральний – обслуговує нервовий ланцюжок та м'язи живота.

Трахеї розгалужуються на найтонші капілярні трубочки - трахеоли, які обплітають мережею клітини.Вони забезпечують надходження кисню до клітин і видаляють вуглекислий газ, який є відходом клітинного дихання.

Як дихають водні комахи

Як і чим дихають у воді комахи, залежить від будови їхньої трахейної системи. У таких комах дихання відбувається двома способами:

• Закрита трахеальна система. При цьому у комах немає зовнішніх отворів - рильців, а дихання здійснюється за допомогою зябер - виростів на тілі, де рясно розгалужена трахея. Найтонші повітряні трубки розташовуються настільки близько до поверхні зябер, що через них починає відбуватися газообмін.
• відкрита трахеальна система. Комахи піднімаються на поверхню води, через дихальця всмоктують атмосферне повітря та потім опускаються назад. Коли кисень повністю витрачений, вони знову спливають на поверхню. Для таких комах характерна наявність повітряних мішків, здатних зберігати великий об'єм повітря, і добре розвинений механізм закриття дихальця, завдяки якому вода не потрапляє в трахейну систему.

Мал. 2. Повітряні мішки у комах.

Закрита дихальна система й у багатьох личинок. При переході їх до наземного існування зябра видозмінюються, і трахейна система із закритої стає відкритою.

Дихання у внутрішніх паразитів

Для більшості паразитів характерна примітивна внутрішня будова, відсутність трахейної системи. Газообмін відбувається за допомогою шкірного дихання. Паразитичні комахи дихають усією поверхнею тіла або за допомогою спеціальних утворень на тілі. Наприклад, личинки мух Apanteles здійснюють газообмін поблизу утворення хвостового міхура, а личинки кінського шлункового овода використовують для цієї мети спеціальний червоний орган.

Мал. 3.Дихання комах-паразитів.

Коротко про органи дихання комах можна підготувати реферат з біології за 7 клас.

Що ми дізналися?

Більшість комах мають тип трахеї. Повітря надходить через спеціальні отвори на тілі - дихальця і ​​через трахею і трахеоли збагачує всі клітини організму киснем. Комахи, що живуть у воді, мають примітивні зябра або повітряні мішки для газообміну. Шкірне дихання притаманно паразитичних комах.

Як дихають комахи?

Комахам, як і людям, для життя потрібен кисень, і вони виробляють вуглекислий газ як побічний продукт. Однак на цьому подібність між дихальними системами комах та людини, по суті, закінчується. Комахи не мають легень, і вони не переносять кисень через систему кровообігу, як це роблять люди. Натомість дихальна система комах заснована на простому газообміні, при якому тіло комахи омивається киснем і викидається вуглекислий газ.

Дихальна система комах

У комах повітря потрапляє у дихальну систему через низку зовнішніх отворів, які називають дихальцями. Ці дихальця, які у деяких комах діють як м'язові клапани, ведуть до внутрішньої дихальної системи, що складається з переплетених трубок, званих трахеями.

Щоб спростити концепцію дихальної системи комах, уявіть її як губку. Губка має невеликі отвори, які дозволяють воді усередині зволожувати її. Так само отвори дихальця пропускають повітря у внутрішню систему трахеї, омиваючи тканини комахи киснем. Вуглекислий газ, метаболічні відходи, виходить із організму через дихальця.

Як комахи контролюють дихання?

Комахи можуть певною мірою контролювати дихання.Вони можуть відкривати та закривати дихальця за допомогою м'язових скорочень. Наприклад, комаха, яка живе в умовах пустелі, може тримати свої дихальця закритими, щоб запобігти втраті вологи. Це досягається за рахунок скорочення м'язів, що оточують дихальце. Щоб відкрити дихальце, м'язи розслаблюються.

Комахи можуть накачувати м'язи, щоб нагнітати повітря в трахеальні трубки, тим самим прискорюючи доставку кисню. У разі спеки або стресу комахи можуть навіть випускати повітря, почергово відкриваючи різні дихальні засоби і використовуючи м'язи для розширення або скорочення свого тіла. Однак, швидкість дифузії газу або заповнення внутрішньої порожнини повітрям контролювати не можна. Через це обмеження, поки комахи продовжують дихати за допомогою системи дихання і трахеї, з погляду еволюції вони навряд чи стануть набагато більшими, ніж зараз.

Як дихають водні комахи?

У той час як кисню багато в повітрі (200 000 частин на мільйон), він значно менш доступний у воді (15 частин на мільйон у прохолодній проточній воді). Незважаючи на цю респіраторну проблему, багато комах живуть у воді принаймні на деяких стадіях свого життєвого циклу.

Як водні комахи одержують необхідний їм кисень, перебуваючи під водою? Щоб збільшити поглинання кисню у воді, всі водні комахи, крім найменших, використовують інноваційні структури, такі як зяброві системи та структури, подібні до людських трубок і аквалангів, щоб втягувати кисень і витісняти вуглекислий газ.

Комахи з зябрами

У багатьох комах, що мешкають у воді, є зябра-трахеї, які являють собою багатошарові розширення їх тіл, які дозволяють їм поглинати більшу кількість кисню з води.Ці зябра найчастіше розташовані на черевці, але в деяких комах вони знаходяться у дивних та несподіваних місцях. У деяких веснянок, наприклад, анальні зябра виглядають як скупчення ниток, що відходять від їх задніх кінців. У німф бабок є зябра у прямій кишці.

Гемоглобін може затримувати кисень

Гемоглобін може сприяти захопленню молекул кисню з води. Личинки некусаючих мошок із сімейства Chironomidae і деяких інших груп комах мають гемоглобін, як і хребетні. Личинок хірономід часто називають мотилем, тому що гемоглобін надає їм яскраво-червоного кольору. Мотиль може процвітати у воді із винятково низьким рівнем кисню. Звиваючись в мулистому дні озер і ставків, мотиль здатний насичувати гемоглобін киснем. Коли вони перестають рухатися, гемоглобін виділяє кисень, що дозволяє їм дихати навіть у забрудненому водному середовищі. Цей резервний запас кисню може тривати всього кілька хвилин, але зазвичай цього часу достатньо, щоб комаха перемістилася більш насичену киснем воду.

Система снорклінгу

Деякі водні комахи, такі як щурині личинки, підтримують зв'язок з повітрям на поверхні через структуру, схожу на трубку. Деякі комахи мають модифіковані дихальні, які можуть проникати в підводні частини водних рослин і отримувати кисень з повітряних каналів усередині їх коріння або стебла.

Підводне плавання з аквалангом

Деякі водні жуки та справжні жуки можуть пірнати, несучи з собою тимчасовий міхур повітря, подібно до аквалангіста, який носить балон з повітрям. Інші, такі як жуки, підтримують постійну повітряну плівку навколо свого тіла.Ці водні комахи захищені сітчастою мережею волосків, які відштовхують воду, забезпечуючи їм постійний приплив повітря, з якого вони можуть черпати кисень. Ця структура повітряного простору, яка називається пластроном, дозволяє їм постійно залишатися під водою.

Джерела

Гуллан, П.Дж. та Кренстон, П.С. «Комахи: нарис ентомології, 3-тє видання». Уайлі-Блеквелл, 2004 р.

Меррітт, Річард В. та Каммінс, Кеннет В. «Введення у водних комах Північної Америки». Видавництво Кендалл / Хант, 1978

Мейєр, Джон Р. «Дихання водних комах». Кафедра ентомології Державного університету Північної Кароліни (2015).