Système trachéen et respiration chez les insectes
Les insectes sont des originaux. Les vertébrés, et la plupart des invertébrés, sont dotés d'organes respiratoires, des poumons ou des branchies, ainsi que d'un système circulatoire grâce auquel le sang transporte l'oxygène de ces organes vers le reste du corps. Chez les insectes c'est différent. En effet ces animaux ne possèdent pas de sang mais de l'hémolymphe. Ce liquide, vert ou jaune, ne transporte pas d'oxygène : il sert seulement à acheminer les nutriments dans tout l'organisme
Les insectes ne possèdent pas de poumons mais un système de tubulures ramifiées dans tout leur corps, les trachées
Qu'est-ce que L’hémolymphe
C’est le « sang » des insectes. L’hémolymphe a pour rôles d’apporter les nutriments aux organes qu’elle irrigue, d’emporter les déchets du métabolisme qui sont évacués notamment via les tubes de Malpighi, d’assurer l’élimination des pathogènes et des intrus (immunité), de maintenir la turgescence des organes mous, de réparer l’étanchéité du tégument (cicatrisation) et de véhiculer les différentes hormones intervenant dans le développement et la reproduction, notamment. Elle assure l’homéostasie, c’est-à-dire le maintien de conditions constantes de pH et de la concentration en ions organiques, en acides aminés, en protéines, en acides nucléiques, en sucres et en lipides. Elle sert aussi de fluide thermique et, dans certains cas, joue des rôles bien particuliers. Chez les insectes, elle ne joue pas de rôle respiratoire et ne comporte pas de cellules analogues aux hématies des vertébrés. C’est un liquide clair à base d’eau qui n’a en général pas de couleur particulière mais peut être coloré ; dans ce cas, il donne sa couleur aux larves à tégument transparent. Les larves, possèdent souvent plus d’hémolymphe que les imagos ; celle-ci fait la moitié du poids d’un criquet
Les systèmes trachéens
Les systèmes trachéens, comme les systèmes pulmonés, sont typiquement adaptés à la respiration aérienne. Les trachées sont des invaginations ectodermiques extrêmement ramifiées qui s'étendent jusqu'au niveau cellulaire. Chez les insectes, l'air est donc amené de trachées en trachéoles directement aux cellules où s'effectuent les échanges gazeux. L'hémolymphe n'a donc chez ces espèces aucune fonction respiratoire, à l'encontre de ce qui se passe chez toutes les autres espèces. Dans ce cadre, il est dépourvu de pigments transporteurs d'oxygène. Les trachées débouchent à l'extérieur par des stigmates: orifices pairs, symétriques, à disposition primitivement segmentaire. Le nombre de paires est très variable chez les insectes terrestres adultes
Dans la plupart des cas, il est de 10 avec deux paires thoraciques et huit abdominales. Chez les insectes dits holopneustiques, tous les stigmates sont ouverts et fonctionnels. Quelques une seulement restent en fonction chez les insectes dits hemipneustiques
Qu'est-ce qu’un stigmate
Sur les cotés du thorax et au niveau de l'abdomen, se trouvent les stigmates (aussi appelées spiracles)
Les stigmates sont de petits trous (0.5mm) situés par paires de chaque côté du corps, que l'insecte peut ouvrir ou fermer à volonté. Ils ont pour but de laisser entrer l'air dans les trachées de l'insecte. Le dispositif d’occlusion de chaque stigmate chez l’insecte leur permet de rester fermées lorsque les échanges gazeux avec l’extérieur n’ont pas lieu. Cela évite à l’eau présente dans le corps de l’insecte de s’évaporer trop rapidement. Arrondis ou ovales, ces orifices peuvent être observables à l'œil nu. Leurs nombre varient en fonction des espèces. Il existe trois types de stigmates
On trouve le premier type, les stigmates simples chez les insectes vivant dans des milieux humides, ils n'ont donc pas besoin de réduire la perte d'eau
Malgré tout, tous les insectes ne vivent pas dans des milieux humides. C'est pourquoi leurs stigmates possèdent en plus des atriums (sorte de vestibule qui assure l'isolation) qui réduisent cet effet de perte, certains ont parfois des replis (appelés plèvres) qui augmentent la surface de l'atrium afin d'augmenter la surface qui récupère l'eau
D'autres insectes ont un dispositif encore plus performant qui permet de réduire la perte d'eau à son maximum, ils sont équipés d'une lèvre pivotante entre l'atrium et la trachée qui l'obstrue et interrompt tout échange avec l'extérieur. Ce type de dispositif est beaucoup plus complexe que l'atrium, puisque ce sont des muscles qui actionnent un levier relié à la lèvre.
La respiration des Insectes
La respiration des Insectes est assurée par des trachées qui constituent un système très perfectionné. Ce sont des invaginations du tégument, cette fois ci de forme tubulaire, elles communiquent à l’extérieur par des les stigmates, à l’intérieur de ces trachées, la cuticule forme, à certains endroit des épaississements en spirale qu’on appelle ténidies, ceci empêche les tube de se déformer et donc de se fermer. Les trachées se ramifient en de nombreuses trachéoles, ces ramifications deviennent de plus en plus fines pour atteindre 3 à 5 μm en fin de ramification. Les dernières ramifications arrivent sur de grosses cellules, de forme étoilée, les cellules trachéolaires. De ces ramifications ce font des prolongements cytoplasmiques, les trachéoles. L’extrémité est aveugle et se termine directement dans les organes, l’oxygène arrive directement dans la cellule, les trachéoles repoussent le cytoplasme des cellules cibles, dans les trachéoles il y a un peu de liquide pour permettre la diffusion des gaz
Chez les arthropodes les moins évoluées, chaque trachée provient d’un métamère, ces trachées sont assez peu ramifiées et sont indépendante les une des autres. Par contre chez les arthropodes les plus évolués les trachées sont reliées les unes aux autres par des connexions transversales et longitudinales, ceci permet la circulation de l’air dans tout le corps. Il existe 3 systèmes
Un système de ramification dorsale qui irrigue les muscles pariétaux et le cœur
Un système latéral irrigant les viscères
Un système ventral qui irrigue la chaine nerveuse et les muscles pariétaux
Plusieurs systèmes protègent le système respiratoire. L’obturation des stigmates par exemple, ils s’ouvrent au niveau d’une chambre qu’on nomme atrium, cet atrium est bordé par un filtre et une valve, qui empêchent l’eau et les particules de rentrer dans les trachées. Ceci est une adaptation réussi chez les Arthropodes terrestres, car empêche les dessiccations et permet la respiration, comme il n’y a pas de transport de gaz, la diffusion est limité par la longueur des trachées. Plus ces trachées sont longues plus l’oxygène diffuse mal, ceci explique pourquoi les Arthropodes terrestres ont une taille limitée. Lorsque l’Insecte mue, il renouvelle son appareil respiratoire. La ventilation met en jeu les contractions des muscles de l’abdomen et du thorax. Chez le criquet Schistocerca sp, la ventilation trachéolaire se déroule de la manière suivante : L’insecte inspire pendant 1/4 de seconde par les stigmates thoraciques et abdominaux 1et 2. Les stigmates 3 à 8 sont fermés. Puis, il dilate son abdomen et ferme les stigmates qui ont permis l’inspiration. Il se déroule alors une phase de compression d’une seconde où la pression interne augmente par suite des contractions musculaires. Finalement, il y a une expiration passive pendant une seconde par les stigmates 3 à 8. Au repos, ce criquet consomme 40 ml d’air par g et par h au repos et 500 ml en vol. Chez les abeilles, la consommation en vol atteint 400 fois celle au repos
La respiration des insectes aquatiques
Les larves utilisant l’O2 dissous dans l’eau
Les Ephémères ou les Odonates, ont des larves qui vivent dans l’eau, en temps que larve ils n’auront pas de stigmate comme à l’état adulte, il y a un système particulier, le système trachéen existe déjà mais les stigmates sont clos, elles possèdent par contre des trachéobranchies, l’oxygène y passe et sera transmit aux trachées. Ce sont des expansions tégumentaires au niveau des trachées localisés différemment en fonction des individus, ces expansions portent aussi des petites trachées, l’eau passe, l’O2 est capté au niveau de la trachéobranchie et est transmit aux trachées Les larves de moustiques respirent de l'air, mais vivent dans l'eau, grâce à une sorte de petit tube qui leur permet de respirer comme à travers un tuba. Leurs trachées sont situées à l'arrière de leur corps
Les Insectes qui utilisent l’oxygène gazeux
Ces Insectes portent des systèmes particuliers, ils sont par contre tous aquatique. Tous les stigmates sont clos sauf la dernière paire abdominale. Ces stigmates s’ouvrent au niveau d’un siphon. Le siphon peut être lié à sa base ou à son extrémité au stigmate, il absorbe l’air et l’achemine vers les trachées. Les larves ont un siphon respiratoire plus ou moins long avec ou non des crochets fixateurs à leurs bases, Les larves se tiennent alors verticalement ou obliquement sous la surface de l’eau. La disposition et la nature des soies, les proportions du siphon, la base du siphon sont utilisés en systématique
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