Espiraculo:
Los insectos y algunos otros invertebrados intercambian oxígeno y dióxido de carbono entre sus tejidos y el aire por un sistema de tubos llenos de aire llamados tráqueas.
Las tráqueas se abren hacia el exterior a través de pequeños agujeros llamados espiráculos. En el saltamontes, el primer y tercer segmento del tórax tienen un espiráculo en cada lado. Otros 8 pares de espiráculos están dispuestos en una línea a cada lado del abdomen.
Los spiracles están protegidos por
válvulas controladas por músculos que permiten al saltamontes abrirlas y cerrarlas;
pelos que filtran el polvo cuando el aire entra en los espiráculos.
Los espiráculos se abren en grandes tubos traqueales. Estos, a su vez, conducen a ramas cada vez más finas. Las ramas penetran a cada parte del cuerpo. En sus extremos, llamados traqueoles, pueden tener menos de 1 μm de diámetro. Cada célula en el cuerpo del insecto está adyacente, o muy cerca del final de una traqueola. En algunos de los músculos de vuelo de Drosophila, los traqueoles incluso penetran en sus túbulos T trayendo oxígeno justo al lado de la mitocondria que impulsa el músculo.
Esta fotomicrografía muestra cómo las paredes de los tubos traqueales se tensan con bandas de quitina. Aun así, existe un límite a la presión que pueden soportar sin colapsar. Esta puede ser una razón por la cual los insectos son relativamente pequeños. El aumento de peso de los tejidos de un animal del tamaño de un conejo, por ejemplo, aplastaría los tubos traqueales llenos solo de aire.
Ventilación del sistema traqueal
Entre los insectos más pequeños o menos activos, el intercambio de gases a través del sistema traqueal es por simple difusión.
Sin embargo, el vapor de agua y el dióxido de carbono se difunden fuera del animal, y esto podría plantear un problema en ambientes secos. Drosophila evita el riesgo al controlar el tamaño de la apertura de sus espiráculos para que coincida con la necesidad de oxígeno de sus músculos de vuelo. Cuando la demanda de oxígeno es menor, cierra parcialmente sus espiráculos conservando así el agua corporal. (Véase el informe de Fritz-Olaf Lehmann en la edición de Science de 30 de noviembre de 2001).
Los insectos grandes y activos, como los saltamontes, ventilan a la fuerza sus tráqueas. La contracción de los músculos en el abdomen comprime los órganos internos y fuerza el aire fuera de las tráqueas. A medida que los músculos se relajan, el abdomen vuelve a su volumen normal y se aspira el aire. Los sacos de aire grandes unidos a porciones de los tubos traqueales principales aumentan la efectividad de esta acción similar a un fuelle.
El experimento ilustrado (realizado por primera vez por el fisiólogo de insectos Gottfried Fraenkel) muestra que hay un flujo de aire en una dirección a través del saltamontes. Los sellos líquidos en el tubo se mueven hacia la derecha cuando el aire entra en los espiráculos en el tórax y se descarga a través de los espiráculos en el abdomen. El diafragma de goma sella el tórax desde el abdomen.
El flujo de aire en una dirección aumenta la eficiencia del intercambio de gases ya que el aire enriquecido en CO2 puede ser expulsado sin mezclarse con el flujo entrante de aire fresco.
Intercambio de gases en insectos acuáticos
Incluso los insectos acuáticos usan un sistema traqueal para el intercambio de gases.
Algunos, como las larvas de mosquitos (“wigglers”), obtienen su aire metiendo un tubo de respiración conectado a su sistema traqueal a través de la superficie del agua.
Algunos insectos que pueden sumergirse durante largos períodos llevan consigo una burbuja de aire de la que respiran.
Todavía otros tienen spiracles montados en las puntas de las espinas. Con estos perforan las hojas de plantas submarinas y obtienen oxígeno de las burbujas formadas (por fotosíntesis) dentro de las hojas.
Incluso en los insectos acuáticos que tienen branquias, después de que el oxígeno se difunde desde el agua hacia las branquias, luego se difunde a través de un sistema traqueal lleno de gas para su transporte a través del cuerpo.