Comment les insectes respirent-ils et ont-ils des poumons?

Les insectes, comme les humains, ont besoin d'oxygène pour vivre et produire du dioxyde de carbone comme déchet. Cependant, c'est là que la similitude entre les systèmes respiratoire de l'insecte et de l'homme se termine essentiellement. Les insectes n'ont pas de poumons et ne transportent pas l'oxygène à travers un système circulatoire de la même manière que les humains. Au lieu de cela, le système respiratoire des insectes repose sur un simple échange de gaz qui baigne le corps de l'insecte dans l'oxygène et expulse les déchets de dioxyde de carbone.

Pour les insectes, l'air pénètre dans les systèmes respiratoires par une série d'ouvertures externes appelées spiracles. Ces spiracles, qui agissent comme des valves musculaires chez certains insectes, conduisent au système respiratoire interne qui est composé d'un réseau de tubes densément mis en réseau appelé trachées.

Pour simplifier le concept du système respiratoire des insectes, pensez-y comme une éponge. L'éponge a de petits trous qui permettent à l'eau à l'intérieur de l'humidifier. De même, les ouvertures en spirale permettent à l'air d'entrer dans le système trachéal intérieur baignant les tissus de l'insecte avec de l'oxygène.

Les insectes peuvent contrôler la respiration dans une certaine mesure. Ils sont capables d'ouvrir et de fermer leurs spiracles via des contractions musculaires. Par exemple, un insecte vivant dans un environnement désertique peut garder ses vannes à spirale fermées pour éviter la perte d'humidité. Ceci est accompli en contractant les muscles entourant le spiracle. Afin d'ouvrir le spiracle, les muscles se détendent.

Les insectes peuvent également pomper les muscles pour forcer l'air à descendre dans les trompes trachéales, accélérant ainsi l'apport d'oxygène. En cas de chaleur ou de stress, les insectes peuvent même évacuer l'air en ouvrant alternativement différents spiracles et en utilisant les muscles pour dilater ou contracter leur corps. Cependant, le taux de diffusion du gaz - ou d'inondation de la cavité intérieure avec de l'air - ne peut pas être contrôlé. En raison de cette limitation, tant que les insectes continuent de respirer en utilisant un système spiracle et trachéal, en termes d'évolution, il est peu probable qu'ils deviennent beaucoup plus gros qu'aujourd'hui.

Alors que l'oxygène est abondant dans l'air (200 000 parties par million), il est considérablement moins accessible dans l'eau (15 parties par million dans de l'eau fraîche et fluide). Malgré ce défi respiratoire, de nombreux insectes vivent dans l'eau pendant au moins certaines étapes de leur cycle de vie.

Comment les insectes aquatiques obtiennent-ils l'oxygène dont ils ont besoin lorsqu'ils sont immergés? Pour augmenter leur absorption d'oxygène dans l'eau, tous les insectes aquatiques sauf les plus petits utilisent des structures innovantes, telles que des systèmes et des structures de branchies similaires aux tubas et aux équipements de plongée - pour attirer l'oxygène et expulser le dioxyde de carbone.

De nombreux insectes vivant dans l'eau ont des branchies trachéales, qui sont des extensions en couches de leur corps qui leur permettent d'absorber de plus grandes quantités d'oxygène de l'eau. Ces branchies sont le plus souvent situées sur l'abdomen, mais chez certains insectes, elles se trouvent dans des endroits étranges et inattendus. Certains lucioles, par exemple, ont des branchies anales qui ressemblent à un amas de filaments s'étendant de leurs extrémités postérieures. Libellule les nymphes ont des branchies dans leur rectum.

L'hémoglobine peut faciliter la capture des molécules d'oxygène de l'eau. Larves de moucherons non piqueurs Chironomidae la famille et quelques autres groupes d'insectes possèdent de l'hémoglobine, tout comme les vertébrés. Les larves de chironomides sont souvent appelées vers de sang car l'hémoglobine leur donne une couleur rouge vif. Les vers de vase peuvent prospérer dans l'eau avec des niveaux d'oxygène exceptionnellement bas. En ondulant leur corps dans les fonds boueux des lacs et des étangs, les vers de vase sont capables de saturer l'hémoglobine en oxygène. Lorsqu'ils cessent de bouger, l'hémoglobine libère de l'oxygène, ce qui leur permet de respirer même le plus milieux aquatiques pollués. Cette réserve d'oxygène de secours peut ne durer que quelques minutes, mais elle est généralement assez longue pour que l'insecte se déplace vers une eau plus oxygénée.

Certains insectes aquatiques, comme les asticots à queue de rat, maintiennent une connexion avec l'air à la surface grâce à une structure en forme de tuba. Quelques insectes ont modifié des spiracles qui peuvent percer les parties immergées des plantes aquatiques et prendre l'oxygène des canaux d'air à l'intérieur de leurs racines ou tiges.

Certains coléoptères aquatiques et de vrais insectes peuvent plonger en emportant avec eux une bulle d'air temporaire, un peu comme un plongeur avec un réservoir d'air. D'autres, comme les dendroctones, maintiennent un film d'air permanent autour de leur corps. Ces insectes aquatiques sont protégés par un réseau de poils en forme de maille qui repousse l'eau, leur procurant un apport constant d'air d'où puiser de l'oxygène. Cette structure de l'espace aérien, appelée plastron, leur permet de rester immergés en permanence.

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