Gli invertebrati sono molto diversi – molto più diversi del gruppo relativamente piccolo conosciuto come vertebrati. Di conseguenza, gli invertebrati hanno un’enorme diversità di stili di vita e piani corporei. Consideriamo (per ora) solo gli invertebrati che respirano aria (e lasciamo temporaneamente da parte quelli che prendono l’ossigeno dall’acqua).
Alcuni invertebrati hanno polmoni, anche se sono molto diversi dai polmoni dei vertebrati. Molte lumache hanno un polmone ben vascolarizzato derivato dal mantello (che è il tessuto che forma la cavità del corpo e circonda gli organi interni; inoltre secerne il guscio). Il mantello forma una sacca dalle pareti sottili che si apre verso l’esterno. L’aria entra nella sacca e l’ossigeno si diffonde nel sangue. Ma, a differenza dei vertebrati, il sangue non è contenuto in vasi sanguigni (come i capillari) ma piuttosto riempie gli spazi nella cavità del corpo. In queste lumache (e nella maggior parte degli altri molluschi), l’ossigeno è trasportato in soluzione (non nelle cellule del sangue) da molecole di emocianina contenenti rame (in contrasto con l’emoglobina contenente ferro dei vertebrati); il sangue è bluastro quando è ossigenato. Questa disposizione è comune tra le lumache terrestri e alcune lumache d’acqua dolce che vengono in superficie per prendere aria, e si verifica anche in alcune specie marine intertidali o estuariali.
I granchi di terra hanno una sorta di polmone, fatto da una camera branchiale modificata. Le branchie funzionali sono rudimentali o assenti. Il granchio del cocco ne è un esempio: questo enorme granchio è imparentato con i paguri ma è terrestre e usa i polmoni per respirare. La maggior parte degli artropodi terrestri (granchi, ragni, insetti ecc.) hanno qualche forma di emocianina nel sangue. Tuttavia, le larve di certi moscerini, a volte conosciuti come vermi del sangue, sono eccezionali in quanto catturano l’ossigeno con un tipo di emoglobina (quindi sono di colore rosso).
La maggior parte dei ragni hanno strutture chiamate “polmoni a libro”, ma questi sono abbastanza diversi dai polmoni dei vertebrati o delle lumache o dei granchi di terra. Si aprono all’esterno sotto la parte anteriore dell’addome e consistono in una serie di sacche, ciascuna contenente file parallele di sottili fogli pieni di sangue separati da passaggi d’aria (come le foglie di un libro?). Lo scambio di gas avviene lì, ma in aggiunta, i ragni hanno anche delle “trachee”, che si aprono verso l’esterno tramite uno spiracolo; sono tubi rinforzati pieni d’aria che si diramano attraverso il corpo.
Gli insetti che respirano aria dipendono generalmente da un sistema tracheale per fornire ossigeno alle cellule. Gli spiracoli nello scheletro esterno portano a “alberi” ramificati di trachee sempre più piccole – le più piccole raggiungono le singole cellule (come nei ragni). L’ossigeno entra attraverso le trachee e l’anidride carbonica esce. Anche se il sistema tracheale è leggermente integrato dal sangue che si muove nella cavità del corpo (non nei vasi sanguigni), la funzione principale del sangue degli insetti non è respiratoria; serve principalmente a spostare il cibo dal tratto digestivo e i prodotti di scarto agli organi escretori, così come gli ormoni a particolari tessuti.
Alcuni insetti acquatici respirano anche aria. Per esempio, i vermi a coda di topo sono le larve acquatiche di certi sirfidi (anche detti flowerflies) che impollinano i fiori. Una larva sommersa ha un tubo alla fine del suo addome che arriva fino alla superficie dell’acqua, dove l’aria può entrare nel tubo. Anche alcune larve di zanzara acquatiche fanno così. I naturalisti a volte paragonano questa abitudine allo snorkeling.
Altri insetti acquatici prendono aria con loro quando si immergono. Gli adulti dei coleotteri predatori subacquei hanno degli spiracoli sull’addome sotto le punte delle ali. Un adulto può riposare in superficie con la testa in basso e sollevare le coperture delle ali per esporre gli spiracoli all’aria – e quindi respirare aria mentre si riposa. Quando si immerge, può immagazzinare aria sotto le coperture alari. I barcaioli d’acqua hanno la parte inferiore coperta di peli densi e non bagnabili che intrappolano un foglio d’acqua contro gli spiracoli dell’addome. Questi serbatoi d’aria intrappolati possono scambiare gas con l’acqua e quindi ricostituire la fornitura iniziale di ossigeno.
Gli invertebrati terrestri estremamente piccoli non hanno affatto sistemi respiratori speciali. Sono così piccoli che c’è molta superficie rispetto al volume del corpo, e l’ossigeno e l’anidride carbonica si diffondono semplicemente attraverso il rivestimento esterno. Allo stesso modo, i lombrichi, con la loro forma lunga e sottile e molta superficie per unità di volume, realizzano lo scambio di gas attraverso la loro pelle umida.
– Mary F. Willson è un professore di ecologia in pensione. “On The Trails” è una rubrica settimanale che appare ogni mercoledì.