昆虫是如何呼吸空气的呢?原来是通过气管系统

人类的呼吸系统就是利用鼻子将空气吸进肺里进行气体交换,从而使得氧气进入到循环系统中,并排除二氧化碳等废气,但是昆虫的呼吸系统似乎和人类有很大的不同,因为昆虫既没有鼻子也没有肺,那么昆虫是如何呼吸的呢?

其实昆虫是通过气管系统来进行全身的呼吸和气体交换的。

昆虫的呼吸系统由气管、小气管、气门还有气囊所组成。所有的空气都是通过位于外骨骼上的气门来进出昆虫的身体,通常都会出现在昆虫的腹部或侧面。空气从气门进去后,通过气管不断分支,最后传到小气管,其分支末梢就散布在体细胞间,而氧气跟二氧化碳就能通过扩散作用达到气体交换。

再复杂一点的版本,也就是这些气体进到微气管的分支后,微气管潮湿的表面就能让氧气更好的进行扩散作用。氧气扩散进一旁的体细胞膜后,就能被细胞所使用,而二氧化碳也是如此从体细胞排出的。

图中蓝色的部分就是昆虫的呼吸系统
图中蓝色的部分就是昆虫的呼吸系统

和人类不同的是,昆虫的血液循环系统和呼吸系统是不互相影响的。人类通过心脏将经过肺的充氧血打到全身,来使全身细胞获得氧气;昆虫则是全身的细胞都直接与小气管相连,因此昆虫没有进行气体交换的肺部。

不过这种呼吸方式,其实对于长距离的气体运输效率较低,所以这也是大部分昆虫体积不大的原因之一。

所以说,要回答昆虫到底是用哪里呼吸,从外骨骼的气门,到遍布全身的大小气管,我们可以说,昆虫们可是用了全身在呼吸呢。

自由开关的气门

不过你可能会想,所以昆虫都一直是靠着被动的气体运输来维持呼吸的吗?难道所有的昆虫都只会呆呆的等空气自己送进身体里来吗?其实也不是这么回事。许多昆虫的气门都能通过收缩肌肉关闭,也能通过舒张肌肉使气门放松打开。而气门的开闭,通常通过中枢神经系统来控制,不过也能被气门四周细胞中的化学成分所调控。同时,气门的开关也能调节水分的散失。

昆虫的呼吸循环示意图。
昆虫的呼吸循环示意图。

不过你可能没想到,气门还能拿来吹口哨呢。有些蛾类的幼虫就能通过开关特定的气门,再收缩排气,让自己的身体像笛子一样吹出声音来呢,被推测可能它遭受捕食时恐吓天敌的手段。

虽说是这样,但气门同时也成为了某些昆虫的一大罩门……

相信很多人都有听过,肥皂水能够将许多人恨得牙痒痒的蟑螂轻松消灭。这是因为肥皂或清洁剂都属于界面活性剂,能溶解蟑螂身上的蜡质与油脂,溶解的蜡质和油脂会把气门堵住,造成蟑螂因无法呼吸窒息而死。

由此可见,气门真的对昆虫来说十分重要呢。

让气管弯曲收缩又不变形的“螺旋带”

接着,就让我来说说昆虫的呼吸系统中比较特殊的构造吧。

过去,科学家认为昆虫的气管都像是一条条水管一样硬邦邦的管子,且认为所有昆虫都是通过被动扩散作用来呼吸。但实际上,科学家后来才利用X光显微镜,发现昆虫的气管能收缩,而且并不是硬硬的,而且还会藉由收缩肌肉来主动呼吸。

既然气管不是硬硬的,而且能通过主动收缩来呼吸,这样气管难道不会因为压力的问题而变形吗?

别担心,小小的昆虫体内可是很精巧的。实际上,昆虫的气管内皮细胞内侧都围绕着一层名叫螺旋带的环状构造,又薄又坚固,使气管不会塌陷扭曲,且同时可以帮助气管适当弯曲伸展。

美洲家蠊的螺旋带示意图。实际上每种昆虫的螺旋带型态都不太一样,甚至是同种昆虫自己体内就可能有不同型态呢。
美洲家蠊的螺旋带示意图。实际上每种昆虫的螺旋带型态都不太一样,甚至是同种昆虫自己体内就可能有不同型态呢。

储存空气与预备空间:气囊

最后,你若是再仔细看看上面的昆虫的呼吸循环示意图,你会发现有一个个像是气球一样的袋子我们还没提到呢。这个随着氧气与二氧化碳的进出放大缩小的袋子,其实就是所谓的“气囊”。

气囊不是每种昆虫都有,但气囊真的就是个像气球一样的构造,与气管分支们相连接,能够通过关闭气门来储存空气,而且气囊是气管系统中少数没有螺旋带的区域,可以很大幅度的折叠伸缩。

当昆虫处在一个蒸发量高的环境,昆虫就能将空气储存在气囊,再通过关闭气门来达到防止水分散失。若是昆虫在水下环境,那气囊可就更厉害,除了能让昆虫在水下呼吸之外,还能够根据气囊大小来调整浮力呢。

同时,气囊也参与了昆虫们的“虫生”中,一段非常重要的历程──蜕皮。

由于昆虫是靠外骨骼支撑,所以为了长大,就得要将“小旧皮”换成“大新皮”,才能容纳自己逐渐成虫的身体,这种现象我们就称为“蜕皮”。

不过在还没蜕皮之前,昆虫的身体已经逐渐长大,那些塞不下的体积都去哪了呢?实际上,气囊就给它们提供了很好的缓冲空间。藉由压缩气囊腾出空间让器官成长,同时,当蜕皮结束时,昆虫就将他们的气囊尽可能的撑大,让新长成的外骨骼更大,于是昆虫就能靠着气囊与蜕皮不断的长大啦。

看来,昆虫的呼吸系统不只有呼吸相关,还与成长息息相关啊。是不是很令人印象深刻呢?

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