Come respirano gli insetti?

Gli insetti, come le persone, necessitano di ossigeno per vivere e produrre anidride carbonica come prodotto di scarto. Questo, tuttavia, è dove finisce essenzialmente la somiglianza tra l'insetto e i sistemi respiratori umani. Gli insetti non hanno i polmoni, né trasportano ossigeno attraverso un sistema circolatorio come fanno gli umani. Invece, il sistema respiratorio degli insetti si basa su un semplice scambio di gas che bagna il corpo dell'insetto in ossigeno ed espelle i rifiuti di anidride carbonica.

Sistema respiratorio degli insetti

Per gli insetti, l'aria entra nei sistemi respiratori attraverso una serie di aperture esterne chiamate spiracoli. Questi spiracoli, che fungono da valvole muscolari in alcuni insetti, portano al sistema respiratorio interno che è costituito da una matrice densamente in rete di tubi chiamati tracheae.

Per semplificare il concetto di sistema respiratorio degli insetti, pensalo come una spugna. La spugna ha piccoli fori che consentono all'acqua interna di inumidirla. Allo stesso modo, le aperture spirituali permettono all'aria di entrare nel sistema tracheale interno bagnando i tessuti dell'insetto con ossigeno. L'anidride carbonica, uno spreco metabolico, esce dal corpo attraverso gli spiracoli.

In che modo gli insetti controllano la respirazione?

Gli insetti possono controllare la respirazione in una certa misura. Sono in grado di aprire e chiudere i loro spiracoli tramite contrazioni muscolari. Ad esempio, un insetto che vive in un ambiente desertico può tenere chiuse le valvole a spiracolo per prevenire la perdita di umidità. Questo si ottiene contraendo i muscoli che circondano lo spiracolo. Per aprire lo spirito, i muscoli si rilassano. 

Gli insetti possono anche pompare i muscoli per forzare l'aria nei tubi tracheali, accelerando così l'erogazione di ossigeno. In caso di calore o stress, gli insetti possono persino sfiatare l'aria aprendo alternativamente spiracoli diversi e usando i muscoli per espandere o contrarre i loro corpi. Tuttavia, non è possibile controllare la velocità di diffusione del gas o l'inondazione della cavità interna con l'aria. A causa di questa limitazione, fintanto che gli insetti continuano a respirare usando uno spiracolo e un sistema tracheale, in termini di evoluzione, è probabile che non diventino molto più grandi di quanto non siano ora.

Come respirano gli insetti acquatici?

Mentre l'ossigeno è abbondante nell'aria (200.000 parti per milione), è notevolmente meno accessibile nell'acqua (15 parti per milione in acqua fredda e scorrevole). Nonostante questa sfida respiratoria, molti insetti vivono in acqua durante almeno alcune fasi dei loro cicli di vita.

In che modo gli insetti acquatici ottengono l'ossigeno di cui hanno bisogno durante l'immersione? Per aumentare il consumo di ossigeno nell'acqua, tutti tranne i più piccoli insetti acquatici impiegano strutture innovative, come i sistemi di branchie e strutture simili a boccagli umani e attrezzatura subacquea, per attirare l'ossigeno ed espellere l'anidride carbonica.

Insetti con branchie

Molti insetti che vivono nell'acqua hanno branchie tracheali, che sono estensioni stratificate dei loro corpi che consentono loro di assorbire maggiori quantità di ossigeno dall'acqua. Queste branchie si trovano più spesso sull'addome, ma in alcuni insetti si trovano in luoghi strani e inaspettati. Alcuni stoneflies, ad esempio, hanno branchie anali che sembrano un ammasso di filamenti che si estendono dalle loro estremità posteriori. Le ninfe libellule hanno branchie all'interno dei loro retti.

L'emoglobina può intrappolare l'ossigeno

L'emoglobina può facilitare la cattura di molecole di ossigeno dall'acqua. Larve di moscerino non pungenti dal Chironomidae la famiglia e alcuni altri gruppi di insetti possiedono l'emoglobina, proprio come i vertebrati. Le larve chironomide sono spesso chiamate vermi sanguigni perché l'emoglobina li infonde di un colore rosso vivo. I vermi sanguigni possono prosperare in acqua con livelli di ossigeno eccezionalmente bassi. Ondulando i loro corpi nei fondali fangosi di laghi e stagni, i vermi sanguigni sono in grado di saturare l'emoglobina con l'ossigeno. Quando smettono di muoversi, l'emoglobina rilascia ossigeno, permettendo loro di respirare anche negli ambienti acquatici più inquinati. Questo apporto di ossigeno di riserva può durare solo pochi minuti, ma di solito è abbastanza lungo perché l'insetto si sposti in acqua più ossigenata.

Sistema Snorkel

Alcuni insetti acquatici, come i vermi dalla coda di topo, mantengono una connessione con l'aria in superficie attraverso una struttura simile a un boccaglio. Alcuni insetti hanno modificato spiracoli che possono perforare le parti sommerse delle piante acquatiche e assorbire ossigeno dai canali dell'aria all'interno delle loro radici o steli.

Immersioni in subacquea 

Alcuni coleotteri acquatici e veri e propri insetti possono immergersi portando con sé una bolla d'aria temporanea, proprio come un subacqueo SCUBA trasporta un serbatoio d'aria. Altri, come gli scarabei riffle, mantengono un film d'aria permanente attorno ai loro corpi. Questi insetti acquatici sono protetti da una rete a maglie di peli che respinge l'acqua, fornendo loro una fornitura d'aria costante da cui attingere ossigeno. Questa struttura dello spazio aereo, chiamata plastron, consente loro di rimanere permanentemente sommersi.

fonti

Gullan, P.J. e Cranston, P.S. "The Insects: An Outline of Entomology, 3a edizione." Wiley-Blackwell, 2004

Merritt, Richard W. e Cummins, Kenneth W. "Un'introduzione agli insetti acquatici del Nord America". Kendall / Hunt Publishing, 1978

Meyer, John R. "Respirazione negli insetti acquatici". Dipartimento di Entomologia, North Carolina State University (2015).