El sistema respiratorio de un insecto es el sistema con el cual introduce los gases respiratorios a su interior y realiza el intercambio gaseoso .
El aire entra en el sistema respiratorio de los insectos a través de una serie de aberturas externas llamadas espiráculos . Estas aberturas externas, que actúan como válvulas musculares en algunos insectos, conducen al sistema respiratorio interno, una red densa de tubos llamados tráqueas . Esta red de tráqueas transversales y longitudinales iguala la presión en todo el sistema.
Es el encargado de suministrar suficiente oxígeno (O2 ) a todas las células del cuerpo y de eliminar el dióxido de carbono (CO2 ) que se produce como desecho de la respiración celular . El sistema respiratorio de los insectos (y de muchos otros artrópodos) está separado del sistema circulatorio .
Los insectos tienen espiráculos en sus exoesqueletos para permitir que el aire entre en la tráquea . [1] [ página necesaria ] En los insectos, los tubos traqueales entregan principalmente oxígeno directamente a los tejidos de los insectos . Los espiráculos se pueden abrir y cerrar de manera eficiente para reducir la pérdida de agua. Esto se hace contrayendo los músculos más cercanos que rodean el espiráculo. Para abrir, el músculo se relaja. El músculo más cercano está controlado por el sistema nervioso central pero también puede reaccionar a estímulos químicos localizados. Varios insectos acuáticos tienen métodos de cierre similares o alternativos para evitar que el agua entre en la tráquea. Los espiráculos a veces también pueden estar rodeados de pelos para minimizar el movimiento de aire masivo alrededor de la abertura y, por lo tanto, minimizar la pérdida de agua.
Los espiráculos se encuentran ubicados lateralmente a lo largo del tórax y el abdomen de la mayoría de los insectos; por lo general, hay un par de espiráculos por segmento corporal. El flujo de aire está regulado por pequeños músculos que operan una o dos válvulas similares a aletas dentro de cada espiráculo, que se contraen para cerrar el espiráculo o se relajan para abrirlo.
Después de pasar por un espiráculo, el aire entra en un tronco traqueal longitudinal y finalmente se difunde a través de una red compleja y ramificada de tubos traqueales que se subdivide en diámetros cada vez más pequeños y llega a todas las partes del cuerpo. Al final de cada rama traqueal, una celda especial proporciona una interfaz delgada y húmeda para el intercambio de gases entre el aire atmosférico y una célula viva. El oxígeno en el tubo traqueal primero se disuelve en el líquido de la tráquea y luego se difunde a través de la membrana celular hacia el citoplasma de una célula adyacente. Al mismo tiempo, el dióxido de carbono, producido como un producto de desecho de la respiración celular, se difunde fuera de la célula y, finalmente, fuera del cuerpo a través del sistema traqueal.
Cada tubo traqueal se desarrolla como una invaginación del ectodermo durante el desarrollo embrionario. Para evitar que colapse bajo presión, un "alambre" delgado y reforzado de cutícula ( los tenidios ) se enrolla en espiral a través de la pared membranosa. Este diseño (similar en estructura a la manguera de calefacción de un automóvil o al conducto de escape de una secadora de ropa) brinda a los tubos traqueales la capacidad de flexionarse y estirarse sin desarrollar dobleces que puedan restringir el flujo de aire.
La ausencia de tenidios en ciertas partes del sistema traqueal permite la formación de sacos de aire colapsables, estructuras similares a globos que pueden almacenar una reserva de aire. En ambientes terrestres secos, este suministro de aire temporal permite que un insecto conserve agua cerrando sus espiráculos durante períodos de alto estrés por evaporación. Los insectos acuáticos consumen el aire almacenado mientras están bajo el agua o lo utilizan para regular la flotabilidad. Durante una muda, los sacos de aire se llenan y se agrandan a medida que el insecto se libera del exoesqueleto viejo y expande uno nuevo. Entre mudas, los sacos de aire brindan espacio para un nuevo crecimiento, encogiéndose en volumen a medida que se comprimen por la expansión de los órganos internos.
Los insectos pequeños dependen casi exclusivamente de la difusión pasiva y la actividad física para el movimiento de gases dentro del sistema traqueal. Sin embargo, los insectos más grandes pueden requerir ventilación activa del sistema traqueal (especialmente cuando están activos o bajo estrés por calor). Lo logran abriendo algunos espiráculos y cerrando otros mientras usan los músculos abdominales para expandir y contraer alternativamente el volumen corporal. Aunque estos movimientos pulsantes hacen fluir el aire de un extremo del cuerpo al otro a través de los troncos traqueales longitudinales, la difusión sigue siendo importante para distribuir oxígeno a las células individuales a través de la red de tubos traqueales más pequeños. De hecho, la tasa de difusión de gases se considera uno de los principales factores limitantes (junto con el peso del exoesqueleto) que limita el tamaño de los insectos. [2] Sin embargo, los períodos en la historia antigua de la Tierra, como el Carbonífero , presentaron niveles de oxígeno mucho más altos (hasta un 35%) que permitieron que los insectos más grandes, como la meganeura , junto con los arácnidos , evolucionaran.
En el pasado se creía que los insectos intercambiaban gases con el medio ambiente de forma continua mediante la simple difusión de gases en el sistema traqueal. Más recientemente, se ha documentado una gran variación en los patrones de ventilación de los insectos, lo que sugiere que la respiración de los insectos es muy variable. Algunos insectos pequeños sí demuestran una respiración continua y pueden carecer de control muscular de los espiráculos. Otros, sin embargo, utilizan la contracción muscular del abdomen junto con la contracción y relajación coordinadas de los espiráculos para generar patrones cíclicos de intercambio de gases y reducir la pérdida de agua a la atmósfera. La forma más extrema de estos patrones se denomina ciclos de intercambio de gases discontinuos (DGC). [3] Los modelos recientes han descrito el mecanismo de transporte de aire en el intercambio de gases cíclico de forma computacional y analítica. [4]