昆虫の呼吸器系。昆虫は何を呼吸しますか? 昆虫の呼吸器系空気は昆虫の体内に入ります。

）。体の側面には、最大 10 対の気門または柱頭があり、場合によってはそれより少なくなります。それらは中胸部および後胸部と 8 つの腹部部分にあります。

柱頭には特別な閉鎖装置が装備されていることが多く、それぞれが短い横管に通じており、すべての横管は一対（またはそれ以上）の主縦気管幹によって互いに接続されています。細い気管は幹から始まり、繰り返し分岐し、すべての臓器をその枝に絡めています。各気管は、放射状に分岐した突起を備えた末端細胞で終わり、気管の末端尿細管が貫通します（図３４１）。この細胞の末端枝 (気管) は、体の個々の細胞にさえ浸透します。

場合によっては、気管が局所的な拡張部や気嚢を形成し、陸生昆虫気管系や水生動物の空気換気を改善し、おそらく動物の体内の空気の供給を増やす貯蔵庫として機能します。

気管は昆虫の胚では外胚葉の深い陥入の形で現れます。他の外胚葉形成と同様に、それらはキューティクルで覆われています（図341）。後者の表層では、らせん状の肥厚が形成され、気管に弾力性を与え、壁の崩壊を防ぎます。

最も単純なケースでは、気管系への酸素の流入とそこからの二酸化炭素の除去は、常に開いている柱頭を通した拡散によって起こります。ただし、これは高湿度の環境に生息する不活発な昆虫でのみ観察されます。

行動の活性化と乾燥したビオトープでの生活への移行により、呼吸メカニズムが大幅に複雑になります。体の酸素需要の増加は、腹部の弛緩と収縮からなる特別な呼吸運動の出現によって確保されます。この場合、気管嚢と主気管幹は換気されます。柱頭上の閉鎖装置の形成により、呼吸中の水分の損失が減少します。水蒸気の拡散速度は酸素の拡散速度よりも遅いため、柱頭が短時間開いた場合、酸素は気管系に浸透する時間があり、水分の損失は最小限に抑えられます。

水中に生息する多くの昆虫の幼虫（トンボ、カゲロウなど）では、気管網自体は存在しますが、気管系は閉じています、つまり柱頭がありません。このような形態では、酸素は気管えら、体の層状またはふさふさした薄壁の成長物を通って水から拡散し、気管の豊富なネットワークに浸透します（図342）。ほとんどの場合、気管えらは腹部の一部（カゲロウの幼虫）の側面にあります。酸素はえらの薄いカバーを通って気管に入り、体全体に行き渡ります。

鰓呼吸する幼虫が陸上に生息する成虫に変化する過程で、鰓は消失し、柱頭は開き、気管系は閉鎖から開放へと変化します。

昆虫の呼吸器系の重要な生理学的特徴は次のとおりです。通常、酸素は動物の体の特定の部分で認識され、そこから血液によって体全体に分配されます。昆虫では、気管が全身に浸透し、まるで血管の代わりをするかのように、酸素を消費する場所、つまり組織や細胞に直接酸素を届けています。

気管系の構造。昆虫は体全体に分布する気管系を通じて呼吸しますが、皮膚の表面を通じて呼吸することはあまりありません。気管は、体の動きや曲げの際に気管がつぶれるのを防ぐ、らせん状の肥厚の形をしたキチンで裏打ちされた中空の管で表されます。気管は、直径 1 ミクロン未満の小さな毛細管、つまり気管に分岐し、空気中の酸素を体の組織や細胞に直接届けます。

呼吸。気管系への空気の流入は、ほとんどの場合、呼吸運動の助けを借りて積極的に行われます。この場合、特定の気門が開いたり閉じたりして、吸ったり吐いたりします。呼吸運動のリズムは、昆虫の種類、その状態、外部条件によって異なります。したがって、ミツバチは、静止しているときは1分間に約40回の呼吸運動をし、動いているときは最大120回の呼吸運動をします。一部のバッタでは、環境温度が 0 °C から 27 °C 以上に上昇すると、その数が 6 から 26 またはそれ以上に増加します。

昆虫の多くの種では、空気は胸気門から吸い込まれ、腹気門から吐き出されます。気門のリズムは腹部の呼吸運動と関連しています。これらの動きによって引き起こされる気圧の増減により、一部の気門は外側に開き、他の気門は昆虫の体内に開きます。しかし、大量の二酸化炭素、さまざまな毒物の影響下で、時には目に見える理由空気の循環が変化する可能性があります。つまり、空気は腹部の気門から入り、胸部の気門から出始めます。さらに、環境中の二酸化炭素含有量が増加し、酸素が不足すると、気門が開いたままになる時間が長くなるため、害虫に対する敷地の燻蒸がより効果的になります。

呼吸は、酸素の消費と二酸化炭素の放出によって起こる酸化プロセスです。酸化プロセスは酸化酵素であるオキシダーゼの関与によって起こり、炭水化物、脂肪、タンパク質などの消費可能な化合物の分子の徐々に分解し、エネルギーを放出します。これらの化合物の分解は、最終的には二酸化炭素と水の形成で終わります。タンパク質の場合は、尿素やその塩など、体にとってより安全な化合物に結合する分解生成物の出現でもあります。

したがって、呼吸にはガス交換が伴います。ガス交換プロセスは、吸収された酸素の総量に対する放出された二酸化炭素の比率を表す呼吸係数 (RC) によって特徴付けられます。この指標に基づいて、どの物質が使用されているかを判断できます。現時点でエネルギー源として。炭水化物を酸化する場合、DC = 1、酸化の少ない脂肪化合物を使用する場合、DC は 0.7 に減少し、タンパク質は 0.77 ～ 0.82 に減少します。たとえば、ゴキブリが飢えている場合、DC は 0.65 ～ 0.85 に減少します。これは、以前に貯蔵された脂肪が主に消費されることに対応します。

他の呼吸形態。水生昆虫の呼吸は、大気と水に溶けた空気の両方によって行われます。したがって、水中に生息する泳ぐ甲虫は、腹部の端にあるエリトラの下に蓄えられた大気を使って呼吸し、時々水面に上がって蓄えを補充します。アヤメ属の甲虫は、水生植物の気管から大気を抽出します。

水に溶けた空気を利用する場合、昆虫はえらを使って呼吸します。えらは、失われた気門の場所に位置する外部の分岐または層状の形成によって表されます。それらは、カゲロウ、トンボ、トビケラ、および一部の双翅目の幼虫で発生します。異翅目トンボの幼虫では、えらは直腸にあります。内臓そして直腸に位置します。

体温。昆虫は体温が変化する動物です。それは、熱生成プロセスの強度とその放出に依存します。昆虫の熱生成源は、一方では熱エネルギーの放出を伴う体内の代謝プロセスであり、他方では太陽または太陽によって加熱された空気の放射エネルギーです。

I.D. ストレルニコフによれば、静止していて日光にさらされていない昆虫の体温は、気温とほぼ同じです。環境。多くの種にとって最適な温度は約 20 ～ 35 °C で変動するため、昆虫は一定の範囲内で体温を変化させることで体温を調節できます。筋肉の活動（移動、飛行）またはより暑い場所またはより涼しい場所への移動。場合によっては姿勢の変化が原因です。既知の値皮膚の表面からの水分の蒸発と、特に気嚢の助けを借りた気管の換気は、体温の調節に役立ちます。

すべて表示

陸生昆虫の呼吸過程

最も単純なケースでは

空気の吸入は、二酸化炭素の除去と同様に常に行われます。この一定のモードでは、高湿度の環境に生息する原始的な昆虫や不活動種の呼吸が行われます。

乾燥したビオトープの中で

。乾燥したビオトープでの生活に切り替えた種では、呼吸メカニズムはいくぶん複雑になります。酸素の必要性が高まった活動的な昆虫では、空気を送り込んでそこから空気を排出する呼吸運動が現れます。これらの動きは筋肉の緊張と弛緩で構成され、筋肉の体積の変化を確保し、それが換気と気嚢につながります。

カマキリの呼吸プロセスを示すビデオ

閉鎖装置の作動により、呼吸中の水分の損失が減少します。 （ビデオ）

呼吸運動中、リングは互いに遠ざかったり近づいたりしますが、膜翅目では伸縮運動も行います。つまり、リングは「呼気」中に互いに引っ込み、「吸気」中に真っ直ぐになります。同時に、筋肉の収縮によって引き起こされる活発な呼吸運動は、まさに「呼気」であり、その逆が当てはまる人間や動物とは異なり、「吸気」ではありません。

呼吸運動のリズムは異なる場合があり、気温などの多くの要因によって異なります。気温 27 度の牝馬メラノプラスは 1 分間に 25.6 回の呼吸運動をしますが、9 度ではわずか 9 回です。以前は、多くの人が呼吸を強めていました。そしてその間、吸気と呼気が停止することがよくあります。ミツバチは、休んでいるときは 40 回、働いているときは 120 回の呼吸運動をします。

研究者の中には、呼吸運動が存在するにもかかわらず、昆虫には典型的な吸気と呼気がないと書いている人もいます。多くの分類群の特徴を考慮すると、これには同意できます。したがって、バッタでは、空気は前方のペアから体内に入り、後方のペアから出ていくため、「通常の」呼吸との違いが生じます。ちなみに、同じ昆虫でも、二酸化炭素の含有量が増加すると、入った空気が逆方向に動き始めることがあります。つまり、腹部から吸い込まれ、腹部から排出されます。

水生昆虫はどのように呼吸をしているのでしょうか？

水中に生息する昆虫では、呼吸は 2 つの方法で行われます。それはそれらがどのような構造を持っているかによって異なります。

水生生物の多くは閉鎖環境で機能しません。閉鎖されており、外への「出口」はありません。呼吸は次のものを使って行われます - それらが入って豊富に枝分かれする体の副産物。細い気管が表面に非常に近づくと、酸素が気管を通して拡散し始めます。これにより、水中に生息する一部の昆虫（およびトビケラ、カワゲラ、カゲロウ、トンボ）がガス交換を行うことができます。地球上の存在への移行（への変換）中に、それらは縮小され、閉じた状態から開いた状態に変わります。

また、水生昆虫の呼吸は大気によって行われる場合もあります。そのような昆虫には穴があります。空気を取り込んで水面に浮かび上がり、使い果たされるまで水中に沈みます。この点に関して、これらには 2 つの構造上の特徴があります。

他の機能も可能です。たとえば、泳ぐカブトムシでは、それらは体の後端にあります。「息を吸う」必要があるとき、彼女は水面まで泳ぎ、息を吸います。垂直位置「逆さ」にして、の部分を露出させます。

大人の水泳選手の呼吸が面白い。彼らは発達したものを持っており、体の側面が下方と内側に向かって曲がっています。その結果、エリトラを折りたたんだ状態で水面に浮かぶときに、カブトムシが気泡を捕らえ、サブエリート空間に入ります。そこでも営業しています。これが水泳選手が酸素貯蔵量を更新する方法です。 Dyliscus 属の遊泳者は水面に浮上するまでに 8 分間、Hyphidrus は約 14 分間、Hydroporus は最長 30 分間水中にいることができます。最初の霜が降りた後も、カブトムシは氷の下でも生き続けます。彼らは水中に気泡を見つけ、その上を泳いで気泡を「取り込む」のです。

水愛好家では、体の腹部にある毛の間に空気が蓄えられています。それらは濡れていないため、それらの間に空気の供給が形成されます。この昆虫が水中を泳ぐと、空気のクッションにより腹部が銀色に見えます。

大気を呼吸する水生昆虫では、表面から取り込んだ少量の酸素がすぐに消費されるはずですが、これは起こりません。なぜ？実際のところ、酸素は水から気泡に拡散し、その一部は水中に入ります。二酸化炭素。したがって、水中に空気を取り込むことによって昆虫は酸素の供給を受け、しばらくの間それは自分自身で補充されます。このプロセスは温度に大きく依存します。たとえば、Plea バグは次の場所に生息する可能性があります。沸騰したお湯 5～6時間暖かい温度そして寒い環境で3日間。

これらすべての場合において、皮膚呼吸が発生します。昆虫は体の表面全体で呼吸します（初齢期）

U 昆虫水中で生活する場合、呼吸は 2 つの方法で行われます。それは気管系の構造によって異なります。

多くの水生生物は気門が機能しない閉じた気管系を持っています。閉鎖されており、外への「出口」はありません。呼吸えらの助けを借りて行われます-気管が入って豊富に分岐する体の成長物。細い気管がえらの表面に非常に近づくと、酸素が気管を通じて拡散し始めます。これにより、水中に生息する一部の昆虫（トビケラ、カワゲラ、カゲロウ、トンボの幼虫や若虫）がガス交換を行うことができます。陸上生活への移行中（成体への変態）、えらは縮小し、気管系は閉鎖状態から開放状態に変わります。

また、水生昆虫の呼吸は大気によって行われる場合もあります。これらの昆虫は開いた気管系を持っています。気門から空気を取り込んで水面に浮かび、空気が使い果たされるまで水中に沈みます。この点に関して、これらには 2 つの構造上の特徴があります。

まず、大部分の空気を蓄えることができる気嚢が開発されました。
第二に、気門の閉鎖機構が発達し、水が気管系に入るのを防ぎます。

他の機能も可能です。たとえば、泳ぐカブトムシの幼虫では、気門は体の後端にあります。「息をする」必要があるとき、彼女は水面まで泳ぎ、「逆さま」の垂直姿勢をとり、聖痕のある部分を露出させます。

一般的な蚊の幼虫では、互いに接続された腹部 8 と 9 が上方および後方に伸びています。スノーケル、その端で主気管幹が開きます。チューブを水の上に置くと、昆虫は幹の隙間から空気を受け取ります。ほぼ同じですが、より顕著な管がエリスタリスの幼虫で見つかります。この教育はそれらの中で非常に強く表現されているため、その存在とグレー昆虫自体では、そのような幼虫は「ネズミ」と呼ばれます。深さが深いか浅いかに応じて、ネズミの尾はその長さを変えることができます。（写真）

大人の水泳選手の呼吸が面白い。彼らはエリトラを発達させ、体の側面に向かって下方および内側に曲がります。その結果、エリトラを折りたたんだ状態で水面に浮かぶときに、カブトムシが気泡を捕らえ、サブエリート空間に入ります。ここが気門が開く場所です。これが水泳選手が酸素貯蔵量を更新する方法です。 Dyliscus 属の遊泳者は水面に浮上するまでに 8 分間、Hyphidrus は約 14 分間、Hydroporus は最長 30 分間水中にいることができます。最初の霜が降りた後も、カブトムシは氷の下でも生き続けます。彼らは水中で気泡を見つけ、その上を泳いでエリトラの下に「取り込み」ます。

大気を呼吸する水生昆虫では、表面から取り込んだ少量の酸素がすぐに消費されるはずですが、これは起こりません。なぜ？実際には、酸素は水から気泡に拡散し、二酸化炭素は部分的に気泡から水中に逃げます。したがって、水中に空気を取り込むことによって昆虫は酸素の供給を受け、しばらくの間それは自分自身で補充されます。このプロセスは温度に大きく依存します。たとえば、プレアバグは沸騰した水の中で、暖かい温度では 5 ～ 6 時間、寒い温度では 3 日間生きられます。

昆虫においては、それは彼らのライフスタイルを最も正確に反映しています。これらの生き物は常に地上にいるため、地球の他の住民よりもはるかに発達した気管のおかげで呼吸します。公平を期すために、水生環境に生息する、またはしばしばそこに存在するいくつかのスーパークラスの昆虫が存在することは強調する価値があります。この場合、昆虫の呼吸器系はえらで表されます。ただし、これらはこのクラスの非常に珍しい種であるため、これらについても簡単に調べます。さて、生物学のこのセクションのより詳細な研究に移りましょう。

一般情報

したがって、昆虫の呼吸器系は私たちには気管の形で見えます。そこから多数の枝が伸び、体のすべての重要な器官やシステム全体に広がります。頭部（つまり、胸部と腹部）を除く全身は、出口開口部である気門で覆われています。それらは気管系を形成し、そのおかげでほとんどの昆虫は体の表面を通して呼吸することができます。

これらの気門が環境刺激物から確実に保護されていることは注目に値します。特殊バルブ。よく発達した筋肉のおかげで、空気の取り入れに素早く反応します。気門が体の各部分の側面に位置していることを知っておくことも重要です。開口部のサイズは調整可能であり、それにより気管内腔が変化します。

換気プロセス

昆虫がどのように呼吸するかを完全に理解するには、まず、体内にある各気管系が常に換気されていることを理解することが重要です。必要な空気交換は、大まかに言えば、身体に沿って配置されているバルブが特定のスケジュールに従って、つまり調整された方法で開閉するという事実によって発生します。たとえば、同様のプロセスがバッタでどのように起こるかを考えてみましょう。空気が流入すると、前方の 4 つの気門 (胸部の 2 つと前腹部の 2 つを含む) が開きます。このとき、他のすべて（後部 6 個）は閉位置にあります。空気が体内に入った後、すべての気門が閉じ、その後、後ろの 6 つの気門が開き、前方の 4 つの気門は閉じたままになります。

基本的な呼吸動作

何年も前、科学者たちは昆虫の呼吸方法を観察し、昆虫の体が特定の方法で圧縮したり緩んだりしていることに気づきました。このプロセスは酸素が体内に入るプロセスと同期していることが判明したため、節足動物の多くの代表者は標準的な機械的動作のおかげで正確に呼吸していると結論付けられました。したがって、昆虫の呼吸器系は、腹部の個々の部分の収縮によって機能することができます。このタイプの「呼吸」は、主にすべての陸上生物に特徴的です。部分的または完全に水中で生活する同じ個体は、胸部領域の一部が縮小しているという特徴があります。筋肉の収縮は呼気中に起こることを覚えておくことも重要です。空気が体内に入ると、昆虫の腹部と胸部のすべての部分が逆に拡張し、完全に弛緩します。

気管の構造

昆虫の呼吸器系を代表するのは、上で述べたように気管です。子供にとって、このような概念は複雑すぎる可能性があるため、この生物学的プロセスを子供に説明する場合は、まずこの呼吸器官がどのようなものであるかを説明してください。ほとんどすべての昆虫では、各気管は別々に存在する幹です。それはまさに気門が通過する弁から来ています。気管から枝が伸び、らせん状に伸びています。このような各枝は非常に密なクチクラから形成されており、常にその場所にしっかりと固定されています。このおかげで、枝が落ちたり絡まったりすることがないため、昆虫の体内には常に隙間があり、そこを通って酸素と二酸化炭素が通常循環でき、それなしではこのクラスの生活は非現実的です。

飛んでいる昆虫はどう違うのですか？

飛ぶことができる昆虫の呼吸器系は少し異なっています。この場合、彼らの体にはいわゆる気嚢が装備されています。それらは気管管の拡張によって形成されます。さらに、これらの拡張部分は元の幅よりもはるかに大きくなります呼吸器官。もう一つ特徴的な機能このような袋にはスパイラルシールがないため、昆虫の体内でより動きやすくなります。飛翔する昆虫の気嚢の膨張と収縮は受動的に起こります。吸入中に体は増加し、呼気中にそれに応じて減少します。このプロセスでは、すべてを制御する筋肉のみが使用されます。飛んでいる昆虫の呼吸器系は、昆虫を捕らえることができるように設計されていることにも注意することが重要です。もっと酸素。

えらのある昆虫

水域に生息する節足動物は、魚と同様にえらとえらの開口部を持っています。この場合、呼吸プロセスは気管のおかげで実行されますが、このシステム体内で閉じられている。したがって、水からの酸素は気門を通らずに鰓裂を通って体内に入り、その後管と螺旋に入ります。昆虫が成長するにつれて水生環境から出て地上や空中で生活し始めるように設計されている場合、えらは消滅する原始的なものになります。気管系はより活発に発達し始め、管とらせんはより強くなり、呼吸プロセスはもはやえらとは何の関係もありません。

結論

昆虫の呼吸器系がどのようなものであるか、それがどのような特徴を持っているか、そして自然界ではどのような呼吸器系が見られるのかを簡単に調べました。さらに深く掘り下げると、さまざまなカテゴリーの節足動物の呼吸器系は互いに大きく異なり、ほとんどの場合、その特徴は特定の種の生息地に依存していることがわかります。