Pri žuželkah je najbolj natančen odraz njihovega življenjskega sloga. Ker so ta bitja vedno nad tlemi, dihajo izključno zahvaljujoč sapniku, ki ga imajo veliko bolj razvit kot drugi prebivalci našega planeta. Pošteno povedano, velja poudariti, da obstaja nekaj nadrazredov žuželk, ki živijo v vodnem okolju ali so tam pogosto. V tem primeru dihalni sistem žuželk predstavljajo škrge. Vendar so to izjemno redke vrste tega razreda, zato jih bomo tudi zelo na kratko preučili. No, pojdimo na podrobnejšo študijo tega oddelka biologije.
Skupne informacije
Tako se nam dihalni sistem pri žuželkah kaže v obliki sapnika. Iz njih izhajajo številne razvejanosti, ki se širijo po vseh vitalnih organih in sistemih telesa. Celotno telo, razen glave (to je prsnega koša in trebuha), je pokrito z iztočnimi odprtinami - spiracles. Prav oni tvorijo sapni sistem, zahvaljujoč kateremu lahko večina žuželk diha skozi površino svojega telesa.
Treba je opozoriti, da so ti spirci s posebnimi ventili zanesljivo zaščiteni pred okoljskimi dražilnimi snovmi. Zaradi dobro razvitih mišic se hitro odzovejo na vnos zraka. Prav tako je pomembno vedeti, da se spiracles nahajajo na straneh vsakega segmenta telesa. Velikost njihovih lukenj je regulirana, zaradi česar se spremeni lumen sapnika.
Postopek prezračevanja
Da bi temeljito razumeli, kako žuželke dihajo, se je treba najprej naučiti, da je vsak sapni sistem, ki se nahaja v telesu, vedno prezračen. Potrebna izmenjava zraka nastane zaradi dejstva, da se ventili, ki se nahajajo vzdolž telesa, grobo gledano odpirajo in zapirajo po določenem urniku, torej na usklajen način. Razmislite na primer, kako se podoben proces zgodi pri kobilicah. Med vstopom zraka se odprejo sprednji 4 spiracles (med njimi dva torakalna in dve ventralni sprednji). V tem času so vsi ostali (6 zadnjih) v zaprtem položaju. Po vstopu zraka v telo se zaprejo vse zračnice, nato pa se odpiranje zgodi v naslednjem zaporedju: 6 zadnjih odprtih, 4 sprednje pa ostanejo zaprte.
Osnovni dihalni gibi
Pred mnogimi leti so znanstveniki, ko so opazovali, kako žuželke dihajo, opazili, da se njihova telesa na določen način skrčijo in razširijo. Ta proces se je izkazal za sinhronega s procesom vstopa kisika v telo, zato je bilo ugotovljeno, da mnogi predstavniki členonožcev dihajo ravno zaradi standardnih mehanskih dejanj. Tako lahko dihalni sistem pri žuželkah deluje zaradi krčenja posameznih delov trebuha. Tovrstno "dihanje" je značilno predvsem za vsa kopenska bitja. Za iste posameznike, ki delno ali v celoti živijo v vodi, je značilno krčenje nekaterih torakalnih predelov. Pomembno si je zapomniti tudi, da se med izdihom zgodi ravno krčenje mišic. Ko zrak vstopi v telo, se vsi trebušni in torakalni segmenti žuželke, nasprotno, razširijo in popolnoma sprostijo.
Struktura sapnika
Kot je že omenjeno zgoraj, je dihalni sistem žuželk predstavljen v sapniku. Za otroke se lahko izkaže, da je tak koncept preveč zapleten, saj če otroku razložite ta biološki proces, mu najprej povejte, kako izgleda ta zelo dihalni organ. Pri skoraj vseh žuželkah je vsak sapnik ločeno obstoječe deblo. Izhaja ravno iz ventila, skozi katerega prehaja dih. Iz trahealne cevi izhajajo veje, ki so predstavljene v obliki spirale. Vsaka taka veja je oblikovana iz zelo goste obnohtne kožice, ki je vedno varno pritrjena na mestu. Zahvaljujoč temu veje ne odpadejo, se ne zapletejo, zato se v telesu žuželke vedno ohranijo vrzeli, skozi katere lahko normalno krožijo kisik, ogljikov dioksid in brez katerih je življenje tega razreda nerealno.
Kakšna je razlika med letečimi žuželkami?
Dihalni sistem žuželk, ki lahko letijo, izgleda nekoliko drugače. V tem primeru so njihova telesa opremljena s tako imenovanimi zračnimi vrečkami. Nastanejo zaradi širjenja sapničnih cevi. Poleg tega so ti podaljški veliko večji od prvotne širine dihalnih organov. Druga značilnost takšnih vrečk je, da nimajo spiralnih tesnil, zato se v telesu žuželke obnašajo veliko bolj gibljivo. Širjenje in krčenje zračnih vrečk pri letečih žuželkah poteka pasivno. Med vdihom se telo poveča, med izdihom se ustrezno zmanjša. V tem procesu sodelujejo le mišice, ki nadzorujejo vse. Pomembno je tudi omeniti, da je dihalni sistem žuželk, ki letijo, zasnovan tako, da lahko dlje časa zajemajo več kisika.
Žuželke, ki imajo škrge
Članonožci, ki živijo v rezervoarjih, imajo tako kot ribe škrge in škržne odprtine. V tem primeru se dihalni proces vseeno izvaja zahvaljujoč sapniku, vendar je ta sistem v telesu zaprt. Tako kisik iz vode vstopi v telo ne skozi dihalke, temveč skozi škržne zareze, po katerih vstopi v cevi in spirale. Če je žuželka urejena tako, da s procesom odraščanja izstopi iz vodnega okolja, začne prebivati na tleh ali v zraku, potem škrge postanejo rudiment, ki izgine. Sapniški sistem se začne bolj aktivno razvijati, cevi in spirale postanejo močnejši, proces dihanja pa nima več nobene zveze s škrgami.
Zaključek
Na kratko smo preučili, kaj je dihalni sistem pri žuželkah, kako je značilen in kakšne vrste ga najdemo v naravi. Če se poglobite, lahko ugotovite, da se dihalni sistemi členonožcev različnih kategorij med seboj zelo razlikujejo, najpogosteje pa so njihove značilnosti odvisne od habitata določenih vrst.
). Na straneh telesa je do 10 parov, včasih manj spiracles ali stigm: ležijo na sredini in metatoraksu ter na 8 segmentih trebuha.
Stigme so pogosto opremljene s posebnimi blokirnimi napravami in vsaka vodi do kratkega prečnega kanala, vsi prečni kanali pa so med seboj povezani s parom (ali več) glavnih vzdolžnih sapničnih debel. Tanjši sapniki izvirajo iz debel, večkrat se razvejajo in s svojimi vejami zapletajo vse organe. Vsak sapnik se konča s terminalno celico z radialno divergentnimi procesi, ki jih prebodejo končni tubuli sapnika (slika 341). Končne veje te celice (traheole) prodrejo celo v posamezne celice telesa.
Včasih sapnik tvori lokalne ekspanzije ali zračne vrečke, ki služijo pri kopenskih žuželkah za izboljšanje prezračevanja zraka v sapničnem sistemu, pri vodnih pa verjetno kot rezervoarji, ki povečajo oskrbo z zrakom v telesu živali.
Sapniki nastanejo v zarodku žuželk v obliki globokih invaginacij ektoderme; tako kot ostale ektodermalne tvorbe so obložene s kožico (slika 341). V površinskem sloju slednjega se oblikuje spiralna zadebelitev, ki daje sapniku elastičnost in preprečuje zrušitev sten.
V najpreprostejših primerih kisik vstopi v sapni sistem in ogljikov dioksid se iz njega odstrani z difuzijo skozi nenehno odprte stigme. To pa opazimo le pri neaktivnih žuželkah, ki živijo v pogojih visoke vlažnosti.
Aktivacija vedenja in prehod v habitat v sušnih biotopih bistveno zapleteta dihalni mehanizem. Vse večjo potrebo telesa po kisiku zagotavlja pojav posebnih dihalnih gibov, ki so sestavljeni iz sprostitve in krčenja trebuha. V tem primeru pride do prezračevanja sapničnih vrečk in glavnih trahealnih debel. Oblikovanje zapiralnih naprav na stigmi zmanjša izgubo vode med dihanjem. Ker je stopnja difuzije vodne pare nižja kot pri kisiku, ima kisik s kratkotrajnim odpiranjem stigm čas, da prodre v sapniški sistem, izgube vode pa so minimalne.
Pri mnogih ličinkah žuželk, ki živijo v vodi (na primer kačjih pastirjih, majčkih itd.), je sapni sistem zaprt, torej ni stigm, medtem ko je prisotna sama mreža sapnika. Pri takih oblikah kisik razprši iz vode skozi sapnične škrge, lamelne ali košate, tankostenske izrastke telesa, ki jih prodira bogata mreža sapnika (slika 342). Najpogosteje se sapnične škrge nahajajo ob straneh dela trebušnih segmentov (ličinke majskega muha). Kisik vstopi skozi tanko oblogo škrg, vstopi v sapnik in se nato prenaša skozi telo.
Med preobrazbo ličink, ki dihajo škrge, v odraslo žuželko, ki živi na kopnem, škrge izginejo, stigme se odprejo in sapni sistem se spremeni iz zaprtega v odprtega.
Pomembna fiziološka značilnost dihalnega sistema žuželk je naslednja. Običajno žival zaznava kisik v določenih delih svojega telesa in od tam se s krvjo prenaša po telesu. Pri žuželkah zračni kanali prežemajo celotno telo in dovajajo kisik neposredno na mesta njegove porabe, torej v tkiva in celice, kot da nadomeščajo krvne žile.
Imeti žuželkeŽivljenje v vodi se dihanje izvaja na dva načina. Odvisno je od tega, kakšno strukturo ima njihov sapni sistem.
Številni vodni organizmi imajo zaprt sapni sistem, v katerem dihalke ne delujejo. Zaprt je in ni "izhodov" navzven. Dih izvajajo s pomočjo škrg - izrastkov telesa, v katere sapnik vstopa in se obilno razveja. Tanki sapniki so tako blizu površine škrg, da začne kisik difundirati skozi njih. To omogoča nekaterim žuželkam, ki živijo v vodi (ličinke in nimfe jaslic, kamnovci, majnice, kačji pastirji), da izvajajo izmenjavo plinov. Med prehodom v kopenski obstoj (preoblikovanje v odrasle) se škrge zmanjšajo, sapni sistem pa se iz zaprtega spremeni v odprt.
V drugih primerih dihanje vodnih žuželk izvaja atmosferski zrak. Te žuželke imajo odprt sapni sistem. Skozi zračnice vsrkajo zrak, priplavajo na površje in nato potonejo pod vodo, dokler se ne porabijo. V zvezi s tem imajo dve strukturni značilnosti:
- prvič, razvite zračne vrečke, v katerih je mogoče shraniti velike dele zraka,
- drugič, razvit spiralni zapiralni mehanizem, ki ne dopušča, da voda vstopi v sistem sapnika.
Možne so tudi druge funkcije. Na primer, v ličinki plavalnega hrošča se dihlje nahajajo na zadnjem koncu telesa. Ko mora »vdihniti«, priplava na površje, zavzame navpični položaj »na glavo« in razkrije del, kjer se nahajajo stigme.
V ličinki navadnega komarja se iz 8 in 9 segmentov trebuha, povezanih skupaj, zapusti dihalna cev navzgor in nazaj, na koncu katere se odprejo glavna trahealna debla. Ko je cev izpostavljena nad vodo, žuželka prejme zrak skozi reže v deblih. Skoraj enako, vendar bolj izrazito cev najdemo pri Eristalisu. Ta tvorba je v njih izražena tako močno, da se zaradi svoje prisotnosti in sive barve same žuželke takšne ličinke imenujejo "podgane". Odvisno od tega, ali je na večji ali manjši globini, lahko rep "podgane" spremeni svojo dolžino. (fotografija)
Zanimivo je dihanje odraslih plavalcev. Imajo razvite elitre, ki se s stranskih strani upognejo navzdol in navznoter proti telesu. Posledično, ko hrošč priplava na površje z nagubanimi elitromi, zajame zračni mehurček, ki vstopi v subelitralni prostor. Tam se odprejo duše. Tako plavalni hrošč obnavlja zaloge kisika. Plavalec iz rodu Dyliscus lahko med izbruhom ostane pod vodo 8 minut, Hyphidrus približno 14 minut, Hydroporus do pol ure. Po prvi zmrzali pod ledom tudi hrošči ohranijo sposobnost preživetja. Pod vodo najdejo zračne mehurčke in plavajo nad njimi, da jih »poberejo« pod elitrom.
Pri ljubitelju vode je zrak shranjen med dlačicami, ki se nahajajo na trebušnem delu telesa. Niso zmočeni, zato med njimi nastane dovod zraka. Ko žuželka plava pod vodo, je njen trebušni del zaradi zračne »blazine« videti srebrn.
Pri vodnih žuželkah, ki dihajo atmosferski zrak, bi morale tiste majhne zaloge kisika, ki jih zajamejo s površine, zelo hitro porabiti, a se to ne zgodi. Zakaj? Dejstvo je, da kisik difundira iz vode v zračne mehurčke, iz njih pa ogljikov dioksid delno zapusti vodo. Tako žuželka, ko vzame zrak pod vodo, prejme zalogo kisika, ki se nekaj časa napolni. Postopek je močno odvisen od temperature. Na primer, hrošč Plea lahko živi v vreli vodi 5-6 ur pri toplih temperaturah in 3 dni pri hladnih temperaturah.
Ljudje s slabim znanjem biologije si običajno ne predstavljajo zgradbe nevretenčarjev. Ali imajo kri in ali imajo možgane? Ali žuželke dihajo? Velika večina živih organizmov potrebuje kisik za življenje. Prihajajoče snovi oksidira - razdeli jih na strukture enostavnejše strukture. Rastline uporabljajo kisik tudi v procesu dihanja. Tega elementa ne potrebujejo le anaerobni mikroorganizmi in nekatere večcelične živali. Vendar dihajo, za oksidacijo uporabljajo le druge organske ali anorganske snovi.
Svet malih bitij
Žuželke so majhni organizmi, ki ne presegajo nekaj centimetrov. Njihova struktura ne dovoljuje povečanja prostornine in teže v sodobnih razmerah. Enako ne moremo reči za starodavne členonožce, ki so živeli v času dinozavrov in še prej. V tistih dneh je bilo ozračje povsem drugačno: drugačna gostota zraka, sestava plinov. In sam planet Zemlja je tehtal manj. V daljni preteklosti so kačji pastirji dosegli velikosti več kot pol metra.
Kaj dihajo žuželke? In kaj jim je preprečilo, da bi se v sodobnih razmerah razvili do velikosti denimo mačk? Znanstveniki verjamejo, da je to neke vrste dihalni sistem.
Malo taksonomije
Žuželke spadajo v podtip Tracheata. V tip členonožcev sodijo tudi podtipi škrge, ki dihajo (raki) in keliceran (pajki, škorpijoni, klopi itd.).
Kaj dihajo žuželke?
Že samo ime podtipa govori o načinu dihanja. Vendar kelicere dihajo na enak način. Žuželke so v evoluciji pridobile zapleten sistem sapnika. Sapnik so notranje cevi, ki prenašajo zrak do telesnih celic. Sapniški sistem ni enostaven, saj se sapnik razcepi na ogromno tankih cevk. Vsak od njih se prilega majhni skupini celic. Mreža sapnika pri žuželkah je podobna sistemu krvnih žil in kapilar pri vretenčarjih.
Žganja žuželk
Zrak vstopa v sapnik skozi dihalke - posebne odprtine na telesu žuželk. Spiracle - stigme - se nahajajo v parih, običajno ob straneh telesa. Regulacija dovoda zraka je zagotovljena s posebnimi blokirnimi napravami.
Od vsake zračnice se običajno raztezajo tri simetrične velike veje sapnika:
- Hrbtni. Oskrbuje s kisikom dorzalno hemolimfno žilo in hrbtne mišice.
- Visceralni. Služi prebavnemu sistemu in genitalijam.
- Ventralni. Služi trebušnim mišicam in živčni vrvici.
Traheola žuželk
Konci sapnika se razvejajo v zelo tanke kapilarne cevi - traheole. Njihov premer je manjši od 1 mikrometra. Traheoli se razvejajo v medceličnem prostoru, prepletajo celice. So funkcionalni del trahealnega sistema, ki razprši kisik v celice telesa.
Dodatno izobraževanje
Kaj diha večina žuželk? Dihalni organi so sapnik. Vendar imajo nekateri členonožci tudi zračne vrečke. Ta struktura spominja na pljuča ali bolje rečeno zračne vrečke ptic za povečanje volumna zraka v telesu. Otekle predele najdemo pri hitro letečih žuželkah (čebele, muhe). Ležijo ob sapniških deblih. Zaradi krčenja telesnih mišic med letom se zračne vrečke krčijo in širijo, kar poveča pretok zraka v in izven.
Kateri organ dihajo žuželke, ki živijo v vodi?
Na primer, srebrni pajek, ki živi v osrednji Rusiji, preživi večino svojega življenja pod vodo. S seboj nosi zalogo zračnih mehurčkov. Tako mu ni bilo treba ničesar spreminjati na dihalih. Pajki imajo sapni sistem, podoben žuželkam.
Plavalni hrošč je pogost prebivalec ribnikov v osrednji Rusiji. Diha tudi s sapnikom. Občasno se dvigne na površino vode, izpostavi konico trebuha. Zrak vstopi pod elitro in tam ostane. Vodni hrošč s seboj nosi zalogo kisika.
Preostali vodni hrošči počnejo enako. Majhna vejica lovi po gladini ribnika, vendar se v primeru nevarnosti potaplja z njo zajame tudi zrak. Izgleda kot zona pellucida na koncu trebuha.
Številne vodne žuželke tudi ujamejo zrak v mehurček s površine. Kot na primer Gladysh. S seboj nosi zračni mehurček, pritrjen na koncu trebuha. Takšna naprava mu pomaga še bolje plavati.
Nekatere vodne žuželke (vodni škorpijon, ranatra) imajo na koncu trebuha posebno cev. Sestavljen je iz dveh žlebljenih polovic. Hrotnik premika svoj trebuh - naredi dihalne gibe. Skozi cev zrak vstopi v zračnice.
Dihalni organi ličink
Odrasle žuželke dihajo skozi sapnik. Ličinke imajo bolj raznolike dihalne organe. Katere ličinke žuželk dihajo skozi sapnik? Predstavniki zemljišč imajo sapni sistem. Na primer, gosenice metuljev imajo na straneh telesa 9 parov stigm. Prvi par na prsih, ostali na trebušnih segmentih. Včasih je drugi par spiracles zaprt.
Večina vodnih žuželk in njihovih ličink ima tudi sapnični sistem. Vendar pa ima ogromno predstavnikov formacije, podobne škrgam. To so izrastki, ki se nahajajo na mestih spiracles. Kisik vstopa v telo skozi tanke pokrove izrastkov sapnika. Tako dihajo ličinke podojnic, kamnovcev in rušnikov. Ličinke kačjih pastirjev z različnimi krili imajo tudi trahealne škrge, vendar se nahajajo v črevesju, torej znotraj telesa.
Krvavci imajo nitaste škrge, vendar absorbirajo velike količine kisika po celotni površini telesa. V telesu krvnega črva je vedno zaloga kisika. Zaradi tega lahko živi v onesnaženih vodnih telesih.
Ličinke pinnacle komarja (družina komarjev z debelo grudo) dihajo kisik, raztopljen v vodi, in ga absorbirajo po celotni površini telesa.
Dihalni organi lutk
Kaj dihajo žuželke v fazi lutke? Menijo, da je tretja stopnja razvoja žuželk nepremična. Vendar pa lahko celo mladičke metuljev mahajo s trebuhom. Pikapolonica pa prikima z glavo in verjetno prestraši sovražnike. Žuželke te stopnje dihajo skozi sapnik.
Med lutkami vodnih žuželk so zelo mobilni posamezniki. To so na primer krvosesni komarji. Njihove lutke se redno dvigajo na površje vode, da sesajo zrak skozi posebne cevi na koncu trebuha.
Krizal komarja cirus je podobna pupi navadnega komarja. Toda na površje vode se ne dvigne, dokler ne izstopi odrasla oseba. Dihalni organ je obloga telesa.
Kako dihajo žuželke, ki nimajo sapnika? Dihalni organi nekaterih primarnih brezkrilnih žuželk in ličink, ki naseljujejo tkiva, so koža. So dovolj tanki, da lahko prehajajo plini. Ogljikov dioksid se sprošča tudi skozi kožico, kar delno opazimo pri žuželkah s sapnikom.
Žuželke pogosto premikajo trebuh - naredijo dihalne gibe. Hitrost dihanja se med letom poveča. Dihalne mišice se na primer pri čebeli v mirovanju skrčijo in sprostijo približno 40-krat na minuto. Med letom večkrat pogosteje.
Pri bolj primitivnih žuželkah se dihlji ne zapirajo. Vendar pa so zaščiteni z dlakami pred naplavinami. Pri bolj zapletenih členonožcih se stigme lahko odpirajo in zapirajo, da uravnavajo dovod zraka. Poleg tega lahko del spiracles uporabimo za vdihavanje, drugi del pa za izdihovanje zraka.
Zanimivo je, da so stigme žuželk različnih oblik in barv. Lahko so okrogle, ovalne, trikotne. Njihova barva se včasih razlikuje od barve okoliške kožice.
Tako je narava ustvarila sapni sistem še pred pojavom pljuč. Ta sistem je dobro organiziran. Sistem spiracles zagotavlja stalen pretok zraka. Kisik se prenaša v vse celice telesa.
