Hogyan lélegeznek a rovarok és vannak-e tüdejük?

A rovarokhoz, mint az emberekhez is, oxigénre van szükség az élethez, és hulladékként szén-dioxidot állítanak elő. Ennek ellenére a rovar és az emberi légzőrendszer hasonlósága lényegében véget ér. A rovarok nem rendelkeznek tüdővel, és nem szállítanak oxigént a keringési rendszeren keresztül, az emberek által alkalmazott módon. Ehelyett a rovar légzőrendszer egy egyszerű gázcserére támaszkodik, amely elmossa a rovar testét oxigénnel és kiüríti a szén-dioxid-hulladékot.

A rovarok számára a levegő a spiráloknak nevezett külső nyílások sorozatán keresztül jut a légzőrendszerbe. Ezek a spirálok, amelyek izomszelepekként működnek bizonyos rovarokban, a belső légzőrendszerhez vezetnek, amely egy sűrűn hálózatba kötött csövekből áll, amelyeket trachea-nek hívnak.

A rovarok légzőrendszerének egyszerűsítése érdekében gondoljon rá, mint egy szivacs. A szivacs kis lyukakkal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik, hogy a víz megnedvesítse. Hasonlóképpen, a spirálnyílások lehetővé teszik a levegő bejutását a belső légcsőrendszerbe, és a rovar szöveteit oxigénnel fürdik.

A rovarok bizonyos mértékben ellenőrzik a légzést. Az izmok összehúzódása révén képesek kinyitni és bezárni a spirálokat. Például egy sivatagi környezetben élő rovar bezárhatja a spirálszelepeit a nedvességveszteség megakadályozása érdekében. Ez úgy történik, hogy a spirált körülvevő izmok összehúzódnak. A spirál kinyitásához az izmok ellazulnak.

A rovarok az izmokat is pumpálhatják, hogy a levegőt a légcső csövein keresztül kényszerítsék, ezáltal felgyorsítva az oxigén szállítását. Hő vagy stressz esetén a rovarok még a szellőztetést is lehetővé tehetik, ha felváltva nyitnak különböző spirálokat, és izmokat használnak testük kiszélesítésére vagy összehúzódására. A gázok diffúziójának - vagy a belső üreg levegővel történő elárasztásának - sebessége azonban nem szabályozható. Ennek a korlátozásnak köszönhetően, amíg a rovarok spirál és légcsőrendszer segítségével továbbra is lélegeznek, az evolúció szempontjából valószínűleg nem fognak sokkal nagyobbra válni, mint most.

Noha az oxigén bőséges a levegőben (200 000 ppm), a vízben lényegesen kevésbé hozzáférhető (hűvös, áramló vízben 15 ppm). Ennek a légzőszervi kihívásnak ellenére sok rovar életciklusának legalább néhány szakaszában él a vízben.

Hogyan jutnak el a vízi rovarok az általuk igényelt oxigénhez merülés közben? A vízben való oxigénfelvétel növelése érdekében a legkisebb vízi rovarok innovatív szerkezeteket alkalmaznak - például a kopoltyúrendszerek és szerkezetek, amelyek hasonlóak az emberi légzőcsőhez és búvárfelszereléshez - az oxigén behúzása és a szén-dioxid kijuttatásához.

Sok vízben élő rovar légcsőhéjjal rendelkezik, amelyek testük rétegezett kiterjesztései lehetővé teszik számukra, hogy nagyobb mennyiségű oxigént vegyenek ki a vízből. Ezek a kopoltyúk leggyakrabban a hason helyezkednek el, de egyes rovarokban furcsa és váratlan helyeken találhatók. Néhány stonefliespéldául olyan anális kopoltyúkkal rendelkeznek, amelyek úgy néznek ki, mint a szálak hátsó végéből nyúló szálak. Szitakötő az nimfáknak végbélben kopoltyúk vannak.

A hemoglobin megkönnyítheti az oxigénmolekulák elfogását a vízből. Nem harapó törpe lárvák a árvaszúnyogok A család és néhány más rovarcsoport hemoglobinnal rendelkezik, hasonlóan a gerincesekhez. A chironomid lárvákat gyakran vérféregnek hívják, mert a hemoglobin élénkvörös színű őket. A vérférgek kivételesen alacsony oxigénszint mellett virágzhatnak a vízben. A tavak és tavak sáros fenékében hullámos testükkel a vérférgek képesek telíteni a hemoglobint oxigénnel. Amikor abbahagyják a mozgást, a hemoglobin felszabadítja az oxigént, lehetővé téve számukra, hogy még a legjobban lélegezzenek szennyezett vízi környezet. Ez a tartalék oxigénellátás csak néhány percig tarthat, de általában elég hosszú ahhoz, hogy a rovar tovább oxigénebb vízbe mozogjon.

Néhány vízi rovar, például a patkányfarkú legyek, a légzőcsonkos szerkezeten keresztül kapcsolatot tartanak fenn a felszínen lévő levegővel. Néhány rovar módosított spirálokkal rendelkezik, amelyek átszúrhatják a vízi növények elmerült részeit, és oxigént vehetnek a gyökerekben vagy a szárukban lévő légcsatornákból.

Bizonyos vízi bogarak és valódi bogárok átmenetileg ideiglenes levegőbuborékkal hordozhatják magukat, ugyanúgy, mint egy SCUBA búvár hord egy légtartályt. Mások, mint például a bogárbogarak, testük körül állandó léglevegőt tartanak fenn. Ezeket a vízi rovarokat egy hálószerű szőrszál védi, amely visszatartja a vizet, és folyamatos levegőellátást biztosít számukra, ahonnan az oxigén távozik. Ez a plastronnak nevezett légtér-struktúra lehetővé teszi számukra, hogy állandóan víz alá kerüljenek.

Gullan, P. J. és Cranston, P. S. "A rovarok: az entomológia vázlata, 3. kiadás." Wiley-Blackwell, 2004

Merritt, Richard W. és Cummins, Kenneth W. "Bevezetés az észak-amerikai vízi rovarokhoz." Kendall / Hunt Publishing, 1978

Meyer, John R. "Légzés a vízi rovarokban. "Entomológiai Tanszék, North Carolina State University (2015).