تنفس نایدیسی چیست؟ – به زبان ساده

دستگاه تنفس نایدیسی، دستگاه تنفسی حشرات است. حشرات متنوع‌ترین و فراوان‌ترین حیوانات زمین هستند، بنابراین شناخت ساختار تنفسی آن‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد. دستگاه تنفسی مسئول رساندن اکسیژن مورد نیاز به تمام سلول‌های بدن و خروج کربن دی‌اکسید حاصل از تنفس سلولی است. دستگاه تنفسی حشرات (و خیلی از بندپایان) که به آن «دستگاه تنفسی نایدیسی» می‌گوییم، مجزا از دستگاه گردش خون است. این دستگاه گازهای تنفسی را به بدن می‌رساند تا تبادل گاز صورت بگیرد. در این سیستم، هوا از طریق مجاری‌ خارجی به نام روزنه وارد می‌شود. این مجاری به سیستم تنفسی درونی منتهی می‌شوند که شبکه‌ متراکمی از لوله‌هایی به نام نای (تراشه) است. در این مطلب از مجله فرادرس یاد می‌گیریم که دستگاه تنفس نایدیسی چیست و با ساختار آن آشنا می‌شویم، انواع تنفس نایدیسی را می‌شناسیم و حتی به سراغ الگوهای تنفسی حشرات نیز می‌رویم.

دستگاه تنفس نایدیسی چیست؟

به نوع خاصی از دستگاه تنفسی که در حشرات دیده می‌شود و مجزا از دستگاه گردش خون است، دستگاه تنفس نایدیسی یا «سیستم تراشه‌ای» (Tracheal System) می‌گویند. این دستگاه از اجزای مختلفی تشکیل شده‌ است. روزنه‌ها، نای‌ها، نایچه‌ها و کیسه‌های هوا این سیستم را می‌سازند. در ادامه‌ این مطلب به بررسی هر کدام از این موارد با جزئیات بیشتری می‌پردازیم.

روزنه‌ها

اسکلت خارجی حشرات دارای روزنه‌هایی است که یک جفت از آن‌ها را می‌توان در ناحیه سینه آن‌ها دید. «روزنه‌ها» (Spiracles) را می‌توان در نواحی شکمی (حفره شکمی) هم دید اما باید در نظر داشت که این روزنه‌ها در همه نقاط بدن حشرات دیده نمی‌شوند. روزنه‌ها به دلیل داشتن دریچه‌های عضلانی، قابلیت باز و بسته شدن دارند. این دریچه‌ها با باز شدن اجازه‌ ورود اکسیژن و خروج کربن دی‌اکسید را می‌دهند. در صورتی که ماهیچه منبسط باشد، دریچه باز است و هنگام انقباض عضله، دریچه بسته می‌شود. هر روزنه در یک صفحه‌ کوتیکولیِ سخت شده قرار دارد که به آن «پریترم» (Peritreme) می‌گویند.

نای

نای مسیری برای ورود اکسیژن به درون بدن و خروج دی‌اکسید کربن از بدن است؛ بنابراین منشعب شدن آن در چند نقطه از بدن را می‌بینیم. دستگاه تنفسی نایدیسی به کمک نای‌های طولی و عرضی فشار یکسانی را در سراسر سیستم ایجاد می‌کند. در هنگام پوست اندازی حشره، پوشش کوتیکولی نای‌ می‌ریزد اما پوشش نایچه‌ها تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد.

نای به چهار شاخه‌ی اصلی تقسیم می‌شود:

1. جانبی (Lateral)
2. پشتی (Dorsal)
3. شکمی (Ventral)
4. احشایی (Visceral)

«نای» (Trachea) لوله‌ای است که روزنه‌ها را به ریه‌ها متصل می‌کند و حاصل تو رفتگی «اپی‌درم» (Epidermis) هستند، بنابراین پوشش آن‌ها با کوتیکول بدن پیوسته است. شکل حلقه‌ای نای به دلیل برجستگی‌های حلقوی‌ است که «تانیدیا» (Taenidia) نامیده می‌شوند و به نای خاصیت انعطاف‌پذیر بودن و مقاومت در مقابل فشار را می‌دهد.

نایچه

«نایچه‌ها» (Tracheoles) انشعابات ظریف نای هستند (کمتر از ۱ میکرومتر) که به بافت‌ها می‌‌رسند. نایچه‌ها توسط سلول‌هایی به نام «تراکئوبلاست» (Tracheoblast) ساخته می‌شوند که از سلول‌های اپی‌درم مشتق شده‌اند.

نایچه‌ها دارای مایعی هستند که گازهای تنفسی در آن حل می‌شوند و به خاطر دیواره نازک نایچه‌ها، قادرند که به راحتی از نایچه به درون بافت منتشر شوند. این مایع معمولاْ انتهای بسته‌ این لوله‌های نازک را پر می‌کند. هنگام انقباض ماهیچه، زمانی که اکسیژن بیشتری مورد نیاز است (کربن دی‌اکسید بیشتری تولید می‌شود.) این مایع به بافت‌های اطراف سرازیر می‌شود. به این ترتیب، سطح تبادل گاز افزایش می‌یابد.

اما چرا حشرات به افزایش سطح تبادل گاز نیاز دارند؟ اندازه کوچک حشرات به این معناست که در زنجیره‌ غذایی جایگاه پایینی دارند، در این صورت پرواز به آن‌ها کمک می‌کند که از شکارچیان فرار کنند و به این منظور نیاز به انرژی زیادی دارند. افزایش سطح تبادل گازی به حشرات کمک می‌کند که به نیازهای تنفسی مرتبط با نرخ تنفس سلولی پاسخ دهند.

فیلم آموزش زیست شناسی ۱ – پایه دهم + نکات کنکور در فرادرس

کلیک کنید

کیسه‌ هوا

نای در نقاطی دچار انبساط شده و کیسه‌های هوایی تشکیل می‌دهد که دیواره‌ نازکی دارند. در این کیسه‌ها تانیدیا وجود ندارد و یا رشد ناچیزی دارد؛ به همین دلیل «کیسه‌های هوا» (Air bag) تحت فشار از بین می‌روند. این ساختارهای بالون‌مانند ممکن است هوای اضافه را ذخیره کنند. در محیط‌های خشک این هوای ذخیره به حشره این امکان را می‌دهد که روزنه‌ها را ببندد و از تبخیر آب جلوگیری کند. حشرات آب‌زی نیز از این هوای ذخیره شده هنگام شنا زیر آب استفاده می‌کنند یا برای تنظیم شناوری از آن کمک می‌گیرند.

جریان هوا و تبادل گازها در تنفس نایدیسی

اکسیژن وارد روزنه شده و با عبور از نای و نایچه‌ها به سلول‌ها می‌رسد. ورود آن به سلول‌ها حاصل ترکیبی از عبور هوا و انتشار همراه با شیب غلظت (بالا بودن غلظت هوای خارجی در مقایسه با بافت) است. در سیستم تنفسی حرکت مولکول‌های اکسیژن به سمت داخل است؛ در مقابل حرکت کربن دی‌اکسید و آب به سمت خارج است.

ما در این مطلب فقط به بررسی دستگاه تنفسی نایدیسی پرداخته‌ایم، اما در جانداران مختلف الگوهای تنفسی متنوعی وجود دارد که پیش از این در مجله فرادرس در مورد آن‌ها صحبت کرده‌ایم. اگر می‌خواهید اطلاعات بهتر و بیشتری راجع به «تبادلات گازی و انواع تنفس در جانداران» به دست آورید، پیشنهاد می‌کنیم، مطلب مربوط به این موضوع را مطالعه کنید.

تنفس نایدیسی در ملخ

حالا که می‌دانیم تنفس نایدیسی چیست، بهتر است به شکل بهتری آن را در حشرات بررسی کنیم. ملخ مثل باقی حشرات برای تنفس از سیستم تنفس نایدیسی استفاده می‌کند که با اجزا آن و عملکرد هر کدام از آن‌ها آشنا شدیم. ملخ‌ها تمام بخش‌هایی را که بررسی کردیم، از جمله کیسه‌های هوا را دارند. در ملخ، فعالیت روزنه‌ها به قدری هماهنگ است که چهار جفت روزنه‌ اول در هنگام دم باز و در هنگام بازدم بسته می شوند، در حالی که شش جفت دیگر در هنگام دم بسته و در هنگام بازدم باز می شوند تا کربن دی‌اکسید از بدن خارج شود. در تصویر زیر نحوه‌ تنفس ملخ و سیستم تنفسی آن نمایش داده شده است.

اهمیت سیستم‌ تنفسی در فیزیولوژی و بقا حشرات

همه حشرات موجوداتی هوازی هستند، یعنی برای زنده ماندن به دریافت $$O_{2}$$ از محیط نیاز دارند. آن‌ها از مسیر متابولیسمی مشابه با دیگر حیوانات برای تبدیل مواد مغذی (مثل قندها) به ATP استفاده می‌کنند. این مسیر به این ترتیب است؛ گلیکولیز، چرخه‌ کربس و زنجیره‌ انتقال الکترون. در آخرین مرحله این مسیر اتم‌های اکسیژن با یون‌های هیدروژن واکنش می‌دهند. در این واکنش با تولید آب، انرژی‌ آزاد می‌شود که در پیوند فسفات در ATP، ذخیره می‌شود.

تنفس نایدیسی به دلیل سرعت انتشار و ضریب گنجایش بالا در مقایسه با محیط آبی همولنف یا خون، اکسیژن را دویست هزار تا سی‌صد هزار بار موثرتر به سلول‌ها می‌رساند. اما این نوع تنفس یک محدودیت جدی برای اندازه بدن حشرات است.

فیلم آموزش زیست شناسی 2 – زیست پایه یازدهم در فرادرس

کلیک کنید

غلظت اکسیژن موجود در هوا بر مسافتی که می‌تواند در نای‌ها طی کند، اثرگذار است. طبق تئوری موجود اگر اکسیژن اتمسفر دو برابر شود، مسافتی که در نای پیش می‌رود هم دو برابر می‌شود. افزایش سطح اکسیژن در دوران پالئوزوئیک ممکن است به سرعت انتقال اکسیژن در نای‌های طویل حشرات عظیم الجثه کمک کرده باشد. بنابراین محیط به تنهایی می‌تواند باعث پیدایش حشرات غول پیکر شود. البته بعضی از حشرات توانایی این را دارند که با یک پمپاژ مکانیکی، میزان اکسیژن‌رسانی به بدن‌شان را افزایش دهند.

تسلط به حشره‌شناسی با فرادرس

حشرات بزرگترین گروه بندپایان هستند و تقریبا در همه‌‌ نقاط کره زمین پیدا می‌شوند. در این مطلب از مجله فرادرس این موضوع را هدف قرار دادیم که دستگاه تنفس نایدیسی چیست، اما پیچیدگی‌های این رده از بی‌مهرگان به سیستم تنفسی نایدیسی خلاصه نمی‌شود. حشرات قدرت بینایی و بویایی بسیار دقیقی دارند و ساختارهایی پیچیده‌ برای این توانایی‌ها در آن‌ها تکامل یافته است. گروهی از حشرات پرواز می‌‌کنند و ساختار بال‌های آن‌ها با پرندگان متفاوت است.

این دسته از بندپایان در زندگی ما و حیات کره زمین هم نقش مهمی بازی می‌کنند. زنبورها با گرده افشانی به حفظ بخش بزرگی از حیات کمک می‌کنند، در حالی که گروهی از حشرات آفت‌های کشاورزی هستند و برای مقابله با آن‌ها از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود. به خاطر همین نقش‌های حشرات است که مطالعه‌ آن‌ها اهمیت بالایی دارد.

اگر به یادگیری راجع به حشرات علاقه دارید، فرادرس فیلم‌های آموزشی متنوعی را در این حوزه تولید و منتشر کرده که در فهرست زیر به چند مورد اشاره کرده‌ایم.

• فیلم آموزش جامع حشره شناسی فرادرس
• فیلم آموزش رایگان رده بندی حشرات فرادرس
• فیلم آموزش حشره شناسی ۱ به همراه مرور و حل تست کنکور ارشد فرادرس
• فیلم آموزش رایگان اصول سیستماتیک حشرات فرادرس
• فیلم آموزش جانورشناسی ۱ به زبان ساده و کاربردی فرادرس
• فیلم آموزش جامع آفات گیاهان زراعی فرادرس

‌اگر تمایل دارید در بخش‌های مختلف زیست‌شناسی به دوره‌های تخصصی دسترسی داشته باشید، پیشنهاد می‌کنیم به صفحه‌ مجموعه فیلم‌های آموزش زیست‌شناسی فرادرس مراجعه کنید.

• مجموعه فیلم‌های آموزش زیست شناسی فرادرس

تنفس پوستی چیست؟

تا اینجا به‌خوبی می‌دانیم تنفس نایدیسی چیست و در ادامه می‌خواهیم تنفس پوستی را توضیح دهیم. تنفس پوستی یا «تنفس کوتیکولی» (Cutaneous Respiration) نوعی تنفس است که تبادل گازی می‌تواند از طریق پوست یا پوشش خارجی موجود زنده انجام شود. تنفس کوتیکولی می‌تواند تنها روش تنفسی جاندار باشد و یا با دیگر انواع تنفس همکاری کند. این شیوه تنفسی را در گستره‌ وسیعی از موجودات می‌بینیم. مثل حشرات، دوزیستان، ماهی‌ها، مارهای دریایی، لاکپشت‌ها و به میزان بسیار کمتری در پستانداران.

فیلم آموزش تشریح و فیزیولوژی حشرات (رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

تبادل گاز در تنفس کوتیکولی توسط سه عامل کنترل می‌شود.