Biologi Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9
47Bagaimana Hewan Bernapas
Ikan trout di bawah jembatan, cacing tanah di bawah halaman rumput, capung di atasnya dan kamu yang berdiri di situ semuanya sedang melakukan hal yang sama pada menit ini: mengambil oksigen dari sekelilingmu (Definisi 46.1). Tetapi sekelilingmu berbeda — udara, tanah, air — dan begitu pula perlengkapannya. Bab ini adalah perjalanan keliling mesin pernapasan kerajaan hewan.
47.1 Satu masalah, empat mesin
Proposisi 47.1 (Spesifikasi bersamanya)
Setiap organ pernapasan, siapa pun pemiliknya, dibangun menurut satu spesifikasi, yang sudah dijumpai pada Catatan 26.4: sebuah permukaan yang luas, tipis dan lembap, tempat darah hewannya (atau cairan tubuhnya) mendekat cukup dekat ke sekelilingnya sehingga oksigen dapat menyeberang masuk dan karbon dioksida menyeberang keluar. Luas agar penyeberangannya cukup; tipis agar penyeberangannya mudah; lembap karena gasnya menyeberang dalam keadaan terlarut. Mesinnya berbeda dalam cara ia mendekatkan permukaan itu kepada sekelilingnya.
Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎
Definisi 47.2 (Keempat mesinnya)
Hewan mendekatkan permukaan pertukarannya dengan empat cara utama:
- paru-paru: kantong berisi udara yang terlipat di dalam tubuhnya, yang diangini oleh gerakan pernapasan — mamalia, burung, reptil, amfibi dewasa;
- insang: permukaan berumbai yang didekatkan di luar atau di tepi tubuhnya, yang dicuci oleh arus air — ikan (Latihan 26.11), berudu, banyak larva air, kerang;
- trakea: sebuah jaringan pipa udara halus yang dipipakan dari lubang di sepanjang tubuhnya langsung ke setiap organ — serangga; udaranya diantarkan dari pintu ke pintu, sebagian besar tanpa pertolongan darahnya;
- pernapasan kulit: seluruh kulit yang lembap sebagai permukaan pertukarannya — cacing tanah sepenuhnya; amfibi sebagai tambahan besar bagi paru-parunya yang sederhana.
Contoh 47.3 (Mengamati mesinnya berjalan)
Tiap mesinnya memperlihatkan iramanya. Mulut dan tutup insang ikan troutnya memompa dalam pergantian yang mantap — air masuk di mulutnya, melewati insangnya, keluar di bawah tutupnya. Perut belalang yang beristirahat berdenyut — memompa pipa udaranya. Tenggorokan kataknya bergetar — mendorong udara ke dalam paru-parunya (tanpa sangkar rusuk yang mengerjakannya). Hanya cacing tanahnya yang tidak memperlihatkan apa-apa: pernapasan kulit sama sekali tidak punya gerakan, dan justru itulah sebabnya Definisi 46.1 membedakan pertukarannya dari pemompaannya.
47.2 Mesinnya cocok dengan mediumnya — dan dengan kehidupannya
Proposisi 47.4 (Mengapa tiap mesin di tempatnya)
Mesinnya memetakan diri pada medium dan kehidupannya (Definisi 28.1 yang bekerja pada pernapasan):
- insang cocok bagi air: permukaan berumbainya mengapung terpisah di dalamnya, dan dicuci terus-menerus — lalu ambruk tanpa guna di udara (ikan trout yang tercekik pada Latihan 26.11);
- paru-paru cocok bagi udara: karena terlipat di dalam, ia tetap lembap di tempat air terbuka akan hilang — tetapi ia tidak dapat memanen oksigen air yang terlarut dan langka;
- trakea cocok bagi tubuh yang kecil: hebat pada jarak milimeter, ia mengantar terlalu lambat pada jarak yang panjang — salah satu sebab serangga tetap kecil;
- pernapasan kulit cocok bagi kehidupan yang kecil dan berkulit lembap di tempat yang lembap: seluruh permukaan cacingnya nyaris hanya melayani tubuhnya yang tipis, dan udara kering membunuhnya — ingatlah cacing tanah yang terdampar sesudah hujan.
Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎
Contoh 47.5 (Dua kehidupan, dua mesin dalam satu hewan)
Katak menjalankan seluruh bab ini dalam satu kehidupan: insang ketika berudu (mesin milik penghuni air, Contoh 8.7), paru-paru ditambah kulit yang lembap ketika dewasa — paru-parunya sederhana, kulitnya mengerjakan sebagian besar pekerjaannya, terutama sepanjang musim dingin yang dingin di dasar kolam (Latihan 38.11: katak yang dorman itu bernapas lewat kulitnya belaka). Metamorfosis membangun ulang bahkan permesinan pernapasannya.
Contoh 47.6 (Bernapas dengan udara sambil hidup di air)
Penghuni air yang berparu-paru harus pulang pergi. Lumba-lumba dan paus muncul ke permukaan untuk menyembur lalu menarik napas (Contoh 44.5: paru-paru mamalia, yang diwarisi dari nenek moyang daratnya); siput kolam memanjat ke permukaan untuk mengisi ulang; kumbang selam membawa sebuah gelembung udara keperakan di bawah tutup sayapnya — tangki seorang penyelam, yang diperbarui di permukaan. Habitat dapat ditawar; medium mesinnya tidak.
Metode 47.7 (Membaca pernapasan seekor hewan)
Diberikan seekor hewan yang belum dikenal:
- di mana ia hidup — dan dapatkah ia meninggalkannya? (air, udara, tanah; pulang pergi atau menetap);
- carilah tanda mesinnya: tutup insang atau berkas berumbai; lubang hidung dan dada yang bergerak; deretan lubang mungil di sepanjang tubuh serangga; atau tidak ada yang terlihat kecuali sebuah kulit yang lembap;
- amati iramanya: tutup yang memompa, perut yang berdenyut, dada yang naik, kunjungan ke permukaan;
- sebutkan mesinnya — lalu periksalah ia terhadap mediumnya dengan Proposisi 47.4.
Catatan 47.8 (Spesifikasinya tidak pernah berubah)
Di balik keberagamannya, periksalah salah satu di antara keempat mesinnya dari dekat dan Proposisi 47.1 muncul kembali: umbai insangnya, kantong paru-parunya, ujung terhalus trakeanya dan kulit cacingnya semuanya adalah tempat pertemuan yang luas-tipis-lembap antara sekeliling dan tubuhnya. Empat mesin, satu spesifikasi — kesatuan kehidupan (Proposisi 29.2), yang tertulis pada perlengkapan pernapasan.
47.3 Latihan
Latihan 47.1 ★
Nyatakan spesifikasi bersama yang dipenuhi setiap organ pernapasan, dan mengapa tiap sifat di antara ketiganya berarti.
Solusi
Solusi Latihan 47.1.
Sebuah permukaan pertukaran yang luas, tipis dan lembap, tempat darah (atau cairan tubuh) bertemu sekelilingnya. Luas: agar penyeberangan seluruhnya cukup; tipis: agar penyeberangannya mudah; lembap: karena gasnya menyeberang dalam keadaan terlarut.
Latihan 47.2 ★
Sebutkan keempat mesinnya, masing-masing dengan dua pemiliknya.
Latihan 47.3 ★
Lukiskan pemompaan ikan troutnya: jalan airnya masuk, melintas dan keluar.
Latihan 47.4 ★
Bagaimana serangga mengantarkan oksigen tanpa paru-paru — dan sebagian besar tanpa pertolongan darahnya?
Latihan 47.5 ★
Mengapa ikan trout yang terdampar tercekik di udara yang kaya oksigen?
Solusi
Solusi Latihan 47.5.
Di luar air, permukaan insangnya yang berumbai ambruk lalu saling melekat: permukaannya yang luas menyusut menjadi nyaris tidak ada, dan tanpa permukaan tidak ada penyeberangan — oksigennya berlimpah, mesinnya yang tidak ada untuk mengambilnya.
Latihan 47.6 ★
Mengapa sinar matahari yang kering membunuh cacing tanah di trotoar? Mesin yang mana yang gagal, dan bagaimana?
Solusi
Solusi Latihan 47.6.
Pernapasan kulit — dan kondisi lembapnya yang gagal: kulit yang mengering tidak lagi dapat melewatkan gas, dan cacingnya tercekik di udara terbuka. Luas dan tipis tidak menyelamatkan sebuah permukaan yang tidak lagi lembap.
Latihan 47.7 ★★
Daftarkan mesin pernapasan kataknya sepanjang hidupnya, masing-masing dengan musim atau tahapnya.
Latihan 47.8 ★★
Lumba-lumba hidup seperti ikan tetapi tenggelam seperti manusia. Jelaskan dengan mesinnya dan keturunannya (Contoh 44.5).
Solusi
Solusi Latihan 47.8.
Mesinnya adalah paru-paru — yang diwarisi dari nenek moyang darat yang memberi susu — sehingga ia harus muncul ke permukaan untuk bernapas dengan udara, semirip apa pun kehidupannya dengan ikan: kalau ditahan di bawah, ia tenggelam. Pakaiannya milik airnya; mesinnya milik keluarganya.
Latihan 47.9 ★★
Gelembung keperakan kumbang selam itu apa, dan apa yang harus dilakukan kumbangnya terhadapnya secara teratur?
Solusi
Solusi Latihan 47.9.
Sebuah simpanan udara yang dibawa — tangki seorang penyelam di bawah tutup sayapnya, yang darinya trakeanya menimba. Ia harus kembali ke permukaan secara teratur untuk memperbarui gelembungnya.
Latihan 47.10 ★★
Jalankan Metode 47.7 atas: (a) seekor kerang; (b) seekor belalang; (c) seekor ular rumput yang berenang menyeberangi kolamnya.
Solusi
Solusi Latihan 47.10.
(a) Kerang: penghuni air, tanpa gerakan yang terlihat tetapi berinsang di dalam cangkangnya, yang dicuci arus yang dipompanya. (b) Belalang: penghuni udara; deretan lubang mungil, perut yang berdenyut — trakea. (c) Ular rumput: seorang reptil yang pulang pergi — paru-paru; ia berenang dengan lubang hidung di atas lalu muncul ke permukaan untuk bernapas.
Latihan 47.11 ★★
Mengapa tidak ada serangga sebesar paus? Jawablah dengan batas trakeanya.
Solusi
Solusi Latihan 47.11.
Trakea mengantar lewat pipa udara yang bercabang, hebat pada jarak milimeter dan terlalu lambat pada jarak yang panjang: bagian dalam sebuah tubuh sebesar paus akan terletak terlalu jauh dari lubang mana pun. Mesinnya menetapkan langit-langit ukuran, dan serangga hidup di bawahnya.
Latihan 47.12 ★★★
“Empat mesin, satu spesifikasi.” Belalah kalimat itu: sebutkan spesifikasi bersamanya, lalu tunjukkan bagaimana insang, paru-paru, trakea dan kulit masing-masing memenuhi ketiga tuntutannya.
Solusi
Solusi Latihan 47.12.
Spesifikasinya: sebuah permukaan pertemuan yang luas, tipis dan lembap antara tubuh dan sekelilingnya. Insang memenuhinya dengan permukaan berumbai yang direntangkan airnya; paru-paru dengan jutaan kantong yang terlipat dalam naungan yang lembap; trakea dengan jumlah permukaan dalam ujung terhalusnya, yang lembap pada ujungnya; kulit dengan seluruh bagian luar tubuhnya yang lembap, yang dijaga tetap luas dibandingkan tubuh yang kecil dan tipis. Empat pemegang, satu hal yang dipegang.
47.4 Soal: Pendataan Para Pernapas di Kolam
Soal 47.1
Soal akhir pekan — satu kolam, setiap mesin bekerja
Sesore di kolam dengan jaring, kotak pengamat dan buku catatan. Pendataannya: benih ikan trout dan ikan duri; berudu (sebagian sudah berkaki belakang); katak dewasa; siput kolam yang menjelajahi selaput permukaannya; seekor kumbang selam yang berkilat keperakan; larva lalat sehari dengan berkas berumbai di bawah batu; dan, di halaman rumput lembap pada tebingnya, cacing tanah.
Bagian I — Menyebutkan mesinnya.
- Berikan kepada tiap anggota pendataannya mesin pernapasannya.
- Berkas berumbai larva lalat seharinya melambai terus-menerus bahkan di air yang tenang. Berkas itu apa, dan untuk apa lambaiannya?
- Anggota pendataan mana yang harus mengunjungi permukaannya, dan mengapa persis mereka?
- Berudu yang belum berkaki dan yang sudah berkaki boleh jadi berbeda di dalam sebanyak perbedaannya di luar. Pembangunan ulang apa yang sedang berjalan, menurut Contoh 47.5?
Bagian II — Mesinnya di bawah tekanan.
- Seminggu yang panas dan tanpa angin menurunkan oksigen terlarut kolamnya (Bab 48 akan menjelaskan mengapa). Urutkan pendataannya: siapa yang menderita lebih dahulu — para pemakai insang, atau para pengunjung permukaan? Mengapa?
- Pada minggu itu, ikan durinya menggantung tepat di bawah permukaan, dengan mulut bekerja pada selaputnya. Tafsirkan perilakunya dengan spesifikasinya: apa yang istimewa pada milimeter teratas airnya?
- Seorang pengarung yang ceroboh mengaduk awan lumpur halus. Mesin yang mana yang tersumbat, dan apa yang kamu harapkan dilakukan hewan yang terkena?
- Sesudah hujan semalam, cacing tanah di halaman rumputnya tergeletak di jalan setapak. Jelaskan pemandangan klasik itu: mesin yang mana, dan kondisi yang mana, yang mengusir mereka ke atas?
Bagian III — Peta yang lebih besar.
- Susunlah pendataannya sebagai sebuah tabel: hewan, mesin, medium, pulang pergi atau menetap. Satu spesifikasi tunggal apa yang mengepalai setiap lajur mesinnya, menurut Catatan 47.8?
- Kolamnya membeku di permukaannya pada bulan Januari, sehingga permukaannya tersegel. Ramalkan nasib musim dinginnya: kataknya (Latihan 38.11), siputnya, kumbangnya, ikannya — siapa yang kesulitan, siapa yang tercukupi?
- Seorang pendatang baru tiba: seekor laba-laba air yang menganyam sebuah lonceng sutra lalu mengisinya dengan udara permukaan. Tempatkan kiatnya di samping kiat kumbangnya, lalu sebutkan mesin yang tetap dilayaninya.
- Simpulkan: mengapa satu kolam kecil membutuhkan empat mesin pernapasan yang berbeda agar terhuni sepenuhnya? Satu kalimat, dengan memakai medium dan oksigen.
Solusi
Solusi Soal 47.1.
1. Benih ikan trout dan ikan duri: insang. Berudu: insang (yang sudah berkaki sedang di tengah pembangunan ulang). Katak dewasa: paru-paru ditambah kulit. Siput kolam: paru-paru — pengunjung permukaan. Kumbang selam: trakea, yang diberi makan dari gelembung yang dibawanya. Larva lalat sehari: insang (berkas yang berumbai). Cacing tanah: kulit.
2. Insang. Lambaiannya memperbarui air yang bersentuhan dengan permukaan insangnya — sebuah arus buatan sendiri di tempat kolam yang tenang tidak menyediakannya, sehingga air segar pembawa oksigen tetap ada di penyeberangannya.
3. Siput kolamnya, kumbang selamnya, katak dewasanya (dan ular rumput mana pun yang berkunjung): semua pemakai paru-paru dan gelembung — mesinnya mengambil oksigen dari udara, sehingga permukaannya adalah pom pengisiannya.
4. Pembangunan ulang pernapasan pada metamorfosisnya: insang yang melayani berudu tanpa kaki sedang ditukar dengan paru-paru (dan kulit yang bernapas) yang akan dibutuhkan katak kecil yang menuju tepian.
5. Para pemakai insang menderita lebih dahulu: seluruh pasokannya adalah persediaan terlarut airnya yang menyusut. Para pengunjung permukaan — siput, kumbang, katak — menimba udara tanpa batas di atasnya dan sekadar pulang pergi lebih sering.
6. Milimeter teratasnya bersentuhan dengan udara: oksigen melarut masuk dari atas, sehingga lapisan selaputnya adalah air yang paling tidak miskin di sebuah kolam yang tercekik. Ikan durinya sedang mengantre di sumur yang terakhir.
7. Insangnya tersumbat: lumpur halus mengendap pada permukaan berumbainya lalu menghalangi penyeberangannya. Harapkanlah para pernapas insang menghindari awannya, dan pemompaan tutupnya kepayahan — dengan kejang batuk untuk membersihkan endapannya.
8. Pernapasan kulit, dan kondisi lembap-tetapi-tanpa-udaranya: liangnya yang tergenang memuat terlalu sedikit oksigen, sehingga cacingnya muncul ke permukaan untuk bernapas — menukar tercekik di bawah dengan risiko mengering di atas.
9. Tabelnya seperti yang ditugaskan (mesin dan medium tiap hewannya; yang pulang pergi: siput, kumbang, katak). Yang mengepalai setiap lajurnya: permukaan pertukaran yang luas-tipis-lembap — satu spesifikasi yang dipegang keempat mesinnya.
10. Katak: tercukupi — lesu di dalam lumpurnya, dengan kulitnya yang bernapas melayani kebutuhan musim dinginnya yang kecil. Siput dan kumbang: kesulitan — permukaannya tersegel; mereka melewati musim dingin dalam keadaan dorman dengan kebutuhan yang diturunkan atau dengan gelembung yang terperangkap. Ikan: tercukupi selama persediaan airnya bertahan — dingin memperlambat setiap bunyi mesin (Contoh 46.7), dan insangnya melayani permintaan yang berkurang di bawah esnya.
11. Lonceng sutra laba-labanya adalah tangki udara yang tetap, sedangkan gelembung kumbangnya adalah tangki yang dibawa: keduanya menyimpan udara permukaan di bawah air dan keduanya tetap melayani sebuah mesin udara (perlengkapan paru-paru buku dan trakea milik laba-labanya) di dalam medium yang keliru.
12. Karena kolamnya menawarkan oksigen dalam dua medium — yang langka dan terlarut di bawah, yang kaya di atas — dan tiap mesinnya memanen satu medium pada satu ukuran kehidupan: hanya dengan keempatnya bekerja, setiap sudutnya, dari lumpur sampai selaput permukaannya, menjadi terhuni.