昆虫はどのように呼吸するのでしょうか？

昆虫は地球に生息する最も小さな動物の一つです。そして、飛行、陸生、水生のすべての種類があり、それぞれが特定の生態系で種が生きることを可能にする特定の特性を持っています。

昆虫は形態が異なるため、多くの点で私たちが知っている他のほとんどの動物とは異なります。これらの特徴の 1 つは、生き残るために酸素を得る方法です。昆虫がどのように呼吸し、どこで呼吸するのかを知りたい場合は、動物たちのケアサイト(animal-care.click)のこの記事を読み続けてください。読み続けてください！

昆虫の呼吸プロセスは、他の既知の動物とは異なる方法で起こります。例えば、哺乳類は鼻から酸素を得るという特徴があり、酸素はそこから肺に送られて二酸化炭素に変換され、次の呼気で排出されます。以上が基本的な手順の説明です。しかし、昆虫では、このメカニズムは異なる方法で実行されます。では、昆虫はどのように呼吸をしているのでしょうか？

昆虫は、気門と呼ばれる体組織を通じて外部の酸素を吸収します。気門は外骨格の腹部レベルにあり、体の穴や開口部の形で見られます。気門に蓄えられると、酸素は昆虫の気管に運ばれます。気管は体全体に分布し、気管に酸素を運ぶ役割を担う直径の小さい管で、大きさが 0.2 マイクロメートル未満の袋です。これらの嚢は昆虫の肺のように機能しますが、解剖学的構造のさまざまな部分に位置しています。気管は、外側と内側からのガス交換を可能にする湿った膜として区別されます。

これが完了すると、昆虫細胞は必要な酸素を受け取り、同じ気門を通して対応する二酸化炭素を排出します。このガスの移動は昆虫の呼吸器系で起こります。循環系も他の組織も関与しません。言い換えれば、昆虫はどのようにして空気から酸素を吸収し、どのようにして組織に到達するのでしょうか?人間や細胞を持つすべての生き物と同様に、細胞呼吸を通じて。しかし、細胞呼吸はプロセス全体の最後の部分であり、ガス交換を伴うものであるため、各種類の昆虫がどのような呼吸をしているかを知りたい場合、これまで見てきたように、昆虫は気管呼吸器系に従います。

この呼吸装置は、すべての陸生昆虫に対して同じように機能しますが、小さな昆虫は気門の機能を維持するために努力する必要がない点が異なります。ただし、3センチメートルを超える標本は代謝率が高いため、呼吸するためにより多くの筋肉努力が必要です。これは、甲虫としてよく知られている鞘翅目の場合です（ Xestobium rufovillosumとも呼ばれるデスビートルなど）。

水生昆虫はわずか 6% です。他の種の中には、水生環境で発達の最初の段階に住んでいる種もいます。このような場合、どうやって酸素を取り込むのでしょうか？水生昆虫はどのように呼吸をしているのでしょうか？

水生昆虫の適応

昆虫が酸素を得るには、種に応じて異なるメカニズムが存在します。陸生昆虫と同様に、水生昆虫も気管系を持っていますが、さまざまな適応により、それを異なる方法で使用します。これらの適応は次のとおりです。

• 疎水性気管: 呼吸プロセスを実行するために気門が展開されている場合でも、昆虫の体内に水が入るのを防ぎます。これは蚊の幼虫が使う方法です。
• 疎水性毛: これらは水の表面張力を破壊できる「チューブ」です。エリスタリス属に属する双翅目の幼虫、例えば、オオバエ ( Eristalis tenax ) やオーチャードバエ ( Eristalis horticola ) などは、この適応を利用しています。
• 疎水性毛: 地表への訪問を遠ざけるために、一部の種は酸素を取り出すために使用する気泡を支えることができる剛毛または毛を発達させました。バックスイマー ( Notonecta glauca ) などの Notonecta 属の昆虫は、この適応を利用しています。
• 腹甲: 腹甲は、昆虫が呼吸するために表面に出なくて済むようにする理解できない泡です。腹腹は、昆虫の体の表皮にある疎水性の毛の存在によって形成され、泡を破壊することなく一定の空気交換を維持します。アフェロケイルス属（Aphelocheirus aestivalisなどの半翅目）およびエルミス属（甲虫Elmis aeneaなどの鞘翅目）の昆虫には腹甲があります。
• 気管えら: 気管があるべき場所で、一部の昆虫は体の外側に見える薄い葉の延長部を発達させます。これらは気管えらです。このシステムは、美しいアモワゼル自体 ( Calopteryx virgo ) などの Zygoptera 亜目の幼虫や、 Stephens’s chimarra ( Philopotamidae Stephens ) などの Trichoptera の幼虫によって使用されます。

これらの適応により、水生昆虫は 3 種類の呼吸を発達させました。

水生昆虫の呼吸の種類

疎水性の気管、剛毛と毛、腹腹と気管えらは、水生昆虫が次の方法で酸素を獲得するために発達した適応です。

空気から酸素を得る：空気から直接酸素を得るために、昆虫は疎水性の剛毛、気管、毛を利用します。次の 3 つのオプションがあります。

1. 水面の張力を打ち破り、疎水性の気管を使って酸素を獲得します。酸素がなくなると、昆虫は地上に戻らなければなりません。
2. 表面張力を破壊し、毛先を使って酸素を取り込みます。この場合、昆虫は呼吸するために毛を伸ばしたままにしておく必要があります。
3. 表面張力を破壊し、疎水性の毛を利用して気泡を作ります。泡がなくなると、昆虫は表面に戻って同じプロセスを繰り返す必要があります。

水を通して酸素を得る：これは、皮膚呼吸とえらと腹腹の使用の場合に当てはまります。これらの方法を使用して昆虫がどのように呼吸するかを以下で説明します。

1. 皮膚呼吸: 水生空間で発生する一部の種は、外部のクチクラまたは膜を形成し、それを通して水中に存在する酸素ガスを吸収します。このタイプの呼吸では、酸素を水から直接得ます。この方法のおかげで、昆虫は酸素がなくなるまで気門を閉じたままにすることができるため、液体が気管系に入ることがありません。この呼吸は、ブランドフォード ハエ ( Simulium posticatum ) などの双翅目である Simulium 属および Chironomus 属の幼虫によって使用されます。
2. 気管呼吸: この方法は、水面に近づく必要なく、水生環境自体から酸素を得ることから構成されます。このような場合、鰓が昆虫の気管網を覆っているのが見られ、上で説明したように鰓から酸素が分配されます。
3. 腹腹: 昆虫の体の表皮にある疎水性の毛の存在によって形成され、泡を破壊することなく一定の空気交換を維持します。

植物から酸素を得る：水生昆虫は水中に沈んだ植物からも直接酸素を得ることができます。これを行うために、彼らは酸素を蓄える細胞間細胞のある組織領域である植物の気胞に気門を押し込みます（これは、水生植物の茎を切り、内部の小さな空洞を観察することで確認できます）。この方法で酸素を得る昆虫は、ドナシア属（鞘翅目、ドナシア・ヤコブソーニやドナシア・ヒルティヒューメラリスなど）とクリソガスター属（双翅目、クリソガスター・バサリスやクリソガスター・セミテリオルムなど）の幼虫である。

このように、昆虫の呼吸ははるかに複雑かつ多様であり、昆虫が生息する環境に応じて何らかの方法で呼吸していることがわかります。

私たちの家庭でよく見かけるハエは、他の陸生昆虫と同じ気管呼吸システムを使用しています。酸素粒子が入る気門は腹部にあります。そこから、酸素は気管チューブを通って、この酸素の最終目的地である気管に輸送されます。

気管には気管液が入っており、酸素分子を溶解してハエの体に運びます。このプロセスにかかる時間はわずか数秒で、ハエが飛行している間も常に行われます。しかし、飛行中、昆虫はより多くの酸素を消費する必要があるため、受け取る流量を増やす必要があります。気門はより多くの空気を通過できるように拡張しますが、これは飛行中に必要なレベルには十分ではありません。このため、ハエは胸部および気管系を拡張し、気管の容量を倍増させます。このシステムのおかげで、ハエは静止時に処理する空気の量が 50 ミリリットルであるのに対し、1 時間あたり 350 ミリリットルの空気を処理することができます。

昆虫がどのように呼吸するかがわかったので、昆虫についてさらに興味深い事実を知りたい場合は、この別の記事「世界最小の昆虫」をお見逃しなく。

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