Respiration trachéenne chez les animaux

La respiration trachéenne est un type de respiration présent chez les invertébrés, en particulier les insectes. Si les animaux sont petits ou ont besoin de peu d'oxygène, celui-ci pénètre dans l'animal par diffusion à travers la peau, c'est-à-dire en faveur du gradient et sans effort de la part de l'animal.

Dans le cas d'insectes plus gros ou plus actifs, comme les insectes volants, l'animal devra se ventiler pour que l'air pénètre dans son corps par les pores ou par les spiracles de la peau qui mènent aux structures appelées trachéoles et de là, aux cellules.

Les pores peuvent soit toujours être ouverts, ou alors peuvent ouvrir certains spiracles du corps en alternant avec d'autres, de sorte que l'air bombe l'abdomen et la poitrine, de façon à ce qu'en comprimant l'air celui-ci sortira et rentrera de nouveau par les spiracles. Même une fois en vol, ils peuvent utiliser ces muscles pour pomper l'air via leurs spiracles.

Dans la suite de cet article, nous aborderons principalement le cas de la respiration trachéenne aquatique, c'est à dire chez les animaux vivant majoritairement dans l'eau.

Le système respiratoire de ces animaux est très développé. Il est composé de tubes qui s'étendent sur tout le corps de l'animal et qui se remplissent d'air. La fin de cette ramification sont les trachéoles, qui distribuent l'oxygène dans les cellules du corps.

L'air atteint le système trachéen grâce aux spiracles, pores qui s'ouvrent à la surface de l'animal. De chaque spiracle est généré un tube qui se ramifie et devient de plus en plus mince jusqu'à atteindre les trachéoles, où a lieu l'échange gazeux.

L’extrémité des trachéoles est pleine de liquide, et ce n'est que lorsque l'animal est le plus actif que le liquide est déplacé par l'air. De plus, ces tubes sont interconnectés et ont des interconnexions longitudinales et transversales, un système plus connu sous le nom d'anastomose.

De même, chez certains insectes on peut remarquer la présence de poches aériennes : ce sont des élargissements de ces tubes qui peuvent occuper une place importante dans le corps de l'animal et qui sont utilisés comme soufflets pour le mouvement de l'air.

Il convient de noter que certains insectes, comme les sauterelles, ont des adaptations spécifiques pour optimiser leur respiration trachéenne. Ces adaptations incluent des valves spiraculaires qui aident à réguler l'entrée et la sortie de l'air, minimisant ainsi la perte d'eau. Ces mécanismes sont d'une importance cruciale pour la survie dans des environnements arides.

Intéressons nous maintenant à un aspect particulier de la respiration trachéenne. La respiration avec ce type de système est discontinue. Les animaux ont des spiracles fermés, de sorte que l'air qui va circuler dans le système trachéen est celui qui va être concerné par l'échange gazeux. La quantité d'oxygène contenue dans le corps de l'animal diminue et, au contraire, la quantité de dioxyde de carbone augmente.

Ensuite, les spiracles commencent à s'ouvrir et à se refermer continuellement, provoquant une fluctuation d'où s'échappe du dioxyde de carbone. Après cette période, les spiracles s'ouvrent et tout le dioxyde de carbone sort, reconstituant ainsi les niveaux d'oxygène.

De plus, il est intéressant de noter que la régulation de l'ouverture des spiracles est souvent synchronisée avec les besoins métaboliques de l'animal. Par exemple, lors d'une activité physique intense, les spiracles s'ouvrent plus fréquemment pour permettre un apport accru en oxygène, tandis qu'en période de repos, ils restent fermés plus longtemps pour conserver l'humidité corporelle et éviter une perte excessive d'eau. Cette capacité à ajuster la respiration en fonction de l'activité est essentielle pour la survie et l'efficacité énergétique des insectes.

Un insecte qui vit dans l'eau ne peut pas ouvrir ses spiracles inférieurs sinon son corps se remplirait d'eau et il mourrait. Il existe différentes structures qui permettent l'échange de gaz :

Trachéobranchies

Ce sont des branchies qui fonctionnent de la même façon que celles des poissons. L'eau entre et seul l'oxygène qu'elle contient passe dans le système trachéen qui distribuera l'oxygène à toutes les cellules. Ces branchies se trouvent dans la zone externe interne du corps, dans la partie postérieure de l'abdomen.

Spiracles fonctionnels

Ce sont des spiracles qui peuvent s'ouvrir ou se fermer. Dans le cas des larves de moustiques, elles mettent la dernière partie de leur abdomen hors de l'eau, ouvrent les spiracles pour aspirer l'air puis retournent dans l'eau.

Bulles branchiales

Il en existe deux types :

• Compressible : l'animal remonte à la surface et ramasse une bulle d'air. Cette bulle agit comme une trachée, elle peut prendre l'oxygène de l'eau à travers cette bulle. L'animal produira du dioxyde de carbone, mais il peut facilement passer dans l'eau. Si l'animal nage trop ou plonge trop en profondeur, la bulle, sous l'effet d'une pression plus importante, deviendra de plus en plus petite, l'animal devra alors remonter à la surface pour prendre une nouvelle bulle.

• Incompressible ou plastronale : cette bulle ne va pas changer de taille, donc elle peut être indéfinie. Le mécanisme est le même, sauf qu'ici l'animal dispose de millions de poils hydrophobes contenus sur une très petite partie de son corps, ce qui fait que la bulle reste enfermée dans la structure et de ce fait, ne diminuera jamais.

À cet égard, certaines espèces aquatiques ont développé des structures spéciales appelées siphons. Ces tubes respiratoires permettent aux insectes de capturer de l'air à la surface de l'eau tout en restant immergés. Un exemple classique est celui des larves de moustiques qui utilisent un siphon pour tirer de l'air depuis la surface, assurant ainsi un apport constant en oxygène. Les siphons sont souvent équipés de mécanismes pour empêcher l'eau de pénétrer, garantissant ainsi une respiration efficace même dans des environnements aquatiques complexes.

L'un de ces animaux qui est le plus facilement observable dans la nature est le gyrin nageur (Gyrinus natator). Ce petit scarabée aquatique respire à travers une bulle branchiale.

Les éphéméroptères, ou éphémères, également aquatiques, au stade larvaire et juvénile, respirent via des trachéobranchies. Lorsqu'ils atteignent l'âge adulte, ils quittent l'eau, perdent donc leurs branchies et passent à un système respiratoire trachéen aérien. Il en va de même pour les animaux tels que les moustiques et les libellules.

Les sauterelles, les fourmis, les abeilles ou les guêpes, comme de nombreux autres insectes terrestres, ont une respiration trachéale aérienne tout au long de leur vie.

Il est également intéressant de noter que le coléoptère aquatique Dytiscus marginalis utilise une combinaison de bulles d'air et de siphons pour respirer sous l'eau. Ce mécanisme ingénieux permet à cet insecte de rester immergé pendant de longues périodes tout en ayant accès à l'oxygène nécessaire pour ses activités métaboliques.

Imagen: Gyrinus natator

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