У насекомых , обитающих в воде, дыхание осуществляется двумя способами. Это зависит от того, какое строение имеет их трахейная система.
Многие из водных организмов имеют закрытую трахейную систему, в которой не функционируют дыхальца. Она замкнута, и в ней нет «выходов» наружу. Дыхание осуществляется при помощи жабр – выростов тела, в которые входят и обильно разветвляются трахеи. Тонкие трахеолы настолько близко подходят к поверхности жабр, что через них начинает диффундировать кислород. Это и позволяет некоторым насекомым, обитающим в воде (личинки и нимфыручейников, веснянок, поденок, стрекоз) осуществлять газообмен. При переходе их к наземному существованию (превращении в имаго) жабры редуцируются, а трахейная система из закрытой превращается в открытую.
В других случаях дыхание водных насекомых осуществляется атмосферным воздухом. У таких насекомых имеется открытая трахейная система. Они набирают воздух через дыхальца, всплывая к поверхности, а затем опускаются под воду до тех пор, пока его не израсходуют. В связи с этим, у них имеются две особенности строения:
- во-первых, развитые воздушные мешки, в которых могут храниться большие порции воздуха,
- во-вторых, развитый замыкательный механизм дыхалец, который не пропускает воду внутрь трахейной системы.
Возможны и другие особенности. Например, у личинки жука-плавунца дыхальца находятся на заднем конце тела. Когда ей необходимо «сделать вдох», она подплывает к поверхности, принимает вертикальное положение «вниз головой» и выставляет наружу часть, где расположены стигмы.
У личинки обыкновенного комара от соединенных вместе 8 и 9 сегментов брюшка вверх и назад отходит дыхательная трубка, на конце которой открываются главные трахейные стволы. Когда трубка выставляется над водой, через просветы стволов насекомое получает воздух. Почти такая же, но сильнее выраженная трубка имеется уличинок Eristalis. Данное образование выражено у них настолько сильно, что за его наличие и серый цвет самого насекомого таких личинок называют «крысками». В зависимости от пребывания на большей или меньшей глубине, хвост «крыски» может менять свою длину. (фото)
Интересно дыхание взрослых плавунцов. У них имеются развитые надкрылья, с боковых сторон подгибающиеся в направлении вниз и внутрь, к телу. В результате при всплывании к поверхности при сложенных надкрыльях жук захватывает пузырек воздуха, который попадает в подэлитральное пространство. Туда же открываютсядыхальца. Таким образом плавунец и возобновляет запасы кислорода. Плавунец рода Dyliscusмежду всплываниями может находиться под водой 8 минут, Hyphidrus около 14 минут, Hydroporus– до получаса. После первых заморозков подо льдом жуки также сохраняют свою жизнеспособность. Они находят воздушные пузырьки под водой и проплывают над ними так, чтобы «забрать» их под надкрылья.
У водолюба запасание воздуха происходит между волосками, расположенными на брюшной части тела. Они не смачиваются, поэтому между ними формируется запас воздуха. Когда насекомое плывет под водой, его вентральная часть выглядит серебристой из-за воздушной «подушки».
У водных насекомых, дышащих атмосферным воздухом, те небольшие запасы кислорода, которые они захватывают с поверхности, должны очень быстро расходоваться, но этого не происходит. Почему? Дело в том, что из воды в воздушные пузырьки диффундирует кислород, и из них же в воду частично уходит углекислый газ. Таким образом, забирая под воду воздух, насекомое получает запас кислорода, который какое-то время сам собой пополняется. Процесс сильно зависит от температуры. Например, клоп Pleaможет жить в кипяченой воде 5-6 часов при теплой температуре и 3 дня при холодной.
У насекомых нет лёгких. Основная дыхательная система у них - трахеи. Трахеи насекомых - это сообщающиеся воздухоносные трубочки, которые открываются наружу по бокам тела отверстиями-дыхальцами. Тончайшие разветвления трахей - трахеолы - пронизывают всё тело, оплетая органы и проникая даже внутрь некоторых клеток. Таким образом кислород доставляется с воздухом непосредственно к месту его потребления в клетках тела, и газообмен обеспечивается без участия кровеносной системы.
Многие живущие в воде насекомые (водные жуки и клопы, личинки и куколки комаров и др.) должны время от времени подниматься к поверхности, чтобы захватить воздух, т. е. у них дыхание тоже воздушное. Личинки комаров, долгоножек и некоторых других насекомых на время обновления запаса воздуха в трахейной системе «подвешиваются» снизу к поверхностной плёнке воды с помощью несмачиваемых жирных волосков.
А водные жуки - водолюбы (Hydrophilidae), плавунцы (Dytiscidae) и клопы, например, гладыши (Notonectidae) - подышав у поверхности, уносят дополнительный запас воздуха с собой под воду под надкрыльями.
У личинок насекомых, живущих в воде, во влажной почве и в тканях растений, большую роль играет также кожное дыхание.
Хорошо приспособившиеся к жизни в воде личинки подёнок, веснянок, ручейников и других насекомых не имеют открытых дыхалец. Кислород у них проникает внутрь через поверхность всех участков тела, где покровы достаточно тонки, особенно через поверхность листовидных выростов, пронизанных сетью слепо заканчивающихся трахей. У личинок комаров-мотылей (Chironomus) дыхание тоже кожное, всей поверхностью тела.
Строение трахейной системы. Дыхание насекомых осуществляется через систему трахей, распространенных по всему телу, реже - через поверхность кожных покровов. Трахеи представлены полыми трубками, выстланными хитином в виде спиральных утолщений, препятствующих спаданию трахей при движении и изгибах тела. Трахеи разветвляются на мельчайшие капилляры - трахеолы диаметром менее 1 мкм, доставляющие кислород воздуха непосредственно к тканям и клеткам тела.
Дыхание. Поступление воздуха в трахейную систему происходит чаще всего активно, с помощью дыхательных движений. При этом те или иные дыхальца открываются или закрываются, выполняя вдох или выдох. Ритм дыхательных движений зависит от вида насекомого, его состояния и внешних условий. Так, медоносная пчела в покое совершает около 40 дыхательных движений в 1 мин, а в движении - до 120; у некоторых саранчовых увеличение их числа от 6 до 26 и более происходит при повышении температуры среды от 0 °С до 27 °С и выше.
У многих видов насекомых воздух вдыхается через грудные и выдыхается через брюшные дыхальца. Ритм работы дыхалец связан с дыхательными движениями брюшка; при повышении и понижении давления воздуха, вызываемых этими движениями, одни дыхальца открываются наружу, другие - внутрь тела насекомого. Однако под влиянием больших доз углекислого газа, различных ядов, а иногда и без видимых причин циркуляция воздуха может измениться, т. е. он начинает поступать через брюшные дыхальца и выходить через грудные. Кроме этого, при повышении содержания углекислого газа и недостатке кислорода в окружающей среде дыхальца остаются открытыми более продолжительное время, в связи с чем фумигация помещения против вредителей будет более эффективной.
Дыхание представляет собой окислительный процесс, идущий за счет потребления кислорода и выделения углекислоты. Процесс окисления идет при участии окислительных ферментов - оксидаз и сопровождается постепенным расщеплением молекул расходуемых соединений - углеводов, жиров, белков - и выделением энергии. Расщепление этих соединений в конечном счете завершается образованием углекислого газа и воды, а для белков еще и появлением продуктов распада, связываемых в более безопасные для организма соединения типа мочевины и ее солей.
Таким образом, дыхание сопровождается газообменом. Процесс газообмена характеризуется дыхательным коэффициентом (ДК), представляющим отношение выделенного углекислого газа к общему количеству поглощенного кислорода. По этому показателю можно судить, какие вещества используются в данный момент в качестве источника энергии. При окислении углеводов ДК = 1, при использовании менее окисленных соединений жиров ДК снижается до 0,7, а белков - до 0,77-0,82. Например, при голодании тараканов ДК снижается до 0,65-0,85, что соответствует преимущественному расходованию ранее запасенных жиров.
Другие формы дыхания. Дыхание водных насекомых происходит как за счет атмосферного воздуха, так и за счет использования воздуха, растворенного в воде. Так, жуки-плавунцы, живя в воде, дышат за счет атмосферного воздуха, запасенного под надкрыльями на конце брюшка, и время от времени поднимаются на поверхность для возобновления его запасов. Жуки из рода радужниц добывают атмосферный воздух из воздухоносных сосудов водных растений.
При использовании воздуха, растворенного в воде, насекомые дышат с помощью жабр. Жабры представлены наружными ветвистыми или пластинчатыми образованиями, находящимися на месте отсутствующих дыхалец. Они развиты у личинок поденок, стрекоз, ручейников, некоторых двукрылых. У личинок разнокрылых стрекоз жабры ректальные, т. е. являются внутренними органами и находятся в прямой кишке.
Температура тела. Насекомые относятся к животным с непостоянной температурой тела. Она зависит от интенсивности процессов образования тепла и его отдачи. Источниками образования тепла у насекомых являются, с одной стороны, процессы обмена веществ в организме, сопровождающиеся выделением тепловой энергии, и лучистая энергия солнца или нагретый им воздух - с другой.
По данным И. Д. Стрельникова, температура тела насекомых, находящихся в покое и не подвергающихся облучению солнцем, примерно равна температуре окружающей среды. В связи с тем, что температурный оптимум для многих видов колеблется около 20...35 °С, насекомые могут в известных пределах регулировать температуру тела за счет изменения мышечной активности (движение, полет) или передвижения на более нагретые или прохладные участки, иногда за счет изменения позы. Известное значение в регуляции температуры тела могут иметь испарение воды с поверхности кожных покровов и вентиляция трахей, особенно с помощью воздушных мешков.
Как дышат насекомые, и дышат ли они вообще? Строение тела тех же жуков существенно отличается от анатомии любого млекопитающего. Не все люди знают об особенностях жизнедеятельности насекомых, ведь и пронаблюдать эти процессы сложно по причине небольших размеров самого объекта. Однако эти вопросы порой всплывают – например, когда ребенок сажает пойманного жука в банку, и спрашивает, как обеспечить ему долгую, счастливую жизнь.
Так дышат ли они, как осуществляется процесс дыхания? Можно ли закрывать банку плотно, чтобы жук не убежал, не задохнется ли он? Эти вопросы задаются многими людьми.
Кислород, дыхание и размеры насекомых
Современные насекомые действительно имеют небольшие размеры. Но это исключительно древние существа, которые появились куда раньше теплокровных, даже раньше динозавров. В те времена условия на планете были совершенно другими, состав атмосферы тоже был иной. Даже удивительно, как они смогли пережить миллионы лет, приспособиться ко всем изменениям, которые прошли за это время на планете. Эпоха расцвета насекомых позади, и в те времена, когда они были на пике эволюции, назвать их маленькими было нельзя.
Интересный факт: окаменелые останки стрекоз доказывают, что в прошлом они достигали полуметрового размера. В период расцвета насекомых были и другие исключительно крупные виды.
В современном мире насекомые не могут достичь таких размеров, и самыми крупными являются тропические особи – влажный, жаркий климат, насыщенный кислородом, дает им больше возможностей для процветания. Буквально все исследователи убеждены, что процветать на планете в сегодняшних условиях так, как это было в прошлом, насекомым не дает именно их дыхательная система с ее специфическими особенностями устройства.
Материалы по теме:
Враги пчел
Дыхательная система насекомых
При классификации насекомых их относят к подтипу трахейнодышащих. Это уже дает ответы на многие вопросы. Во-первых, они дышат, а во-вторых, они делают это посредством трахеи. Членистоногие также классифицируются как жабродышащие и хелицеровые, к первым относятся раки, а ко вторым – клещи и скорпионы. Однако вернемся к трахейной системе, характерной для жуков, бабочек, стрекоз. Трахейная система у них исключительно сложная, эволюция шлифовала ее не один миллион лет. Трахеи подразделяются на многочисленные трубочки, каждая трубочка идет к определенной части тела – примерно так же, как расходятся по телу кровеносные сосуды и капилляры более совершенных теплокровных, и даже рептилий.
Трахеи наполняются воздухом, но делается это не за счет ноздрей или ротовой полости, как у позвоночных. Трахеи наполняются дыхальцами, это многочисленные отверстия, которые находятся на теле насекомого. Особые клапаны отвечают за воздухообмен, наполнение этих отверстий воздухом, их закрытие. Каждое дыхальце снабжается тремя ветвями трахеи, среди которых:
- Вентральная для нервной системы и мускулатуры брюшка,
- Дорзальная для дорзальной мускулатуры и спинного сосуда, который наполнен гемолимфой,
- Висцеральная, которая работает на органы размножения и пищеварения.
Материалы по теме:
Основные виды дневных бабочек в России
Трахеи на своем окончании превращаются в трахеолы – очень тонкие трубочки, которые оплетают каждую клетку тела насекомого, обеспечивая ей приток кислорода. Толщина трахеолы не превышает 1 микрометра . Именно так устроена дыхательная система насекомого, за счет которой кислород может циркулировать в его теле, достигая каждой клетки.
Но подобное примитивное устройство имеют только ползающие или мало летающие насекомые. Летающие, такие как пчелы, имеют еще воздушные мешки наподобие тех, что имеются у птиц в дополнение к легким. Они расположены вдоль стволов трахеи, при полете они способны сокращаться и раздуваться вновь, чтобы обеспечивать максимальный приток воздуха к каждой из клеток. Кроме того, у водоплавающих насекомых есть системы сохранения воздуха на теле или под брюшком в виде пузырей – это актуально для жуков-плавунцов, серебрянок, и прочих.
Как дышат личинки насекомых?
Большинство личинок рождаются с дыхальцами, это актуально в первую очередь для обитающих на поверхности земли насекомых. Водные же личинки обладают подобием жабр, которые позволяют им дышать под водой. Трахейные жабры могут располагаться как на поверхности тела, так и внутри его – даже в кишечнике. Кроме того, многие личинки умеют получать кислород всей поверхностью своего тела.
