Käfer atmen sehr komplex, Studie findet

Trotz ihrer relativ geringen Körpergröße müssen Insekten mehr als ein einfaches, Mini-respiratorische System in genügend Sauerstoff zur Durchführung von grundlegenden Prozesse wie Versenkung um zu saugen.

Ergebnisse aus einer aktuellen Studie zeigen, dass anstatt Luft nur passiv in und out, eine anmutige Inflation und Deflation des trachealen Röhren Shuttle Sauerstoff durch die Organe der Laufkäfer hilft.

"Diese Rohre sind auf rhythmische Weise komprimiert, und in dieser Art kommt es vor, im Zuge einer Sekunde", sagte Forscher Jake Socha vom Argonne National Laboratory in Illinois. Socha stellte die Forschung bei einem Treffen der amerikanischen physiologischen Society (APS) in Washington, D.C. letzten Monat.

"Trachealen Kompression," ähnlich wie bei Menschen und anderen Wirbeltieren atmen könnte durch eine Muskelpumpe Art der Forschung schlägt vor, choreographiert werden.

Air shuttle

Käfer atmen in einer Weise bereits ziemlich anspruchsvoll, genannt mit bis zu 18 winzigen Öffnungen, Luftlöcher, diesen Punkt der mittleren und hinteren Teil ihres Körpers. Wenn die Poren öffnen, kann sauerstoffreiche Luft in trachealen Rohre angeschlossen, um die Löcher diffundieren. Der Sauerstoff wird dann pendelte durch Tausende von miteinander verbundenen und verzweigte Röhren und entleerte in Zellen. Das Abfallprodukt Kohlendioxid, reist dann durch die Rohre und Löcher.

"Gibt es ein grundsätzliches Problem mit dem Gas-Austausch-System-Design, und das ist eine Frage der Skala," sagte Socha.

Was er bedeutet, dass als ein Tier wird größer, sein Volumen steigt mehr als seine Fläche und das gleiche gilt für seine Zellen. Gasmoleküle bekommen in die Zellen durch die Oberfläche, so dass die Größe von dieser "Eingang" direkt beeinflusst wie viel Sauerstoff ein-und bewegen kann.

"Wenn man sich eine einzelne Zelle, die Zelle größer wird Diffusion ist nicht zu arbeiten, um Sauerstoff in die Zelle zu bekommen, weil Diffusion nur eine gewisse Distanz, geht", sagte Scott Kirkton des Union College in New York. Kirkton Studien Insekt Atmung war aber nicht an dieser Käfer-Studie beteiligt.

Diese zufällige Bewegung der Sauerstoffmoleküle, genannt Diffusion, kann die einströmende Luft nur so weit tragen und dann liegt es an mechanische Prozesse, um den Durchhang aufzuheben. "Wie die Fläche zum Volumenverhältnis kleiner wird, gehst du nicht in der Lage sein zu bekommen [Sauerstoff] in. "Du musst irgendwie zu transportieren haben," sagte Kirkton LiveScience.

Jüngste Studien haben gezeigt, dass Insekten, Käfer, Libellen und Kakerlaken, darunter aktive Körperbewegungen, Tip-Top Atmung sorgen beschäftigen. Einige Pumpen ihre Flügel, um Luft in und aus ihrem Körper zu meiden, während andere ihre Bäuche ziehen in den erforderlichen Sauerstoff zu quetschen. Die Mechanismen fallen alle unter dem Dach der Konvektion oder bulk-Bewegung der Luft.

"[Insekt] Atmung ist uns viel ähnlicher als das, was Menschen ursprünglich dachte. Sie haben eine konvektive Komponente wie wir tun, und sie eine diffusive Komponente haben, wie wir es tun", sagte Kirkton.

X-ray vision

Bis jetzt wurden die Innenleben der Insekten, Libellen, kleine Käfer, Off Limits für das menschliche Auge. "Vor allem, weil Insekten undurchsichtig sind, Sie können nicht sehen, was mit diesen Röhren", sagte Socha.

Eine Technik, die auf leistungsstarken Röntgenstrahlen beruht hat Wissenschaftlern wie Socha einen under-the-Hood-Blick auf lebendige, atmende Käfer erlaubt.

In der aktuellen Studie Socha und seine Kollegen Laufkäfer von einem lokalen Wald gesammelt und mit Klebeband jeweils auf einem kleinen Berg. Dann legten sie die Käfer an einer Stelle in ein kreisförmiger Teilchenbeschleuniger, genannt der Advanced Photon Source am Argonne National Laboratory. Das Gaspedal Drehzahl Elektronen die Lichtgeschwindigkeit, einen Prozess in der Nähe von, die Röntgenstrahlen erzeugt, die eine Milliarde Mal stärker als die Art, die in Krankenhäusern eingesetzt werden.

Das Ergebnis war ein Video zeigt "Bleistift Umrisse" die haardünnen Atmungschläuche. Die winzigen Röhren gequetscht und veröffentlicht in einem Muster von Wellenbewegungen, die in einem perfekt getimten Zyklus gestartet. "Sie haben also in einem zweiten Deflation und dann schnelle erneute Inflation. "Es scheint überall auf einmal geschehen," sagte Socha.

Sie bemerkte eine bizarre Muster aus winzigen Einbuchtungen entlang jedes Rohr, wie das Tier eingeatmet und ausgeatmet. "Diese Kompressionen scheinen diese Fußball-förmige Vertiefungen, die in die Trachealkanüle Röhren gedrängt werden," sagte Socha.

Die Wissenschaftler sind sich nicht sicher wie genau diese Kompressionen tragen dazu bei, den Käfer. "Der Squeeze-out die Zufuhr von frischer Luft, beschleunigen kann Beihilfe Sauerstoffaustausch," erläutert Socha. Eine weitere Idee ist, dass durch Kohlendioxid schneller ausziehen, die Luftlöcher für kurze Zeit öffnen würde, die Wasser-Verlust aus den Poren verringern würde. "Oder es kann einfach Luft innerhalb des Körpers bewegen", sagte Socha.

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