昆虫和人类一样，需要氧气才能生存并产生二氧化碳作为废物。然而，这就是昆虫和人类呼吸系统之间的相似性基本结束的地方。昆虫没有肺，也不像人类那样通过循环系统输送氧气。取而代之的是，昆虫的呼吸系统依靠一种简单的气体交换，使昆虫的身体沐浴在氧气中并排出二氧化碳废物。

昆虫呼吸系统

对于昆虫来说，空气通过一系列称为呼吸孔的外部开口进入呼吸系统。这些气门在某些昆虫中起着肌肉瓣膜的作用，它们通向内部呼吸系统，该系统由一系列称为气管的密集网络管组成。

为了简化昆虫呼吸系统的概念，把它想象成海绵。海绵上有小孔，可以让里面的水湿润它。类似地，呼吸孔允许空气进入内部气管系统，用氧气浸泡昆虫的组织。二氧化碳是一种代谢废物，通过呼吸孔排出体外。​

昆虫如何控制呼吸？

昆虫可以在一定程度上控制呼吸。它们能够通过肌肉收缩来打开和关闭呼吸。例如，生活在沙漠环境中的昆虫可以保持呼吸阀关闭以防止水分流失。这是通过收缩气门周围的肌肉来实现的。为了打开呼吸孔，肌肉放松。

昆虫还可以通过抽动肌肉迫使空气进入气管，从而加速氧气的输送。在高温或压力的情况下，昆虫甚至可以通过交替打开不同的呼吸孔和使用肌肉来扩张或收缩身体来排出空气。但是，无法控制气体扩散或用空气淹没内腔的速率。由于这一限制，只要昆虫继续通过呼吸孔和气管系统进行呼吸，就进化而言，它们不太可能比现在大很多。

水生昆虫如何呼吸？

虽然空气中有大量的氧气（百万分之200000），但水中的氧气含量要低得多（在凉爽的流动水中为百万分之15）。尽管存在这种呼吸挑战，但许多昆虫至少在生命周期的某些阶段生活在水中。

水生昆虫在水中如何获得所需的氧气？为了增加它们在水中的吸氧量，除了最小的水生昆虫外，所有的昆虫都采用了创新的结构，如鳃系统和类似于人类通气管和潜水器的结构来吸进氧气和排出二氧化碳。

有鳃的昆虫

许多水栖昆虫有气管鳃，这是它们身体的分层延伸，使它们能够从水中吸收更多的氧气。这些鳃通常位于腹部，但在一些昆虫中，它们被发现在奇怪和意想不到的地方。例如，一些石蝇的肛门鳃看起来像一簇从其后端延伸出来的细丝。蜻蜓若虫的直肠内有鳃。

血红蛋白能捕获氧气

血红蛋白能促进从水中捕获氧分子。摇蚊科和其他一些昆虫类群的不咬人的蠓幼虫拥有血红蛋白，这与脊椎动物非常相似。摇蚊幼虫通常被称为血虫，因为血红蛋白使其具有鲜红色。血虫能在氧气含量极低的水中繁殖。通过在湖泊和池塘的泥泞底部摆动身体，血虫能够用氧气饱和血红蛋白。当它们停止移动时，血红蛋白释放氧气，使它们能够在污染最严重的水环境中呼吸。这种备用氧气供应可能只持续几分钟，但通常足够长的时间让昆虫移动到含氧更多的水中。

通气管系统

一些水生昆虫，如鼠尾蛆，通过类似于通气管的结构与表面的空气保持联系。一些昆虫已经改变了可以穿透水生植物水下部分的气孔，并从其根或茎内的空气通道中获取氧气。

潜水

某些水生甲虫和真虫子可以携带一个暂时的气泡潜水，就像潜水者携带一个气罐一样。另一些，如条纹甲虫，在它们的身体周围保持一层永久的空气膜。这些水生昆虫受到网状毛发网的保护，这些毛发网可以防水，为它们提供持续的空气供应，从中吸氧。这种被称为plastron的空域结构使它们能够永久地淹没在水下。

来源

古兰，P.J.和克兰斯顿，P.S.“昆虫：昆虫学概要，第三版”，威利·布莱克威尔，2004年

《北美水生昆虫概论》，肯德尔/亨特出版社，1978年

水生昆虫的呼吸作用〉，北卡罗来纳州立大学昆虫学系（2015年）。