Praktikal 4: Sistem respirasi untuk ikan, serangga dan mamalia.

Objektif:

1. Untuk melatih para pelajar cara untuk membedah ikan, serangga dan

mamalia.

2. Untuk melatih para pelajar cara untuk menggunakan alat-alat pembedahan.

3. Untuk meningkatkan kemahiran para pelajar dalam paparan, lukisan, dan

penglabelan sistem respirasi.

4. Untuk membolehkan para pelajar menguji atau mengkaji organ-organ utama

yang terlibat dalam respirasi.

5. Untuk meningkatkan kefahaman pelajar dalam memahami proses pertukaran

gas dalam haiwan.

Teori :

Respirasi adalah proses di mana haiwan mengambil oksigen sebagai

keperluan untuk metabolisme sel dan mengeluarkan karbon dioksida yang terkumpul

dalam badan serta menghasilkan tenaga.Pengambilan gas oksigen dan pengeluaran

gas karbon dioksida dinamakan sebagai pertukaran gas. Pertukaran gas berlaku di

struktur respirasi. Setiap organisme mempunyai struktur respirasi yang berbeza.

Bagi serangga, mereka juga memerlukan oksigen seperti manusia. Gas

oksigen dihantar secara terus ke sel melalui respirasi dan bukan dibawa oleh sel

darah seperti haiwan vertebrate. Serangga seperti belalang dan lipas mempunyai

sistem trakea yang membantu sistem respirasi mereka. Pertukaran gas berlaku oleh

“simple diffusion” melalui dinding sel. Udara masuk ke spirakel dan bergerak melalui

sistem trakea. Setiap tiub trakea berakhir dengan trakiole lembap iaitu sel khusus

untuk pertukaran gas dengan sel lain di dalam tubuh badan serangga.Apabila udara

berada di trakiole,gas oksigen diserap ke dalam cecair trakiole. Melalui “simple

diffusion” , gas oksigen kemudian dihantar ke sel-sel dan gas karbon dioksida masuk

ke dalam tiub trakea. Gas karbon dioksida , iaitu sisa metabolisme dihantar keluar

dari tubuh melalui spirakel.

Ini menjelaskan pergerakan gas, namun begitu adakah serangga boleh

mengendalikan sistem respirasi mereka? Ya, mereka boleh mengendalikan sistem

mereka.Serangga membuka dan menutup spirakel menggunakan pengecutan otot.

Serangga yang hidup di kawasan yang kering seperti kawasan gurun akan sentiasa

menbiarkan injap spirakel tertutup untuk mengekalkan kelembapan.Serangga juga

boleh mengepam otot-otot mereka di seluruh tubuh badan untuk memaksa udara ke

tiub trakea, sehingga mempercepat penghantaran oksigen. Ketika panas atau di

bawah stres, serangga boleh melakukan ventilasi udara dengan membuka spirakel

yang berbeza secara berganti dan menggunakan otot untuk mengembangkan atau

mengecutkan tubuh mereka.

Respirasi bagi ikan pula berbeza dengan mamalia dan serangga iaitu mereka

menggunakan insang sebagai organ respirasi. Insang membolehkan pertukaran gas

berlaku di dalam ikan. Organ ini terletak di bahagian kepala, terdiri daripada filament

insang , struktur berbulu yang menyediakan ruang yang besar untuk pertukaran gas

berlaku.Filamen ini disusun dalam baris di dalam gill arches dan setiap filament

mempunyai lamellae, suatu disc yang mengandungi kapilari darah.Darah masuk dan

keluar daripada insang melalui pembuluh darah.Terdapat beberapa adaptasi insang

yang digunakan untuk pertukaran gas berlaku.

Antaranya luas permukaan yang besar bagi filament dan lamellae

meningkatkan kecekapan pertukaran gas di dalam ikan. Selain itu, membrane gill

filament yang nipis membenarkan penyerapan gas respirasi memasuki kapilari

darah.Filament juga dibekalkan dengan darah kapilari supaya pertukaran dan

pengangkutan gas berlaku dengan efektif. Gill filament yang sentiasa dikelilingi air

membolehkan gas respirasi larut di dalam mereka.Kecekapan pertukaran gas

dibantu lagi oleh mekanisme pertukaran countercurrent di permukaan respirasi. Arus

countercurrent memaksimakan penghantaran gas oksigen kerana arus air akan

mengalir ke insang dalam satu arah ,manakala darah mengalir bertentangan arah

melalui kapilari darah di dalam lamellae.Ini menjelaskan darah tidak beroksigen

masuk ke kapilari darah, menyebabkan ia bertembung dengan air yang mempunyai

kandungan oksigen yang tinggi.Jadi, concentration gradient yang berlaku

membolehkan penyerapan oksigen masuk ke dalam darah.

Mekanisme pernafasan ikan terbahagi kepada dua iaitu ketika menarik nafas

dan menghembus nafas. Ketika menarik nafas,mulut ikan akan terbuka dan lantai

buccal cavity akan turun. Pada masa yang sama , opercular cavity diperbesar dan

operculum tertutup.Ini akan merendahkan tekanan di dalam buccal cavity. Air yang

terlarut dengan oksigen ditolak masuk ke dalam mulut. Ketika menghembus nafas

pula, mulut akan tertutup dan lantai buccal cavity akan meningkat. Air akan mengalir

masuk melalui lamellae dan pertukaran gas berlaku antara kapilari darah dan air

akan berlaku. Pada masa yang sama, opercular cavity akan menjadi kecil.Tekanan

dalam buccal cavity akan tinggi daripada tekanan di luar. Tekanan air yang tinggi

akan memaksa operculum terbuka dan air keluar melalui operculum.

Mamalia bernafas melalui mulut dan organ respirasi bagi mamalia adalah paru-

paru.Pertukaran gas di dalam mamalia adalah seperti manusia iaitu berlaku di

alveoli di dalam paru-paru.Adaptasi struktur alveoli telah dilakukan bagi

mendapatkan pertukaran gas yang lebih efisien. Paru-paru mempunyai berjuta-juta

kantung udara yang dipanggil alveoli. Jumlah alveoli yang banyak telah

menyediakan ruang yang besar bagi membolehkan pertukaran gas berlaku.

Bahagian dalam alveoli dilapisi oleh lapisan sel epithelial yang lembap yang

membolehkan oksigen dan karbon dioksida untuk membenarkan gas tersebut

melarut dan penyerapan boleh berlaku.Di bahagian luar alveolus pula dilapisi oleh

jaringan kapilari darah.Kapilari darah yang banyak menyediakan ruang yang besar

terhadap ratio isipadu untuk mempercepat penyerapan dan pengangkutan gas

berlaku.Dinding alveolus adalah nipis dan ini membolehkan penyerapan gas berlaku

melalui membrane dengan mudah.

Mekanisme bagi pernafasan mamalia adalah seperti haiwan yang lain iaitu

menarik nafas dan menghembus nafas.Ketika nafas ditarik, udara masuk melalui

hidung , sangkar dada akan bergerak ke depan dan ke atas, otot intercostal luar

akan mengecut dan otot intercostals dalam mengendur. Otot diafragma pula

mengecut dan ke bawah.Tindakan di atas akan menyebabkan isipadu di dalam kaviti

toraks meningkat dan tekanan di dalam kaviti toraks menurun. Tekanan udara yang

tinggi di atmosfera akan memaksa udara masuk ke dalam paru-paru. Ketika nafas

dihembus, udara akan keluar melalui hidung, sangkar dada akan bergerak ke bawah

dan ke dalam, otot intercostal luar akan mengendur dan otot intercostals dalam

mengecut. Otot diafragma pula kembali ke bentuk asal iaitu bentuk dom.Tindakan di

atas akan menyebabkan isipadu di dalam kaviti toraks menurun dan tekanan di

dalam kaviti toraks meningkat. Tekanan udara yang tinggi di dalam paru-paru akan

memaksa udara keluar daripada paru-paru.

Alatan:

i. Tikus

ii. Lipas

iii. Ikan bertulang

iv. Alatan pembedahan

v. Papan pembedahan

vi. Mikroskop

vii. Kanta tangan

viii. Pembaris lutsinar

ix. Benang

Prosedur:

a) Pembedahan sistem respirasi ikan

1. Bentuk ikan diperhatikan. (Badan, kedua-dua bahagian sirip, ekor).

2. Apakah kelebihan dengan adanya bentuk tersebut?

3. Badan ikan disaluti dengan sisik. Apakah fungsi sisik tersebut?

4. Ikan bertulang mempunyai operkulum yang boleh digerakkan atau penutup

insang yang melindungi kedua-dua belah badan. Operkulum dipotong pada

salah satu bahagian untuk memaparkan insang. Berapakah pasang insang

yang kamu jumpai?

5. Insang yang terdapat pada struktur tulang dipanggil lengkung insang. Setiap

insang yang lengkap mempunyai tulang lengkung insang yang menyokong

dua barisan filamen yang halus. Filamen insang dikaji di bawah mikroskop

pembedahan dan gambar dilukis dan dilabelkan. Apakah salur darah yang

terdapat pada filamen insang tersebut?

6. Pertukaran gas berlaku di dalam filamen insang. Nyatakan ciri-ciri insang

tersebut yang menyebabkan pertukaran gas berlaku dengan lancar.

Terangkan fungsi filamen insang tersebut.

b) Pembedahan sistem respirasi lipas

Anatomi luaran

1. Lipas dimatikan dengan menggunakan klorofom di dalam jar.

2. Lipas diambil dan badan lipas yang bersegmen dikenal pasti.

3. Kepala, thorax dan abdomen lipas dilukis. Kira bilangan segmen yang

melengkapkan kepala, thorax dan abdomen.

4. Rangka luaran (exoskeleton) di bina oleh lapisan lilin yang keras dan tebal.

Dimana kamu nampak kaki lipas itu bersembunyi.

5. Kepak lipas dibuka. Apakah perbezaan antara dua pasang kepak dan apakah

fungsinya?

6. Spirakle bagi setiap sisi segmen diperhatikan. Kira bilangan spirakle yang

terdapat pada thorax dan abdomen. Apakah spirakle yang terdapat pada

thorax?

Anatomi dalaman

1. Kaki dan kepak lipas dipotong.

2. Bahagian dorsal posterior hingga anterior dipotong secara berhati-hati.

3. Bahagian dalaman dibuka dan dilihat di bawah mikroskop. Udara akan

mengalir melalui spirakle, trakea dan diakhiri dengan rongga-rongga halus di

trakea.

4. Tisu diambil dan diletakkan atas papan slip. Satu titisan air diletakkan pada

papan slip tersebut dan direndahkan perlahan-lahan.

5. Tisu dikaji melalui mikroskop. Laluan respirasi dilukis dan dilabel (trakea dan

trakeaol).

c) Pembedahan sistem respirasi mamalia

1. Tikus dipinkan di atas papan pembedahan dengan bahagian abdomen

dihadapkan ke atas.

2. Satu potongan dilakukan pada bahagian tengah abdomen dan potongan

tersebut dipotong terus sehingga ke rahang bawah dan terus ke bahagian

bawah iaitu ke bahagian anus.

3. Kulit dipegang dengan menggunakan forcep, tisu sambungan dipotong di

antara kulit dengan dinding badan sejauh yang mungkin untuk keseluruhan

tikus itu dan kulit dipinkan.

4. Abdomen dan dinding lateral thoracic dipotong untuk menampakkan kaviti

throracic.

5. Kelenjar thymus dibuangkan.

6. Otot dan tisu pada leher tikus dibuang untuk menampakkan trakea dan

larynx.

7. Larynx dipotong pada bahagian bawah. Tisu penyambung yang bersambung

dengan trakea dipotong.

8. Hati, paru-paru, trakea, esopagus, dan jug larynx dibuang.

9. Esopagus dibuang daripada hati secara berhati-hati. Larynx, trakea dan paru-

paru dipinkan pada papan.

10.Satu lukisan yang berlabel dibuat berdasarkan pembedahan tersebut.

Keputusan:

Lukisan dan label

Nilai pembesaran lukisan

PERBINCANGAN :

a) Pembedahan sistem respirasi ikan

Di dalam eksperimen pembedahan ikan ini, ikan keli telah digunakan sebagai

specimen.Sebelum pembedahan dilakukan ke atas ikan keli, ikan tersebut telah

diletakkan garam supaya mereka pengsan dan senang dibedah.Ikan keli merupakan

ikan air tawar dan apabila garam diletakkan ke atas mereka , mereka akan berasa

pedih dan pengsan.Sengat ikan keli juga dibuang bagi memudahkan proses

pembedahan dijalankan dengan baik.Setelah 15 minit ,ikan keli diambil dan

diletakkan di atas papan bedah untuk dikaji anatominya.

Ikan mempunyai bentuk “streamline” iaitu bentuk yang tidak menahan atau

member rintangan kepada aliran air atau udara. Bentuk ikan ini memudahkan ikan

bergerak pantas di dalam air. Pergerakan di dalam air mempunyai banyak rintangan

berbanding di udara, jadi ia memerlukan tenaga yang banyak untuk bergerak di

dalam air. Bentuk “streamlined akan menjimatkan tenaga ikan di dalam air. Setiap

ikan mempunyai sirip bagi membantu ikan mengekalkan kedudukan dan pergerakan

mereka di dalam air. Ikan mempunyai sama ada satu sirip dibahagian tengah ikan

seperti sirip dorsal, sirip caudal(ekor) dan sirip anal ataupun mereka mempunyai

sirip berkembar iaitu di bahagian pectoral (dada) dan pelvic (pinggul). Ikan seperti

keli mempunyai “fleshy lobe” lain di bahagian belakang sirip anal yang juga disebut

sebagai sirip lemak. Sirip anal dan sirip dorsal membantu ikan supaya ikan tidak

berguling kembali ke sisi mereka. Sirip ekor adalah sirip utama bagi ikan untuk

bergerak ke hadapan. Sirip berpasangan membantu ikan dengan cara

berhenti,mengemudi dan melayang.

Pembedahan dimulakan dengan menggunting bahagian tengah ikan dan ke

atas. Ikan bertulang mempunyai operkulum yang boleh digerakkan atau penutup

insang yang melindungi kedua-dua belah badan.Di bahagian kepala ikan tersebut

terdapat operculum.Operkulum dipotong pada salah satu bahagian untuk

memaparkan insang. Insang dikeluarkan daripada kepala ikan bagi mengetahui

jumlah insang yang ada pada ikan. Jumlah insang yang dijumpai adalah

sebanyak..... Insang tersebut adalah sangat nipis,mempunyai struktur yang

bercabang. Ciri-ciri insang di atas membolehkan oksigen diserao dengan mudah

daripada air apabila permukaan insang luas.Insang adalah organ respirasi bagi ikan.

Warna insang adalah merah kerana dipenuhi darah. Oksigen di dalam air dihantar

melalui darah dan dibawa ke seluruh badan ikan.

Insang yang terdapat pada struktur tulang dipanggil lengkung insang. Setiap

insang yang lengkap mempunyai tulang lengkung insang yang menyokong dua

barisan filamen yang halus. Salur darah yang terdapat pada filamen insang tersebut

adalah arteri. Darah mengalir ke arteri di lengkung insang dan kemudian ke kapilari

insang.

d) Pembedahan sistem respirasi lipas

Anatomi luaran

Sebelum pembedahan lipas dijalankan , lipas telah ditangkap untuk

digunakan sebagai specimen. Lipas aktif pada waktu malam , jadi lipas

tersebut telah ditangkap pada waktu malam. Setelah ditangkap, lipas tersebut

dimatikan dengan menggunakan klorofom di dalam jar yang tertutup agar

klorofom tidak bebas ke udara. Lipas kemudian diambil dan diletakkan di atas

papan bedah dan badan lipas yang bersegmen telah dikenal pasti. Bahagian

luaran yang dikenal pasti pada lipas ialah rangka lipas.Tidak seperti manusia,

rangka lipas berada di luar badan mereka. Lipas sebenarnya boleh

membesarkan rangka luarnya.Badan lipas dilindungi oleh rangka luar yang

keras dan dibuat daripada chitin.

Lipas mempunyai badan bilateral symmetry dan tidak mempunyai

segment dalaman. Badan lipas dibahagi kepada tiga bahagian iaitu kepala,

thorax dan abdomen. Kepala lipas berbentuk segitiga. Ia terletak di hujung

anterior. Kepala lipas bersambung kepada thorax melalui leher yang

halus.Leher lipas dibentuk oleh gabungan enam segmen. Mata lipas

berbentuk seperti buah pinggang dan terdapat dua antenna. Antenna lipas

boleh digerakkan ke semua arah.Mulut lipas terletak di hujung anterior

kepala.Bahagian mulut lipas sangat sensitif dan digunakan untuk mengumpul

makanan dan proses penguyahan makanan.

Rangka luaran (exoskeleton) di bina oleh lapisan lilin yang keras dan

tebal. Kaki lipas tersembunyi di dalam dua pasang kepak lipas.Kaki lipas

sangat sensitive apabila disentuh.Antennae lipas dikenali sebagai “detector”

yang bertanggungjawab terhadap deria bau.Lipas mempunyai dua rambut

halus pada abdomen yang dikenali sebgai cerci yang bertindak sebagai

deria.Perbezaan antara dua pasang kepak adalah..........Fungsi kepak lipas

adalah untuk terbang dan mengelakkan diri daripada pemangsa.Spirakle bagi

setiap sisi segmen telah diperhatikan dan terdapat 10 pasang spiracle yang

terdapat pada thorax dan abdomen. Spirakle yang terdapat pada thorax

adalah sebanyak 3 pasang.

Anatomi dalaman

Setelah mengkaji bahagian luaran lipas, bahagian dalaman lipas pula

dikaji dengan memotong kaki dan kepak lipas. Bahagian dorsal posterior

sehingga anterior dipotong dengan secara berhati-hati bagi mengelakkan

bahagian dalaman lipas rosak. Bahagian dalaman lipas dilihat menggunakan

kanta pembesar.Laluan respirasi yang dapat dilihat melalui kanta pembesar ialah

spirakel dan trakea.Air suling diletakkan di dalam papan bedah bagi melihat

laluan respirasi lipas dengan lebih jelas. Melalui kanta pembesar, liang spirakel

dan trakea dapat dilihat dan bersambung di antara satu sama lain. Apabila udara

masuk melalui mulut lipas, udara bergerak melalui spirakel dan masuk melalui

trakea dan akan menyerap masuk ke dinding sel.Di dalam badan lipas terdapat

sejenis bahan berwarna putih yang dikenali sebagai lemak. Lemak yang

disimpan di dalam badan lipas membenarkan lipas menyimpan tenaga selepas

nutrient dibahagikan.

Pembedahan sistem respirasi mamalia

Di dalam eksperimen ini , tikus putih telah digunakan sebagai specimen.

Sebelum pembedahan dilaksanakan, klorofom telah digunakan bagi memastikan

tikus pengsan bagi memudahkan pembedahan dijalankan. Bekas yang diisi klorofom

mestilah ditutup agar klorofom tersebut tidak bebas keluar ke udara. Setelah 15

minit, tikus tidak sedarkan diri dan diletakkan di atas papan bedah.

Dengan menggunakan pin pembedahan , empat kaki tikus telah dicucuk

dengan pin di atas bedah. Oleh itu, ini akan memudahkan urusan pembedahan dan

pemerhatian ke atas organ respirasi dijalankan.Pembedahan tikus perlu dilakukan

dengan berhati-hati kerana mempunyai banyak lapisan. Kulit tikus perlu dibuang

dengan menggunakan pisau dan gunting bagi memudahkan proses pembedahan.

Otot-otot juga perlu dibuang daripada badan dengan berhati-hati agar tidak

terpotong salur darah bagi mengelakkan pendarahan berlaku.Otot-otot tikus perlu

dibuang kerana semua organ terletak di dalam lapisan otot tersebut.

Bahagian tengah tikus dipotong sehingga ke atas bahagian mulut tikus dan ke

bahagian bawah anus. Bahagian tersebut terdapat sangkar dada dan di bahagian

dalam sangkar dada terdapat organ respirasi iaitu paru-paru. Tikus yang dibedah

adalah tikus jantan dan mempunyai 10 pasang sangkar dada. Fungsi sangkar dada

adalah untuk melindungi organ dalaman seperti jantung dan paru-paru. Di bawah

sangkar dada terdapat diaphragm yang kelihatan lutsinar dan nipis. Bentuk

diaphragm adalah “dome-shape” dan ia adalah sejenis otot.

Bahagian yang dapat dilihat adalah paru-paru, diaphragm,sangkar dada,

trakea dan otot intercostals.Ketika tikus dibedah daripada bahagian tengah ke atas

mulut , rahang dapat dilihat apabila mulut terbuka dan pharynx tikus terdedah.

Trakea adalah bahagian yang bersambung daripada larynx kepada cabang sebelum

paru-paru. Trakea adalah tiub istimewa iaitu laluan udara sebelum masuk ke paru-

paru. Panjang trakea tikus yang dibedah ialah 1.1 cm. Trakea telah disokong oleh

tulang rawan berbentuk C-cincin dimana trakea sentiasa terbuka untuk menerima

udara.

breathing involves the alternate processes of inhalation and exhalation. The

actions of the intercostals muscles and diaphragm changes in lung volume.

The next organ that we are examined is the lungs of the rat in the thoracic

cavity. The lungs have pinky-peach in color and it has spongy surface. The lungs

consist of millions of alveoli which provide a huge combined surface area for

gaseous exchange. The inner surface of each alveolus is lined with a layer of moist

epithelial cells while the outer surface is covered by dense network of capillaries.

The bronchi, bronchioles and alveoli cannot be examined because they are too

small. We also found the heart of rat in the thoracic cavity and we examined it. The

heart of rat is small. The four chambers of the heart of rat cannot be seen because it

is too small. We only can determine the large vessel which is aorta. After made the

observation of the respiratory organs, we had draw the organs and labeled them.

Soalan:

1. a) Berapa pasangkah bilangan rusuk yang terdapat pada haiwan-haiwan ini?

b) Bagaimanakah tulang rusuk ini berfungsi semasa pertukaran gas?

2. a) Ceritakan tentang keadaan dan ciri-ciri diaphragm.

b) Apakah kepentingan ciri-ciri diaphragm yang berkaitan dengan funsi

pertukaran

gas?

3. Terangkan keadaan bahagian kiri dan kanan paru-paru. Picit paru-paru dan

perhatikan texturnya. Letakkan ke dalam air panas. Udara yang terdapat pada

paru-paru akan menyebabkan paru-paru terapung.

http://insects.about.com/od/morphology/ss/internalanatomy_5.htm 2011 About.com. All rights reserved.

A part of The New York Times Company.

16/3/11

http://science.jrank.org/pages/5841/Respiratory-System-Respiratory-system-fish.html

Copyright © 2011 Net Industries and its Licensors 18/3/11

http://www.pskf.ca/sd/ 19/3/11

http://www.planetcockroach.com/cockroach-anatomy.html

Copyright 2006 © www.planetcockroach.com. All Rights Reserved 22/3/11

http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Cockroach 2011-03-22