気管呼吸は虫ムカデ、ダニ、クモや寄生虫によって最も一般的に使用されるタイプの呼吸です。これらの昆虫では、気管系がO2（空気）を体の細胞に直接分配する責任があるため、呼吸色素は血中に存在しません。
気管呼吸により、ガス交換のプロセスを行うことができます。このようにして、一連のチューブまたは気管が昆虫の体内に戦略的に配置されます。これらの各気管には、ガスの出入りを可能にする外側への開口部があります。
スパイラルと気管系
脊椎動物のように、昆虫の体からガスを放出するプロセスは、体のすべての内臓を押す筋肉の収縮運動に依存し、CO2を体から押し出します。
この種の呼吸は、水生環境に生息する昆虫を含むほとんどの昆虫で発生します。このタイプの昆虫は、水面下に沈んでいる間も呼吸できるように特別に準備された体を持っています。
気管呼吸システムのパーツ
気管
気管は、空気が通過する小さな管を備えた広く分岐したシステムです。このシステムは昆虫の全身にあります。
外管として知られている膜によって内部的に整列された体壁の存在のおかげで、その中にダクトの存在が可能です。
昆虫には、体の外に通じるいくつかの気管または管があり、昆虫の体のすべての細胞でガス交換のプロセスを直接行うことができます。
より多くの枝が集中している領域は、通常、昆虫の腹です。そこには、体内に空気が徐々に入り込む多数の管があります。
昆虫の完全な気管系は、一般に、体に対して平行かつ長手方向に配置された3つの主要なチャネルで構成されています。他の小さな管が主な気管を通過し、昆虫の全身を包囲する管のネットワークを形成しています。
外部への出口がある各チューブは、気管細胞と呼ばれる細胞で終わります。
この細胞では、気管は気管と呼ばれるタンパク質の層で覆われています。このようにして、各気管の外端は気管液で満たされます。
スピラクルズ
コオロギのブローホールバルブの走査型電子顕微鏡画像。
ソース：ユーザーchsh CC BY-SA 2.5（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5）
気管系は、柱頭またはらせんと呼ばれるスリット開口部を介して外側に開きます。ゴキブリでは、胸部に2対の気管支があり、腹部の最初の部分に8対の気管支があります。
Actias selene、出典：ユーザーKugamazog〜commonswiki CC BY-SA 2.5（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5）
各ブローホールはペリトレマと呼ばれる強膜に囲まれており、フィルターとして機能する剛毛があり、ほこりや他の粒子が気管に入ることを防ぎます。
気門は、各チューブの開口部を調節するオクルーダーと拡張筋に取り付けられたバルブによっても保護されます。
ガス交換
休止状態では、体組織の細胞内の浸透圧が低いため、気管は毛細血管液で満たされます。このようにして、導管に入る酸素が気管液に溶解し、CO2が空気中に放出されます。
昆虫が飛翔段階に入ると、乳酸塩の量が増えると、気管液が組織に吸収されます。このようにして、CO2は一時的に重炭酸塩として保存され、開心する信号を気管支に送信します。
ただし、最大量のCO2は、キューティクルと呼ばれる膜を通して放出されます。
換気運動
昆虫の体の筋肉壁が収縮すると、気管系の換気が行われます。
腹部の筋肉が収縮すると、身体からのガスの呼気が発生します。逆に、空気のインスピレーションは、体がその規則的な形をとるときに起こります。
昆虫やその他の無脊椎動物は、組織からCO2を取り除き、気管と呼ばれる管から空気を取り込むことでガス交換を行います。
コオロギとバッタでは、胸部の最初と3番目のセグメントの両側にブローホールがあります。同様に、他の8組の気管支が腹部の両側に直線的に配置されています。
小さいか活動度の低い昆虫は、拡散によるガス交換のプロセスを実行します。しかし、水蒸気は環境に豊富ではなく、体内に拡散することができないため、拡散によって呼吸する昆虫は、乾燥した気候で苦しむ可能性があります。
ショウジョウバエは、飛行段階で筋肉の酸素ニーズに適応するようにブローホールの開口部のサイズを制御することにより、乾燥した環境で死ぬリスクを回避します。
酸素の需要が少ない場合、ミバエは体内により多くの水分を保持するために、気門を部分的に閉じます。
コオロギやバッタなどの最も活動的な昆虫は、常に気管システムを換気する必要があります。このようにして、彼らは腹部の筋肉を収縮させ、内臓を押して空気を風管から押し出す必要があります。
バッタは、ガス交換プロセスの効率を高めるために、大きな気管の特定のセクションに取り付けられた大きな気嚢を持っています。
水生昆虫：気管呼吸の例
ネッタイシマカの水生幼虫。取って編集：Econt
水生昆虫は気管呼吸を使用してガス交換のプロセスを実行します。
蚊の幼虫のように、気管系につながっている水面上に小さな呼吸管を露出させることで、空気を取り込む人もいます。
長期間水に浸ることができる昆虫の中には、気泡を運び、そこから生存に必要なO2を奪うものがあります。
一方、他の昆虫の中には背中の上部に渦巻をもつものがあります。このようにして、彼らは水中に吊り下げられた葉を突き刺し、呼吸するためにそれらに付着します。
参考文献
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