Jak hmyz dýchá a má plíce?

Hmyz, stejně jako lidé, vyžaduje kyslík k životu a produkci oxidu uhličitého jako odpadního produktu. To je však místo, kde v podstatě končí podobnost mezi hmyzem a lidským dýchacím systémem. Hmyz nemá plíce, ani nepřenáší kyslík oběhovým systémem tak, jak to dělá lidé. Místo toho, dýchací systém hmyzu spoléhá na jednoduchou výměnu plynů, která koupe tělo hmyzu v kyslíku a vypuzuje odpad oxidu uhličitého.

U hmyzu vzduch vstupuje do dýchacích systémů prostřednictvím řady vnějších otvorů zvaných spiracles. Tyto spirály, které fungují jako svalové chlopně u některých druhů hmyzu, vedou k vnitřnímu dýchacímu systému, který je tvořen hustě propojenou sadou trubic zvaných tracheae.

Pro zjednodušení pojmu dýchací systém hmyzu to považujte za houbu. Houba má malé otvory, které umožňují vodu zvlhčit. Podobně otvory ve spirále umožňují vzduchu do vnitřního tracheálního systému, který opláchne tkáně hmyzu kyslíkem. Oxid uhličitý, metabolický odpad, opouští tělo spirály.

Hmyz může do určité míry ovládat dýchání. Jsou schopni otevřít a zavřít své spirály prostřednictvím svalových kontrakcí. Například hmyz žijící v pouštním prostředí může udržovat své spirálové ventily zavřené, aby se zabránilo ztrátě vlhkosti. Toho je dosaženo kontrakcí svalů obklopujících spiracle. Pro otevření spirály se svaly uvolní.

Hmyz může také pumpovat svaly, aby tlačil vzduch dolů tracheální trubice, čímž se urychlil přívod kyslíku. V případě horka nebo stresu může hmyz dokonce ventilovat vzduch střídavým otevíráním různých spirál a pomocí svalů rozšiřovat nebo stahovat svá těla. Rychlost difúze plynu nebo zaplavení vnitřní dutiny vzduchem však nelze regulovat. Vzhledem k tomuto omezení, dokud hmyz nadále dýchá pomocí spirálového a tracheálního systému, není z hlediska evoluce pravděpodobné, že se zvětší, než jsou nyní.

Zatímco kyslík je ve vzduchu hojný (200 000 dílů na milion), je ve vodě mnohem méně přístupný (15 dílů na milion v chladné tekoucí vodě). Přes tento respirační problém žije mnoho hmyzů ve vodě alespoň v některých fázích jejich životních cyklů.

Jak vodní hmyz získává kyslík, který potřebují, zatímco je ponořen? Ke zvýšení absorpce kyslíku ve vodě používají všichni kromě nejmenších vodních hmyzů inovativní struktury - například žábrovité systémy a struktury podobné lidským šnorchlům a potápěčským výstrojím - vtlačovat kyslík a vytlačovat oxid uhličitý.

Mnoho hmyzů žijících ve vodě má tracheální žábry, což jsou vrstvená prodloužení jejich těl, která jim umožňují přijímat větší množství kyslíku z vody. Tyto žábry se nejčastěji nacházejí na břiše, ale u některých druhů hmyzu se nacházejí na lichých a nečekaných místech. Nějaký kamenynapříklad mají anální žábry, které vypadají jako shluk vláken vyčnívajících z jejich zadních konců. Vážka nymfy mají žábry uvnitř konečníku.

Hemoglobin může usnadnit zachycení molekul kyslíku z vody. Larvy midge bez kousání z Chironomidae rodina a několik dalších skupin hmyzu mají hemoglobin, podobně jako u obratlovců. Larvy Chironomidu se často nazývají krevní červy, protože jim hemoglobin dodává jasně červenou barvu. Bloodworms se daří ve vodě s výjimečně nízkou hladinou kyslíku. Zvlněním jejich těl v blátivém dně jezer a rybníků jsou krevní červi schopni saturovat hemoglobin kyslíkem. Když se přestanou pohybovat, hemoglobin uvolňuje kyslík, což jim umožňuje vdechovat i to nejvíc znečištěné vodní prostředí. Tento záložní přívod kyslíku může trvat jen několik minut, ale obvykle je dost dlouho, aby se hmyz přesunul do více okysličené vody.

Někteří vodní hmyz, jako jsou červi krysí, udržují spojení se vzduchem na povrchu prostřednictvím struktury podobné šnorchlu. Několik hmyzů má modifikované spirály, které mohou proniknout do ponořených částí vodních rostlin a přijímat kyslík ze vzduchových kanálů v jejich kořenech nebo stoncích.

Některé vodní brouci a opravdové brouci se mohou potápět tím, že s sebou nese dočasnou bublinu vzduchu, podobně jako potápěč SCUBA nese vzduchovou nádrž. Jiní, jako brouci riffle, udržují kolem svých těl permanentní vzduchový film. Tento vodní hmyz je chráněn síťovitou sítí chloupků, která odpuzuje vodu a poskytuje jim konstantní přívod vzduchu, ze kterého může čerpat kyslík. Tato struktura vzdušného prostoru, zvaná plastron, jim umožňuje zůstat trvale ponořena.

Gullan, P.J. a Cranston, P.S. "Hmyz: přehled entomologie, 3. vydání." Wiley-Blackwell, 2004

Merritt, Richard W. a Cummins, Kenneth W. "Úvod do vodního hmyzu v Severní Americe." Kendall / Hunt Publishing, 1978

Meyer, John R. "Dýchání ve vodním hmyzu"Katedra entomologie, Státní univerzita v Severní Karolíně (2015).