Respiración De Escarabajos Altamente Compleja, Halla Un Estudio

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Aparato de respiración complejo encontrado en escarabajos de tierra.

Los rayos X que efectivamente quitan la cubierta exterior opaca de los escarabajos han revelado que los insectos tienen un aparato respiratorio más complejo en el trabajo de lo que se sospechaba anteriormente.
A pesar de su tamaño corporal relativamente pequeño, los insectos necesitan más que un simple sistema mini-respiratorio para aspirar el oxígeno suficiente para llevar a cabo procesos básicos, como por ejemplo, escabullirse.
Los resultados de un estudio reciente revelan que, en lugar de que el aire fluya de manera pasiva hacia adentro y hacia afuera, el inflado y desinflado de los tubos traqueales ayuda a que el oxígeno pase a través de los cuerpos de los escarabajos de tierra.
"Estos tubos se están comprimiendo de manera rítmica, y en esta especie ocurre en el transcurso de un segundo", dijo el investigador Jake Socha, del Laboratorio Nacional de Argonne en Illinois. Socha presentó la investigación en una reunión de la Sociedad Fisiológica Americana (APS) en Washington, DC el mes pasado.
La "compresión traqueal", análoga a la respiración en humanos y otros vertebrados, puede ser coreografiada por una bomba muscular que la investigación sugiere.
Transporte aéreo
Los escarabajos respiran de una manera que ya es bastante sofisticada, utilizando hasta 18 pequeñas aberturas, llamadas espiráculos, que salpican la parte media y trasera de sus cuerpos. Cuando los poros se abren, el aire rico en oxígeno puede difundirse en tubos traqueales conectados a los orificios. Luego, el oxígeno se transporta a través de miles de tubos interconectados y ramificados y se descarga en las células. El producto de desecho, el dióxido de carbono, luego viaja a través de los tubos y sale por los orificios.
"Hay un problema fundamental con el diseño del sistema de intercambio de gas, y este es un problema de escala", dijo Socha.
Lo que quiere decir es que a medida que un animal crece, su volumen aumenta más que su área superficial, y lo mismo se aplica a sus células. Las moléculas de gas penetran en las células a través de la superficie, por lo que el tamaño de esta "entrada" afecta directamente la cantidad de oxígeno que puede entrar y salir.
"Si observas una sola célula, a medida que la célula se hace más grande, la difusión no funcionará para llevar oxígeno a la célula, ya que la difusión solo llega a cierta distancia", dijo Scott Kirkton, de Union College en Nueva York. Kirkton estudia la respiración de los insectos, pero no participó en este estudio de escarabajos.
Este movimiento aleatorio de moléculas de oxígeno, llamado difusión, solo puede transportar el aire entrante hasta el momento y, luego, depende de los procesos mecánicos recuperar la holgura. "A medida que la relación entre el área de la superficie y el volumen se hace más pequeña, no podrá recibir [oxígeno]. Debe tener alguna otra forma de transportarlo", dijo Kirkton. WordsSideKick.com.
Estudios recientes han demostrado que los insectos, incluidos los escarabajos, las libélulas y las cucarachas, emplean movimientos activos del cuerpo para garantizar una respiración óptima. Algunos bombean sus alas para evitar el aire dentro y fuera de sus cuerpos, mientras que otros aprietan sus vientres para extraer el oxígeno necesario. Todos los mecanismos caen bajo el paraguas de la convección, o movimiento masivo de aire.
"La respiración [de insectos] es mucho más parecida a nosotros de lo que la gente pensaba originalmente. Tienen un componente convectivo como nosotros, y tienen un componente difusivo como nosotros", dijo Kirkton.

Visión de rayos X

Hasta ahora, el funcionamiento interno de los insectos, desde libélulas hasta diminutos escarabajos, ha estado fuera del alcance de los ojos humanos. "Principalmente porque los insectos son opacos, no se puede ver qué pasa con estos tubos", dijo Socha.
Una técnica que se basa en haces de rayos X de alta potencia ha permitido a científicos como Socha una visión desde abajo de los escarabajos que viven y respiran.
En el estudio reciente, Socha y sus colegas recolectaron escarabajos de tierra de un bosque local y los grabaron en una pequeña montura. Luego, colocaron a los escarabajos en un punto en un acelerador de partículas circular llamado Advanced Photon Source en el Laboratorio Nacional de Argonne. El acelerador acelera los electrones a cerca de la velocidad de la luz, un proceso que genera rayos X que son mil millones de veces más potentes que los utilizados en los hospitales.
El resultado fue un video que muestra "contornos de lápiz" de los tubos de respiración delgados como un cabello. Los diminutos tubos se apretaron y se soltaron en un patrón de ondulaciones que comenzaron en un ciclo perfectamente cronometrado. "Entonces, en un segundo tienes una deflación y luego una rápida inflación. Parece que está sucediendo en todas partes a la vez", dijo Socha.
Notaron un patrón extraño de pequeñas hendiduras a lo largo de cada tubo cuando el animal inhalaba y exhalaba. "Estas compresiones parecen ser estos hoyuelos con forma de balón de fútbol que están siendo introducidos en los tubos traqueales", dijo Socha.
Los científicos no están seguros de cómo exactamente estas compresiones están ayudando al escarabajo. "La expulsión puede acelerar el flujo de aire fresco hacia adentro, ayudando al intercambio de oxígeno", explicó Socha. Otra idea es que al mover el dióxido de carbono más rápido, los espiráculos se abrirían solo por un corto tiempo, lo que disminuiría la pérdida de agua de los poros. "O simplemente puede mover el aire dentro del cuerpo", dijo Socha.
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