Дыхательная система насекомых⁠⁠

Дыхательная система насекомых - это высокоспециализированная биологическая система, с помощью которой организм насекомого вводит дыхательные газы внутрь себя и осуществляет газообмен.

Воздух поступает в дыхательные пути насекомых через ряд наружных отверстий, называемых дыхальцами или стигмами.

Эти внешние отверстия, которые действуют как мышечные клапаны, приводят к внутренней дыхательной системе - густой сети трубок, называемых трахеями.

Дыхательная система отвечает за доставку достаточного количества кислорода во все клетки организма и за удаление углекислого газа, который образуется в качестве отходов клеточного дыхания.

Дыхательная система насекомых (как и многих других членистоногих) отделена от кровеносной системы.

Развитие трахейной системы Дрозофилы обыкновенной (Drosophila melanogaster)

Строение стигмы

Экзоскелеты насекомых имеют отверстия - стигмы, которые позволяют воздуху проникать в трахею. Трахеальные трубки доставляют кислород непосредственно в ткани. Для того чтобы снизить потери воды при дыхании, дыхальца должны закрываться и открываться наиболее эффективным способом. Это происходит с помощью сжатия и расслабления мышц, окружающих стигму.

Эти мышцы могут контролироваться центральной нервной системой и реагировать на локальные химические раздражители.

Дыхальца могут быть окружены волосками, которые снижают удельный объем воздуха вокруг отверстия, и, таким образом, снижают потери воды при дыхании.

Стигмы расположены латерально вдоль грудного отдела и брюшка по паре штук на сегмент тела.

Стигмы гусеницы бражника

Дыхальце настоящего сверчка (сем. Gryllidae), полученное с помощью электронного микроскопа

Структура трахеи

Пройдя через стигму воздух попадает в продольный ствол трахеи, в конце концов диффундируя по сложной разветвленной сети трубок трахеи, которая подразделяется на меньшие и меньшие диаметры и достигает каждой части тела.

В конце каждой ветви трахеи специальная клетка -  трахеола - обеспечивает  жидкостный интерфейс для обмена газами между атмосферным воздухом и живой клеткой.

Кислород в трахейной трубке сначала растворяется в жидкости трахеолы, а затем диффундирует через клеточную мембрану в цитоплазму соседней клетки.

В то же время углекислый газ, образующийся в качестве отходов клеточного дыхания, диффундирует из клетки и, в конечном итоге, из организма через трахеальную систему.

Каждая трубка трахеи развивается как инвагинация эктодермы во время эмбрионального развития. Чтобы предотвратить разрушение трахей под давлением, тонкая, укрепляющая «проволока» кутикулы (таенидия) спирально проходит через мембранную стенку. Эта конструкция дает возможность трахеальным трубкам изгибаться и растягиваться без образования перегибов, которые могут ограничивать поток воздуха.

Структура трахеи насекомого

Отсутствие таенидии в определенных частях трахеальной системы позволяет образовывать складные воздушные мешочки, баллоноподобные структуры, которые могут хранить запас воздуха.

В сухих земных средах эта временная подача воздуха позволяет насекомому сохранять воду, закрывая его дыхательные пути во время периодов сильного испарительного стресса. Водные насекомые потребляют запасенный воздух, находясь под водой, или используют его для регулирования плавучести. Во время линьки воздушные мешки заполняются и расширяются, поскольку насекомое освобождается от старого экзоскелета и расширяет новый. Между линьками воздушные мешки обеспечивают пространство для нового роста - уменьшаются в объеме, поскольку они сжимаются за счет расширения внутренних органов.

Мелкие насекомые полагаются почти исключительно на пассивную диффузию и физическую активность для движения газов в трахейной системе.

Однако более крупным насекомым может потребоваться активная вентиляция трахеальной системы (особенно когда они активны или находятся под воздействием теплового стресса). Они достигают этого, открывая одни дыхальца и закрывая другие, используя мышцы живота для попеременного расширения и сокращения объема тела. Хотя эти пульсирующие движения продувают воздух от одного конца тела к другому через продольные стволы трахеи, диффузия все еще важна для распределения кислорода по отдельным клеткам через сеть более мелких трубок трахеи.

Фактически, скорость диффузии газа рассматривается как один из основных ограничивающих факторов (наряду с весом экзоскелета), который препятствует росту настоящих насекомых.

Периоды в древней истории Земли, такие как каменноугольный период , характеризовались гораздо более высоким уровнем кислорода (до 35%), что позволяло существовать насекомым очень больших размеров таким как Меганевра (стрекоза с размахом крыльев от 60 до 100 см).

Я попытался максимально доступно изложить этот материал, если у кого-то остались вопросы или есть предложения по оформлению или содержанию, то велкам ту комментс =D

P.S. Текст мой, картинки из сети.