Sistem Pernapasan pada Serangga – Mekanisme Pernafasan

Bernapas adalah salah satu ciri makhluk hidup dan memiliki  kebutuhan makhluk hidup yang sama dengan yang lain. Serangga adalah salah satu jenis makhluk hidup yang juga melakukan respirasi. Semua jenis serangga membutuhkan oksigen untuk mempertahankan metabolisme tubuh dan mempertahankan hidup. Serangga menggunakan siklus metabolisme yang sama dengan hewan lainnya (glikolisis, siklus krebs dan sistem transfer elektron) dan seluruh prosesnya diatur dalam mitokondria. Serangga adalah salah satu hewan berdarah dingin yang aktif bergerak. Metabolisme serangga mengubah makanan atau nutrisi misalnya gula menjadi energi kimia ATP. Pada akhir proses metabolisme, oksigen akan berikatan dengan hidrogen dan menghasilkan air dan energi.

Seperti halnya sistem pernapasan pada manusia, sistem pernapasan pada serangga juga berfungsi untuk mentransfer oksigen ke seluruh tubuh dan mengeluarkan karbon dioksida sebagai sisa hasil respirasi dari dalam tubuh. Meskipun demikian, serangga tidak bernapas melalui  mulut dan paru – paru  dan berbeda dengan alat pernapasan pada manusia. Namun berbeda dengan sistem pernapasan pada mamalia atau hewan lain, oksigen pada serangga juga tidak diedarkan melalui sel darah merah. Tidak seperti fungsi sel darah merah pada hewan lain, darah serangga hanya berfungsi mengedarkan makanan pada tubuh serangga, dan tidak membawa oksigen maupun karbondioksida.

Berdasarkan sistem klasifikasi makhluk hidup, serangga digolongkan sebagai hewan invertebrata ( Baca : Hewan Vertebrata dan invertebrata ) kelas Arthropoda atau hewan berbuku – buku. Sistem pernapasan serangga seperti hewan Arthropoda lain terpisah dari sistem transportasi tubuhnya dan tersusun dalam suatu sistem yang disebut sistem trakea. Sistem trakea adalah suatu sistem pernafasan yang tersusun dari tabung – tabung bercabang dalam tubuh dan sistem ini dapat mengantarkan oksigen langsung keseluruh sel tubuh.

Sistem trakea

Sistem pernapasan pada serangga adalah Sistem trakea yang  serangga tersusun dari saluran yang menyerupai tabung dan memiliki lubang yang terhubung dengan udara luar yang disebut spirakel. Trakea di dalam tubuh serangga selanjutnya akan membentuk percabangan yang lebih kompleks dan tipis yang disebut dengan trakeolus. Ukuran diameter trakeolus pada serangga kurang dari 1 µm dan hal ini yang memungkinkan proses difusi oksigen dan karbon dioksida pada serangga.

Dinding trakea serangga tersusun oleh kitin yang membuat struktur trakea lebih kokoh sehingga meskipun udara dibawah tekanan normal, serangga tetap dapat bertahan. Hal inilah yang menjelaskan mengapa serangga meiliki ukuran tubuh yang kecil.

Spirakel pada serangga contohnya belalang dilindungi oleh katup atau valve yang diatur oleh otot sehingga belalang bisa membuka dan menutup spirakel. Spirakel juga memiliki rambut halus yang berfungsi untuk menyaring udara yang masuk dari debu dan kotoran. Biasanya serangga memiliki spirakel yang tersusun secara lateral pada bagian abdomen tubuh serangga dan terdapat sepasang spirakel pada setiap segemn tubuh. Namun tidak semua serangga memiliki spirakel di setiap segemen tubuhnya, belalang hanya memiliki spirakel pada segmen pertama dan ketiga tubuhnya.
Pada beberapa spesies serangga seperti lalat Drosophila memiliki T-tubulus trakeolus yang dapat masuk jauh ke dalam sel dan membawa oksigen ke daerah sekitar mitokondria yang berperan langsung dalam memproduksi energi untuk pergerakan serangga.

Mekanisme Pernapasan Serangga

Berikut adalah mekanisme pernapasan pada serangga :

• Udara masuk ke dalam tubuh melalui lubang spirakel yang memiliki katup pada eksoskeleton.
• Udara mengalir masuk ke dalam tubuh dan diatur oleh otot kecil yang mengatur kerja katup spirakel. Ketika otot valve atau katup berkontraksi spirakel tertutup dan saat otot berelaksasi, spirakel terbuka.
• Setelah udara masuk ke dalam tubuh, udara lalu diteruskan masuk ke dalam saluran trakea yang kemudian bercabang lagi dan membentuk saluran yang lebih halus yang disebut trakeolus. Seperti pada manusia yang memiliki alveolus sebgai tempat pertukaran oksigen dan karbon dioksida, trakeolus juga memiliki fungsi yang sama. Akan tetapi oksigen pada serangga dialirkan langsung pada sel tanpa bantuan sistem transportasi atau dengan sbantuan sel darah merah.
• Oksigen dalam tabung trakea akan dilarutkan dalam cairan kemudian akan berdifusi masuk ke dalam sitoplasma sel.
• Pada saat yang sama setelah oksigen berdifusi ke dalam sel, karbon dioksida sebagai sisa respirasi akan berdifusi dari dalam sel masuk ke saluran trakea dan kemudian akan dilepskan ke luar tubuh.

Udara masuk ke dalam tubuh serangga bantuan otot abdomen, seperti pada belalang. Jika otot abdomen atau peruut belalang berkontraksi, trakea akan memipih dan karbon dioksida akan dikeluarkan dari dalam tubuh. Pada saat otot abdomen belalang berkontraksi, trakea akan kembali pada volume semua sehingga tekanan udara di dalam tubuh lebih kecil daripada tekanan udara di luar sehingga oksigen akan terserap masuk ke dalam trakea. Oksigen dalam tubuh serangga akan diikat dengan bantuan cairan tubuh serangga yang berwarna biru gelap dan terdapat pada ujung trakea. Cairan inilah yang membuat ujung trakea menjadi lembab.

Setiap tabung trakea pada serangga merupakan hasil invaginasi dari jaringan ektoderm selama masa perkembangan embrio. Agar trakea tetap kokoh saat tekanan udara berubah – ubah normal, treakea dihubungkan oleh struktur seperti kabel tipis yang disebut taenidi dan struktur inilah yang membuat trakea bersifat fleksibel dan dapat meregang saat proses pernafasan. Beberapa serangga yang tidak memiliki taenidia, memiliki kantung udara yang berbentuk seperti balon dan berfungsi menyimpan cadangan udara seperti pada serangga yang hidup dalam air.

Berdasarkan pengelompokan hewan, beberapa spesies serangga juga merupakan hewan air. Tidak hanya serangga yang hidup di darat bernapas dengan bantuan sistem trakea, serangga yang hidup di air juga memiliki sistem trakea dan beberapa alat bantu pernafasan lain :

• Beberapa serangga seperti larva nyamuk yang hidup di air, mendapatkan oksigen dari permukaan air melalui tabung pernapasan yang terhubung dengan rongga sistem trakea.
• Serangga yang dapat masuk dan bertahan di air dalam waktu yang cukup lama, memiliki gelembung udara yang memungkinkan serangga bernapas di dalam air.
• Serangga air juga memiliki spirakel yang dapat mengambil udara atau gelembung udara yang dihasilkan oleh daun tanaman air.
• Pada serangga air yang meiliki insang setelah oksigen masuk dan berdifusi melalui insang, oksigen akan diteruskan ke dalam sistem trakea yang selanjutnya akan diedarkan ke seluruh sel tubuh.

Sistem pernafasan pada serangga kecil bergantung pada difusi pasif dan aktifitas fisik otot serangga yang berperan dalam pergerakan dan transport oksigen ke dalam tubuh. Serangga yang lebih besar membutuhkan pergerakan ventilasi sistem trakea yang lebih aktif sehingga udara dapat keluar dan masuk ke dalam tubuh. Serangga juga memiliki batas jumlah udara yang dapat berdifusi masuk ke dalam sel tubuh seperti halnya kapasitas vital paru – paru manusia sehingga faktor inilah yang menyebabkan tubuh serangga tidak dapat tubuh besar selain dikarenakan oleh faktor lain misalnya berat rangka luar atau eksoskeleton serangga. Fungsi eksoskeleton serangga tentunya berbeda dengan fungsi rangka pada manusia dan hewan mamalia yang berada didalam tubuhnya. Serangga rentan terhadap perubahan udara. Dampak pencemaran udara juga akan berpengaruh terhadap fungsi sistem pernapasan serangga dan berakibat buruk pada keberlangsungan ekosistem dan spesies.