Układ oddechowy

Budowa i funkcje układu oddechowego:

U owadów proces oddychania polega na wymianie gazowej tlenu i dwutlenku węgla.  U niektórych owadów układ oddechowy to miejsce występowania komórek układu endokrynalnego. Układ oddechowy może również współuczestniczyć w wytwarzaniu i odbieraniu dźwięków służących do porozumiewania się osobników- wabienie lub odstraszenie.

Za proces oddychania odpowiada system tchawek, który tworzy sieć rozgałęziających się rurek, łączących się z powietrzem atmosferycznym poprzez przetchlinki, które są położone na powierzchni ciała. Przetchlinki poosiadają specjalne aparaty zamykające, które zabezpieczają organizm przed nadmierną utratą wody. Duże tchawki tworzą w ciele owada podłużne i poprzeczne pnie. Rozgałęziają się one stopniowo w coraz mniejsze, penetrując wszystkie tkanki i docierając do komórek. Najcieńsze, końcowe odgałęzienia tchawki – tracheola może wnikać w światło poszczególnych komórek. Mają średnice poniżej 1 µm, tak niewielką, że niemożliwa jest ich wentylacja, są więc wypełnione płynem, w którym rozpuszczają się gazy.

Budowa układu tchawkowego:

Tchawki (tracheae):

– to system rurek wnikających i rozgałęziających się wewnątrz organizmu owada,

– wnętrze tchawek i tracheoli wyściela epikutikularna warstwa zwana intymą – będąca przedłużeniem oskórka oraz leżący pod nią jednowarstwowy nabłonek oddechowy (matrix). Większe pnie tchawkowe mają także warstwę endokutikularną,

– tenidia (taenidia) – to spiralne zgrubienia, które nadają tchawkom i tracheolom dużą elastyczność i wytrzymałość przed zapadaniem się podczas obniżania ciśnienia wewnętrznego,

– tchawki zaczynają się na powierzchni ciała otworami zwanymi przetchlinkami (stigmae, stigmata), a kończą kapilarami lub tracheolami wnikającymi do komórek,

– od przetchlinek odbiegają w głąb ciała poprzeczne pnie tchawkowe, łączące się następnie w dwa wspólne podłużne pnie tchawkowe przebiegające wzdłuż boków ciała owada i rozdzielające się na liczne, coraz cieńsze rozgałęzienia,

– tchawki mogą na pewnych odcinkach rozszerzać się, tworząc tzw. worki powietrzne, które ułatwiają lot owadów np. chrząszczy (Coleoptera),

– od głównego pnia, w pobliżu przetchlinki. Odchodzą trzy gałęzie:

         – grzbietowa (trachea dorsalis) – zaopatrująca w tlen serce i mięśnie grzbietowe,

– trzewiowa (trachea ventralis) – prowadząca do przewodu pokarmowego, ciała tłuszczowego i gonad,

– brzuszna (trachea medialis) – zaopatrująca łańcuszek nerwowy i mięśnie brzuszne.

Rys.1. Schemat rozmieszczenia pni tchawkowych i przetchlinek u owadów. (wg. Rolf G. i inni 2014).

Przetchlinki (stigma, spiraculum):

– są to otwory w powłokach ciała (na bokach odwłoka i tułowia), przez które powietrze dostaje się do układu oddechowego,

– przetchlinka ma zesklerotyzowane krawędzie (pritrema) i prowadzi otworem do wolnej przestrzeni – przedsionka (atrium), zaopatrzonego w różnego typu urządzenia filtracyjne i zamykające. Urządzenia te chronią tchawki przed zanieczyszczeniami i regulują wymianę gazową. Aparat zamykający może być zewnętrzny i mieć postać pary warg rozdzielonych wąską szczeliną, gdzie wargi zamykają się dzięki pracy specjalnego mięśnia, a otwierają dzięki swej elastyczności. Drugi rodzaj aparatu zamykającego może być wewnętrzny i posiada dwa mięśnie: zamykający i otwierający, które są przytwierdzone do ruchomej części przedsionka.

Rys.2. Schemat przekroju podłużnego przez przetchlinkę i początkowy odcinek tchawki u owadów. (wg. Rolf G. i inni 2014).

– u larw muchówek (Diptera) istnieją różne typy rozmieszczenia przetchlinek:

– typ holopneustyczny – przetchlinki mogą występować na pierwszym i trzecim segmencie tułowia oraz na ośmiu początkowych sternitach odwłoka,

– typ perypneustyczny – przetchlinki są na pierwszym segmencie tułowia i ośmiu początkowych sternitach odwłoka,

– typ ampfipneustyczny – przetchlinki są obecne na pierwszym i ostatnim segmencie ciała,

– typ metapneustyczny – przetchlinki są na ostatnim segmencie ciała,

– typ propneustyczny – przetchlinki są na pierwszym segmencie tułowia,

– typ apneustyczny – brak przetchlinek, z zamkniętym systemem tchawkowym. Owady takie potrafią oddychać całą powierzchnią ciała lub za pomocą wyrostków skrzelowych.

Rys.3. Schemat tracheoli oraz wymiana gazowa w tracheoli wnikającej do włókien mięśniowych. (wg. Gillott C. 2005).

Fizjologia oddychania:

Wprowadzanie i wyprowadzanie gazów z systemu tchawkowego u owadów dochodzi dzięki skurczom i rozkurczom odwłoka, które są regulowane mięśniami i układem nerwowym. Ten sposób oddychania – czynna wentylacja zachodzi u owadów o większych wymiarach ciała. U owadów tych wymiana powietrza następuję w czasie wszelkich ruchów ciałem, a w szczególności podczas chodzenia i latania. Jednak główną przyczyną krążenia gazów w układzie tchawkowym owadów (zwłaszcza małych poczwarek i form nieruchomych) jest ich dyfuzja oparta na różnicy ciśnienia w tracheolach i atmosferze. U niektórych larw wymiana gazowa może odbywać się drogą dyfuzji, bezpośrednio przez oskórek.

Mechanizm przekazywania tlenu z tracheoli do tkanek jest dość prosty. W tkance mięśni lub innych organów na skutek procesu utleniania gromadzą się metabolity, zwiększa się kwasowość  oraz ciśnienie osmotyczne. W wyniku różnicy ciśnień płyn, który wypełnia tracheole przedostaje się do sąsiadującej tkanki, a na to miejsce wnika powietrze i tlen. Ta wymiana między tkankami i tracheolą zachodzi dzięki różnicy ciśnień w tracheoli i atmosferze rzędu 2-3%. Głównym enzymem oddechowym przy tej wymianie jest cytochrom, którego ilość wzrasta przy intensywniejszej pracy mięśni. Regulując tempo oddychania, owady mogą w pewnym zakresie wpływać na temperaturę swojego ciała oraz na ilość wody oddawanej do atmosfery. Wielkość wydalanego CO₂ i zużytego tlenu świadczy o tempie przemiany materii, czyli o metabolizmie owadów. Stosunek tlenu do CO₂ jest w tym wypadku określany jako tzw. współczynnik oddechowy.

Źródło:

1. Bunalski M., Piekarska-Boniecka H., Wilkaniec  B., 2009 „Entomologia. Entomologia ogólna cz1.” Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne t.1: 106-110.
2. Grabda E., 1973 „Zoologia. Bezkręgowce, Tom I” Państwowe Wydawnictwo Naukowe.
3. Gillott C., 2005 „Entomology. Third Edition”. Springer: 470-485.
4. Rolf G. Beutel, Frank Friedrich, Si-Qin Ge, Xing-Ke Yang, 2014 „Insect Morphology and Phylogeny” De Gruyter: 82-86.
5. Szujecki A.,1998 „Entomologia leśna Tom 1” SGGW: 111-115.

Powiązane zdjęcia: