7 Удивительных фактов о Том, как Дышат Насекомые
Жизнь - это разнообразная и завораживающая тайна, населенная богатым разнообразием организмов — от одноклеточных бактерий до насекомых и даже нас с вами.
Однако, какими бы разными ни были все эти формы жизни, у всех нас есть что-то общее.
Мы должны дышать! Млекопитающие, как и люди, дышат легкими, но как насчет насекомых? Как они дышат?
Насекомые дышат не так, как люди или другие млекопитающие.
Вместо того чтобы использовать легкие и сердечно-сосудистую систему для транспортировки кислорода по всему телу, они полагаются на простой газообмен для поглощения кислорода и выделения углекислого газа.
Это происходит благодаря их уникальной анатомии и физиологии.
Давайте взглянем на семь удивительных фактов о жуках и о том, как они дышат:
- Насекомые не дышат легкими
- Насекомые могут контролировать свое дыхание
- Некоторые насекомые задерживают дыхание на несколько дней
- Многие насекомые могут дышать в воде
- У некоторых насекомых есть жабры
- Некоторые насекомые используют трубку
- Несколько насекомых ныряют с аквалангом
Насекомые Не Дышат Легкими
По сравнению с насекомыми дыхательная система млекопитающих довольно проста. Мы проталкиваем и втягиваем воздух через ноздри и рот, сокращая и расслабляя диафрагмы.
Когда воздух поступает в наши богатые капиллярами легкие, клетки крови обменивают отходы углекислого газа на свежий кислород.
Затем наша кровь прокачивается через сердце и обратно по всему телу, прежде чем вернуться в легкие за большим количеством кислорода.
Дыхательная система насекомых, с другой стороны, полностью отделена от их кровеносной системы.
Вместо того чтобы полагаться на сердце и легкие, насекомые используют сложную систему трахеальных трубок, которые разносят кислород по всему их телу.
Кислород поступает в их тела во время движения, а углекислый газ выходит одновременно.
Кроме того, насекомые не дышат ртом.
Вместо этого их внешний экзоскелет усеян несколькими боковыми отверстиями, называемыми дыхальцами, которые позволяют воздуху проникать в их тела.
Каждая часть тела — грудная клетка и брюшко - обычно имеет по одной паре дыхалец.
Когда воздух попадает в дыхальце, он проходит через трахеальный ствол, который проходит вертикально поперек тела насекомого.
Когда воздух проходит по трубке, кислород диффундирует по сложной сети разветвляющихся трахей, которые распадаются на все более мелкие участки.
В конце каждой ветви имеется трахеола, позволяющая пропускать различные газы через тонкую влажную мембрану.
Кислород диффундирует через жидкую мембрану трахеолы, где затем смешивается с цитоплазмой внутри клеток насекомого.
Когда кислород проникает в клетки животного, углекислый газ проникает через мембрану, откуда затем выводится через ту же разветвляющуюся трахеальную систему.
Насекомые Могут Контролировать Свое Дыхание
На первый взгляд может показаться, что насекомые дышат пассивно — как будто воздух просто омывает их тела, и они естественным образом поглощают из него кислород.
В то время как некоторые мелкие насекомые могут выжить, просто перемещаясь по воздуху и позволяя кислороду пассивно поступать в их дыхальца, более крупные насекомые могут контролировать свое дыхание, точно так же, как вы и я.
Это называется активной вентиляцией!
Когда насекомые сталкиваются со стрессом, вызванным длительной активностью или экстремальными температурами, они могут активно контролировать свою дыхательную систему, открывая и закрывая дыхальца.
Используя свои мышцы живота, они могут выборочно закрывать или открывать дыхальца и начинать накачивать живот, чтобы либо сократить, либо расширить свое тело.
Когда их тела пульсируют, воздух быстрее проходит через их сложную трахеальную систему.
Однако насекомые по-прежнему ограничены количеством кислорода и углекислого газа, которые могут диффундировать через мембраны их трахеол в любой момент времени.
По этой причине насекомые не могут вырасти намного больше, чем они уже есть.
Если бы они были еще немного больше, кислороду потребовалось бы слишком много времени, чтобы добраться до их организма.
Некоторые Насекомые Могут Задерживать Дыхание на несколько дней
Как бы невероятно это ни звучало, ученым на протяжении десятилетий известно, что многие насекомые могут обходиться без дыхания часами и даже днями.
Чтобы представить это в перспективе, самый длительный рекорд задержки дыхания человеком составил 24 минуты 37 секунд.
Это в 58 раз короче, чем то, на что способны среднестатистические насекомые.
Насекомым это сходит с рук благодаря превосходной эффективности их дыхательной системы.
Пока они находятся в состоянии покоя, они могут прекратить поглощать кислород и пассивно выделять углекислый газ через мембраны трахеол.
На самом деле, некоторым насекомым приходится закрывать свои дыхальца, потому что слишком много кислорода может быть смертельно опасным.
Эффективность дыхательной системы насекомого позволяет ему поглощать больший объем кислорода за один вдох, пропорциональный их размеру.
Затем этот кислород поступает непосредственно в их органы и системы, а не растворяется в крови.
Но помните, насекомые намного меньше людей.
Если бы вы потребляли огромное количество кислорода, ваши ткани начали бы подвергаться окислительному повреждению и отмирать.
То же самое относится и к насекомым, но в гораздо меньших масштабах. Они нуждаются гораздо в меньшем количестве кислорода и, следовательно, могут обходиться без него дольше.
Многие Насекомые Могут Выжить Под водой
Вы наверняка видели плавающих в воде жуков или стрекоз, скользящих по поверхности пруда.
Но знаете ли вы, что многие насекомые могут выживать в нижнем белье в течение длительного времени?
Узнав, что насекомые могут задерживать дыхание на несколько дней подряд, вас должно удивить, что они также могут глубоко нырять, не беспокоясь о кислороде.
Хотя может показаться, что некоторые насекомые на самом деле дышат под водой — особенно насекомые, которые проходят водную личиночную стадию, — они не могут дышать под водой, как рыбы или амфибии.
Вместо этого они используют свои высокоэффективные дыхательные системы, чтобы перекрыть дыхальца и подвергнуться прерывистому газообмену.
Находясь под водой, насекомое может постоянно перерабатывать большой объем кислорода в своей разветвляющейся сети трахей.
Это также верно для насекомых, которые зарываются глубоко в землю, где очень мало кислорода.
Когда они будут готовы сделать глоток свежего воздуха, они могут всплыть на поверхность и начать новый цикл дыхания.
У некоторых насекомых есть Жабры
Вот тут-то все и становится странным.
Хотя большинство насекомых могут длительное время выживать в нижнем белье, просто полагаясь на свою высокоэффективную дыхательную систему, некоторые виды насекомых эволюционировали, обзаведясь набором жабр. К ним относятся:
- Водяные жуки
- Поденки
- Бабочки - девицы
- Каменные Мухи
- Ручейники
- Стрекозы
Как и рыбы, эти насекомые используют сложный набор биологических жабр для дыхания под водой.
Биологические жабры - это специализированный орган, разработанный для растворения кислорода через внешнюю мембрану насекомого в его теле.
В то время как у рыб жабры расположены по бокам, у насекомых жабры обычно являются продолжением их трахеальной системы.
У стрекозок и поденок это выглядит как форма небольшого листа, расположенного на их заднем конце или по бокам брюшка.
Непрерывно размахивая жабрами, они могут создавать постоянный поток насыщенной кислородом воды по всему телу.
Однако не все насекомые имеют одинаковый стиль жабр. У ручейников и камнеломок жабры расположены на грудной клетке и брюшке.
Стрекозы уникальны тем, что их жабры являются внутренними и расположены в прямой кишке.
Сокращая брюшную полость, они могут обеспечивать циркуляцию воды через анус, таким образом распространяя кислород по своему телу.
Но что самое удивительное, так это то, что стрекозы могут использовать свою анальную циркуляционную систему в качестве реактивного ранца, быстро уносящего их подальше от опасности.
Другие Насекомые предпочитают пользоваться трубкой для подводного плавания
Как ни увлекательно учитывать, что у некоторых насекомых развиты жабры, как у рыбы, подавляющее большинство водных насекомых живут под водой, используя эквивалент трубки в животном мире — сифон.
По сути, их тела эволюционировали, чтобы иметь тонкую, полую трубку, через которую они могут дышать свежим воздухом.
Рассмотрим личинки комаров. Это, пожалуй, одно из самых известных насекомых, живущих и растущих в воде.
Тем не менее, у них нет жабр, как у стрекозы или стрекозелки.
Вместо этого их задние концы имеют полую сифонную трубку, которая втягивает воздух и позволяет им вырасти во взрослых комаров. Но они не единственные:
- Водяные скорпионы
- Личинки с крысиными хвостами
- Табанидские мухи
- Белостоматидные
Чтобы вода не попадала в дыхательные трубки насекомых, сифоны имеют плотно уплотненное кольцо из волосков, покрытых водонепроницаемыми составами.
Насекомое может просто высунуть свой сифон через поверхность воды и пассивно поглощать воздух через трубку.
Если насекомое хочет нырнуть поглубже в воду, простое давление сближает волосковые кольца, закупоривая их сифоны и не допуская попадания воды.
Фактически, герметизация кислорода в их сифонах позволяет некоторым насекомым сохранять плавучесть, сохраняя при этом запас кислорода, поэтому им не приходится всплывать на поверхность за воздухом.
Некоторые насекомые предпочитают нырять с аквалангом
Если насекомые для подводного плавания звучат достаточно абсурдно, подождите, пока не услышите о насекомых для глубоководного плавания с аквалангом.
Конечно, мы не имеем в виду, что они перевозят баллоны и дыхательные аппараты под водой.
Вместо этого АКВАЛАНГ — автономный подводный дыхательный аппарат - просто относится к способу, с помощью которого насекомые переносят с собой свежий запас кислорода, когда они ныряют под поверхность.
Некоторые водяные жуки могут переносить под поверхностью небольшой воздушный пузырек, с помощью которого они могут дышать, находясь под водой. К ним относятся:
- Ныряющие жуки
- Обратные Прыжки
- Водные лодочники
Они удерживают воздушный пузырь под своими крыльями или переносят его на свой экзоскелет, используя специальные волоски.
Прикрепив его к одному из своих дыхалец, они могут продолжать дышать, даже находясь в воде.
Хотя один воздушный пузырь не обеспечит много кислорода, уникальные свойства воды позволяют большему количеству молекул кислорода раствориться обратно в пузырьке, тем самым обновляя их запасы кислорода.
Если насекомому удастся создать пузырь большего размера, оно сможет оставаться под водой еще дольше.
Большая площадь поверхности означает, что больше кислорода растворится через мембрану пузырька и вернется обратно в воздух внутри него.
Однако это не постоянное решение. В конце концов, пузырь будет сжиматься по мере того, как азот растворится из пузырька и попадет в воду.
Когда пузырь сжимается, насекомое должно всплыть на поверхность, чтобы глотнуть воздуха.
Тем не менее, было зафиксировано, что некоторые жуки-ныряльщики оставались под поверхностью до 36 часов!
Хотя это не долгосрочное решение, их снаряжение для ПОДВОДНОГО плавания, безусловно, продержит их на плаву столько, сколько им понадобится.
Заключительные мысли о дыхании насекомых
Хотя насекомые кажутся простыми животными, они гораздо сложнее, чем мы о них думаем.
Несмотря на отсутствие единой сердечно-сосудистой и дыхательной систем, насекомым каким-то образом удается превзойти млекопитающих в их способности дышать и существовать без кислорода в течение длительных периодов.
Благодаря высокоэффективной системе разветвляющихся трахей насекомые могут обходиться без воздуха целыми днями, выживают под водой и даже разработали сложные системы, такие как биологические трубки и способность создавать пузырьки воздуха вокруг своих сифонов.
Хорошо, вот и все для этой статьи, вот несколько отобранных вручную статей, которые вы также можете найти интересными для чтения:
Топ- 10 самых быстро передвигающихся насекомых в мире
Прыгают ли пауки? Давайте выясним!
Чувствуют ли насекомые Боль? Ответ на глубокое Погружение
