Respiração em Insetos

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RESPIRAÇÃO EM INSETOS
Denominamos trocas gasosas o processo pelo qual os animais assimilam
oxigênio (O2) de seu ambiente e liberam dióxido de carbono (CO2). A respiração
propriamente dita diz respeito ao processo metabólico de produção de energia (ATP –
adenosina trifosfato) que ocorre no interior das células e utiliza, entre outros, o O2
como aceptor de elétrons, liberando CO2 como resíduo metabólico. Em quase todos os
organismos vivos, independentemente das estruturas envolvidas, a estratégia básica
do sistema de trocas gasosas é levar o O2 para perto dos líquidos corporais, de modo
que estes estejam separados apenas por uma fina membrana úmida, através da qual
os gases irão se difundir. As demandas de oxigênio de um organismo, bem como o
volume de dióxido de carbono por ele produzido, são proporcionais a sua massa
corporal e à intensidade da atividade por ele realizada. Já as trocas gasosas, em termos
de volume da difusão, variam proporcionalmente à área de contato com o meio.
O Filo Arthropoda compõe o maior grupo de animais invertebrados. Sua
principal característica é a presença de patas articuladas, que conferem o nome ao
grupo (arthron = articulação + podos = pés). Dentro desse filo, encontramos o subfilo
Hexapoda, que compreende a Classe Insecta e outros três grupos relacionados:
Collembola, Protura e Diplura. A diversidade e abundância dos insetos supera a de
qualquer outro grupo conhecido. Além disso, os insetos também são fundamentais
para o equilíbrio dos ecossistemas, participando de diversos processos ecológicos.
Devido a sua grande biomassa, o grupo desempenha um papel fundamental nas teias
alimentares e nos processos de decomposição e polinização, entre outros.
A Classe Insecta tem uma grande capacidade de adaptação, que lhe permite
sobreviver em todos os hábitats – terrestre, aéreo, aquático (salgado e dulcícola).
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Apesar disso, apresenta um plano corpóreo bem-definido, composto de cabeça, tórax
(com três segmentos) e abdome (com 11 segmentos). Na cabeça, estão um par de
antenas e três conjuntos de peças bucais (mandíbulas, maxilas e lábio); no tórax, estão
três pares de pernas, uma em cada segmento, e um ou dois pares de asas também
podem estar presentes.
Figura 1 – Anatomia básica de um inseto. Fonte: Shutterstock.
Juntamente com os aracnídeos, os insetos são o grupo de artrópodes mais
bem-sucedido no ambiente terrestre, podendo viver em virtualmente qualquer
ecossistema. Para que isso acontecesse, porém, alguns desafios precisaram ser
superados. Um deles foi reduzir a possibilidade de dessecação. Entre as adaptações
desenvolvidas pelos insetos terrestres para evitar a perda de água, está a presença de
uma camada de cera sobre a cutícula. Essa camada, no entanto, impede que as trocas
gasosas ocorram por difusão, pela parede do corpo, pois impermeabiliza a superfície
deste. Em espécies menores, como os Collembola, por exemplo, as trocas gasosas
ainda podem ser realizadas por difusão, através da superfície corporal. Porém, em
animais maiores, um sistema de tubos se desenvolveu, a fim de permitir a realização
das trocas gasosas.
As trocas gasosas em insetos terrestres são realizadas por um sistema traqueal,
semelhante ao encontrado em aracnídeos, porém sem ser homólogo a este. Nos
insetos, o sistema traqueal é composto por espiráculos, traqueias e traquéolas. As
Cabeça Tórax
Abdome
Antenas
Espiráculos
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traqueias são uma série de túbulos finos, que se originam a partir de invaginações da
cutícula e se desenvolvem direcionados para o interior do corpo do animal, onde se
ramificam em túbulos ainda mais finos (0,2 a 1,0µm Ø), denominados traquéolas. As
traquéolas penetram a hemocele ou estão embebidas nos tecidos do animal, atingindo
a membrana plasmática de todas as células de seu corpo. Isso permite que as trocas
gasosas (O2 e CO2) ocorram diretamente entre as traquéolas e as células corporais
(Figura 2).
Cada traqueia se comunica com o exterior através de poros no exoesqueleto,
denominados espiráculos. Cada animal pode apresentar até 10 pares de espiráculos,
distribuídos nas paredes pleurais dos segmentos torácicos e abdominais de seu corpo.
Cada um desses espiráculos fica dentro de um átrio, cujas paredes são revestidas com
cerdas ou espinhos (tricomas), que filtram o ar ambiente, evitando a entrada de poeira,
detritos e parasitas nos tubos traqueais.
Os túbulos que formam as traqueias são elásticos, podendo se estender ou
contrair para acompanhar os movimentos do corpo do animal. Eles têm um fino
revestimento de quitina, derivado da cutícula, e são fortalecidos por anéis
denominados tenídias, que têm como função impedir o colapso desses tubos. Cada
traqueia que se origina de um espiráculo geralmente sofre anastomose e se
interconecta de modo transversal e longitudinal com outras, formando uma rede
altamente ramificada, que penetra a maior parte do corpo do inseto, permitindo a
oxigenação de todos os tecidos em nível celular (Figura 2).
Uma vez que são invaginações da cutícula, todo o revestimento das traqueias é
trocado por ocasião de cada muda (ecdise). As traquéolas, no entanto, não
apresentam revestimento de quitina nem tenídios, e sua porção final é preenchida por
líquido. O revestimento dessa porção das traqueias não é trocado durante os eventos
de muda.
Alguns insetos também podem apresentar bolsas traqueais, que são uma
porção mais alargada da traqueia com função de armazenar o ar. Essa reserva de ar
pode ser usada para conservar água em espécies terrestres que vivem em ambientes
secos, em que os animais precisam fechar os espiráculos por algum período. Nas
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espécies aquáticas, essa reserva de ar é utilizada como forma de regular a
flutuabilidade, enquanto os insetos estão submersos e necessitam fechar seus
espiráculos, ou, ainda, durante os eventos de muda, quando esses sacos se enchem de
ar e aumentam de tamanho à medida que o inseto deixa seu exoesqueleto antigo e o
novo se estabelece. Entre as mudas, os sacos de ar fornecem espaço para um novo
crescimento, reduzindo seu volume à medida que os órgãos internos se expandem.
COMO OCORRE A RESPIRAÇÃO TRAQUEAL?
As trocas gasosas no sistema traqueal ocorrem por um sistema de fluxo
contínuo, em que o ar atmosférico entra no corpo do animal através dos espiráculos
torácicos e segue pelas traqueias até atingir as traquéolas. As traquéolas penetram
todos os órgãos do corpo, e a troca gasosa ocorre diretamente entre as células
corporais e elas, por difusão simples, sem a participação da hemolinfa (sangue). Após,
CO2 é liberado através dos espiráculos abdominais.
Nesse processo, não há qualquer tipo de interação entre os sistemas
circulatório e respiratório. Isso difere significativamente do que ocorre, por exemplo,
em vertebrados, nos quais o sistema circulatório realiza o transporte dos gases até o
local onde as trocas gasosas ocorrem.
O controle da respiração em insetos é muscular e se encontra sob o comando
do sistema nervoso central. Uma valva muscular ou outro dispositivo de fechamento
está, quase sempre, associada aos espiráculos, permitindo que osinsetos controlem
sua respiração, abrindo e fechando os espiráculos, por meio de contrações musculares.
Esse controle respiratório é importante, principalmente para espécies que vivem em
ambientes secos, pois evita a perda de água.
Os insetos de maior porte, em especial aqueles que voam, geralmente
necessitam de uma ventilação maior no sistema traqueal. Eles conseguem fazer isso
abrindo alguns de seus espiráculos e fechando outros, enquanto expandem e
contraem alternadamente seus músculos abdominais. Contudo, apesar do aumento na
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ventilação, a taxa de difusão dos gases é limitada pelo diâmetro mínimo das traquéolas.
Essa limitação nas taxas de difusão de O2, associada ao peso do exoesqueleto, é
apontada como um dos principais fatores que restringem o tamanho corporal dos
insetos, impedindo-os de serem extremamente grandes.
VARIAÇÕES SOBRE O SISTEMA TRAQUEAL
Nos insetos aquáticos, é praticamente impossível manter os espiráculos
traqueais abertos, sem que o corpo seja inundado pela água circundante. Assim, as
espécies de insetos aquáticos, que são aqueles que passam, ao menos, uma parte de
seu ciclo de vida nesse ambiente, desenvolveram adaptações para realizar suas trocas
gasosas. Alguns desenvolveram estruturas que trabalham em conjunto com a
respiração traqueal.
Nas espécies menores, como visto anteriormente, os espiráculos não são
funcionais e as trocas gasosas são realizadas por difusão simples, com os gases
passando diretamente através da parede do corpo para o interior das traqueias.
Nas espécies maiores, a maioria das larvas tem brânquias, semelhantes às dos
crustáceos, que retiram o O2 da água por meio de um sistema de conta-corrente, e o
levam, através de canais, até o interior do sistema traqueal principal. Essas brânquias
podem ser encontradas em diferentes partes do corpo dos insetos.
Já os Chironomidae podem apresentar hemoglobina, um pigmento respiratório
que auxilia na captação do O2 em ambientes onde este esteja em baixa concentração.
Nas espécies aquáticas com espiráculos funcionais, como as larvas de moscas e
mosquitos, por exemplo, existe um sistema de sifão que capta o O2 na superfície da
água ou de plantas submersas. Essas larvas levantam a parte final do abdome da água,
abrem os espiráculos, respiram e voltam para a água.
Outras espécies utilizam uma “brânquia física”. O animal sobe até a superfície e
pega uma bolha de ar, que irá atuar como uma traqueia. É por meio dessa bolha que o
inseto vai retirar o O2 da água e entregar o CO2que produziu.
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Por fim, algumas espécies têm um plastrão, que é um sistema de pelos
hidrofóbicos, chamados hidrófugos, posicionado na entrada dos espiráculos, que cria
uma espécie de bolha de ar que mantém a água afastada da abertura do sistema.
Assim, o espiráculo fica permanentemente em contato com a bolha de ar e a água não
penetra o sistema.
Figura 2 – Estrutura do sistema respiratório traqueal de insetos. Fonte: Adaptada de Pechenick (2016).
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRUSCA, R. C.; BRUSCA, G. J. Invertebrados. 3. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan,
2007.
PECHENICK, J. A. Biologia dos invertebrados. 7. ed. Porto Alegre: AMGH, 2016.
RUPPERT, E. E.; FOX, R. S.; BARNES, R. D. Zoologia dos invertebrados. 7. ed. São Paulo:
Roca, 2005.
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