thumb|400px|Anatomía interna del insecto. 1: cerebro; 2: ganglio; 3: cuerpo allatum; 4: cuerpo faríngeo; 5: aorta; 6: ganglio stomacal; 7: buche; 8: ventrículo; 9: válvula cardíaca; 10: mesenterón; 11: hemocele; 12: ventrículo; 13: corazón; 14: ostiolo; 15: recto; 16: ano; 17: vagina; 18: ganglio frontal; 19: anillo periesofágico; 20: epifaringe; 21: faringe; 22: gnatocerebro; 23: esófago; 24: ganglio ventral; 25: válvula pilórica; 26: tubos de Malpighi; 27: proctodeo; 28: ovariola; 29: ovario; 30: espermateca
La fisiología de los insectos estudia cómo viven y se reproducen los insectos. Generalmente se la subdivide según los sistemas anatómicos como sigue: exoesqueleto, sistemas digestivo, excretorio, circulatorio, inmune, muscular, nervioso y reproductivo.
Los insectos son el grupo de organismos más diverso del planeta, con más de un millón de especies descritas. El plan básico de sus cuerpos permite esta gran diversificación. Los insectos son artrópodos, es decir que tienen un esqueleto externo. El exoesqueleto protege los órganos internos, a la vez que permite la comunicación con el exterior por medio de los órganos de los sentidos.
Exoesqueleto
El tegumento constituye el esqueleto de los insectos. Es fuerte y, al mismo tiempo, flexible, permitiendo el movimiento y suministrando puntos de inserción para los músculos. El exoesqueleto es sumamente diverso y está adaptado a una variedad de funciones. Puede ser duro y rígido como en las mandíbulas o blando y flexible como en las larvas. Todas las estructuras externas están hechas de cutícula y son responsables por la gran diversidad de insectos que existe actualmente. El exoesqueleto de los insectos está compuesto de varias capas. Las capas incluyen la epicutícula, exocutícula y endocutícula de afuera hacia adentro. Las células epidérmicas forman una capa colocada debajo de la cutícula y separada de la hemolinfa por una membrana basal.
La epicutícula carece de quitina, es delgada y contiene ceras que la hacen impermeable. La exocutícula es más gruesa, rígida y esclerotizada. La endocutícula, aún más espesa, es resistente y flexible. Está hecha de numerosas capas de quitina fibrosa y de proteínas, que forman un entramado. La exocutícula está muy reducida en algunos insectos de exoesqueleto blando y especialmente en las larvas. La quitina es una larga cadena (polímero) de N-acetilglucosamina, un derivado de la glucosa. Es resistente, translúcida y flexible. Sin embargo, en los artrópodos puede estar muy modificada, especialmente cuando está incrustada con carbonato de calcio.Campbell, N. A. (1996) Biology (4th edition) Benjamin Cummings, New York. p. 69 ISBN 0-8053-1957-3 Esta diferencia es clara cuando se compara una oruga de mariposa con los élitros de un escarabajo.
Fisiología de la muda o ecdisis
El proceso de descartar la cutícula antigua y producir una cutícula nueva se llama muda o ecdisis. Permite el crecimiento del insecto inmaduro (ninfa o larva), que aumenta de tamaño en cada estadio. En insectos holometábolos también permite la formación de la pupa, en la que tiene lugar la metamorfosis, que es la transición de larva a adulto.
A medida que crece, el insecto necesita reemplazar el exoesqueleto, que es relativamente rígido e incapaz de crecer. La muda puede ocurrir tres o cuatro veces, pero en algunos casos poco comunes puede haber hasta cincuenta o más mudas durante la vida, por ejemplo en los pececillos de plata. Es un proceso complejo controlado por hormonas que actúan sobre la cutícula o pared corporal, así como la cubierta de las tráqueas y del extremo anterior y posterior del tubo digestivo. El proceso empieza cuando las células epidérmicas comienzan a dividirse rápidamente y se acumulan en forma columnar.
Etapas de la muda Apolisis: las hormonas de la muda (ecdisona) circulan por la hemolinfa y llegan a la cutícula. Separan la cutícula vieja de las células epidérmicas. Las células del epitelio escamoso se multiplican por mitosis y producen una nueva cutícula debajo de la antigua. Las enzimas producidas por las células epidérmicas digieren la vieja endocutícula sin afectar a la vieja exocutícula esclerotizada. Ecdisis: consiste en el desprendimiento de la vieja cutícula, lo cual generalmente comienza en la línea media dorsal del tórax. La presión de la hemolinfa forzada dentro del tórax por acción muscular ayuda en este proceso. Además, el insecto traga agua o aire para aumentar la presión. A continuación se mueve vigorosamente hasta salir de la cutícula. Esclerotización: después de emerger, la nueva cutícula es muy blanda. Es una etapa vulnerable para el insecto. La nueva exocutícula se endurece y toma un color más oscuro o intenso, lo cual puede llevar varias horas. Las alas se expanden por acción de la hemolinfa que es bombeada a las venas alares.
Metamorfosis
La metamorfosis de los insectos es la transición del estado inmaduro de ninfa o larva al estado adulto. En los insectos hemimetábolos, el último estadio de ninfa pasa por la metamorfosis para convertirse en adulto. En los holometábolos, la larva pasa por el estadio de pupa y el adulto se desarrolla en el interior de la cápsula de la pupa.
Ciclo vital Hay tres tipos de ciclos biológicos en los insectos:
Ametabolismo, sin metamorfosis, en que no hay mayor diferencia entre el insecto juvenil o ninfa y el adulto. Solo los insectos más primitivos y carentes de alas tienen este tipo de ciclo vital, como dipluros, tisanuros, colémbolos y proturos.
Hemimetabolismo, metamorfosis simple o incompleta. El individuo inmaduro se llama ninfa; las ninfas acuáticas suelen ser llamadas náyades. El insecto juvenil o inmaduro es similar al adulto. Las alas son simples brotes. Solo después de la última muda las alas se desarrollan completamente y son funcionales.
Holometabolismo, o metamorfosis completa. En estos insectos, los estadios inmaduros difieren notablemente de los adultos y, en la mayoría de los casos, viven en hábitats diferentes y tienen diferente alimentación. Suelen tener piezas bucales masticatorias aunque los adultos tengan órganos de succión o chupadores. Los estadios inmaduros se llaman larvas y no cambian mucho de aspecto, solo de tamaño a través de varias mudas. Cuando han completado su crecimiento entran en el estadio de pupa, que es un período de inactividad durante el cual tiene lugar la metamorfosis. En este estadio se desarrollan los órganos adultos, incluyendo alas, órganos sexuales y las patas, antenas y piezas bucales del adulto.
Sistema digestivo
Un insecto usa su sistema digestivo para extraer nutrientes y otras sustancias de la comida. La mayor parte de la comida es ingerida en forma de macromoléculas y otras sustancias complejas (como proteínas, polisacáridos, grasas y ácidos nucleicos) que deben ser reducidas a moléculas de menor tamaño (aminoácidos, azúcares simples, etc.) por reacciones catabólicas. Así pueden ser usadas por las células del cuerpo para energía, crecimiento y reproducción. Este proceso de reducción es conocido como digestión.
thumb|250px|right|Diagrama simplificado de la parte final del aparato digestivo de insectos (del tipo Orthoptera). Mesenterón. Proctodeo. Recto. Tubos de Malpighi
El sistema digestivo de los insectos consiste en un largo tubo que recorre el cuerpo de un extremo a otro. Permite la entrada de alimentos por la boca, procesa ese alimento y elimina los restos por el ano. El tubo digestivo tiene secciones específicas para triturar, almacenar y absorber el alimento. Hay secciones que segregan enzimas que modifican las moléculas y que ayudan a la absorción de nutrientes. Hay esfínteres que regulan el paso del alimento y los líquidos de una región a otra.
Las tres regiones consisten en la parte anterior o estomodeo, la parte media o mesenterón y la región final o proctodeo. El estomodeo y el proctodeo son invaginaciones del epitelio externo que está cubierto por la cutícula. El mesenterón no está recubierto de cutícula sino de células epiteliales que son reemplazadas constantemente por un proceso de multiplicación rápida. La cutícula es reemplazada en cada muda, junto con el exoesqueleto. El alimento avanza a lo largo del intestino por medio de movimientos peristálticos.
Además del tubo alimentario, el aparato digestivo del insecto tiene pares de glándulas salivales y reservorios salivales. Estas estructuras generalmente se encuentran en el tórax (adyacente al estomodeo). Las glándulas salivales producen saliva que es transportada por conductos salivales a los reservorios y de allí hacia la región bucal donde se vierten detrás de la hipofaringe. Los movimientos de las piezas bucales ayudan a mezclar la saliva con el alimento. Así comienza el proceso de digestión.
Estomodeo Esta región almacena, tritura y transporta alimento a la sección siguiente. Incluye la cavidad bucal, la faringe, el esófago, el buche (que almacena alimentos) y el proventrículo (que los tritura). Las secreciones salivales de las glándulas labiales diluyen la comida ingerida. En los mosquitos y otros insectos que se alimentan de sangre hay glándulas que producen anticoagulantes.
Mesenterón Las enzimas de esta región son producidas y secretadas dentro del lumen o cavidad interior del tubo digestivo y los nutrientes son absorbidos en esta región. El alimento es envuelto por una membrana peritrófica carente de células y hecha de mucopolisacáridos o glicosaminoglicanos que es secretada por las células epiteliales del mesenterón. Esta membrana posiblemente evita que los patógenos presentes en la comida se pongan en contacto con el epitelio y contaminen al insecto. También obra como un filtro que permite el paso de las moléculas pequeñas a las células epiteliales e impide el paso de las más grandes y de los fragmentos de comida. Solo después que las moléculas se han reducido en tamaño puede tener lugar la absorción de estas. En la pared del intestino medio hay prolongaciones microscópicas llamadas microvellosidades que aumentan la superficie de absorción para mejorar la eficiencia del traspaso de nutrientes.
Proctodeo El proctodeo se extiende desde la válvula pilórica hasta el ano y está dividido en tres secciones: la anterior se llama íleo, la central es el colon y la posterior y más ancha es el recto. Aquí ocurren la absorción del agua, sales y otras sustancias útiles antes de la excreción. Al igual que en otros animales, la eliminación de desperdicios metabólicos requiere agua. En animales pequeños, como los insectos, la conservación de agua es de importancia crítica. Por eso existen órganos de osmorregulación llamados tubos de Malpighi a la entrada del proctodeo. Son evaginaciones o protrusiones en forma de túbulos ciegos que extraen los desechos orgánicos de la hemolinfa circulante. Los túbulos producen continuamente ácido úrico y lo vuelcan en el proctodeo. Aquí también se reabsorben las sales y el agua. El excremento es expulsado en forma de gránulos sólidos de ácido úrico insolubles y químicamente inertes. Es decir que la excreción y osmorregulación son ejecutadas en combinación por los tubos de Malpighi, el íleo y el recto.
Sistema circulatorio
thumb|350px|Anatomía interna de un escarabajo. Aparato circulatorio en rojo, con cámaras cardíacas La sangre de los insectos, hemolinfa, tiene las funciones de transporte y de bañar los órganos del cuerpo. Generalmente representa menos del 25% del peso corporal del insecto. Transporta hormonas, nutrientes y desechos y tiene funciones en la osmorregulación, control de la temperatura, inmunidad, almacenaje (de agua, carbohidratos y grasas) y función esquelética. También juega un papel en el proceso de muda. Otra función en algunos órdenes de insectos puede ser la de defensa contra depredadores. En tales casos contiene sustancias de olor o sabor desagradable que repelen a los atacantes.