Hur andas insekter och får de lungor?

Insekter, som människor, behöver syre för att leva och producera koldioxid som en avfallsprodukt. Det är dock där likheten mellan insekt och mänskliga andningssystem väsentligen slutar. Insekter har inte lungor och transporterar inte heller syre genom ett cirkulationssystem på det sätt som människor gör. I stället insekts andningsorgan förlitar sig på ett enkelt gasutbyte som badar insektens kropp i syre och utvisar koldioxidavfallet.

För insekter kommer luft in i andningsorganen genom en serie yttre öppningar som kallas spirakel. Dessa spirakel, som fungerar som muskulära ventiler i vissa insekter, leder till det inre andningsorganet som består av ett tätt nätverk av rör som kallas tracheae.

För att förenkla begreppet insekts andningsorgan, tänk på det som en svamp. Svampen har små hål som gör att vatten inuti kan fukta den. På samma sätt tillåter spirakelöppningarna luft in i det inre trachealsystemet som badar insektsvävnader med syre. Koldioxid, ett metaboliskt avfall, lämnar kroppen genom spiraklerna.

Insekter kan till viss del kontrollera andningen. De kan öppna och stänga sina spirakel via muskelsammandragningar. Till exempel kan ett insekt som bor i en ökenmiljö hålla sina spiralventiler stängda för att förhindra fuktförlust. Detta åstadkoms genom sammandragning av muskler som omger spiralen. För att öppna spiralet slappnar musklerna av.

Insekter kan också pumpa muskler för att tvinga luft ner i luftrören, vilket påskyndar tillförsel av syre. I fall av värme eller stress kan insekter till och med lufta luft genom att växelvis öppna olika spirakel och använda muskler för att expandera eller sammandraga sina kroppar. Hastigheten för gasdiffusion - eller översvämning av det inre hålrummet med luft - kan emellertid inte kontrolleras. På grund av denna begränsning, så länge insekter fortsätter att andas med hjälp av ett spirakel- och luftrörssystem, i termer av evolution, kommer de sannolikt inte att bli mycket större än de är nu.

Medan syre är rikligt i luften (200 000 delar per miljon), är det betydligt mindre tillgängligt i vatten (15 delar per miljon i kallt, rinnande vatten). Trots denna andningsutmaning lever många insekter i vatten under åtminstone vissa stadier av deras livscykler.

Hur får vattenlevande insekter syret de behöver när de är nedsänkta? För att öka deras syreupptag i vatten använder alla utom de minsta vattenlevande insekterna innovativa strukturer - t.ex. gillsystem och strukturer som liknar mänskliga snorklar och dykutrustning - för att dra in syre och tvinga koldioxid ut.

Många insekter med vattenbostäder har trachealkällor, som är skiktade förlängningar av deras kroppar som gör att de kan ta in större mängder syre från vatten. Dessa gälar finns oftast på buken, men hos vissa insekter finns de på udda och oväntade platser. Några stoneflieshar till exempel anala gälningar som ser ut som ett kluster av filament som sträcker sig från deras bakändar. Trollslända nymfer har gälar inuti sina ändtar.

Hemoglobin kan underlätta fångning av syremolekyler från vattnet. Icke-bitande midge-larver från Chironomidae familjen och några få andra insektsgrupper har hemoglobin, precis som ryggradsdjur gör. Chironomidlarver kallas ofta blodmaskar eftersom hemoglobinet överträffar dem med en ljusröd färg. Blodmaskar kan trivas i vatten med exceptionellt låga syrehalter. Genom att bölja kropparna i de leriga botten av sjöar och dammar kan blodmaskar mätta hemoglobinet med syre. När de slutar röra sig släpper hemoglobinet syre, vilket gör det möjligt för dem att andas in ännu mest förorenade vattenmiljöer. Denna säkerhetsförsörjning av säkerhetskopiering kan bara pågå i några minuter men det är vanligtvis tillräckligt länge för att insekten flyttar till mer syresatt vatten.

Vissa vattenlevande insekter, såsom råtta-tailed maggots, upprätthåller en anslutning med luft på ytan genom en snorkelliknande struktur. Några få insekter har modifierade spirakel som kan tränga igenom de nedsänkta delarna av vattenväxter och ta syre från luftkanaler inom sina rötter eller stjälkar.

Vissa vattenlevande skalbaggar och riktiga buggar kan dyka genom att bära en tillfällig bubbla med sig luft, precis som en SCUBA-dykare bär en lufttank. Andra, som riffelbaggar, upprätthåller en permanent film av luft runt deras kroppar. Dessa vattenlevande insekter skyddas av ett nätliknande nätverk av hårstrån som avvisar vatten, vilket ger dem en konstant lufttillförsel för att ta ut syre. Denna luftrumsstruktur, kallad en plastron, gör att de kan förbli permanent nedsänkta.

Gullan, P.J. och Cranston, P.S. "Insekten: En disposition av entomologi, 3: e upplagan." Wiley-Blackwell, 2004

Merritt, Richard W. och Cummins, Kenneth W. "En introduktion till akvatiska insekter i Nordamerika." Kendall / Hunt Publishing, 1978

Meyer, John R. "Andning hos vattenlevande insekter. "Institutionen för entomologi, North Carolina State University (2015).