Biologi Universitas — Tahun 1 · Bachelor Year 1

2Organisasi Fungsional Seekor Mamalia

Bukalah seekor kelinci di atas meja bedah dan kesan pertamanya adalah keteraturan. Sehelai lembar berotot, diafragma, membagi batang tubuh menjadi rongga dada yang memuat jantung dan dua paru serta rongga perut yang memuat selebihnya: hati sebesar kepalan, lambung, empat meter usus yang berakhir pada sekum sebesar lambung, dua ginjal yang menempel pada dinding belakang. Tiap organ punya tempat, punya pasokan darah, dan punya tugas; tak satu pun bekerja sendirian. Bab ini memerikan bagaimana mamalia dibangun sebagai satu keseluruhan yang bekerja: pola tubuhnya, sistem tempat organnya dikelompokkan, ruang cairan tempat selnya hidup, permukaan pertukaran tempat ia menemui dunia luar, dan neraca kalor yang menahannya pada $39\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ di padang bulan Januari.

2.1 Pola tubuh seekor mamalia

Definisi 2.1 (Pola tubuh)

Yang disebut pola tubuh seekor hewan adalah susunan sumbu, rongga dan organnya yang dimiliki bersama oleh semua anggota kelompoknya. Pola tubuh mamalia adalah pola tubuh vertebrata: simetri bilateral dengan ujung kepala yang membawa otak dan indra utama (sefalisasi), sebuah sumbu punggung berupa ruas tulang belakang yang menyelubungi sumsum tulang belakang, empat tungkai, dan sebuah rongga tubuh di sisi perut — selom — yang memuat organ dalam. Yang khas mamalia: selomnya dibagi oleh diafragma berotot menjadi rongga dada (jantung, paru) dan rongga perut (organ pencernaan, ginjal, gonad); tubuhnya berambut; anaknya diberi susu; suhunya diatur.

Seekor kelinci yang dibuka dari sisi perut. Diafragma memisahkan rongga dada (paru, jantung) dari rongga perut (hati, lambung, usus, sekum, ginjal, kandung kemih). Tiap organ terletak pada tempat yang tetap, terbungkus sebuah selaput dan dipasok pembuluhnya sendiri.

Definisi 2.2 (Organ, sistem organ)

Yang disebut organ adalah sebuah struktur yang tersusun dari beberapa jaringan (Bab 4) yang tertata untuk menjalankan satu fungsi tertentu: jantung memompa, paru mempertukarkan gas, ginjal menyaring. Yang disebut sistem organ adalah sehimpunan organ yang bekerja sama dalam satu fungsi luas: sistem pencernaan membentang dari mulut sampai anus dengan hati dan pankreas yang melekat padanya; sistem peredaran adalah jantung beserta pembuluhnya; sistem ekskresi, ginjal dan saluran kemih.

2.2 Sistem organ dan fungsi yang dilayaninya

Proposisi 2.3 (Tiga kelompok fungsi)

Sistem organ seekor mamalia melayani tiga kelompok fungsi:

nutrisi: memasukkan lalu mengedarkan materi dan energi serta membuang sisa — sistem pencernaan, pernapasan, peredaran dan ekskresi;
relasi: mengindera lingkungan dan bertindak atasnya — indra, sistem saraf, kelenjar endokrin, rangka dan otot;
reproduksi: menghasilkan keturunan — gonad, saluran kelamin dan, pada mamalia, kelenjar susu.

Tak ada sistem yang bekerja sendirian: tiap organ bergantung pada darah untuk pasokannya, pada sistem saraf dan endokrin untuk pemaduannya, dan pada rangka serta kulit untuk perlindungannya.

Sistem organ seekor mamalia dikelompokkan menurut fungsinya. Peredaran adalah pusatnya: tiap sistem bertukar dengan darah, dan darah membawa apa yang dimasukkan satu sistem ke setiap sistem yang lain.

Contoh 2.4 (Sesuap rumput)

Rumput si kelinci dipotong gigi seri dan digiling gigi geraham (rangka dan otot), dikecap dan dicium (indra), ditelan lalu dicerna di lambung dan usus halus; gula dan asam aminonya melintasi dinding usus masuk ke darah dan sampai ke hati, yang menyimpan atau melepasnya di bawah kendali hormon (endokrin); selulosanya difermentasi bakteri di dalam sekum; oksigen untuk membakar gulanya datang lewat paru, karbon dioksidanya pergi lewat jalan yang sama, urea dari asam aminonya pergi lewat ginjal, dan kalor seluruh proses itu pergi lewat kulit. Tujuh sistem untuk satu suapan.

2.3 Ruang-ruang cairan tubuh

Definisi 2.5 (Ruang cairan)

Air menyusun sekitar $60\,\%$ massa seekor mamalia. Dua pertiganya adalah cairan intrasel, di dalam sel; sepertiganya adalah cairan ekstrasel, yakni lingkungan internal Bab 1, yang sendiri terbagi menjadi cairan antarsel yang merendam sel (tiga perempatnya) dan plasma darah di dalam pembuluh (seperempatnya). Getah bening adalah cairan antarsel yang dikumpulkan pembuluh limfa dan dikembalikan ke darah. Kedua cairan ekstrasel itu hampir sama susunannya — plasma berbeda pada proteinnya, yang tidak melintasi dinding kapiler — dan keduanya berbeda tajam dari cairan intrasel.

Ruang cairan seorang manusia 70\, kg. Dua pertiga airnya berada di dalam sel; sepertiga ekstraselnya, yang terbagi antara cairan antarsel dan plasma, adalah lingkungan internalnya. Natrium mendominasi di luar, kalium di dalam — sebuah perbedaan yang dipertahankan tiap sel dengan biaya energi (). — Ruang cairan seorang manusia $70\,\mathrm{kg}$ . Dua pertiga airnya berada di dalam sel; sepertiga ekstraselnya, yang terbagi antara cairan antarsel dan plasma, adalah lingkungan internalnya. Natrium mendominasi di luar, kalium di dalam — sebuah perbedaan yang dipertahankan tiap sel dengan biaya energi (Bab 7).

Metode 2.6 (Mengukur sebuah ruang cairan dengan pengenceran)

Pilihlah sebuah penanda yang tersebar di dalam ruang itu dan tidak di tempat lain: sebuah zat warna yang terikat pada protein plasma (biru Evans) untuk plasma; inulin, gula yang keluar dari pembuluh tetapi tidak masuk ke sel, untuk cairan ekstrasel; air berat untuk total air tubuh.
Suntikkan sejumlah $m$ yang diketahui dan tunggulah sampai bercampur (beberapa menit untuk plasma, beberapa jam untuk total airnya).
Ukurlah kepekatan $c$ pada satu cuplikan plasma, dengan koreksi bagi kehilangan apa pun (kemih, metabolisme) selama menunggu.
Volumenya adalah $V = m/c$ . Volume intrasel adalah total air dikurangi ekstrasel; volume antarsel adalah ekstrasel dikurangi plasma. Volume darah adalah volume plasma dibagi fraksi plasma dalam darah ( $1 -$ hematokrit).

Contoh 2.7 (Sebuah volume plasma)

$50\,\mathrm{mg}$ biru Evans yang disuntikkan ke seorang pria $70\,\mathrm{kg}$ memberikan, sepuluh menit kemudian, kepekatan plasma $16.7\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ : $V = 50/16.7 = 3.0\,\mathrm{L}$ plasma. Dengan hematokrit $45\,\%$ , volume darahnya adalah $3.0/0.55 = 5.5\,\mathrm{L}$ — $8\,\%$ massa tubuh, sebuah nisbah yang berlaku dari mencit sampai paus.

2.4 Permukaan pertukaran dan peredaran darah

Proposisi 2.8 (Tiap permukaan pertukaran terhubung ke darah)

Seekor mamalia bertukar dengan dunia luar lewat empat permukaan, yang masing-masing terlipat di dalam tubuh dan masing-masing dialiri jaringan kapiler yang rapat: mukosa usus ( $30\,\mathrm{m}^{2}$ pada manusia) untuk zat hara dan air, permukaan alveolus paru ( $100\,\mathrm{m}^{2}$ ) untuk oksigen dan karbon dioksida, permukaan penyaring ginjal (sejuta glomerulus, yang menyaring $180\,\mathrm{L}$ plasma sehari) untuk sisa dan bagi pengaturan lingkungan internal, serta kulit ( $2\,\mathrm{m}^{2}$ ) untuk kalor dan sedikit air. Peredaran darah menghubungkan keempatnya: darah yang meninggalkan satu permukaan sampai ke permukaan berikutnya dalam satu menit, sehingga apa yang masuk lewat usus dioksidasi dengan oksigen dari paru dan sisanya pergi lewat ginjal.

Peredaran ganda seekor mamalia. Jantung kanan mengirim darah miskin oksigen (biru) lewat paru; jantung kiri mengirim darah beroksigen (merah) lewat organ, yang tersusun paralel, sehingga masing-masing menerima darah arteri yang segar. Darah dari usus melewati hati sebelum kembali ke jantung.

Bagaimana curah jantung manusia 5\, L/ min saat berbaring dibagi di antara organnya. Ginjal, yang hanya 0.5\,\% massa tubuh, mengambil seperlima darahnya — harga bagi penyaringan seluruh plasma enam puluh kali sehari. Selama olahraga bagian otot naik sepuluh kali lipat dan bagian usus turun. — Bagaimana curah jantung manusia $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ saat berbaring dibagi di antara organnya. Ginjal, yang hanya $0.5\,\%$ massa tubuh, mengambil seperlima darahnya — harga bagi penyaringan seluruh plasma enam puluh kali sehari. Selama olahraga bagian otot naik sepuluh kali lipat dan bagian usus turun.

Contoh 2.9 (Waktu peredaran)

Dengan $5.5\,\mathrm{L}$ darah dan curah jantung $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , setetes darah menyelesaikan peredaran ganda dalam sekitar satu menit saat berbaring, dan dalam seperempatnya selama olahraga berat, ketika curahnya mencapai $20\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Curah jantung berskala sebagai $M^{3/4}$ (Teorema 1.14): curah seekor kelinci $2\,\mathrm{kg}$ sekitar $0.35\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ bagi $160\,\mathrm{mL}$ darah — waktu peredaran yang sama dalam faktor dua, pada laju denyut $200\,$ kali per menit.

2.5 Endotermi dan neraca kalor

Proposisi 2.10 (Neraca kalor)

Seekor mamalia yang bersuhu mantap memenuhi

M - W = R + C + K + E ,

dengan $M$ produksi kalor metaboliknya, $W$ kerja mekanis yang dilakukannya ke luar, dan ruas kanan berupa kehilangan lewat pancaran $R$ , konveksi ke udara $C$ , konduksi ke tanah $K$ dan penguapan $E$ (dari paru, dan dari keringat atau napas terengah). Ketiga kehilangan pertama sebanding dengan $T_b - T_a$ dan diatur oleh penyekatan bulu serta aliran darah ke kulit; penguapan adalah satu-satunya jalan yang masih bekerja ketika udara lebih hangat daripada tubuh. Ketika persamaan itu tidak terpenuhi, suhu tubuh melayang pada laju yang ditentukan ketimpangannya dan kapasitas kalor tubuh (sekitar $3.5\,\mathrm{kJ}\,\mathrm{kg}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}$ ).

Bukti. Kekekalan energi bagi tubuh selama satu selang ketika suhunya tidak berubah: energi kimia yang dilepaskan ( $M$ ) pergi sebagai kerja atau sebagai kalor lewat empat saluran fisis itu. Kesebandingan $R$ , $C$ , $K$ dengan selisih suhu adalah hukum pendinginan Newton (Bab 1); ketidakbergantungan $E$ pada selisih itu mengikuti kenyataan bahwa penguapan didorong gradien kelembapan, bukan gradien suhu. ∎

Neraca kalor seekor endoterm. Produksi harus sama dengan jumlah keempat kehilangan ditambah kerja ke luar; hewan itu menyetel produksi (menggigil, kegiatan), penyekatan (bulu, sikap tubuh, aliran darah kulit) dan penguapan untuk menjaga keseimbangannya.

Proposisi 2.11 (Sarana pengaturan suhu)

Melawan dingin, seekor mamalia mengurangi kehilangan — menegakkan bulunya, menyempitkan pembuluh kulit dan ujung tubuhnya, meringkuk, berdesakan — dan menaikkan produksi: menggigil (kerutan berirama otot) dan, pada mamalia kecil dan muda, termogenesis tanpa menggigil di dalam jaringan lemak cokelat, yang mitokondrianya melepas energi lemak langsung sebagai kalor. Melawan panas, ia melebarkan pembuluh kulit (telinga kelinci dapat membuang sepertiga kalornya), dan menguapkan air dengan berkeringat (kuda, manusia) atau terengah-engah (anjing, kelinci). Semuanya diperintahkan dari hipotalamus, yang memegang titik acuan dan membaca suhu darah serta suhu kulit.

Bukti eksperimental. Memanaskan hipotalamus seekor anjing dengan sebuah probe tertanam membuatnya terengah-engah dan melebarkan pembuluh kulitnya di dalam ruang dingin; mendinginkan probe itu membuatnya menggigil di dalam ruang hangat. Konsumsi oksigen seekor tikus yang ditempatkan pada $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ bertiga lipat dalam satu jam, separuh kenaikannya dari menggigil (terekam sebagai kegiatan listrik otot) dan separuh dari lemak cokelat, yang suhunya, diukur dengan termokopel, melebihi suhu jaringan di sekitarnya. Citra inframerah seekor kelinci pada $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ memperlihatkan telinganya hampir bersuhu tubuh, dan pada $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ hampir bersuhu udara. ∎

Contoh 2.12 (Telinga si kelinci)

Dua telinga masing-masing sekitar $50\,\mathrm{cm}^{2}$ , tipis, hampir gundul dan kaya pembuluh: dengan pembuluhnya terbuka pada $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dalam udara $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dengan koefisien kulit gundul $10\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{K}^{-1}$ , keduanya melepas $10\times 0.01\times 10 = 1\,\mathrm{W}$ , seperenam produksi kelinci yang berbaring. Pada $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ pembuluhnya menutup, telinganya mendingin sampai hampir bersuhu udara, dan kehilangan lewat telinga turun di bawah $0.2\,\mathrm{W}$ .

Catatan 2.13 (Pemaduan)

Setiap penyetelan di atas — pembuluh yang menyempit, otot yang menggigil, kelenjar yang menyekresi — adalah sebuah perintah yang dibawa saraf atau hormon. Sistem saraf bertindak dalam milisekon sepanjang kawat yang tetap; sistem endokrin bertindak dalam menit sampai jam lewat darah, mencapai tiap sel yang membawa reseptor yang tepat. Mekanismenya menjadi pokok bahasan jilid Tahun ke-2; tahun ini menerimanya sebagai diberikan dan menelaah apa yang dipadukannya.

2.6 Latihan

Latihan 2.1 ★

Sebutkan ciri pola tubuh mamalia yang dimiliki bersama semua vertebrata, dan ciri yang khas mamalia.

Solusi

Solusi Latihan 2.1.

Vertebrata: simetri bilateral, sefalisasi, sumbu ruas tulang belakang di punggung yang menyelubungi sumsum tulang belakang, selom di sisi perut berisi organ dalam, empat tungkai. Mamalia: diafragma yang membagi selom menjadi dada dan perut, rambut, susu, suhu tubuh yang diatur.

Latihan 2.2 ★

Tempatkan tiap sistem organ pada salah satu dari ketiga kelompok fungsi, dan sebutkan satu organ tiap sistemnya.

Solusi

Solusi Latihan 2.2.

Nutrisi: pencernaan (lambung), pernapasan (paru), peredaran (jantung), ekskresi (ginjal). Relasi: saraf (otak), indra (mata), endokrin (tiroid), rangka dan otot (tulang paha, bisep), kulit. Reproduksi: kelamin (ovarium, testis), kelenjar susu.

Latihan 2.3 ★

Seorang perempuan $60\,\mathrm{kg}$ : perkirakan total air tubuhnya, volume intrasel dan ekstraselnya, volume antarselnya serta volume plasmanya.

Solusi

Solusi Latihan 2.3.

Air $0.6\times 60 = 36\,\mathrm{L}$ ; intrasel $24\,\mathrm{L}$ ; ekstrasel $12\,\mathrm{L}$ , yang antarselnya $9\,\mathrm{L}$ dan plasmanya $3\,\mathrm{L}$ .

Latihan 2.4 ★

Dari gambar aliran darah, berapa fraksi curah jantung yang menuju ginjal, dan berapa kali sehari seluruh volume darah ( $5.5\,\mathrm{L}$ ) dipompa melewatinya?

Solusi

Solusi Latihan 2.4.

$1.1/5 = 22\%$ . $1.1\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ berarti $1580\,\mathrm{L}$ sehari, yakni volume darahnya 290 kali.

Latihan 2.5 ★★

$2.0\,\mathrm{g}$ inulin disuntikkan ke seorang pria $70\,\mathrm{kg}$ ; setelah bercampur, dan setelah $0.3\,\mathrm{g}$ hilang dalam kemih, kepekatan plasmanya $0.12\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ . Hitunglah volume ekstraselnya, lalu, dengan total air $42\,\mathrm{L}$ , volume intraselnya.

Solusi

Solusi Latihan 2.5.

Inulin yang tersisa $1.7\,\mathrm{g}$ ; $V = 1.7/0.12 = 14\,\mathrm{L}$ ekstrasel; intrasel $42 - 14 = 28\,\mathrm{L}$ .

Latihan 2.6 ★★

Jelaskan mengapa plasma dan cairan antarsel memiliki susunan ion yang sama tetapi berbeda kadar proteinnya, dan apa yang akan terjadi pada volume antarsel bila protein plasmanya hilang.

Solusi

Solusi Latihan 2.6.

Dinding kapiler meloloskan air dan ion kecil dengan bebas, sehingga keduanya menyetimbang, tetapi menahan protein. Protein plasma menarik air ke dalam pembuluh secara osmotik; tanpanya air akan merembes ke ruang antarsel, yang akan membengkak (udem), dan volume plasmanya akan turun.

Latihan 2.7 ★★

Mengapa organ peredaran sistemik terletak paralel dan bukan seri? Apa akibatnya bila otak ditempatkan di hilir otot?

Solusi

Solusi Latihan 2.7.

Secara paralel tiap organ menerima darah dengan oksigen arteri dan tekanan penuh, dan alirannya dapat diatur sendiri-sendiri. Secara seri otak akan menerima darah yang sudah dikuras otot, pada tekanan lebih rendah, dan pasokannya justru akan turun selama olahraga.

Latihan 2.8 ★★

Seorang manusia yang berbaring ( $M = 80\,\mathrm{W}$ , $W = 0$ ) dalam udara $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ kehilangan $20\,\mathrm{W}$ lewat penguapan dari paru dan kulit. Bila pancaran, konveksi dan konduksi bersama-sama sama dengan $hS(T_b - T_a)$ dengan $S = 1.8\,\mathrm{m}^{2}$ dan $T_b$ (kulit) $= 33\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , carilah $h$ . Apa yang terjadi pada suhu kulitnya ketika udara mencapai $33\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?

Solusi

Solusi Latihan 2.8.

$hS\Delta T = 80 - 20 = 60\,\mathrm{W}$ ; $h = 60/(1.8\times 13) = 2.6\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{K}^{-1}$ . Pada udara $33\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ kehilangan bukan penguapan lenyap; kulitnya harus menghangat di atas suhu udara (pelebaran pembuluh menaikkannya ke arah $36\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ) dan berkeringat harus membawa sisanya.

Latihan 2.9 ★★

Seorang manusia yang berolahraga menghasilkan $800\,\mathrm{W}$ dan melakukan $200\,\mathrm{W}$ kerja luar. Kehilangan bukan penguapan $150\,\mathrm{W}$ . Berapa banyak air yang harus menguap tiap jam agar suhunya tetap (kalor laten $2.4\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ )? Bila berkeringat berhenti, secepat apa suhunya naik ( $70\,\mathrm{kg}$ , $3.5\,\mathrm{kJ}\,\mathrm{kg}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}$ )?

Solusi

Solusi Latihan 2.9.

Kalor yang harus dibuang $800 - 200 - 150 = 450\,\mathrm{W}$ , yakni $1620\,\mathrm{kJ}/\mathrm{h}$ , $675\,\mathrm{g}$ keringat tiap jam. Tanpa berkeringat, $450/(70\times 3500) = 1.8 \times 10^{-3}\,\mathrm{K}/\mathrm{s}$ , sekitar $0.11\,\mathrm{K}/\mathrm{min}$ : $3\,\mathrm{K}$ dalam setengah jam.

Latihan 2.10 ★★★

Mamalia yang baru lahir dan jenis yang kecil bersandar pada lemak cokelat alih-alih menggigil. Ajukan dua alasan, dengan memakai rasio permukaan terhadap volume dan sifat masing-masing mekanisme.

Solusi

Solusi Latihan 2.10.

Tubuh kecil kehilangan kalor paling cepat tiap gram ( $S/V$ besar) dan memerlukan produksi yang sinambung, tinggi dan andal: lemak cokelat menghasilkan kalor secara kimia pada laju tetap tanpa gerakan, sedangkan menggigil menuntut otot yang sudah berkembang (yang belum dimiliki bayi), mengganggu gerak dan makan, serta bersifat terputus-putus. Lemak cokelat juga terletak dekat pembuluh besar dan menghangatkan darah secara langsung.

Latihan 2.11 ★★★

Hipotalamus seekor anjing dihangatkan dengan sebuah probe sementara anjing itu duduk dalam ruang dingin. Ramalkan tanggapannya, dan suhu intinya setelah satu jam. Lalu ramalkan tanggapan seekor anjing yang hipotalamusnya dirusak, yang ditempatkan berturut-turut dalam ruang dingin dan ruang panas.

Solusi

Solusi Latihan 2.11.

Hipotalamus yang dihangatkan membaca “terlalu panas”: anjing itu terengah-engah dan melebarkan pembuluh kulitnya meskipun dingin, dan suhu intinya turun satu dua derajat dalam satu jam. Tanpa hipotalamus tidak ada titik acuan: anjing itu tidak menggigil dalam dingin dan tidak terengah dalam panas, dan suhunya melayang ke arah suhu ruang pada kedua keadaan.

Latihan 2.12 ★★★

“Lingkungan internal adalah samudra pribadi seekor mamalia.” Bahaslah gambaran itu dalam satu paragraf: apa itu cairan ekstrasel, apa yang menjaganya tetap, dan sistem organ mana yang menjadi pantainya.

Solusi

Solusi Latihan 2.12.

Cairan ekstrasel (cairan antarsel dan plasma), yang susunan kaya natriumnya, suhunya dan volumenya hampir tetap, merendam tiap sel sebagaimana air laut merendam hewan pertama. Ketetapannya dijaga gelung umpan balik negatif (ginjal untuk volume dan ion, paru untuk gas, hati dan pankreas untuk glukosa, hipotalamus untuk suhu). “Pantainya” adalah permukaan pertukaran — usus, paru, ginjal, kulit — tempat ia bertemu dunia luar, dan peredaran darah adalah arus yang mengaduknya.

2.7 Soal: Sehari Seekor Kelinci

Soal 2.1

Soal akhir pekan — dua puluh empat jam seekor kelinci dua kilogram pada bulan Januari: energinya, airnya, darahnya dan kalornya, berakhir pada pengeluaran energi hariannya dan perputaran airnya

Seekor kelinci liar bermassa $2.0\,\mathrm{kg}$ dan bersuhu tubuh $39\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Laju metabolisme basalnya mengikuti hukum Kleiber, $B = 3.4\,\mathrm{W}\,(M/1\,\mathrm{kg})^{3/4}$ . Harinya: $12\,\mathrm{h}$ berbaring di liangnya di dalam zona termonetralnya, $6\,\mathrm{h}$ mencari makan pada tiga kali laju basalnya, dan $6\,\mathrm{h}$ berbaring di luar pada $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , tempat ia harus menghasilkan dua kali laju basalnya. Ia memakan rumput segar berkadar bahan kering $25\,\%$ ; bahan keringnya mengandung $18\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ , yang $65\,\%$ -nya dicernanya.

Bagian I — Energi.

Hitunglah laju metabolisme basal si kelinci dalam watt.
Hitunglah energi yang dikeluarkan pada tiap-tiap ketiga selang itu, dalam kilojoule.
Hitunglah pengeluaran energi hariannya dan nyatakan sebagai kelipatan laju basal selama $24\,\mathrm{h}$ .
Hitunglah energi tercerna satu gram rumput segar.
Hitunglah massa rumput segar yang dimakan tiap hari, dan massa bahan kering yang dikandungnya.
Nyatakan asupan segarnya sebagai fraksi massa tubuh.
Dengan $20\,\mathrm{kJ}$ tiap liter oksigen yang dipakai, hitunglah konsumsi oksigen hariannya dan laju rata-ratanya dalam mililiter tiap menit.
Dengan kuosien respirasi $0.9$ (liter $\mathrm{CO_2}$ tiap liter $\mathrm{O_2}$ ), hitunglah keluaran karbon dioksida hariannya dalam liter dan dalam gram ( $22.4\,\mathrm{L}/\mathrm{mol}$ , $44\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ).

Bagian II — Air. Mengoksidasi bahan kering yang tercerna menghasilkan $0.6\,\mathrm{g}$ air metabolik tiap gram. Bahan kering yang tak tercerna pergi dalam tinja yang mengandung $40\,\%$ air. Kemihnya $130\,\mathrm{mL}$ tiap hari. Si kelinci menghirup $860\,\mathrm{L}$ udara sehari; ia menghirup udara bersuhu $10\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ yang membawa $5\,\mathrm{g}/\mathrm{m}^{3}$ uap air dan mengembuskan udara jenuh pada $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $44\,\mathrm{g}/\mathrm{m}^{3}$ . Penguapan lewat kulit $20\,\mathrm{g}$ sehari.

Hitunglah air yang masuk bersama rumputnya.
Hitunglah air metabolik yang dihasilkan.
Hitunglah massa tinjanya dan air yang dibawanya pergi.
Hitunglah air yang hilang lewat napas.
Susunlah neraca airnya: total pemasukan, total pengeluaran, dan selisihnya.
Haruskah si kelinci minum? Apa yang terjadi pada selisihnya?
Pada bulan Agustus rumputnya $50\,\%$ bahan kering. Hitung ulang air dalam makanannya untuk asupan energi yang sama, lalu simpulkan.

Bagian III — Darah dan ruang cairan.

Hitunglah total air tubuh si kelinci, volume ekstraselnya dan volume plasmanya, dengan memakai fraksi pada bab ini.
$1.5\,\mathrm{mg}$ biru Evans disuntikkan; kepekatan plasma setelah bercampur adalah $15\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ . Hitunglah volume plasmanya dan bandingkan dengan perkiraan tadi.
Dengan hematokrit $40\,\%$ , hitunglah volume darahnya.
Curah jantung berskala sebagai $M^{3/4}$ dari nilai manusia $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ pada $70\,\mathrm{kg}$ . Hitunglah curah jantung si kelinci dan waktu yang dibutuhkan setetes darah untuk menyelesaikan peredarannya.
Dengan laju denyut $200\,$ kali per menit, hitunglah volume sekuncupnya.

Bagian IV — Kalor. Permukaan si kelinci adalah $S = 0.1\,\mathrm{m}^{2}\,(M/1\,\mathrm{kg})^{2/3}$ ; bulunya memberi $h = 2.5\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{K}^{-1}$ ; tiap telinga seluas $50\,\mathrm{cm}^{2}$ kulit yang hampir gundul dengan $h = 10\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{K}^{-1}$ .

Hitunglah luas permukaan si kelinci.
Hitunglah kalor yang hilang lewat bulunya pada $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan bandingkan dengan produksi yang diandaikan bagi selang di luar liang.
Hitunglah kehilangan lewat kedua telinganya bila pembuluhnya terbuka (kulit pada $39\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ) dan bila menutup (kulit pada $8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ). Apa yang dilakukan si kelinci pada bulan Januari?
Pada bulan Agustus, pada $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , hitunglah kehilangan lewat bulunya dan lewat telinganya yang terbuka, lalu bandingkan jumlahnya dengan produksi basalnya. Bagaimana si kelinci tetap berada pada $39\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?
Nyatakan hasilnya: pengeluaran energi harian si kelinci dalam megajoule, sebagai kelipatan laju basalnya, dan perputaran air hariannya dalam gram serta sebagai fraksi massanya.

Solusi

Solusi Soal 2.1.

1. $B = 3.4\times 2^{0.75} = 5.7\,\mathrm{W}$ . 2. Liang: $5.7\times 12\times 3600 = 246\,\mathrm{kJ}$ ; mencari makan: $17.1\times 6\times 3600 = 369\,\mathrm{kJ}$ ; di luar: $11.4\times 6\times 3600 = 246\,\mathrm{kJ}$ . 3. $861\,\mathrm{kJ}$ , yakni $861/493 = 1.75$ kali basal ( $B$ selama $24\,\mathrm{h}$ $= 493\,\mathrm{kJ}$ ). 4. $0.25\times 18\times 0.65 = 2.9\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ . 5. $861/2.9 = 295\,\mathrm{g}$ rumput segar, $74\,\mathrm{g}$ bahan kering. 6. $295/2000 = 15\%$ massanya. 7. $861/20 = 43\,\mathrm{L}$ $\mathrm{O_2}$ ; $30\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ . 8. $0.9\times 43 = 39\,\mathrm{L}$ $\mathrm{CO_2}$ , yakni $39/22.4\times 44 = 76\,\mathrm{g}$ . 9. $0.75\times 295 = 221\,\mathrm{g}$ . 10. Bahan kering tercerna $0.65\times 74 = 48\,\mathrm{g}$ ; air $0.6\times 48 = 29\,\mathrm{g}$ . 11. Tak tercerna $26\,\mathrm{g}$ ; tinja $26/0.6 = 43\,\mathrm{g}$ , yang membawa pergi $17\,\mathrm{g}$ air. 12. $(44 - 5)\times 0.86 = 34\,\mathrm{g}$ . 13. Masuk: $221 + 29 = 250\,\mathrm{g}$ . Keluar: $17 + 130 + 34 + 20 = 201\,\mathrm{g}$ . Surplus $49\,\mathrm{g}$ . 14. Tidak: rumputnya memasok lebih banyak daripada yang hilang; surplusnya pergi sebagai kemih tambahan (sekitar $180\,\mathrm{mL}$ seluruhnya). 15. Bahan kering yang sama $74\,\mathrm{g}$ dalam $148\,\mathrm{g}$ rumput: air dalam makanan $74\,\mathrm{g}$ ; pemasukan $103\,\mathrm{g}$ berhadapan dengan pengeluaran $201\,\mathrm{g}$ : defisit $100\,\mathrm{g}$ sehari, yang harus diminumnya atau hilang dari tubuhnya. 16. Air $0.6\times 2.0 = 1.2\,\mathrm{L}$ ; ekstrasel $0.4\,\mathrm{L}$ ; plasma $0.1\,\mathrm{L}$ . 17. $1.5/15 = 0.10\,\mathrm{L}$ : cocok. 18. $0.10/0.60 = 0.167\,\mathrm{L}$ , $8\,\%$ massa tubuh. 19. $5\times(2/70)^{0.75} = 0.35\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; waktu peredaran $0.167/0.35 = 0.48\,\mathrm{min}$ , sekitar $29\,\mathrm{s}$ . 20. $350/200 = 1.75\,\mathrm{mL}$ tiap denyut. 21. $0.1\times 2^{2/3} = 0.16\,\mathrm{m}^{2}$ . 22. $2.5\times 0.16\times 34 = 13.6\,\mathrm{W}$ , berhadapan dengan $2B = 11.4\,\mathrm{W}$ yang diandaikan: si kelinci harus menghasilkan sedikit lebih banyak, atau mengurangi kehilangan lewat sikap tubuh dan tempat berlindung. 23. Terbuka: $10\times 0.01\times 34 = 3.4\,\mathrm{W}$ , seperempat kehilangan lewat bulu lagi; menutup: $10\times 0.01\times 3 = 0.3\,\mathrm{W}$ . Ia menutupnya. 24. Bulu: $2.5\times 0.16\times 9 = 3.6\,\mathrm{W}$ ; telinga terbuka: $10\times 0.01\times 9 = 0.9\,\mathrm{W}$ ; seluruhnya $4.5\,\mathrm{W}$ berhadapan dengan $5.7\,\mathrm{W}$ yang dihasilkan. Sisa $1.2\,\mathrm{W}$ harus pergi lewat penguapan: si kelinci terengah-engah ( $1.2\,\mathrm{W}$ setara $1.8\,\mathrm{g}$ air tiap jam), merebahkan diri di tanah yang sejuk dan tinggal di tempat teduh. 25. Pengeluaran energi harian $0.86\,\mathrm{MJ}$ , $1.75$ kali laju basalnya; perputaran air $250\,\mathrm{g}$ , $12.5\,\%$ massanya.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 479 istilah di glosarium