У насекомых нет лёгких. Основная дыхательная система у них — трахеи. Трахеи насекомых — это сообщающиеся воздухоносные трубочки, которые открываются наружу по бокам тела отверстиями-дыхальцами. Тончайшие разветвления трахей — трахеолы — пронизывают всё тело, оплетая органы и проникая даже внутрь некоторых клеток. Таким образом кислород доставляется с воздухом непосредственно к месту его потребления в клетках тела, и газообмен обеспечивается без участия кровеносной системы.
Многие живущие в воде насекомые (водные жуки и клопы, личинки и куколки комаров и др.) должны время от времени подниматься к поверхности, чтобы захватить воздух, т. е. у них дыхание тоже воздушное. Личинки комаров, долгоножек и некоторых других насекомых на время обновления запаса воздуха в трахейной системе «подвешиваются» снизу к поверхностной плёнке воды с помощью несмачиваемых жирных волосков.
А водные жуки — водолюбы (Hydrophilidae), плавунцы (Dytiscidae) и клопы, например, гладыши (Notonectidae) — подышав у поверхности, уносят дополнительный запас воздуха с собой под воду под надкрыльями.
У личинок насекомых, живущих в воде, во влажной почве и в тканях растений, большую роль играет также кожное дыхание.
Хорошо приспособившиеся к жизни в воде личинки подёнок, веснянок, ручейников и других насекомых не имеют открытых дыхалец. Кислород у них проникает внутрь через поверхность всех участков тела, где покровы достаточно тонки, особенно через поверхность листовидных выростов, пронизанных сетью слепо заканчивающихся трахей. У личинок комаров-мотылей дыхание тоже кожное, всей поверхностью тела.
Газообмен у рыб происходит при помощи специальных дыхательных органов – жабр. Каждая жабра поддерживается вертикальным хрящём – жаберной дугой. У костных рыб жаберная дуга состоит из костной ткани. От перегородки, лежащей над жаберной дугой, отходит ряд горизонтальных складок – жаберных лепестков, на каждом из которых образуются вертикальные вторичные лепестки. Свободные края жаберных перегородок вытянуты и работают как откидные клапаны. Когда дно ротовой полости и глотки опускается, давление в них уменьшается, и в жабры через рот и брызгальца устремляется вода. Клапан при этом предотвращает попадание в жабры воды с другой стороны. Многочисленные капилляры, пронизывающие жабры, насыщаются здесь кислородом и объединяются в жаберные артерии, выносящие из жабр богатую кислородом кровь. Отметим, что дыхательная система костных рыб более совершенна, чем у рыб хрящевых, так как у костных рыб жабры имеют бóльшую площадь поверхности, а движение крови навстречу току воды обеспечивает более эффективный обмен газов.
Принципы воздушного дыхания. Морфологические принципы газообмена в воздушной среде основываются на том, что поверхность газообмена размещается внутри тела и не граничит непосредственно с окружающим воздухом. Большое число слизистых клеток поддерживает в дыхательной полости высокую влажность. Пути, связывающие органы дыхания с окружающим воздухом, также снабжены слизистым эпителием, что способствует увлажнению воздуха, поступающего в эти органы.
У позвоночных эта система представлена в виде расположенных в грудной полости легких, соединенных с наружной средой воздухоносными путями (трахея, бронхи). Внутренняя поверхность этих путей выстлана слизистым эпителием. У беспозвоночных конкретные структуры органов воздушного дыхания довольно разнообразны, но во всех случаях выдерживается принцип удаления газообменной поверхности от соприкосновения с наружной средой и увлажнения воздуха, поступающего к месту газообмена. Примеров такого типа воздушного дыхания можно привести много. Так, у переднежаберных моллюсков функции дыхательной поверхности выполняет потолочная стенка мантийной полости, пронизанная кровеносными сосудами. Аналогично, но более сложно устроена мантийная полость легочных моллюсков. У высших раков жабры расположены в замкнутом пространстве, что замедляет высыхание дыхательного эпителия и открывает возможность некоторым видам использовать атмосферный воздух. У специализированного в этом отношении вида — пальмового вора— собственно жабры редуцированы и функционально замещены кожными складками. Этот вид во взрослом состоянии живет на суше и способен переносить высокую инсоляцию. Преобразованные в органы воздушного дыхания жабры мокриц и хелицировых также расположены в мешковидных полостях, практически изолированных от внешней среды.
У насекомых и других трахейнодышащих животных дыхательная система развивалась в связи с газообменной функцией покровов. Становление воздушного дыхания шло через этап обитания в почве, где опасность высыхания устраняется высокой влажностью субстрата. При переходе к жизни на суше дыхательная поверхность увеличивалась путем впячивания проницаемых участков покровов внутрь тела. Эти впячивания эпидермиса образуют трубки — трахеи, покрытые тонкой кутикулой, которая образует складки спиральной формы, сохраняющие трубчатую структуру трахей. Конечные, наиболее тонкие участки трахей — трахеолы — заканчиваются слепо и представляют собой непосредственные газообменные поверхности. Крупные трахеи соединяются между собой, образуя общую систему взаимосвязанных трубочек. У некоторых видов расширенные участки могут образовывать воздушные мешки, способные прокачивать воздух через трахейную систему (в ряде случаев однонаправленно). Это активизирует дыхание.
У неактивных насекомых конечные участки трахеол заполнены жидкостью. При мускульной нагрузке или при недостатке кислорода количество жидкости в трахеолах уменьшается и заполняющий эти трубочки воздух продвигается глубже внутрь организма. Это увеличивает поверхность соприкосновения воздуха с клетками; механизм такого типа регуляции газообмена изучен слабо. Движения дыхалец (их открывание и закрывание) обычно нерегулярны; основной механизм поступления воздуха в систему трахей —диффузия, скорость которой в воздушной среде в 300 тыс. раз выше, чем в воде.
У большинства других наземных животных механизм дыхания представлен чередующимися фазами вдоха и выдоха. Такой тип дыхания, по-видимому, также связан с задачей сохранения влажности в дыхательной системе: однонаправленный поток сухого воздуха неминуемо приводил бы к подсыханию дыхательного эпителия и нарушению газообмена.