La respiration dans le monde animal

3 Comment les criquets renouvellent-ils les gaz respiratoires dans leur milieu de vie ?

On appelle stigmate un petit orifice respiratoire visible sur le corps d’un insecte ou d’une larve d’insecte.

Un stigmate est formé d'un "sclérite" (en forme d'anneau) muni d'une valve mobile et une valve fixe, donnant accès à une chambre appelée atrium ou vestibule sur laquelle débouchent les trachées.

On compte dix paires de stigmates chez le criquet, et ces dix paires ont des fonctions différentes : Les quatre premières servent à l'inspiration de l'air, les six autres interviennent dans l'expiration.

Le mouvement de l'air peut s'inverser dans certaines conditions ambiantes (excès de dioxyde de carbone, par exemple). 

Les stigmates ne s'ouvrent que lors de la circulation de l'air pour éviter les pertes d'eau par évaporation. Dans les trachées, l'air est en légère surpression. La ventilation est accélérée par :

  • la compression latérale de l'abdomen et son extension,

  • le téléscopage des segments abdominaux,

  • la protraction (la tête est étirée vers l’avant) et la rétraction de la tête, 

  • les variations de la forme du thorax sous l'action des muscles des organes locomoteurs. 

Au repos, le jeu des muscles abdominaux a une importance prépondérante sur le mécanisme de ventilation, alors qu'en vol, c'est l'action des muscles thoraciques qui prime. L'ouverture et la fermeture des stigmates, la mise en activité des muscles, sont commandées par le système nerveux central en fonction de la qualité de l'air ambiant et des besoins en dioxygène. En activité, l'air rejeté contient 3 fois moins de dioxygène et 2 fois plus de dioxyde de carbone qu'au repos.

Un chercheur, P.L. Miller, a étudié en 1960 la relation entre le degré d'ouverture des stigmates 2 et 3 au cours de l'expiration et la fréquence des battements alaires (battements des ailes) chez le criquet Schistocerca gregaria.

Le stigmate mésothoracique (2) répond plus tôt que le stigmate métathoracique (3) aux besoins en ventilation liés aux mouvements des ailes. La différence est particulièrement nette entre 1000 et 1200 battements alaires par minute ; elle s'atténue ensuite progressivement. Au-delà de 1300 battements alaires par minute tous les stigmates thoraciques sont ouverts au maximum.

Les sacs aériens se remplissent et se vident alternativement d'air lors des mouvements d'inspiration et d 'expiration.
Le dioxygène est diffusé par contact trachée-trachéole-organe. Ce système d'oxygénation est archaïque car l'air ne circule pas en circuit forcé et la pénétration du dioxygène jusqu'aux organes est difficile. Le dioxyde de carbone est éliminé par la même voie, à laquelle s'ajoute celle de l'hémolymphe. Les stigmates demeurent fermés et ne s'ouvrent que le temps nécessaire à la respiration pour limiter les pertes en eau.