تركيب الجهاز التنفسي في الحشرات

نظام الدورة الدموية للحشرات 

يحتوي دم الفقاريات، بما في ذلك البشر، على خلايا الدم الحمراء، وهذا يشكل فرقًا هامًا بين دم الحشرات ودم الفقاريات، بينما تحتوي الحشرات وغيرها من اللافقاريات على السائل الدموي غير المتجانس الذي يتدفق داخل أجسامها .

يغمر هذا السائل الدموي جميع الأنسجة الداخلية ويتكون في الغالب من الماء، وبالإضافة إلى ذلك، فإنه قد يحتوي على الدهون والكربوهيدرات والأيونات والأحماض الأمينية، بالإضافة إلى الهرمونات وبعض الخلايا والأصباغ .

على الرغم من ذلك، يمكن أن تكون الأصباغ مفيدة للغاية، حيث تجعل دم الحشرات يكون شفافًا أو يحتوي على القليل من اللون الأصفر أو الأخضر، وعند سحق الذبابة، يمكن ملاحظة وجود لون أحمر، الذي يكون صبغة من عيون الحيوان .

تختلف الحشرات عن الفقاريات في نظام الدورة الدموية، حيث يتمتع الحشرات بنظام مفتوح يفتقر إلى الشرايين والأوردة، وبذلك يمكن للدم أن يتدفق بحرية في أجسامها وينقل المغذيات والفضلات .

يقوم الجهاز الدوري لجميع الفقاريات بحمل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم، وتتنفس الحشرات بطريقة مختلفة تمامًا، حيث تتنفس من خلال أنابيب القصبة الهوائية، وعلى سبيل المثال، في حالة ذبابة الفاكهة توجد سلسلة من الفتحات الصغيرة المعروفة باسم الفتحات التنفسية .

تنقل هذه المسامات الهواء مباشرة إلى أنابيب القصبة الهوائية التي تنقل الهواء إلى الأنسجة الداخلية، وتحتوي الحشرات على قلوب تضخ الدم في جميع أنحاء الأنظمة الدموية .

تختلف قلوب اللافقاريات بشكل كبير عن قلوب الفقاريات، ولكن بعض الجينات التي تؤثر على تطور القلب في المجموعتين تكون متشابهة بشكل كبير، وتتم دراسة تطور قلب الفقاريات حاليًا في العديد من الأبحاث .

القسم البطني من الأوعية الظهرية هو عبارة عن القلب للحشرات، حيث يحوي فتحات وعضلات تسمح بتدفق الدم إليه ومنه، عندما يكون القلب في حالة الاسترخاء .

يحدث انقباض القلب وضخ الدم في الأوعية باتجاه رأس الحشرة، حيث يتدفق الدم من الأوعية للخروج عبر تجويف الجسم، ثم يمر عبر جميع الأنسجة والأعضاء .

يتحكم الجهاز الهضمي في حركة العناصر الغذائية والأملاح والنفايات والهرمونات، حيث يحافظ على شكل الجسم ويساعد في حركة الحشرات .

يساعد الضغط الهيدروستاتيكي الذي ينتج عن تقلصات القلب على وظائف الكائن الحي، مثل الحماية من اختراق البكتيريا والطفيليات الداخلية، بالإضافة إلى العديد من الوظائف الأخرى، مثل التكاثر .

كيف تتنفس الحشرات

تؤثر كمية الأكسجين المتاحة على حجم أجسام الحشرات بسبب تركيب جهاز التنفس لديها، حيث تتنفس الحشرات من خلال شبكة من الأنابيب الدقيقة المعروفة باسم القصبة الهوائية بدلاً من الرئتين .

تتنفس الحشرات عن طريق الهواء الذي يدخل إلى أنابيب موجودة على طول بطن الحشرة، ثم يتم توزيعه أسفل القصبة الهوائية، ونظرا لأن الحشرات الكبيرة تملك قصبة هوائية أطول، فهي تحتاج إلى كمية أكبر من الأكسجين للتنفس .

لا يمكن للحشرات التنفس بنفس طريقة تنفسنا، حيث يتم انتقال الأكسجين إلى أنسجتها من خلال فتحات صغيرة في جدران جسمها تعرف باسم الفتحات الصغيرة، وتنتشر جزيئات الغاز عبر مسافات يتناسب حجمها مع تركيز مصدرها .

تركيب الجهاز التنفسي في الحشرات

يعتبر جميع الحشرات كائنات هوائية وتحتاج إلى الحصول على الأكسجين للبقاء على قيد الحياة. يستخدمون نفس التفاعلات الأيضية كالحيوانات الأخرى ويحولون العناصر الغذائية مثل السكريات إلى طاقة رابطة كيميائية. في الخطوة الأخيرة من هذه العملية، تتفاعل ذرات الأكسجين مع أيونات الهيدروجين لإنتاج الماء .

نجد أن الجهاز التنفسي هو المسؤول عن توصيل كمية كافية من الأكسجين إلى جميع خلايا الجسم وإزالة ثاني أكسيد الكربون الذي ينتج كناتج فعلي لعملية التنفس الخلوي. يتميز الجهاز التنفسي للحشرات والمفصليات الأخرى بكونه منفصلا عن الدورة الدموية .

تشكل شبكة معقدة من الأنابيب المعروفة باسم نظام القصبة الهوائية وتقوم بنقل الهواء المحمل بالأكسجين إلى كل خلية في جسم الإنسان، ويمكن للهواء أن يدخل جسم الحشرة من خلال فتحات مشابهة للصمامات في الهيكل الخارجي .

يمكن تنظيم تدفق الهواء من خلال عضلات صغيرة جدًا تعمل على تشغيل صمام أو صمامين يشبهان الرفرف، حيث تنكمش لإغلاق الفتحة وتسترخي لفتحها .

أهمية الجهاز التنفسي في الحشرات

تتمتع الحشرات بجهاز تنفس رغامي يسمح لها بتبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون من خلال نظام القصبة الهوائية المملوء بالهواء، وقد يخترق هذا النظام الجلد عن طريق صمامات قابلة للإغلاق تسمى الفتحات التنفسية .

تعمل الأنابيب الهوائية الرئيسية على نقل الغازات بين الفتحات التنفسية والقصبة الهوائية، ومع ذلك، يعتقد أن المواقع الرئيسية لتبادل الغازات مع الأنسجة هي الجدران الرقيقة للقصبة الهوائية .

تكون القصبة الهوائية في العديد من الحشرات قابلة للانضغاط، وتشكل توسعات القصبة الهوائية أكياس هوائية رقيقة الجدران تعمل مع بعضها البعض لتعزيز تدفق الغازات من خلال نظام القصبة الهوائية .

أهمية القصبة الهوائية لدى اللافقاريات

يتكون الجهاز التنفسي من نظام أنابيب متفرعة توصل الأكسجين إلى الأنسجة وتعمل على إخراج ثاني أكسيد الكربون منها، وبالتالي تجنب الحاجة إلى استخدام الجهاز الدوراني لنقل الغازات التنفسية .

يجب تجنب فتح وإغلاق الفتحات التنفسية باستمرار لتجنب فقدان الماء بسبب التبخر، حيث يمثل هذا تهديدًا كبيرًا وخطيرللحشرات التي تعيش في بيئات جافة .

تساعد حركات الضخ العضلي في البطن على تحسين تهوية نظام القصبة الهوائية، ويتم ذلك بشكل أساسي في الحيوانات الكبيرة، وعلى الرغم من أن نظام القصبة الهوائية مصمم للحياة في الهواء، إلا أن بعض التعديلات في بعض الحشرات تمكنها من تبادل الغازات تحت الماء .

تحظى الحشرات المعروفة بمتنفس الفقاعات بأهمية كبيرة، مثل الخنفساء المائية، حيث تتنفس الخنفساء عن طريق أخذ فقاعة هواء تحت أجنحتها بجوار الفتحات التنفسية .