эффективность дыхания гигантских насекомых

[Илья]

 Так что считать нужно количество усвоенного тканями кислорода в сравнении с количеством усвоенного кислорода кровью.

Факт, факт. Может из перекачанного трахеями - только 5% усваивается организмом. )

Опять же - объем легких весьма велик. Вероятно, трахеи такого же размера (с тем же КПД усвояемости, что у насекомых) не смогут снабжать существо, размером с человека.

Разве что пронизать легкими ВСЕ ТЕЛО. Ну и получится вздувающийся и опадающий воздушный баллон, не годящийся ни для работы, ни для боя. 

 

[Илья]

Разве что пронизать легкими ВСЕ ТЕЛО. Ну и получится вздувающийся и опадающий воздушный баллон, не годящийся ни для работы, ни для боя. 

Такое существо или очень мелким будет Или будет очень быстро и глупо гибнуть. Рядом с более подвижными и опасными соперниками. 

Ну или надо его сверхзащищать. 

Теоретически, можно представить, что что-то такое существовало, даже летающее (животное-воздушный шар), но не выдержало конкуренции с подвижными птицами и было уничтожено. 

Насекомые просто сидят в нише, где нет серьезных противников, угрожающих существованию вида. 

 

 

 

[Илья]

Вы понимаете, что кровь не только система транспортировки, но и часть ОЧЕНЬ эффективной системы всасывания. С постоянным давлением. ПОСТОЯННЫМ.

Есть там кислород, нет там кислорода. 

Делаем тоже на воздухе. 

Животное полно пустотелых трубок. Сотен тысяч. В каждом квадратном сантиметре. Без постоянного давления - оно ВСЕМ ТЕЛОМ то раздувается, то опадает. Жесткий каркас сделать ТРУДНО, ибо раздуваться с ним труднее. 

Т.е. это очень мягкое и гибкое существо. То раздувается как лягушка, то сдувается, как использованный презерватив. 

Обычное животное с кровью ходит рядом. Смотрит, выжидает удобного момента для нападения, ликвидирует одним ударом, вспоров систему газообмена. 

[Эрнесто де Сырно]

Предлагаю вам все таки привести хоть какие-то цифры. Я ведь их уже приводил. 

Вы утверждаете, что нормальное снабжение кислородом гигантского насекомого невозможно потому что: 

1. Система трубок будет иметь слишком большое сопротивление, и не получится продавить по нему достаточное количество воздуха. 

2. Невозможно обеспечить надежную систему регуляции подачи воздуха в ту или иную част тела? 

3. Невозможно сбежать передавливания уменьшения просвета трахей при движении. 

4. Жидкость при движении по трубке того же сечения испытывает меньшее сопротивление, чем газ. 

Предлагаю для начала рассмотреть самую простую, хотя и самую неэффективную систему. У насекомого есть одно дыхательное отверстие, к которому подходит трахея. Она ветвиться на более мелкие трахее, те - на еще более мелкие. И так пока не дойдет до такого диаметра трахей, что можно будет снабжать ткани за счет диффузии глухими трахеями-ответвлениями. Потом мелкие трахеи вновь объединяются в крупные, и выходят к дыхательному мешку. Циркуляция воздуха обеспечивается изменением объема дыхательного мешка, поддержание просвета трахей - жесткостью стенок трахей. Предлагается прикинуть сопротивление воздуха. 

[Илья]

Т.е. это очень мягкое и гибкое существо. То раздувается как лягушка, то сдувается, как использованный презерватив. 

ПРостое существо без быстрых и сильных конкурентов может так, наверное, существовать. Но у нас его сожрут. Или сожрали миллионы лет назад. Или надо искать внизу, в морях. Что-то простое и примитивное. 

3. Невозможно сбежать передавливания уменьшения просвета трахей при движении. 

Возможно. ПРосто очень неловкое существо получается. Надутая воздухом черепаха. Сожрут. 

[Илья]

Вы утверждаете, что нормальное снабжение кислородом гигантского насекомого невозможно потому что: 

При принудительной вентиляции трахей?

[Labinnac]

Эхм, что-то у вас градус спора сильно вырос.

Контрпримеры - воздушные мешки у птиц. Своего рода копромис между легкими и разветвленной системой воздушных патрубков.

Вот как птиц это выглядит

https://www.youtube.com/watch?v=kWMmyVu1ueY

Причем задние (условно "жопные") мешки как бы не больше по объему, чем собственно легкие.

[Zenitchik]

А как же быть с экспериментом со шприцом? Неужели у меня галлюцинации? 

Не исключено. Какими приборами пользовались для регистрации давления в начале и в конце трубки?

[Zenitchik]

Контрпримеры - воздушные мешки у птиц.

Э-нет. В воздушных мешках птиц не происходит газообмен. Они только прокачивают воздух через лёгкие (которые у птиц имеют постоянный объём).

[Crusader]

Вероятно, трахеи такого же размера (с тем же КПД усвояемости, что у насекомых) не смогут снабжать существо, размером с человека.

 Всё проще, трахея больше сантиметра длиной в принципе не обеспечивает кислородом насекомое, превышающее по массо-габариту жука-голиафа/палочника-великана.

[Эрнесто де Сырно]

Всё проще, трахея больше сантиметра длиной в принципе не обеспечивает кислородом насекомое, превышающее по массо-габариту жука-голиафа/палочника-великана.

каковы ваши доказательства? 

[Labinnac]

каковы ваши доказательства? 

Ну - таких в природе нет, как минимум. Это уже что-то значит.

[Эрнесто де Сырно]

Ну - таких в природе нет, как минимум. Это уже что-то значит.

Надо разобраться, почему нет. Пока мне что-то подсказывает, что не из за дыхания. Хотя, возможно, я что-то упускаю, но простенькие прикидки почему-то говорят, что с этим у насекомых как раз лучше, чем у позвоночных. Надо или найти другую проблему, или разобраться, где я ошибаюсь. Но аргументы коллег меня решительно не убеждают. 

[Илья]

но простенькие прикидки почему-то говорят, что с этим у насекомых как раз лучше, чем у позвоночных.

У мелких насекомых. Лучше. А крупных не возникло с таких типом дыхания. 

[Crusader]

каковы ваши доказательства? 

The way oxygen is diffused through the insect's body via its tracheal breathing system puts an upper limit on body size, which prehistoric insects seem to have well exceeded. It was originally proposed (Harlé & Harlé, 1911) that Meganeura was able to fly only because the atmosphere at that time contained more oxygen than the present 20%. This hypothesis was initially dismissed by fellow scientists, but has found approval more recently through further study into the relationship between gigantism and oxygen availability.[3] If this hypothesis is correct, these insects would have been susceptible to falling oxygen levels and certainly could not survive in our modern atmosphere. Other research indicates that insects really do breathe, with "rapid cycles of tracheal compression and expansion".[4] Recent analysis of the flight energetics of modern insects and birds suggests that both the oxygen levels and air density provide an upper bound on size.[5] The presence of very large Meganeuridae with wing spans rivaling those of Meganeura during the Permian, when the oxygen content of the atmosphere was already much lower than in the Carboniferous, presented a problem to the oxygen-related explanations in the case of the giant dragonflies. However, despite the fact that Meganeurids had the largest-known wingspans, their bodies were not very heavy, being less massive than those of several living Coleoptera; therefore, they were not true giant insects, only being giant in comparison with their living relatives.

  (далее машинный перевод)

То, как кислород распространяется через тело насекомого через трахеальную дыхательную систему, ставит верхний предел размера тела, который Доисторические насекомые, похоже, значительно превысили. Первоначально предполагалось (Harlé & Harlé, 1911), что Меганеура могла летать только потому, что атмосфера в то время содержала больше кислорода, чем нынешние 20%. Эта гипотеза была первоначально отвергнута коллегами-учеными, но в последнее время нашла одобрение благодаря дальнейшему изучению взаимосвязи между гигантизмом и доступностью кислорода.[3] Если эта гипотеза верна, эти насекомые были бы восприимчивы к падению уровня кислорода и, конечно, не могли бы выжить в нашей современной атмосфере. Другие исследования показывают, что насекомые действительно дышат ,с "быстрыми циклами сжатия и расширения трахеи".[4] недавний анализ энергии полета современных насекомых и птиц показывает, что как уровни кислорода, так и плотность воздуха обеспечивают верхнюю границу размера.Присутствие очень крупных Меганевридов с размахом крыльев, соперничающим с размахом крыльев меганевры в Пермский период, когда содержание кислорода в атмосфере было уже намного ниже, чем в каменноугольном, представляло проблему для объяснений, связанных с кислородом, в случае гигантских стрекоз. Однако, несмотря на то, что Меганевриды имели самый большой размах крыльев, их тела были не очень тяжелыми, будучи менее массивными, чем у нескольких живых жесткокрылых; поэтому они не были настоящими гигантскими насекомыми, только гигантскими по сравнению с их живыми родственниками.

[Zenitchik]

Погодите. Стрекоза, размахом крыльев в десятки сантиметров легче, чем современные жуки? Т.е. меньше 100 г? Это какой-то бумажный самолётик получается. Такое вообще способно активно летать?

[Crusader]

 До кучи:

При жаберном и легочном дыхании атмосферный кислород доставляется к клеткам тела омывающей их кровью. А вот «кровь» насекомых — гемолимфа — лишена дыхательных пигментов (вроде нашего ярко-красного гемоглобина или синего гемоцианина моллюсков) и не участвует в переносе кислорода. Поэтому их дыхание осуществляется при помощи трахей — ветвящихся трубочек, непосредственно соединяющих клетки внутренних органов с воздушной средой. Воздух внутри трахейной трубки неподвижен — принудительной вентиляции нет.

Газ всегда устремляется из области высокого собственного давления в область низкого, именно благодаря этому механизму кислород поступает внутрь трахейной трубки, а углекислый газ выходит из нее. Такой механизм подачи кислорода жестко ограничивает длину трахейной трубки, максимальная протяженность которой (l) достаточно просто вычисляема «из физики». Поэтому максимальный размер тела самого насекомого не может превышать (в сечении) величины 2l, то есть при нынешнем уровне содержания кислорода в атмосфере — размеров куриного яйца: таковы самые крупные тропические жуки-голиафы.

 Палочники, конечно, до 60+ сантиметров вырастают, но по массе несильно отличаются от жуков-голиафов. 

[Crusader]

Погодите. Стрекоза, размахом крыльев в десятки сантиметров легче, чем современные жуки? Т.е. меньше 100 г? Это какой-то бумажный самолётик получается. Такое вообще способно активно летать?

 Почему нет? - Жук-голиаф 47-90 грамм весит и активно летает при том, что у него и аэродинамика куда хреновей и крылья серьёзно меньше.

[Звёзды Светят]

 

Да вставьте вы им вентиляторы......

[Zenitchik]

Жук-голиаф 47-90 грамм весит и активно летает при том, что у него и аэродинамика куда хреновей и крылья серьёзно меньше.

Он меньше в разы. Поэтому может обладать некоторой прочностью. Как большая и ещё более лёгкая стрекоза может махать крыльями и не разваливаться?

[Эрнесто де Сырно]

 

Воздух внутри трахейной трубки неподвижен — принудительной вентиляции нет.

Предлагаю исправить этот баг. 

А если сделать систему дыхания у гигантских насеомых как у современных пчел. 

Через дыхальца воздух поступает в крупные трахеи, они ветвятся на средние, потом опять объединяются в крупные и выходят в воздушные мешки. Циркуляция обеспечивается за счет изменения объема мешков. Мелкие трахеи глухие, и ответвляются от средних трахей и обеспечивают газообмен по всему телу.  

Это какой-то бумажный самолётик получается. Такое вообще способно активно летать?

Летать способно. Иначе нафига ему крылья? Компоновка а-ля бумажный самолетик полезна тем, что позволяет летать при маленькой тяговооруженности. (если у насекомого действительно есть проблемы с дыханием). 

 

[loky1109]

Воздух внутри трахейной трубки неподвижен — принудительной вентиляции нет.

Уже давно известно, что это не так.

[Йозеф]

Проще сделать гигантских насекомых полностью анаэробными, чем заставить их трахеи качественно работать.

[Labinnac]

гигантских насекомых полностью анаэробными

С энергетикой  и скоростью солитера? Нет, есть конечно же не только анаэробные глисты, но и анаэробные свободноживущие животные, лорициферы например.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%86%D0%B8%D1%84%D0%B5%D1%80%D1%8B

Вот только они размером с инфузорию, хоть и многоклеточные (кстати с трудом себе это представляю, это как птица размером с блоху примерно).

[sanitareugen]

Работает закон квадрат-куб. То есть при росте размеров в n раз масса растёт в n³ раз, а площадь, в том числе и площадь внутренней поверхности трахей нашего насекомого в n² раз, то есть на единицу массы в n раз меньше. Количество диффундирующего кислорода пропорционально площади и пропорционально скорости диффузии. Чтобы при увеличении размеров сохранить жизнеспособность, надо либо увеличить площадь, делая дополнительные разветвления в трахеях, ослабляющие механическую прочность тела существа, либо увеличить скорость диффузии. Если вырастет парциальное давление кислорода в воздухе (за счёт ли роста его концентрации или общего давления), можно будет пропорционально увеличить существо. Если это невозможно - придётся усовершенствовать механизм диффузии. Переходу кислорода из внешней среды в ткань мешает то, что там уже есть кислород, и он диффундирует в обратном направлении. Оставаясь с гемолимфой вместо крови и без гемоглобина (или гемоцианина), мы ничего не сделает. Но наличие переносчика, непрерывно убирающего кислород из поглощающего его из воздуха органа, эффективность диффузии повышает. Разумеется, нужен "насос", перекачивающий носитель кислорода, и структуру, в которой происходит диффузия кислорода (и обратная диффузия углекислого газа) лучше иметь специализированной, а также вынесенной в защищённую область тела - ввиду большой площади поверхности такая структура непрочна и уязвима. Поздравляем! Мы изобрели сердце и лёгкие, позволившие увеличить размер в разы.