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気管(きかん)は動物の空気呼吸器官。

脊椎動物と節足動物の両方にこの名称の器官があるが、双方で起源と機能は異なる。共通点は空気の流通する管である点である。

◆ 脊椎動物の気管

肺を持ち、空気呼吸する脊椎動物では、ガス交換の場である肺胞と咽頭を結ぶ空気の流通路を気道と呼ぶ。この気道のうち、咽頭(第6頸椎)に始まり第5胸椎の高さで左右の肺に向けて分岐するまでの対を成さない一本の管を気管と呼ぶ。左右の肺へ、さらに個々の肺胞に向けて繰り返し分岐する部分は気管支である。肺と同様に咽頭の腹壁が陥入して盲管を成したものが起源であるため、内面は消化管と同様に内胚葉性の粘膜である。この気管と気管支内面の粘膜には繊毛が発達しており、呼吸器内部から粘液の連続した流れをつくり出している。呼吸器内に入り込んだり感染症などによって生じたりした異物は、この流れによって咽頭に向けて排出される。

気管は基本的に連続して空気が出入りし続ける管であるため、食物を摂取するときだけ物体が通過する食道と異なり、常に潰れないように内腔が確保されていなければならない。そのため、気管の外側は気管軟骨と呼ばれるC字形の軟骨が連続して積み重なった構造になっており、頸部の動きに伴う屈曲が容易な柔軟性を保ちながら、つぶれないような強度を確保している。

気管の開始部には喉頭と呼ばれる複雑な構造が発達しており、食物が誤って気管内に侵入するのを防いでいるほか、哺乳類では発声器官の声帯を生じている。

◆ 節足動物の気管

昆虫やクモ類などの陸上性の節足動物の一部で、気管と呼ばれる呼吸器官が発達している。これは体表の一部が管状に体内に落ち込んだものであり、内面は外胚葉性で、気体交換をする場所(筋肉など)以外はクチクラに覆われる。空気の出入りする開口部は気門と呼ばれる。気管は体内で細かく枝分かれし、最終的に径1μm以下の気管小枝と呼ばれる細かい管になり、全身の組織に分布する。

空気中の酸素は拡散によって気門から気管を通り、気管小枝にまで到る。全身の組織は気管小枝の内壁を経て内部の空気から直接酸素を取り入れ、また二酸化炭素を排出する。二酸化炭素も同様に、気管から気門を経て、拡散によって空気中に放出される。

この気門、気管、気管小枝から成るシステムの全体を気管系と呼ぶ。

昆虫やクモのような小型の動物では、酸素や二酸化炭素を粘性の高い血液で組織に運ぶより、粘性の低い空気を担体にし、直接組織に届ける方がはるかに効率がよい。しかし気管系は拡散に依存するため、体サイズの増大とともに急速に呼吸効率は悪くなる。これが昆虫やクモが一定の大きさ以上に大型化できないひとつの大きな理由となっている。

ただ、ムカデやトンボのように細長い体を持てば、体側に並んだ気門から各組織への距離は大きくないので、かなり長くなることはできる。

また、昆虫の多くは体内で気管の一部が袋状に拡大して気嚢と呼ばれる構造を形成しており、大型の昆虫でも体積のわりに体内はスカスカの構造になっている。ヒラタアブやイエバエの雄の腹部を透かしてみると、腹部の中の非常に大きな部分を気嚢が占めていることを観察できる。気嚢内の空気は腹部の運動によって、拡散に頼らずに能動的に入れ替えることができる。活動中のアシナガバチなどが盛んに腹部を伸縮しているのは、気嚢内部の空気を入れ替えているのである。

体内に広がった気嚢からは体内組織まで比較的短い距離ですみ、このことがある程度の大型の昆虫の存在を許しているとともに、飛翔などの高いエネルギーを必要とする活動を助けている。気嚢は飛翔性の昆虫の体重の軽減にも役立っており、またセミの雄の腹部のように、体内に巨大な空洞を作り出して鳴き声の共鳴装置になっている場合もある。

前述のように、気門から気管小枝までの内面は通常の体表と同じく外胚葉性であり、外胚葉性上皮である気管芽細胞の分泌したクチクラで覆われている。気管系を持つ陸上節足動物は、脱皮に際して気管小枝以外の気管系内面のクチクラを、外骨格とともに脱ぎ捨て、更新している。セミが羽化した後の終齢幼虫の脱皮殻を観察すると、内側に白いひも状のものが見える。これが、脱ぎ捨てられた気管内面のクチクラである。

節足動物が大きくなれない理由として、大きいと上のように気管内部のクチクラの脱ぎ捨てが難しく、成功しにくくなるから、ということも挙げられている。

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