Hoe ademen insecten?

Insecten hebben net als mensen zuurstof nodig om te leven en koolstofdioxide te produceren als afvalproduct. Dat is echter waar de overeenkomst tussen het insect en menselijke ademhalingssystemen in wezen eindigt. Insecten hebben geen longen en transporteren evenmin zuurstof door een bloedsomloop zoals mensen dat doen. In plaats daarvan vertrouwt het ademhalingssysteem van insecten op een eenvoudige gasuitwisseling die het lichaam van het insect in zuurstof baadt en het koolstofdioxide-afval verdrijft.

Insect ademhalingswegen

Voor insecten komt lucht de ademhalingssystemen binnen via een reeks externe openingen die spiracles worden genoemd. Deze spiracles, die fungeren als spierkleppen in sommige insecten, leiden tot het interne ademhalingssysteem dat bestaat uit een dicht netwerk van een reeks buizen genaamd tracheae.

Zie het als een spons om het concept van het ademhalingssysteem van insecten te vereenvoudigen. De spons heeft kleine gaatjes waardoor water erin kan bevochtigen. Op dezelfde manier laten de spirakelopeningen lucht toe in het inwendige tracheale systeem dat de weefsels van het insect met zuurstof baadt. Koolstofdioxide, een stofwisselingsafval, verlaat het lichaam via de wonderen.

Hoe regelen insecten de ademhaling??

Insecten kunnen de ademhaling tot op zekere hoogte regelen. Ze zijn in staat om hun wonderen te openen en te sluiten via spiercontracties. Een insect dat in een woestijnomgeving leeft, kan bijvoorbeeld zijn spiraalkleppen gesloten houden om vochtverlies te voorkomen. Dit wordt bereikt door spieren rond het spirakel samen te trekken. Om de spirakel te openen, ontspannen de spieren. 

Insecten kunnen ook spieren pompen om lucht door de tracheale buizen te persen, waardoor de zuurstoftoevoer wordt versneld. In geval van hitte of stress kunnen insecten zelfs lucht afblazen door afwisselend verschillende spiracles te openen en spieren te gebruiken om hun lichaam uit te zetten of samen te trekken. De snelheid van gasdiffusie - of overstroming van de binnenholte met lucht - kan echter niet worden geregeld. Vanwege deze beperking, zolang insecten blijven ademen met behulp van een spirakel- en tracheaal systeem, zijn ze qua evolutie waarschijnlijk niet veel groter dan ze nu zijn.

Hoe ademen waterinsecten?

Hoewel zuurstof overvloedig aanwezig is in de lucht (200.000 delen per miljoen), is het aanzienlijk minder toegankelijk in water (15 delen per miljoen in koud, stromend water). Ondanks deze ademhalingsuitdaging leven veel insecten in water gedurende ten minste enkele fasen van hun levenscyclus.

Hoe krijgen waterinsecten de zuurstof die ze nodig hebben als ze onder water zijn? Om hun zuurstofopname in water te verhogen, gebruiken alle, behalve de kleinste waterinsecten innovatieve structuren - zoals kieuwsystemen en structuren vergelijkbaar met menselijke snorkels en duikuitrusting - om zuurstof naar binnen te trekken en kooldioxide eruit te persen.

Insecten met kieuwen

Veel in het water levende insecten hebben tracheale kieuwen, gelaagde verlengingen van hun lichaam waarmee ze grotere hoeveelheden zuurstof uit water kunnen opnemen. Deze kieuwen bevinden zich meestal op de buik, maar bij sommige insecten worden ze op vreemde en onverwachte plaatsen gevonden. Sommige steenvliegen hebben bijvoorbeeld anale kieuwen die eruit zien als een cluster van filamenten die zich uitstrekken vanaf hun achterste uiteinden. Dragonfly nimfen hebben kieuwen in hun rectum.

Hemoglobine kan zuurstof vasthouden

Hemoglobine kan het vangen van zuurstofmoleculen uit het water vergemakkelijken. Niet-bijtende muggenlarven van de Chironomidae familie en een paar andere insectengroepen bezitten hemoglobine, net zoals gewervelde dieren. Chironomid-larven worden vaak bloedwormen genoemd omdat de hemoglobine ze een heldere rode kleur geeft. Bloedwormen kunnen gedijen in water met een uitzonderlijk laag zuurstofniveau. Door hun lichamen te golven in de modderige bodems van meren en vijvers, kunnen bloedwormen de hemoglobine verzadigen met zuurstof. Wanneer ze stoppen met bewegen, geeft de hemoglobine zuurstof af, waardoor ze zelfs in de meest vervuilde aquatische omgevingen kunnen ademen. Deze back-up zuurstoftoevoer kan maar een paar minuten duren, maar is meestal lang genoeg om het insect naar meer zuurstofrijk water te verplaatsen.

Snorkelsysteem

Sommige waterinsecten, zoals maden met rattenstaart, onderhouden een verbinding met lucht op het oppervlak door een snorkelachtige structuur. Een paar insecten hebben gemodificeerde wonderen die de ondergedompelde delen van waterplanten kunnen doorboren en zuurstof uit luchtkanalen in hun wortels of stengels kunnen nemen.

Duiken 

Bepaalde waterkevers en echte insecten kunnen duiken door een tijdelijke luchtbel bij zich te dragen, net zoals een SCUBA-duiker een luchttank bij zich heeft. Anderen, zoals riffle kevers, houden een permanente film van lucht rond hun lichaam. Deze waterinsecten worden beschermd door een gaasachtig netwerk van haren dat water afstoot, waardoor ze een constante luchttoevoer hebben om zuurstof uit te halen. Deze luchtruimstructuur, een plastron genoemd, stelt hen in staat permanent onder water te blijven.

bronnen

Gullan, P.J. en Cranston, P.S. "The Insects: An Outline of Entomology, 3rd Edition." Wiley-Blackwell, 2004

Merritt, Richard W. en Cummins, Kenneth W. "Een inleiding tot de waterinsecten van Noord-Amerika." Kendall / Hunt Publishing, 1978

Meyer, John R. "Ademhaling in waterinsecten." Afdeling Entomologie, North Carolina State University (2015).