Sistem
Respirasi pada Serangga
Semua serangga adalah organisme
aerobik mereka harus mendapatkan oksigen (O2) dari lingkungan mereka
untuk bertahan hidup.
Laju metabolisme adalah jumlah
total energi yang diproduksi oleh tubuh per satuan waktu. Laju metabolisme
berkaitan erat dengan respirasi karena respirasi merupakan proses ekstrasi
energi dari molekul makanan yang bergantung pada banyaknya oksigen. Secara sederhana,
reaksi kimia yang terjadi dalm respirasi dapat dituliskan sebagai berikut:
C6H12O6
+ 6O2 → 6CO2+
6H2O + ATP
Respirasi adalah suatu proses pengambilan O2 untuk
mencegah senyawa – senyawa organik menjadi CO2 , H2O dan
energi. Namun demikian respirasi pada hakikatnya adalah reaksi redoks, dimana
substrat dioksidasi menjadi CO2 sedangkan oksigen yang diserap
sebagai oksidator mengalami reduksi menjadi H2O. Yang dimaksud
substrat respirasi adalah setiap senyawa organik yang dioksidasikan dalam respirasi,
atau senyawa – senyawa yang terdapat dalam sel tumbuhan yang secara relatif
banyak jumlahnya dan biasanya direspirasikan menjadi CO2 dan air.
Laju konsumsi oksigen dapat ditentukan dengan berbagai
cara, antara lain: dengan menggunakan microrespirometer, metode Winkler, maupun
respirometer Scholander atau respirometer sederhana. Penggunaan masing – masing
cara didasarkan pada jenis hewan yang akan diukur laju konsumsi oksigennya.
Microsrepirometer dipakai untuk mengukur konsumsi oksigen hewan yang berukuran
kecil seperti serangga atau laba – laba. Hal ini terdiri atas syrine, kran tiga
arah, tabung specimen, dan tabung kapiler berskala. Metode Winkler merupakan
suatu cara untuk menentukan banyaknya oksigen yang terlarut dalam air. Dalam
metode ini, kadar oksigen dalam air ditentukan dengan cara titrasi.
Proses respirasi pada
serangga pada hakikatnya sama denga proses respirasi pada hewan lain, yaitu
mempertukarkan gas oksigen dan karbondioksida melalui proses difusi. Namun yang
membedakannya hanya terletak pada ada atau tidak adanya system organ respirasi,
perbedaan ini disebabkan oleh kekomplekan struktur tubuhnya dan tempat
hidupnya.
Sel-sel tubuh serangga
setiap waktu membutuhkan suplai oksigen yang cukup untuk metabolisme tubuhnya,
serangga kecil dapat mencukupi kebutuhan oksigen ini cukup dengan cara difusi
saja karena serangga kecil mampunyai volume tubuh yang kecil dan luas permukaan
tubuh yang sangat luas, sehingga denagan cara difusi saja sel-sel tubuh
mendapatkan suplai oksigen yang cukup, sebaliknya bagi serangga yang besar dan
aktif sel-sel tubuhnya membutuhkan suplai oksigen secara cepat, permasalahnya
adalah bila serangga besar mampunyai luas permukaan tubuh yang kecil dengan
volume yang besar sehingga bila respirasinya menggunakan cara difusi pada
permukaan kulitnya makan sel-sel tubuhnya tidak mendapatkan oksigen secara
cepat, permasalaham ini dijembatani dengan adanya organ respirasi berupa system
trakea.
Kebanyakan serangga
hidupnya adalah di darat (teresterial) sehingga medium respirasinya adalah
udara, udara sebagai medium respirasi mampunyai keuntungan sekaligus kerugian,
keuntungannya adalah oksigen di udara sangat berlimapah sekitar 20 %
dibandingan dengan oksigen di lautan yang hanya 10%, selain itu pergerakan
udara yang cepat memudahkan proses difusi, kerugiannya adalah serangga selalu
kehilangan air akibat penguapan, oleh karena itu serangga harus selalu menjaga
homeostatis air dalam tubuhnya, hal ini akan berdampak pada difusi oksigen dan
karbon dioksida, Naii. A Campbell dalam buku biologinya menjelaskan bahwa
permukaan respirasi (sel-sel epithelium) haruslah lembab karena O2
dan CO2 berdifusi melewatinya setelah larut terlebih dahulu dalam
air.
Corong hawa (trakea)
adalah alat pernapasan yang dimiliki oleh serangga dan arthropoda lainnya.
Pembuluh trakea bermuara pada lubang kecil yang ada di kerangka luar
(eksoskeleton) yang disebut spirakel. Spirakel berbentuk pembuluh silindris
yang berlapis zat kitin, dan terletak berpasangan pada setiap segmen tubuh.
Spirakel mempunyai katup yang dikontrol oleh otot sehingga membuka dan
menutupnya spirakel terjadi secara teratur. Pada umumnya spirakel terbuka
selama serangga terbang, dan tertutup saat serangga beristirahat.
Oksigen
dari luar masuk lewat spirakel. Kemudian udara dari spirakel menuju
pembuluh-pembuluh trakea dan selanjutnya pembuluh trakea bercabang lagi menjadi
cabang halus yang disebut trakeolus sehingga dapat mencapai seluruh jaringan
dan alat tubuh bagian dalam. Trakeolus tidak berlapis kitin, berisi cairan, dan
dibentuk oleh sel yang disebut trakeoblas. Pertukaran gas terjadi antara
trakeolus dengan sel-sel tubuh. Trakeolus ini mempunyai fungsi yang sama dengan
kapiler pada sistem pengangkutan (transportasi) pada vertebrata.
Sistem pernafasan pada
serangga mengenal dua sistem, yaitu sistem terbuka dan sistem tertutup.
Digunakan alat/organ yang disebut spirakulum (spiracle), juga tabung-tabung
trakhea dan trakheola. Tekanan total dari udara sebenarnya merupakan jumlah
tekanan gas N2, O2, CO2 dan gas-gas lain. O2
sendiri masuk ke dalam jaringan dengan satu proses tunggal: adanya tekanan
udara dalam jaringan. Tekanan O2 dengan demikian harus lebih besar
daripada tekanan udara dalam jaringan, sebaliknya tekanan CO2 dalam
jaringan harus lebih besar dibanding yang ada di udara.(lihat gambar sel
respirasi). Laju diffusi diukur dengan rumus 1/d (sebagai suatu peristiwa
diffusi pasif).
Pada umumnya serangga
akuatik kecil luas permukaan tubuhnya lebih besar daripada volumenya, sehingga
diffusi O2 dapat berjalan dengan baik berhubung luas permukaan yang
cukup untuk akomodasi aliran O2 dari luar tubuh. Sebaliknya pada
serangga yang ukurannya lebih besar, harus dibantu dengan menggunakan kantung
udara (air-sacs), yang mengumpulkan udara dengan mekanisme kontraksi, yang
harus didukung oleh suatu sistem pemanfaatan energi. Contohnya pada beberapa
jenis belalang yang mampu hidup di dalam air.
Sistem respirasi terbuka
banyak digunakan oleh serangga-serangga darat dan beberapa jenis serangga air,
sedang sistem tertutup digunakan oleh serangga air, yang tidak menggunakan
spirakulum, antara lain untuk mencegah supaya jangan terjadi evapotranspirasi.
Mekanisme pernapasan pada
serangga, misalnya belalang, adalah sebagaiberikut
Jika
otot perut belalang berkontraksi maka trakea mexrupih sehingga udara kaya CO2
keluar. Sebaliknya, jika otot perut belalang berelaksasi maka trakea kembali
pada volume semula sehingga tekanan udara menjadi lebih kecil dibandingkan
tekanan di luar sebagai akibatnya udara di luar yang kaya O2 masuk
ke trakea.
Sistem trakea berfungsi
mengangkut O2 dan mengedarkannya ke seluruh tubuh, dan sebaliknya
mengangkut C02 basil respirasi untuk dikeluarkan dari tubuh. Dengan
demikian, darah pada serangga hanya berfungsi mengangkut sari makanan dan bukan
untuk mengangkut gas pernapasan.
Di bagian ujung trakeolus
terdapat cairan sehingga udara mudah berdifusi ke jaringan. Pada serangga air
seperti jentik nyamuk udara diperoleh dengan menjulurkan tabung pernapasan ke
perxnukaan air untuk mengambil udara. Serangga air tertentu mempunyai gelembung
udara sehingga dapat menyelam di air dalam waktu lama. Misalnya, kepik
Notonecta sp. mempunyai gelembung udara di organ yang menyerupai rambut pada
permukaan ventral. Selama menyelam, O2 dalam gelembung dipindahkan
melalui sistem trakea ke sel-sel pernapasan.
Selain itu, ada pula
serangga yang mempunyai insang trakea yang berfungsi menyerap udara dari air,
atau pengambilan udara melalui cabang-cabang halus serupa insang. Selanjutnya
dari cabang halus ini oksigen diedarkan melalui pembuluh trakea.
Sebaliknya terdapat juga
serangga yang mampu tinggal lama di dalam air dengan bantuan suatu organ yang
disebut plastron, suatu filamen udara. Dengan alat ini maka CO2 yang
terbentuk dibuang, dan O2 yang terlarut diambil langsung (bukan
dalam ujud gelembung udara). Bangunan ini sering juga disebut sebagai insang
fisis khusus (special physical gill). Karenanya serangga mampu bertahan di
dalam air dalam jangka waktu yang lebih lama. Serangga air juga ada yang
memanfaatkan insang trakheal (tracheal gill), yang merupakan insang biologis,
berfungsi karena gerak biologis.
Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi:
a.
Berat tubuh
Semakin berat tubuh suatu organisme, maka semakin
banyak oksigen yang dibutuhkan dan semakin cepat proses respirasinya.
b.
Suhu tubuh
Semakin tinggi suhu tubuh, maka kebutuhan energi
semakin banyak pula sehingga kebutuhan O2 juga semakin banyak.
c.
Kegiatan tubuh
Makhluk hidup yang melakukan aktivitas tubuh
memerlukan energi. Berarti semakin berat aktivitasnya,maka semakin banyak
kebutuhan energinya, sehingga pernafasannya semakin cepat.