Rien ne semble intuitif quand on considère la biologie des insectes. On apprenait lors de ma première émission sur le sujet (Emission 364 - La croisière ça mue) que les insectes portent leur squelette à l’extérieur, que cela forme une sorte d’armure quasi impénétrable, la cuticule, dont ils doivent se débarrasser régulièrement pour pouvoir grandir.
"Pour respirer, les insectes font encore leurs intéressants : pas de narines, pas de poumons et surtout, pas de globules rouges. Pour inhaler et exhaler, les insectes exploitent un réseau de tubes qui prolongent la cuticule et qui s’enfonce dans leur corps. Ces tubes portent le nom de trachées et leurs système respiratoire, par extension, est un système trachéen. Chaque trachée d’insecte est composée de chitine, la molécule caractéristique de leur cuticule. Donc non seulement les insectes ont un squelette externe, mais en plus celui-ci leur rentre à l’intérieur du corps sous forme d’une myriade de tubes.
Si on a appelé ces structures des trachées, c’est parce qu’elles ressemblent à nos trachées avec cette forme en tube et ces multiples anneaux sur toute leur longueur. Mais alors que nous ne possédons qu’une trachée, les insectes en possèdent tout un réseau dont les plus grosses débouchent sur l’extérieur par des orifices externes qu’on appelle des stigmates ou encore spiracles. Donc si, chez les insectes, on devait chercher des analogues des orifices de notre système respiratoire (les narines et la bouche), on les trouverait tout le long du corps de nos amis à 6 pattes. En effet, classiquement, il y a une paire de stigmates par segment thoracique et abdominal de l’animal. Donc vous trouverez l’équivalent de 20 narines chez une sauterelle."
En plus, ces branchies sont associées à des muscles et peuvent être battues dans l’eau pour réaliser un courant d’eau et favoriser l’oxygénation:
(L'éphémère ou mouche de mai)
Les adultes perdent systématiquement leurs branchies par contre. Pour l’éphéméroptère, on a déjà vu ce que ça donne dans mon précédent article sur les mues (et attention aux leurres!)
Les larves de chironomes par exemple n’ont pas de trachées et leur respiration se fait entièrement à travers la cuticule. Pour faciliter le transport gazeux à l’intérieur de la larve, elle possède même un pigment respiratoire apparenté à l’hémoglobine et qui lui donne sa couleur rouge:
Le plus malin avec cette technique de la bulle d’air, c’est qu’il y a non seulement des échanges gazeux entre le système respiratoire trachéen de l’insecte et la bulle, mais il y a aussi des échanges gazeux entre la bulle et l’eau de la mare dans laquelle se trouve l’insecte! Et oui, contrairement à nos bouteilles de plongée, la bulle d’air n’est pas étanche et il peut y avoir des échanges gazeux entre l’air de la bulle et l’eau alentour. En temps normal, la quantité de dioxygène dans l’air est en équilibre avec celle trouvée dans l’eau. On dit en langage scientifique rébarbatif que leurs pressions partielles sont égales. Cette stabilité est maintenue par des échanges gazeux partant du milieu avec la pression partielle de dioxygène la plus forte vers le milieu avec la pression partielle de dioxygène la plus faible. Et bien lorsque le dytique respire depuis sa bulle d’air, il fait diminuer la pression partielle de dioxygène dans sa bulle. Le dioxygène dissous dans l’eau autour aura alors tendance à diffuser dans la bulle!
(Diffusion d'oxygène dans la bulle du dytique)
Pratique, non? Bon le truc ballot, c’est que l’air ne contient pas que du dioxygène et que la pression partielle des autres gaz va faire réduire progressivement la taille de la bulle et contraindre le dytique à renouveler sa bulle de temps à autres. C’est quand même pas mal sachant qu’un dytique peut rester plusieurs heures sous l’eau!
Mais bon, le scaphandrier, c’est marrant quelque temps, mais si on veut explorer le milieu aquatique un peu plus en profondeur, mieux vaut faire comme le commandant Cousteau et se munir de réserves d’oxygène portative!
De l’importance de l’oxygène dans le monde vivant…
Podcast Science, émission 386
mercredi 9 octobre 2019
"Cette semaine le jury du prix Nobel a décerné celui de médecine à trois chercheurs qui ont consacré leur travaux à l’adaptation des cellules à la quantité d’oxygène qui leur est disponible.
Et en miroir, heureux hasard, notre Taupo, a aussi décidé de vous en parler. Mais en partant d’une problématique fort différente. Car ce soir nous allons voir ensemble les structures que l’on peut rencontrer chez les insectes pour subvenir à leurs besoins en 0xygène."
Les différentes espèces de bourdons sont plus ou moins vulnérables au changement climatique - De www.science.org - Aujourd'hui, 18:57
Selon une étude présentée la semaine dernière lors de la réunion annuelle de la Society for Integrative and Comparative Biology, la hausse des températures oblige certaines abeilles à respirer rapidement et superficiellement, c'est-à-dire à faire de l'hyperventilation, ce qui leur fait dépenser plus d'énergie et réduit leurs chances de survie.
Étonnant, non? Mais surtout, une transition toute trouvée pour le dernier volet de cette palpitante série où nous aborderons le sujet de la locomotion des hexapodes. Mais en attendant, je vous laisse souffler un peu.
Mais les branchies trachéennes ne se trouvent pas systématiquement sur les flancs de l’insecte et on peut les retrouver par exemple à l’extrémité de l’abdomen des larves de zygoptères (Demoiselles, agrions, qui portent donc des branchies anales au stade larvaire):
(larve de zygoptère avec trois branchies anales)
Les branchies, ce sont les trois ‘plumes’ qui garnissent l’anus de madame (ou monsieur)…
Cette fois-ci, ces branchies ne sont pas pleines de liquides avec de l’hémoglobine mais sont des extensions remplies de trachées! De véritables branchies trachéennes. Donc contrairement aux poissons pour qui les branchies servent à transférer du dioxygène dissous dans l’eau directement dans le sang, toujours à l’état dissous, les larves d’éphémères utilisent leurs branchies pour que le dioxygène dissous dans l’eau se transfère à l’état gazeux dans l’air contenu dans les trachées.
Et puis pour faciliter les échanges gazeux, elle pare la partie terminale de son abdomen de splendides tubules, dernière tendance fashion chez les larves d’insectes… C’est aussi utile puisque les tubules augmentent la surface d’échange entre l’organisme et le milieu extérieur, et de fait la quantité de dioxygène absorbé.
Les hexapodes n’ont pas systématiquement besoin de leur système respiratoire trachéen pour respirer: les collemboles par exemple, sont si petits que l’oxygène diffuse passivement à travers leur cuticule. Et bien certains insectes aquatiques peuvent réaliser la même prouesse sous l’eau, en laissant l’oxygène dissous dans l’eau diffuser passivement à travers leurs téguments pour oxygéner les cellules de leur corps, un peu comme ce que font les grenouilles sous l’eau:
Et puis il y a les insectes vernis qui ont un compartiment dans lequel coincer leur bulle d’air. C’est le cas par exemple des coléoptères qui peuvent stocker une bulle d’air sous leur paire d’ailes antérieures qui sont complètement dures, les élytres. Voyez comme il est beau et fier ce dytique avec sa réserve d’oxygène bien calée sous les élytres:
Ben les insectes n’ont pas attendu le capitaine au bonnet rouge pour plonger avec leurs réserves d’oxygène! Regardez un peu cette Corise qui plonge avec une bulle d’air précautionneusement coincée sous l’abdomen:
(Corise)
Directement en contact avec les stigmates abdominaux, la corise n’a qu’à attendre que sa réserve s’épuise pour capturer une nouvelle bulle d’air à la surface.
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