Ako hmyz dýcha a má pľúca?

Hmyz, podobne ako ľudia, vyžaduje kyslík, aby mohol žiť a produkovať oxid uhličitý ako odpad. To je však miesto, kde v podstate končí podobnosť medzi hmyzím a ľudským dýchacím systémom. Hmyz nemá pľúca ani neprenáša kyslík obehovým systémom tak, ako to robia ľudia. Namiesto toho dýchací systém hmyzu spolieha sa na jednoduchú výmenu plynov, ktorá kúpa telo hmyzu v kyslíku a vylučuje odpad oxidu uhličitého.

V prípade hmyzu vzduch vstupuje do dýchacích systémov prostredníctvom radu vonkajších otvorov nazývaných špirály. Tieto špirály, ktoré pôsobia ako svalové chlopne u niektorých druhov hmyzu, vedú k vnútornému dýchaciemu systému, ktorý pozostáva z husto zosieťovanej sústavy rúrok nazývaných priedušnice.

Ak chcete zjednodušiť koncepciu dýchacieho systému hmyzu, myslite naň ako na špongiu. Špongia má malé otvory, ktoré umožňujú jej navlhčenie vodou. Podobne otvory v špirále umožňujú vzduchu do vnútorného tracheálneho systému, ktorý kúpe hmyzie tkanivá kyslíkom. Oxid uhličitý, metabolický odpad, vychádza z tela cez špirály.

Hmyz môže do určitej miery riadiť dýchanie. Sú schopní otvoriť a zatvoriť svoje špirály prostredníctvom svalových kontrakcií. Napríklad hmyz žijúci v púštnom prostredí môže udržiavať svoje špirálové ventily zatvorené, aby sa zabránilo strate vlhkosti. Toto je dosiahnuté kontrakciou svalov obklopujúcich špirálu. Na otvorenie špirály sa svaly uvoľnia.

Hmyz môže tiež čerpať svaly, aby tlačil vzduch do tracheálnych trubíc, čím sa urýchli dodávka kyslíka. V prípade horúčavy alebo stresu môže hmyz dokonca vetrať vzduch striedavým otváraním rôznych špirálov a pomocou svalov rozširovať alebo sťahovať svoje telá. Rýchlosť difúzie plynu alebo zaplavenie vnútornej dutiny vzduchom však nie je možné regulovať. Vzhľadom na toto obmedzenie, pokiaľ hmyz naďalej dýcha pomocou špirálového a tracheálneho systému, z hľadiska vývoja sa pravdepodobne nebude zväčšovať viac, ako je tomu v súčasnosti.

Aj keď je vo vzduchu dostatok kyslíka (200 000 dielov na milión), je vo vode oveľa menej prístupný (15 dielov na milión v studenej, tečúcej vode). Napriek tomuto respiračnému problému veľa hmyzu žije vo vode najmenej počas niektorých životných cyklov.

Ako vodný hmyz získava kyslík, ktorý potrebujú, keď je ponorený? Na zvýšenie absorpcie kyslíka vo vode používajú všetky okrem najmenšieho vodného hmyzu inovatívne štruktúry - napríklad žiabrové systémy a štruktúry podobné ľudským šnorchlom a potápačským výstrojom - na vtiahnutie kyslíka a vytlačenie oxidu uhličitého.

Mnoho hmyzov žijúcich vo vode má priedušnicové žiabre, čo sú vrstvené predĺženia ich tiel, ktoré im umožňujú prijímať väčšie množstvo kyslíka z vody. Tieto žiabre sa najčastejšie nachádzajú na bruchu, ale u niektorých druhov hmyzu sa nachádzajú na zvláštnych a neočakávaných miestach. niektorí pošvatkynapríklad majú análne žiabre, ktoré vyzerajú ako zhluk vlákien vychádzajúci z ich zadných koncov. Dragonfly nymfy majú vo svojich konečkoch žiabre.

Hemoglobín môže uľahčiť zachytávanie molekúl kyslíka z vody. Larvy bezhryzovej midge z Chironomidae rodina a niekoľko ďalších skupín hmyzu majú hemoglobín, podobne ako u stavovcov. Larvy Chironomidu sa často nazývajú krvavými červami, pretože im hemoglobín dodáva jasnú červenú farbu. Bloodworms môžu prosperovať vo vode s mimoriadne nízkou hladinou kyslíka. Zvlnené telá v bahnitých dna jazier a rybníkov dokážu krvavými červami saturovať hemoglobín kyslíkom. Keď sa prestanú hýbať, hemoglobín uvoľňuje kyslík, ktorý im umožňuje dýchať aj v tých najviac znečistené vodné prostredie. Táto záložná dodávka kyslíka môže trvať iba niekoľko minút, ale zvyčajne je dosť dlhá na to, aby sa hmyz presunul do viac okysličenej vody.

Niektoré vodné hmyzy, ako sú krysy rodu krysy, udržiavajú spojenie so vzduchom na povrchu prostredníctvom štruktúry podobnej šnorchlu. Niekoľko hmyzov má upravené špirály, ktoré môžu prepichnúť ponorené časti vodných rastlín a absorbovať kyslík zo vzduchových kanálov v ich koreňoch alebo stonkách.

Niektoré vodné chrobáky a pravé chyby sa môžu potápať tým, že so sebou nesú dočasnú bublinu vzduchu, podobne ako potápač SCUBA nosí vzduchovú nádrž. Iní, ako chrobáky riffle, udržiavajú okolo svojich tela stály film vzduchu. Tento vodný hmyz je chránený sieťou chĺpkov podobnou sieťou, ktorá odpudzuje vodu a poskytuje im stály prívod vzduchu, z ktorého môže čerpať kyslík. Táto štruktúra vzdušného priestoru, nazývaná plastrón, im umožňuje zostať natrvalo ponorené.

Gullan, P.J. a Cranston, P.S. "Hmyz: prehľad entomológie, 3. vydanie." Wiley-Blackwell, 2004

Merritt, Richard W. a Cummins, Kenneth W. "Úvod do vodného hmyzu v Severnej Amerike." Kendall / Hunt Publishing, 1978

Meyer, John R. "Dýchanie vodného hmyzu"Katedra entomológie, Štátna univerzita v Severnej Karolíne (2015).