DJURFYSIOLOGI 2 sv Öppna Universitetet Cecilia Lundberg Miljö- och marinbiologi Akademigatan 1, 20500 Åbo Tel. (jobb): 02-215 3416 E-post: cecilia.lundberg@abo.fi

FÖRELÄSNINGAR: TENTTILLFÄLLEN: Fre 1.4 kl 17-20 Fre 22.4 kl 17-20 Lör 2.4 kl 9-15 Lör 23.4 kl 9-15 TENTTILLFÄLLEN: (28.4), 12.5, 2.6, 16.6 Åbo: Hanken, kl 18.00-22

Program Respiration Blodet Näring & energi Energimetabolism Temperatur & värme Osmoreglering Exkretion Rörelser, muskler, biomekanik Nerver, nervsystem Hormoner Sinnesfysiologi

Föreläsningarna baserade på: Schmidt-Nielsen, K. 1997. Animal physiology, Adaptation and environment. Cambridge University Press, 5th ed. 607 s. (kap. 2-4,10-12) Figurer: Purves et al. 2004, Life the science of biology 7th ed. www.thelifewire.com

VAD ÄR FYSIOLOGI?

Funktionerna hos levande organimer - hur de äter, andas, rör sig osv Mer tekniskt: deras metabolism, digestion, respiration, gastransport, cirkulation osv Sammanfattningsvis är alla funktioner som finns hos ett dött djur och fungerar hos ett levande = djurfysiologi. Fysiologi hör även ihop med en miljöanpassning; hur få tillräckligt med vatten för att kunna fungera, hur undvika förfrysning, hur klara av extrem hetta osv

Fysiologiska frågeställningar: VARFÖR? HUR? A & O inom fysiologi: Funktion vs struktur Homeostas  +/- feedback Upprätthållande av den inre miljön oberoende av yttre förändringar Evolutionens roll Adaptering; långsam, vanligen irreversibel process. Kräver flera generationer. Acklimatisering; snabbare, reversibel. Förändringar i individens biologiska processer.

RESPIRATION – ANDNING

RESPIRATION – ANDNING De flesta djur tillgodogör sig energi genom oxidation av föda. Vid andningen förbrukas O2 och bildas CO2. Syret upptas antingen direkt genom kroppsytan eller med hjälp av specifika andningsorgan. Syre transporteras vanligen genom diffusion från yttermediet till cellerna.

Trycket i vattnet är temperaturberoende 4.6 mm Hg = 0.61 kPa vid fryspunkten. Ökar med ökad temperatur à 760 mm Hg vid 100°C. Vid 37°C: 47 mm Hg = 6.2% av luftens volym à fysiologiska effekter av dykning och bergsklättring. Luftens sammansättning: O2 20.95 % CO2 0.03 N2 78.09 Ar 0.93 3 100.00

Gaser löser sig lättare i vatten än i luft; beroende av tryck, temperatur samt närvaro av andra ämnen. Henrys gaslag: mängden gas som löser sig i en vätska är proportionell mot gasens partialtryck (ml O2/l) Närvaro av salter minskar lösligheten av gaser  O2 löses 20% sämre i havsvatten jämfört med sötvatten. gas Syre (100 mm Hg) Koldioxid (100 mm Hg) 4.5 ml O2 /l 134 ml CO2 / l vatten

Andning i vatten De enklaste lösningarna för gasutbyte finns hos akvatiska djur Allra enklast: diffusion av O2 genom kroppsytan utan speciella andningsorgan och cirkulerande blod. Ex. protozoer och plattmaskar, vilka vanligen har en rund kroppsform  minimal yta i förhållande till volymen.

Djur med respirationsorgan Specifika organ med stor yta, tunn kutikula som förenklar gasutbytet. Gälar vanligen vid vattenandning, lungor för luft. Undantag: sjögurkor har vattenlungor.

1. Gälar För upptag av O2 i vatten Är vattnet stillastå-ende runt gälarna kommer O2 att ta slut  det krävs mekanik för att öka vatten-flödet över gälytan.

Två alternativa metoder: Röra gälarna genom vattnet Praktiskt endast för små organismer, t.ex. sländelarver 2. Röra vatten över gälarna Cilie- och flagellrörelser på mussel- och snäckgälar. Egna rörelser underlättar. Mer kostandaseffektivt att röra vatten långsamt över stor yta än snabbt. Stora, snabbsimmande fiskar t ex tonfisk har därför orörliga gällock.

Gälarna sitter som gälbågar med två rader av gälfilament. Varje filament består av rader av packade lameller. Gasutbytet sker i lamellerna, vatten rinner emellan åt ett håll, blodet flödar åt motsatt håll. Vattnet kan mista upp till 90 % av sitt O2 och gälarna fungerar mer effektivt än lungor. Vattenpumpandet över gälarna är dock energi-krävande.

Gälar vid luftandning: Ram-ventilering: då fiskar simmar med öppen mun utan synliga andningsrörelser och med vattnet ständigt strömmande över gälarna. Gälar vid luftandning: Ex. landkrabbor terrestra isopoder

2. Lungor Två typer av lungor: a) diffusionslungor hos små djur; lungsnäckor, skorpioner, endel isopoder b) ventilationslungor; typiska för vertebrater (stor kropps-storlek, hög ämnesomsättning)

Andningsrörelser: 1. Tryckpump som fyller lungan; amfibier. 2. Sugpump; reptiler, fåglar och däggdjur.

Mammalielungan Indelad i otal små säckar, alveoler, ökar ytan och underlättar gasutbyte. Membranet som skiljer blod och luft är tunt för ett maximalt utbyte, ca 0.2 m tjock. Den totala ytan av människans lunga är ca 100 m2, motsvarar en tennisplan, och stark nog att töjas ut 20 000 gånger/dygn. Lungvolymen utgör 5 % av kroppsvolymen oberoende djurets storlek. 350 cm3 frisk luft når lungorna/inandning, men lungorna töms aldrig helt, 1000 cm3 alltid kvar. Vid andning i vila innehåller lungorna 1650 cm3 luft.

Andningen i luft regleras i främsta hand av kon-centrationen av CO2 Andningen i luft regleras i främsta hand av kon-centrationen av CO2. Tillsätts CO2 i inandnings-luften ökar ventileringsvolymen. För hög CO2-koncentration har dock en narkotisk inverkan. Hos de flesta akvatiska djur stimuleras andningen vid syrebrist.

Andningen hos fåglar Fåglar har små kompakta lungor i förbindelse med tunnväggade luftsäckar och luftrum som finns mellan de inre organen och även förgrenas in i ben och skalle. Syrekonsumtionen hos lika stora fåglar (i vila) och däggdjur är lika. Lungvolymen hos fåglar är lite mer än hälften av däggdjurens, medan den tracheala volymen är betydligt större.

Fåglar saknar alveoler, har istället rör som är öppna i bägge ändor. Luften åker således inte ut och in utan passerar genom fågellungan.

Andningen i ägg Ett nylagt ägg är ett mikrokosm som innehåller allt som den växande individen behöver med ett undantag: syre.  skalet bör vara genomträngligt för syre.

Reptilägg är mer varierande än fågelägg i frågan om skaltjocklek Reptilägg är mer varierande än fågelägg i frågan om skaltjocklek. Habitatet och fuktigheten var äggen läggs inverkar. Ormar och ödlor har relativt tunna skal som kan utvidgas. Läggs i torr miljö. I fukt tar de in vatten och vidgas  kläckningen är omgivningskänslig. Sköldpaddor har flexibla skal med kalklager  tåliga. Krokodilägg är hårda och sköra.

3. Trakéer Tubsystem som för O2 direkt till vävnaden. Blodsystemet saknar funktion vid gastransport. Sker både med hjälp av diffusion och genom aktiv pumpning.

Insektandning Insekter har en hård kutikula som är ogenomtränglig för gaser och ett skyddande vaxlager som gör dem impermeabla för vatten. Gasutbytet sker genom ett system av luftfyllda rör, trakéer, som har kontakt med utsidan genom öppningar, spirakler, som kan kontrollera mekanismen. Det trakeala systemet leder syre direkt till vävnaden och för CO2 i motsatt riktning oberoende av cirkulationssystemet.