Всем животным для выживания требуется кислород, и они выделяют углекислый газ в качестве побочного продукта. Из-за того, что животные очень разнообразны, в животном мире возникло множество дыхательных систем, каждая из которых предназначена для работы в конкретной среде обитания. В зависимости от размера и среды животное может использовать прямую диффузию, жабры, легкие или другие дыхательные пути для газообмена. У высокоразвитых животных, таких как млекопитающие, дыхательная и кровеносная системы работают вместе. У млекопитающих кислород попадает в организм через легкие, где присоединяется к гемоглобину в крови и затем распределяется по матрице сосудов к клеткам и тканям. Во второй половине уравнения углекислый газ собирается из клеток и направляется обратно в легкие, где удаляется с выдохом. Мы все видели изображения запутанных кровеносных сосудов, напоминающих скелет дерева. Крупные сосуды такие же толстые, как ствол, а ветви вначале становятся большими и постепенно уменьшаются по мере удаления. Сосуды на концах совершенно крошечные, но именно эти крошечные концевые части, называемые капиллярами, видят все действие, потому что именно там происходит обмен газов.

У насекомых тоже есть дыхательная и кровеносная системы. Но, в отличии от высших животных, кровеносная система насекомых не имеет эквивалента гемоглобина, поэтому у нее нет способности переносить кислород с места на место по всему телу. Так как же они дышат без легких и жабр? У насекомых есть открытые поры на покровах, которые в конечном итоге соединяются с внутренними тканями, придатками и органами. Если вы можете представить себе океанский лайнер с серией иллюминаторов по всей его длине, которые позволяют воздуху входить и выходить круглосуточно. Эти отверстия, называемые дыхальцами, позволяют кислороду поступать прямо в тело насекомого.

У пчел, как и у большинства насекомых, каждое дыхальце открывается в трубку, называемую трахеей. Трахеи образуются из врастаний покровов и окружены хитиновыми кольцами, из того же твердого материала, из которого состоит покров. Хитин, похожий на пружину, закручивается по спирали вокруг каждой трахеальной трубки. Эта спиральная конструкция - очень похожая на спиральную трубку, используемую для пылесосов и шлангов - делает трахею гибкой, растяжимой, устойчивой к изгибам, стойкостью к давлению и устойчивостью к истиранию.

Подобно дереву кровеносных сосудов у млекопитающих, трахеи разделяются на все меньшие и меньшие трубки по мере увеличения расстояния от дыхальца. В самом конце, где трубки контактируют с клеточными тканями, трахеи становятся крошечными и называются трахеолами. Трахеолы, как и соответствующие капилляры у млекопитающих, являются местом газообмена. Кислород внутри трахеолы диффундирует в ткани, а углекислый газ, который накапливается внутри клетки, диффундирует из тканей, чтобы вернуться во внешний мир.

У большинства насекомых десять пар дыхалец, две пары - в грудной клетке и восемь - в брюшной полости. У пчел, однако, первые три пары появляются на грудной клетке, а остальные семь пар выстилают брюшко. Дыхальца - одно из первых, что можно увидеть на развивающейся личинке, они видны в виде черных точек по бокам тела личинки. Вскоре после того, как дыхальца станут видимыми, вы также сможете увидеть, как начинает формироваться сеть трахей, которая выглядит как дорожная карта «белое по белому».

Вместо легких у медоносных пчел есть тонкостенные воздушные мешочки в различных местах трахеи. Мешочки расположены по всему телу пчелы, включая голову, грудную клетку, брюшную полость и ноги. Те, что находятся в брюшной полости, особенно большие, остальные меньше. Эти мешочки, похожие на воздушные шары или подушки, расширяются или сжимаются вместе с потребностью пчелы в кислороде. Изменение давления в воздушных мешках помогает переместить кислород туда, где он нужен. Мышечные движения в брюшной полости контролируют поток воздуха в мешочки и из них. Пчела может сокращать мышцы дорсовентрально (сверху вниз) или по длине живота (спереди назад).

Поскольку мышцы прикрепляются к внутренней части жесткого живота, а не непосредственно к мешочкам, весь живот движется, когда она качает воздух через свою трахеальную систему. Когда живот сокращается, воздух выжимается из мешочков, а когда мышцы расслабляются, воздух всасывается в них, как в велосипедный насос. Кажется, что сокращения мышц проходят по всей длине живота гормошкой, заставляя брюшные пластины скользить друг по другу. Новички-пчеловоды часто начинают беспокоиться, когда впервые наблюдают за этими сокращениями, описывая их как «волны судорог», «мышечные спазмы» или «судороги». Амплитуда мышечных сокращений изменяется в зависимости от потребности пчелы в кислороде. Обычно схватки небольшие и едва заметные, но бывают и ярко-выраженные. Объем движений мышц может увеличиваться из-за недостатка кислорода или повышения содержания углекислого газа в окружающей среде.