對某些人來說，昆蟲可能他們避之唯恐不及的可怕小生物，但這些小小昆蟲的身軀中，有著出乎意料精巧的呼吸系統喔！
假如跑去街訪問問題：「動物是怎麼呼吸的呢？」會收到什麼答案呢？
有些比較直觀的小朋友可能會直接了當的回答：「用鼻子和嘴巴！」。
有些很厲害的的人可能會回答：「透過氣體交換，肺和心臟能夠透過循環系統……」完美描述了整套呼吸循環系統。
對動物更了解的人可能會回答：「人是用肺、魚是用鰓，兩生類則是小時候用鰓，長大用肺……」一類一類動物分開討論，不同種類的動物呼吸方式是不一樣的。
不過多數人常常都漏掉了一種類群：昆蟲。
嘿，屬於動物界的昆蟲當然算是動物囉！而且昆蟲綱 (Insecta) 還是動物界中物種數量最多的一個綱呢！圖／GIPHY
昆蟲的鼻子在哪裡？先從構造說起
你可能會有點沒印象，到底昆蟲是用什麼器官在呼吸的。是肺嗎？好像也不是，而且昆蟲好像沒有鼻子。
告訴你，昆蟲其實也沒有肺喔！牠們是透過所謂的「氣管系統」(tracheal system) 來進行全身的呼吸及氣體交換。
圖中藍色的部分就是昆蟲的呼吸系統喔！圖／Wikipedia common
昆蟲的呼吸系統由氣管 (trachea)、小氣管 (tracheole)、氣門 (spiracle) 還有氣囊 (air sacs) 所組成。所有的空氣都是透過位於外骨骼上的氣門來進出昆蟲的身體，通常都會出現在昆蟲的腹部或側面喔！空氣從氣門進去後，透過氣管不斷分支，最後傳到小氣管，其分支末梢就散佈在體細胞間，而氧氣跟二氧化碳就能透過擴散作用達到氣體交換。
再複雜一點的版本，也就是這些氣體進到微氣管的分支後，微氣管潮濕的表面就能讓氧氣更好的進行擴散作用。氧氣擴散進一旁的體細胞膜後，就能被細胞所使用，而二氧化碳也是如此從體細胞排出的。
和人類不同的是，昆蟲的血液循環系統和呼吸系統是不互相影響的。人類透過心臟將經過肺的充氧血打到全身，來使全身細胞獲得氧氣；昆蟲則是全身的細胞都直接與小氣管相連，因此昆蟲沒有進行氣體交換的肺部。
不過這種呼吸方式，其實對於長距離的氣體運輸效率較低，所以這也是大部分昆蟲體積不大的原因之一。
所以說，要回答昆蟲到底是用哪裡呼吸，從外骨骼的氣門，到遍布全身的大小氣管，我們可以說，昆蟲們可是用了全身在呼吸呢！
自由開關的氣門
不過你可能會想，所以昆蟲都一直是靠著被動的氣體運輸來維持呼吸的嗎？難道所有的昆蟲都只會呆呆的等空氣自己送進身體裡來嗎？其實也不是這麼回事喔。許多昆蟲的氣門都能透過收縮肌肉關閉，也能透過舒張肌肉使氣門放鬆打開。而氣門的開閉，通常透過中樞神經系統來控制，不過也能被氣門四周細胞中的化學成分所調控。同時，氣門的開關也能調節水分的散失。
昆蟲的呼吸循環示意圖。圖／Eleanor Lutz
不過你可能沒想到，氣門還能拿來吹口哨呢！有些蛾類的幼蟲就能透過開關特定的氣門，再收縮排氣，讓自己的身體像笛子一樣吹出聲音來呢，被推測可能牠遭受獵食時威嚇天敵的手段。
- 延伸閱讀：吹口哨的毛毛蟲
雖說是這樣，但氣門同時也成為了某些昆蟲的一大罩門……
相信很多人都有聽過，肥皂水能夠將許多人恨得牙癢癢的蟑螂輕鬆消滅。這是因為肥皂或清潔劑都屬於界面活性劑，能溶解蟑螂身上的蠟質與油脂，溶解的蠟質和油脂會把氣門堵住，造成蟑螂因無法呼吸窒息而死囉！
由此可見，氣門真的對昆蟲來說十分重要呢！
讓氣管彎曲收縮又不變形的「螺旋帶」
接著，就讓我來說說昆蟲的呼吸系統中比較特殊的構造吧！
過去，科學家認為昆蟲的氣管都像是一條條水管一樣硬邦邦的管子，且認為所有昆蟲都是透過被動擴散作用來呼吸。但實際上，科學家後來才利用 X 光顯微鏡，發現昆蟲的氣管能收縮，而且並不是硬硬的，而且還會藉由收縮肌肉來主動呼吸喔！
- 延伸閱讀：昆蟲如何呼吸？—— X 光顯微鏡之應用
既然氣管不是硬硬的，而且能透過主動收縮來呼吸，這樣氣管難道不會因為壓力的問題而變形嗎？
嘿，別擔心，小小的昆蟲體內可是很精巧的！實際上，昆蟲的氣管內皮細胞內側都圍繞著一層名叫螺旋帶 (Taenidia) 的環狀構造，又薄又堅固，使氣管不會塌陷扭曲，且同時可以幫助氣管適當彎曲伸展。
美洲家蠊 (Periplaneta americana) 的 Taenidia 示意圖。實際上每種昆蟲的 Taenidia 型態都不太一樣，甚至是同種昆蟲自己體內就可能有不同型態呢！ 圖／參考資料 1
儲存空氣與預備空間：氣囊
最後，你若是再仔細看看上面的昆蟲的呼吸循環示意圖，你會發現有一個個像是氣球一樣的袋子我們還沒提到呢！這個隨著氧氣與二氧化碳的進出放大縮小的袋子，其實就是所謂的「氣囊」。
氣囊不是每種昆蟲都有，但氣囊真的就是個像氣球一樣的構造，與氣管分支們相連接，能夠透過關閉氣門來儲存空氣，而且氣囊是氣管系統中少數沒有螺旋帶的區域，可以很大幅度的折疊伸縮。
當昆蟲處在一個蒸發量高的環境，昆蟲就能將空氣儲存在氣囊，再透過關閉氣門來達到防止水分散失。若是昆蟲在水下環境，那氣囊可就更厲害囉，除了能讓昆蟲在水下呼吸之外，還能夠根據氣囊大小來調整浮力呢！
同時，氣囊也參與了昆蟲們的「蟲生」中，一段非常重要的歷程──蛻皮 (Molt)！
由於昆蟲是靠外骨骼支撐，所以為了長大，就得要將「小舊皮」換成「大新皮」，才能容納自己逐漸成蟲的身體，這種現象我們就稱為「蛻皮」。
不過在還沒蛻皮之前，昆蟲的身體已經逐漸長大，那些塞不下的體積都去哪了呢？實際上，氣囊就給牠們提供了很好的緩衝空間喔！藉由壓縮氣囊騰出空間讓器官成長，同時，當蛻皮結束時，昆蟲就將他們的氣囊盡可能的撐大，讓新長成的外骨骼更大，於是昆蟲就能靠著氣囊與蛻皮不斷的長大啦！
蛻皮是擁有外骨骼的生物長大必經的步驟。圖為《海綿寶寶》中的蟹老闆，牠並不是昆蟲，但甲殼類長大也需要蛻皮。圖／GIPHY
看來，昆蟲的呼吸系統不只有呼吸相關，還與成長息息相關啊！是不是很令人印象深刻呢？
下次若是再有人問你動物是怎麼呼吸的，可別忘記昆蟲啦！這時，你就能向他們介紹昆蟲精妙小巧的氣管系統啦！
參考資料
- Matthew R Webster, John J. Socha, Luciano Teresi, Paola Nardinocchi, Raffaella De Vita less (2015).Structure of tracheae and the functional implications for collapse in the American cockroach. Bioinspir. Biomim. 10 066011
- 嘎嘎昆蟲網—昆蟲為什麼要蛻皮？
- Wikipedia – Respiratory system of insects
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