Kā kukaiņi elpo un vai viņiem ir plaušas?

Kukaiņiem, tāpat kā cilvēkiem, ir nepieciešams skābeklis, lai dzīvotu, un oglekļa dioksīds veidojas kā atkritumu produkts. Tomēr tieši tur beidzas līdzība starp kukaiņu un cilvēka elpošanas sistēmu. Kukaiņiem nav plaušu, kā arī tie nepārvadā skābekli caur asinsrites sistēmu tādā veidā, kā to dara cilvēki. Tā vietā kukaiņu elpošanas sistēma paļaujas uz vienkāršu gāzes apmaiņu, kas peld kukaiņa ķermeni skābeklī un izvada oglekļa dioksīda atkritumus.

Kukaiņiem gaiss iekļūst elpošanas sistēmās caur virkni ārējo atveru, ko sauc par spirālēm. Šīs spirāles, kas dažiem kukaiņiem darbojas kā muskuļu vārsti, noved pie iekšējās elpošanas sistēmas, ko veido blīvi savienots caurulīšu bloks, ko sauc par trahejām.

Lai vienkāršotu kukaiņu elpošanas sistēmas jēdzienu, domājiet par to kā sūkli. Sūklim ir mazi caurumi, kas ļauj ūdenim to samitrināt. Tāpat spirālveida atveres ļauj gaisu iekļūt trahejas iekšējā sistēmā, mazgājot kukaiņu audus ar skābekli. Oglekļa dioksīds, vielmaiņas atkritumi, iziet no ķermeņa caur spirālēm.

Kukaiņi zināmā mērā var kontrolēt elpošanu. Viņi spēj atvērt un aizvērt spirāles, izmantojot muskuļu kontrakcijas. Piemēram, kukainis, kas dzīvo tuksneša vidē, var turēt savus spirālveida vārstus slēgtus, lai novērstu mitruma zudumu. To panāk, savelkot muskuļus, kas apņem spirāli. Lai atvērtu spirāli, muskuļi atslābinās.

Kukaiņi var arī sūknēt muskuļus, lai piespiestu gaisu no trahejas caurulēm, tādējādi paātrinot skābekļa piegādi. Karstuma vai stresa gadījumos kukaiņi var pat izvadīt gaisu, pārmaiņus atverot dažādas spirāles un izmantojot muskuļus, lai paplašinātu vai savelk savu ķermeni. Tomēr gāzes izkliedes ātrumu vai iekšējā dobuma appludināšanu ar gaisu nevar kontrolēt. Sakarā ar šo ierobežojumu, kamēr kukaiņi turpina elpot, izmantojot spirāli un trahejas sistēmu, evolūcijas ziņā, visticamāk, tie nekļūs daudz lielāki nekā tagad.

Kamēr gaisā skābekļa ir daudz (200 000 daļas uz miljonu), ūdenī tas ir ievērojami mazāk pieejams (15 daļās uz miljonu vēsā, tekošā ūdenī). Neskatoties uz šo elpceļu izaicinājumu, daudzi kukaiņi vismaz dažos dzīves cikla posmos dzīvo ūdenī.

Kā ūdens kukaiņi iegremdējot iegūst nepieciešamo skābekli? Lai palielinātu skābekļa uzņemšanu ūdenī, visi ūdens kukaiņi, izņemot vismazākos, izmanto novatoriskas struktūras, piemēram, žaunu sistēmas un struktūras, kas līdzīgas cilvēku snorkeliem un niršanas rīkiem - lai ievilktu skābekli un piespiestu oglekļa dioksīdu.

Daudziem ūdenī dzīvojošiem kukaiņiem ir trahejas žaunas, kas ir ķermeņa slāņu pagarinājumi, kas viņiem ļauj no ūdens uzņemt lielāku skābekļa daudzumu. Šīs žaunas visbiežāk atrodas uz vēdera, bet dažos kukaiņos tās ir sastopamas nepāra un negaidītās vietās. Daži akmeņu mušaspiemēram, ir anālās žaunas, kas izskatās pēc pavedienu kopas, kas stiepjas no to pakaļējiem galiem. Spāre nimfām ir taisnas zarnas žaunās.

Hemoglobīns var atvieglot skābekļa molekulu uztveršanu no ūdens. Nelokāji plēkšņu kāpuri no Chironomidae ģimenei un vēl dažām citām kukaiņu grupām ir hemoglobīns, līdzīgi kā mugurkaulniekiem. Chironomīdu kāpurus bieži sauc par asins tārpiem, jo ​​hemoglobīns tos piesaista ar spilgti sarkanu krāsu. Asins tārpi var zelt ūdenī ar īpaši zemu skābekļa līmeni. Izklājot savus ķermeņus ezeru un dīķu dubļainajos dibenos, asins tārpi spēj piesātināt hemoglobīnu ar skābekli. Kad viņi pārstāj kustēties, hemoglobīns izdala skābekli, dodot iespēju elpot pat visvairāk piesārņota ūdens vide. Šī rezerves skābekļa padeve var ilgt tikai dažas minūtes, bet parasti tā ir pietiekami ilga, lai kukainis pārietu uz vairāk skābekli saturošu ūdeni.

Daži ūdens kukaiņi, piemēram, žurku pīpuri, caur snorkelēm līdzīgu struktūru uztur savienojumu ar gaisu uz virsmas. Dažiem kukaiņiem ir modificētas spirāles, kas var caurdurt ūdensaugu iegremdētās daļas un uzņemt skābekli no gaisa kanāliem to saknēs vai kātos.

Atsevišķas ūdens vaboles un īstās bumbas var ienirt, nēsājot sev līdzi pagaidu gaisa burbuli, līdzīgi kā SCUBA ūdenslīdējs pārvadā gaisa tvertni. Citi, piemēram, riffle vaboles, ap ķermeni uztur pastāvīgu gaisa plēvi. Šos ūdens kukaiņus aizsargā ar acij līdzīgu matiņu tīklu, kas atgrūž ūdeni, nodrošinot tiem pastāvīgu gaisa padevi, no kuras smelties skābekli. Šī gaisa telpas struktūra, ko sauc par plastronu, ļauj viņiem pastāvīgi palikt zem ūdens.

Gullan, P. J. un Cranston, P.S. "Kukaiņi: Entomoloģijas izklāsts, 3. izdevums." Vailija-Bellela, 2004. gads

Merritt, Richard W. un Kummins, Kenneth W. "Ievads Ziemeļamerikas ūdens kukaiņiem." Kendall / Hunt Publishing, 1978. gads

Meijers, Džons R. "Elpošana ūdens kukaiņos. "Ziemeļkarolīnas Valsts universitātes Entomoloģijas katedra (2015).