Wie atmen Insekten?

Insekten benötigen wie Menschen Sauerstoff, um zu leben und Kohlendioxid als Abfallprodukt zu produzieren. Hier endet jedoch die Ähnlichkeit zwischen Insekten und menschlichen Atmungssystemen im Wesentlichen. Insekten haben weder Lungen noch transportieren sie Sauerstoff durch ein Kreislaufsystem wie Menschen. Stattdessen beruht das Insekten-Atmungssystem auf einem einfachen Gasaustausch, der den Körper des Insekts mit Sauerstoff badet und den Kohlendioxid-Abfall ausstößt.

Insekten-Atmungssystem

Bei Insekten gelangt Luft durch eine Reihe von äußeren Öffnungen, die als Spiracles bezeichnet werden, in die Atemwege. Diese Spirakel, die bei einigen Insekten als Muskelklappen fungieren, führen zu den inneren Atemwegen, die aus einer dicht vernetzten Reihe von Röhren bestehen, die als Luftröhren bezeichnet werden.

Stellen Sie sich das Konzept der Insektenatmung wie einen Schwamm vor, um es zu vereinfachen. Der Schwamm hat kleine Löcher, in denen Wasser eindringen kann. In ähnlicher Weise lassen die Spirakelöffnungen Luft in das innere Luftröhrensystem, wodurch das Gewebe des Insekts mit Sauerstoff gebadet wird. Kohlendioxid, ein Stoffwechselabfall, verlässt den Körper durch die Spirituosen.

Wie kontrollieren Insekten die Atmung??

Insekten können die Atmung bis zu einem gewissen Grad kontrollieren. Sie sind in der Lage, ihre Spiralen über Muskelkontraktionen zu öffnen und zu schließen. Zum Beispiel kann ein Insekt, das in einer Wüstenumgebung lebt, seine Spiralventile geschlossen halten, um einen Feuchtigkeitsverlust zu verhindern. Dies wird erreicht, indem die Muskeln um das Spirakel zusammengezogen werden. Um das Spirakel zu öffnen, entspannen sich die Muskeln. 

Insekten können auch Muskeln pumpen, um Luft durch die Trachealtuben zu befördern und so die Sauerstoffzufuhr zu beschleunigen. In Fällen von Hitze oder Stress können Insekten sogar Luft ablassen, indem sie abwechselnd verschiedene Spirituosen öffnen und Muskeln verwenden, um ihren Körper zu dehnen oder zusammenzuziehen. Die Gasdiffusionsrate - oder das Fluten des inneren Hohlraums mit Luft - kann jedoch nicht gesteuert werden. Aufgrund dieser Einschränkung ist es unwahrscheinlich, dass Insekten, solange sie mit einem Spirituosen- und Luftröhrensystem weiter atmen, viel größer werden als jetzt.

Wie atmen Wasserinsekten??

Während Sauerstoff in der Luft reichlich vorhanden ist (200.000 ppm), ist er in Wasser erheblich weniger zugänglich (15 ppm in kaltem, fließendem Wasser). Trotz dieser Atemwegserkrankung leben viele Insekten zumindest in einigen Phasen ihres Lebenszyklus im Wasser.

Wie erhalten Wasserinsekten den Sauerstoff, den sie unter Wasser benötigen? Um die Sauerstoffaufnahme im Wasser zu erhöhen, verwenden alle bis auf die kleinsten Wasserinsekten innovative Strukturen wie Kiemensysteme und Strukturen, die menschlichen Schnorcheln und Tauchausrüstungen ähneln, um Sauerstoff anzusaugen und Kohlendioxid herauszudrängen.

Insekten mit Kiemen

Viele wasserbewohnende Insekten haben Trachealkiemen, die geschichtete Verlängerungen ihres Körpers sind, die es ihnen ermöglichen, größere Mengen an Sauerstoff aus dem Wasser aufzunehmen. Diese Kiemen befinden sich am häufigsten am Bauch, aber bei einigen Insekten kommen sie an merkwürdigen und unerwarteten Stellen vor. Einige Steinfliegen zum Beispiel haben Analkiemen, die wie eine Ansammlung von Filamenten aussehen, die sich von ihren Hinterenden aus erstrecken. Libellennymphen haben Kiemen im Rektum.

Hämoglobin kann Sauerstoff einfangen

Hämoglobin kann das Einfangen von Sauerstoffmolekülen aus dem Wasser erleichtern. Nicht beißende Mückenlarven aus dem Chironomidae Familie und einige andere Insektengruppen besitzen Hämoglobin, ähnlich wie Wirbeltiere. Chironomiden-Larven werden oft als Blutwürmer bezeichnet, da das Hämoglobin sie mit einer leuchtend roten Farbe durchdringt. Blutwürmer können in Wasser mit außergewöhnlich niedrigem Sauerstoffgehalt gedeihen. Durch das Wellen ihres Körpers im schlammigen Boden von Seen und Teichen können Blutwürmer das Hämoglobin mit Sauerstoff sättigen. Wenn sie aufhören, sich zu bewegen, setzt das Hämoglobin Sauerstoff frei, sodass sie selbst in den am stärksten verschmutzten Gewässern atmen können. Diese Reservesauerstoffversorgung kann nur einige Minuten dauern, ist aber normalerweise lang genug, damit sich das Insekt zu mehr sauerstoffhaltigem Wasser bewegt.

Schnorchelsystem

Einige Wasserinsekten wie Rattenschwanzmaden halten durch eine schnorchelähnliche Struktur eine Verbindung zur Luft an der Oberfläche aufrecht. Einige Insekten haben modifizierte Spirakel, die in die untergetauchten Teile von Wasserpflanzen eindringen und Sauerstoff aus Luftkanälen in ihren Wurzeln oder Stängeln aufnehmen können.

Gerätetauchen 

Bestimmte Wasserkäfer und echte Käfer können tauchen, indem sie eine vorübergehende Luftblase mit sich führen, ähnlich wie ein Sporttaucher einen Lufttank trägt. Andere, wie Riffelkäfer, halten einen permanenten Luftfilm um ihren Körper. Diese Wasserinsekten sind durch ein netzartiges Haarnetz geschützt, das Wasser abweist und ihnen eine konstante Luftversorgung bietet, aus der Sauerstoff entnommen werden kann. Diese als Plastron bezeichnete Luftraumstruktur ermöglicht es ihnen, dauerhaft untergetaucht zu bleiben.

Quellen

Gullan, P. J. und Cranston, P.S. "Die Insekten: Ein Überblick über die Entomologie, 3. Auflage." Wiley-Blackwell, 2004

Merritt, Richard W. und Cummins, Kenneth W. "Eine Einführung in die aquatischen Insekten Nordamerikas." Kendall / Hunt Publishing, 1978

Meyer, John R. "Atmung bei Wasserinsekten." Abteilung für Entomologie, North Carolina State University (2015).