Почему насекомые дышат через раз
В 2005 году энтомологи обнаружили, что куколки бабочки дышат с перерывами. Вне зависимости от содержания кислорода в воздухе его уровень в тканях куколки оставался низким. Тогда исследователи предположили, что перерывы в дыхании связаны с тем, что насекомое хочет обезопасить себя от окислительного стресса: в период метаморфоза уровень метаболизма не слишком высок, и вредные окислители не успевают своевременно ликвидироваться.
Чтобы проверить эту гипотезу, учёные из Университета Аделаиды (Австралия), решили посмотреть, как дышат взрослые насекомые, и выбрали для этого саранчу. Дыхательная система насекомых представляет сеть трахей, пронизывающих всё тело и открывающихся наружу отверстиями - дыхальцами. Несмотря на кажущуюся простоту, такая система воздухоснабжения необычайно эффективна; она позволяет насекомым ускорять свой обмен веществ от 40 до 100 раз. Учёные вживили в трахеи саранчи оптоволоконные электроды, которые сообщали об уровне кислорода в теле насекомого.
Результаты эксперимента заставили его авторов усомниться в том, что "прерывистое дыхание" нужно насекомым для снижения уровня кислородных радикалов. Взрослая саранча тоже дышала с перерывами, но, как пишут исследователи в журнале Biology Letters, кислород в организме насекомого ни разу не падал до того уровня, который необходим для снижения окислительного стресса. Решающим фактором здесь было количество углекислого газа. Куколки бабочек могли переносить большую концентрацию углекислого газа внутри себя, из-за чего и уровень кислорода падает у них до необычайно низкого значения. Взрослой саранче, чтобы вывести СО2 из организма, приходится чаще открывать дыхальца, поэтому уровень кислорода у неё остаётся относительно высоким.
Но всё это не даёт ответа на вопрос, почему насекомые дышат через раз. По одной из версий, это помогает экономить влагу тем, кто живёт в засушливых местах. Но и насекомые из влажных тропических лесов поступают точно так же: на какое-то время закрывают дыхальца, перекрывая себе газообмен. Единственное объяснение, предлагаемое авторами исследования, таково: паузы в работе дыхательной системы соответствуют паузам в работе мозга. Известно, что похожий феномен наблюдали у тараканов, когда у них перекрывали пути сообщения между мозгом и трахеями. Возможно, насекомые во время периодов отдыха и сна просто дают возможность мозгу отдохнуть ещё и от контроля над дыхательной системой.