Газообмен насекомых

Вне зависимости от способа попадания кислорода в трахеи, биохимически дыхание в любом случае представляет собой окислительный процесс потребления кислорода. После проникновения в организм кислород окисляет при помощи ферментов-оксидаз молекулы белков, жиров и углеводов, потребленных насекомым с пищей. Это сопровождается выделением энергии и образованием метаболитов: углекислого газа, воды, аммиака. Выделенная энергия расходуется организмом на его нужды. При дыхании у насекомых соотношение между объемами поглощенного О₂ и выделенного углекислого газа не постоянно.^[1]

После попадания в организм кислород не только идет к тканям, но и частично растворяется в гемолимфе. Если в ней есть гемоглобин (дыхательный пигмент), то О₂связывается с ним и может транспортироваться к клеткам (пример – личинки комаров рода Tendipes) (фото). Однако механизм тканевого дыхания с переносом кислорода через кровь играет у насекомых вторичную роль и может наблюдаться лишь в условиях недостатка кислорода в окружающей среде.^[3]

Углекислый газ выделяется наружу не только при помощи дыхалец, но и также растворяясь в гемолимфе или диффундируя через кожу.^[3]

Дыхательная система насекомых характеризуется тем, что снабжение тканей и клеток тела воздухом происходит непосредственно. Она состоит из большого числа сильно разветвленных трубок — трахей, пронизывающих тело. Трахеи открываются наружу особыми отверстиями — дыхальцами, а мельчайшие разветвления трахей образуют трахейные капилляры — трахеолы. У ряда насекомых отдельные крупные трахейные стволы образуют сильные расширения — воздушные мешки. В целом дыхательную систему насекомых называют трахейной. Начинаясь на поверхности тела дыхальцами, трахеи многократно ветвятся внутри тела, оплетают ткани и органы, входят даже внутрь отдельных клеток. Изнутри они выложены хитиновой интимой, которая образует на своей внутренней поверхности нитевидные утолщения — тенидии, в виде спирали оплетающие стенку трахей и препятствующие сплющиванию при движении и изгибах тела. Дыхальца, или стигмы, располагаются по бокам сегментов и являются метамерными образованиями. Каждый сегмент имеет по паре дыхалец (по одному с каждой стороны). У ряда высших насекомых, особенно у личинок и куколок, число дыхалец сокращается. Трахеолы представляют собой тончайшие окончания трахей диаметром 0,2—0,3 мм. Воздушные мешки — это расширения некоторых стволов, отличающиеся от нормальных трахей отсутствием спиральных утолщений. При дыхании воздух через дыхальца проникает в крупные трахейные стволы и далее по разветвлениям трахей достигает трахеол, через которые происходит передача кислорода клеткам и тканям. Поступление воздуха в трахеи происходит двояко: либо пассивно, путем диффузии, что свойственно многим мягкотелым личинкам, либо активно, с помощью дыхательных движений. Ритм дыхательных движений зависит от вида насекомого, его состояния и внешних условий. Так, медоносная пчела в покое совершает 40 дыхательных движений в минуту, а при работе — до 120; у саранчовых с повышением температуры среды отмечено повышение их числа с 6 до 26 и более. Особые формы дыхания встречаются у немногих насекомых: мелких формах из числа первичнобескрылых. Личинки некоторых внутренних паразитов (наездников и мух) лишены трахей и дышат через кожу. Кроме кожного дыхания у личинок паразитов встречаются другие формы дыхания. Так, некоторые виды включают свою трахейную систему в трахеи хозяина и выставляют свои дыхальца наружу. Водные насекомые имеют еще более разнообразные формы дыхания: одни дышат атмосферным воздухом, другие с помощью трахейных жабр используют растворенный в воде кислород. Жук-плавунец периодически выставляет задний конец брюшка из воды и набирает запас воздуха под надкрылья. Для личинок стрекоз, поденок, ручейников характерно жаберное дыхание. Такие жабры пронизаны трахеями и называются трахейными, газообмен происходит через их стенки. По своему строению они разнообразны, часто имеют вид наружных ветвистых или пластинчатых образований, находящихся на месте дыхалец. У личинок некоторых комаров и мух на конце брюшка имеется дыхательная трубка, которую они выставляют на поверхность воды.