Bagaimana Serangga Bernafas dan Punya Paru-Paru?

Serangga, seperti manusia, membutuhkan oksigen untuk hidup dan menghasilkan karbon dioksida sebagai produk limbah. Namun, di situlah kesamaan antara serangga dan sistem pernapasan manusia pada dasarnya berakhir. Serangga tidak memiliki paru-paru, mereka juga tidak mengangkut oksigen melalui sistem peredaran darah dengan cara yang dilakukan manusia. Sebaliknya, sistem pernapasan serangga bergantung pada pertukaran gas sederhana yang membasahi tubuh serangga dalam oksigen dan mengeluarkan limbah karbon dioksida.

Untuk serangga, udara memasuki sistem pernapasan melalui serangkaian lubang eksternal yang disebut spirakel. Roh-roh ini, yang bertindak sebagai katup berotot pada beberapa serangga, mengarah ke sistem pernapasan internal yang terdiri dari susunan tabung jaringan yang disebut trakea.

Untuk menyederhanakan konsep sistem pernapasan serangga, anggap saja seperti spons. Spons memiliki lubang kecil yang memungkinkan air di dalamnya melembabkannya. Demikian pula, bukaan spiral memungkinkan udara masuk ke sistem trakea interior yang memandikan jaringan serangga dengan oksigen.

Serangga dapat mengendalikan pernapasan sampai batas tertentu. Mereka dapat membuka dan menutup spirakel mereka melalui kontraksi otot. Sebagai contoh, seekor serangga yang hidup di lingkungan gurun dapat menjaga katup rohnya tertutup untuk mencegah hilangnya kelembaban. Ini dicapai dengan mengontraksikan otot-otot yang mengelilingi roh. Untuk membuka spiral, otot-otot rileks.

Serangga juga dapat memompa otot untuk memaksa udara turun ke tabung trakea, sehingga mempercepat pengiriman oksigen. Dalam kasus panas atau stres, serangga bahkan dapat melampiaskan udara dengan secara bergantian membuka spiral yang berbeda dan menggunakan otot untuk mengembang atau mengerut tubuh mereka. Namun, laju difusi gas — atau membanjiri rongga dalam dengan udara — tidak dapat dikendalikan. Karena keterbatasan ini, selama serangga terus bernafas menggunakan sistem spirakel dan trakea, dalam hal evolusi, mereka tidak akan menjadi jauh lebih besar daripada sekarang.

Sementara oksigen berlimpah di udara (200.000 bagian per juta), oksigen jauh lebih sedikit di air (15 bagian per juta dalam air dingin dan mengalir). Terlepas dari tantangan pernapasan ini, banyak serangga hidup di air selama setidaknya beberapa tahap siklus hidup mereka.

Bagaimana serangga air mendapatkan oksigen yang mereka butuhkan saat terendam? Untuk meningkatkan penyerapan oksigen mereka dalam air, semua kecuali serangga air terkecil menggunakan struktur inovatif — seperti sistem dan struktur insang mirip dengan snorkeling manusia dan peralatan selam — untuk menarik oksigen masuk dan memaksa karbon dioksida keluar.

Banyak serangga yang hidup di air memiliki insang trakea, yang merupakan perpanjangan tubuh mereka yang memungkinkan mereka mengambil oksigen dalam jumlah yang lebih banyak dari air. Insang ini paling sering terletak di perut, tetapi pada beberapa serangga, mereka ditemukan di tempat aneh dan tak terduga. Beberapa lalat batu, misalnya, memiliki insang anal yang terlihat seperti sekelompok filamen yang memanjang dari ujung belakangnya. Capung Nimfa memiliki insang di dalam dubur mereka.

Hemoglobin dapat memfasilitasi penangkapan molekul oksigen dari air. Larva midge yang tidak menggigit dari Chironomidae keluarga dan beberapa kelompok serangga lainnya memiliki hemoglobin, seperti halnya vertebrata. Larva chironomid sering disebut cacing darah karena hemoglobin menanamkannya dengan warna merah cerah. Cacing darah dapat tumbuh subur di air dengan kadar oksigen yang sangat rendah. Dengan meliuk-liuk tubuh mereka di dasar berlumpur danau dan kolam, cacing darah mampu menjenuhkan hemoglobin dengan oksigen. Ketika mereka berhenti bergerak, hemoglobin melepaskan oksigen, memungkinkan mereka untuk bernafas bahkan paling dalam lingkungan perairan yang tercemar. Pasokan oksigen cadangan ini mungkin hanya bertahan beberapa menit, tetapi biasanya cukup lama bagi serangga untuk pindah ke air yang mengandung oksigen lebih banyak.

Beberapa serangga akuatik, seperti belatung ekor tikus, memelihara hubungan dengan udara di permukaan melalui struktur seperti snorkeling. Beberapa serangga telah memodifikasi spirakel yang dapat menembus bagian tanaman air yang terendam, dan mengambil oksigen dari saluran udara di dalam akar atau batangnya.

Kumbang air tertentu dan serangga sejati dapat menyelam dengan membawa gelembung udara sementara bersama mereka, seperti penyelam SCUBA yang membawa tangki udara. Yang lain, seperti kumbang riffle, memelihara lapisan udara permanen di sekitar tubuh mereka. Serangga air ini dilindungi oleh jaringan rambut seperti jala yang mengusir air, memberi mereka pasokan udara yang konstan untuk menarik oksigen. Struktur ruang udara ini, yang disebut plastron, memungkinkan mereka untuk tetap terendam secara permanen.

Gullan, P.J. dan Cranston, P.S. "Serangga: Garis Besar Entomologi, Edisi ke-3." Wiley-Blackwell, 2004

Merritt, Richard W. dan Cummins, Kenneth W. "Pengantar Serangga Perairan Amerika Utara." Kendall / Hunt Publishing, 1978

Meyer, John R. "Respirasi pada Serangga Akuatik"Departemen Entomologi, North Carolina State University (2015).