Refleksjonsoppgaver om gassutveksling

1. Flatormer lever i vann. De mangler både gassutvekslings- og sirkulasjonssystem. Figur 1 ovenfor viser en type flatorm. Bruk informasjonen i figuren, og pek på to egenskaper som gjør at flatormen får dekket cellenes behov for gassutveksling.

2. Vannfrosken (Telmatobeus culeus) er en amfibieart som lever i Titicacasjøen i Sør-Amerika. Frosken lever utelukkende under vann. Den har et uvanlig utseende med store hudfolder, som vist i figur 2. Gi en forklaring på hvorfor vannfrosken har utviklet uvanlig store hudfolder sammenlignet med andre frosker.

1. Amøbegjellesykdom (AGS) skyldes en parasitt som lever på gjellene til laksefisk. Sykdommen gjør blant annet at gjelleepitelet blir tykkere, og at lamellene ofte klistrer seg sammen. Fisk som rammes av AGS, har merkbart lavere svømmeaktivitet enn fisk uten AGS. Forklar hvorfor.

2. Makrell er en aktiv fisk med høy svømmehastighet. Rødspette er en flyndre som beveger seg rolig rundt på havbunnen det meste av livet. Det er forskjell på gjellene til makrell og rødspette. Forklar hva forskjellen består i.

3. Når blodet går gjennom gjellebladene til en fisk, skjer det gassutveksling mellom blod og vann. Hvilket av alternativene i figur 3 viser best hvordan oksygenkonsentrasjonen i blod og vann endrer seg langs gjellebladet? Forklar hvordan du tenker.
   

1. Sammenlign hovedtrekk ved gassutvekslingen til amfibier, pattedyr og fugler, og sett forskjellene i sammenheng med dyrenes levesett og miljø.

2. Beskriv de viktigste forskjellene mellom vann og luft med hensyn til gassutveksling. Hvordan har forskjellene påvirket utformingen av gassutvekslingsorganene til vann- og landlevende dyr?

1. Figur 4 viser hvordan gasskonsentrasjonene i trakéene til et insekt endrer seg. Beskriv og forklar hva som skjer med gasskonsentrasjonene i trakéene når spiraklene er lukket.

2. Bruk informasjonen i figur 4 til å forklare hva som stimulerer spiraklene til å åpnes. Hva er grunnen til at insektet periodevis lukker spiraklene?

1. Ifølge enkelte er trakesystemet årsaken til at det ikke finnes større insekter på jorda. Det finnes imidlertid fossiler av insekter som er mye større enn dagens insekter. Disse "gigantinsektene" utviklet seg i ei tid da atmosfæren hadde en høyere oksygenkonsentrasjon enn i dag. Forklar hvordan trakésystemet og oksygenkonsentrasjonen i atmosfæren sammen begrenser størrelsen på insekter.

2. Sammenlign gassutvekslingen til insekter og planter.

3. De minste trakéene, trakeolene, er fylt med vann. Når insektet er aktivt, trekkes dette vannet inn i muskelvevet. Dette øker gassutvekslingen mellom trakeolen og muskelcellene. Prøv å forklare hvordan.

4. Noen insekter har luftsekker i tilknytning til trakéene (se figur 5). Muskelbevegelser gjør at luftsekkene vekselvis minker og øker i volum, og dette bidrar til å skifte ut lufta i trakéene. Det er først og fremst store og aktive insekter som skifter ut lufta på denne måten. Hvorfor har små insekter vanligvis ikke luftsekker?

Figur 6 viser hvordan en frosk puster inn. Trykkforskjeller spiller en viktig rolle, akkurat som når vi pattedyr puster. Studer figuren, og sammenlign måten frosk puster på, med måten vi puster på.

I denne oppgaven skal du sammenligne ulike dyr med hensyn til hvor effektiv gassutveksling de har. Filen nedenfor inneholder informasjon om kroppsvekt og gassutvekslingsoverflater hos en rekke arter.

1. Når forskere skal sammenligne gassutvekslingen til ulike dyr, sammenligner de gassutvekslingsareal per gram kroppsvekt. Hvorfor?

2. Regn ut gassutvekslingsareal per gram kroppsvekt for alle artene. Hvem har størst gassutvekslingsoverflate i forhold til kroppsvekta, store eller små dyr? Hva forteller dette oss om oksygenforbruket til små og store dyr?

3. Hvilke grupper av organismer har minst gassutvekslingsoverflate i forhold til kroppsvekta? Hvilke har størst? Gi en forklaring på forskjellene.

4. Sammenlign Mus musculus med Pipistrellus pipistrellus. Hvilken av de to artene mener du har den mest effektive gassutvekslingen? Finn ut mer om de to artene. Gir forskjellene mening i lys av det du fant ut?

5. Tykkelsen på barrieren mellom luft/vann og blod varierer mellom gruppene. På hvilken måte? Hvilken betydning har disse forskjellene?

6. Nå skal du framstille grafisk hvordan gassutvekslingsoverflaten varierer med kroppsvekta. Når du arbeider med data som dette, hvor det er stor spredning i tallverdiene, er det lurt å bruke en logaritmisk skala på aksene.

• Regn ut logaritmen av kroppsmassen og logaritmen av overflaten for alle artene.

• Framstill dataene med logaritmen av kroppsmassen langs x-aksen og logaritmen av overflaten langs y-aksen.

• Bruk lineær regresjon til å lage en modell for hvordan gassutvekslingsoverflaten avhenger av kroppsmassen. Lag én modell for pattedyr og fugler, og én modell for krypdyr, amfibier og fisk.

• Hva forteller stigningstallet til regresjonslinja?

• Nyere funn tyder på at dinosaurene hadde lunger som lignet på lungene til dagens fugler. Tyrannosaurus rex veide om lag 5 tonn. Om du legger dette til grunn, hvor stor gassutvekslingsoverflate vil du anslå at T. rex hadde?
  

Hyperventilering innebærer overdrevent kraftig pusting. Det fører til at CO₂-konsentrasjonen i blodet avtar uten at O₂-konsentrasjonen øker tilsvarende. Fridykking innebærer å dykke uten ekstra oksygen. Enkelte fridykkere hyperventilerer før de dykker, noe det advares mot å gjøre. Ta utgangspunkt i figur 9, og forklar hvorfor det kan være farlig å hyperventilere før et dykk.

Figur 10 viser hvordan volumet av luft i lungene endrer seg hos en person i hvile.

1. Beskriv hva som skjer med pustemuskulaturen mellom tidspunkt A og B.

2. Hvor mye luft puster personen inn i løpet av ett minutt?

3. Tenk deg at personen begynner å løpe etter 60 sekunder. Hvordan vil grafen da endre seg?

Figur 11 viser to grafer, A og B, som endrer seg gjennom to faser, fase 1 og fase 2. Den ene grafen viser volumet av luft i lungene, og den andre viser lufttrykket i alveolene. Den ene fasen er innånding, og den andre er utånding. Forklar hvilke grafer og hvilke faser som viser hva.

Innånding av kullstøvpartikler kan føre til utvikling av såkalte gruvelunger. Dette innebærer ofte følgende:

• Veggene i alveolene blir tykkere og stivere på grunn av arrdannelser.

• Oksygeninnholdet i blodet blir lavere enn normalt.

• Man puster raskere enn man gjorde før.

• Hverdagslige aktiviteter oppleves som anstrengende.

Forklar sammenhengene mellom punktene ovenfor.

Kilde til dataene i oppgave 7

Gillooly, J. F., Gomez, J. P., Mavrodiev, E. V., Rong, Y. & McLamore, E. S. (2016). Body mass scaling of passive oxygen diffusion in endotherms and ectotherms. PNAS, 113, 5340–5345.