El sistema respiratorio de la cucaracha gigante de Madagascar crea un flujo de aire de una vía usando válvulas y bombeo activo.
Introducción
La cucaracha gigante de Madagascar (Gromphadorhina portentosa ) es un insecto grande y activo. Durante periodos de actividad, su metabolismo rápido hace que sus tejidos utilicen mucho oxígeno y produzcan mucho dióxido de carbono. El proceso pasivo de difusión no es suficiente para mover estos gases entre el ambiente y el sistema respiratorio de la cucaracha, por lo que el insecto utiliza ventilación activa para bombear aire hacia dentro y fuera de su cuerpo.
La estrategia
En todos los insectos, el sistema respiratorio consiste de una red de bifurcación de tubos, llamada tráquea, que se desarrolla a partir de pliegues en el exoesqueleto del insecto. Estos tubos conectan los tejidos internos del insecto (el metabolismo) con el aire de afuera por medio de poros. Estos poros se llaman espiráculos y cubren ambos lados del tórax (parte media) y abdomen (parte posterior) del insecto. Unas válvulas, controladas por los músculos, permiten que estos poros se abran y se cierren.
En la cucaracha gigante de Madagascar, los poros torácicos y abdominales aparecen abrir y cerrarse a distintos intervalos para crear un flujo de aire casi de una vía a través del sistema respiratorio, desde adelante hacia atrás. Esto contrasta con el flujo de aire de dos vías que existe en los pulmones mamíferos, en donde el aire entra y sale por los mismos tubos.
Los puntos negros en la espalda de esta cucaracha son orificios del sistema respiratorio (espiráculos).
Esta es una vista maximizada de los espiráculos y las válvulas en un grillo.
Para que la cucaracha gigante pueda inhalar, los poros del abdomen se cierran y el abdomen se expande, lo que tira aire rico en oxígeno hacia adentro a través de los poros torácicos. Este aire viaja a través de los tubos respiratorios hasta los tejidos del insecto. El oxígeno es absorbido, y el dióxido de carbono es expulsado.
Para exhalar y eliminar el dióxido de carbono, los poros abdominales se abren y el abdomen se contrae, lo que fuerza al aire hacia afuera de los poros. La contracción abdominal es impulsada por los músculos, mientras que la expansión es un resultado de cuando el abdomen se relaja y vuelve a su estado de reposo.
Estrechar los tubos entre el abdomen y el tórax puede ayudar a prevenir el retorno del aire durante una contracción. Este sistema coordinado de válvulas y bombeo en la cucaracha crea un flujo cíclico y unidireccional hacia los poros torácicos y desde los poros abdominales. En general, el flujo de aire unidireccional permite un intercambio más eficiente de gases, ya que el aire fresco y el aire ya utilizado no se mezclan.
Las posibilidades
Estudiar el sistema respiratorio unidireccional de estas cucarachas nos podría ayudar a diseñar sistemas de ventilación y filtración de aire más eficientes. Al imitar la coordinación de tira y empuje de aire a través de los poros de la cucaracha, podríamos mejorar los diseños de materiales de uso médico, como por ejemplo mascarillas, máquinas de concentración de oxígeno y dispositivos para respiración asistida.
