Zadanie 7
Matura z biologii, maj 2023, poziom rozszerzony
Wymaganie: V.2 — układ oddechowy kręgowców (płazy vs ssaki).
V.5 — osmoregulacja, gospodarka wodna.
Treść zadania
Skóra płazów uczestniczy w wymianie gazowej zarówno w dobrze natlenionej wodzie, jak i w wilgotnym powietrzu. Oddychanie skórne płazów odgrywa istotną rolę w wymianie gazowej tych zwierząt ze względu na niską efektywność wymiany gazowej w płucach.
Stężenie mocznika we krwi płazów jest dużo większe niż we krwi ssaków. Płazy nie piją wody, ale wchłaniają ją przez skórę.
Na podstawie: H. Szarski, Historia zwierząt kręgowych, Warszawa 1998.
Zadanie 7.1. (0–2)
Wyjaśnij, dlaczego wymiana gazowa w płucach płazów jest mniej efektywna niż w płucach ssaków. W odpowiedzi uwzględnij dwie różnice między wymienionymi gromadami: jedną w budowie płuc i jedną w mechanizmie ich wentylacji.
Zadanie 7.2. (0–1)
Określ, jakie znaczenie w pobieraniu wody przez płazy ma gromadzenie mocznika w ich płynach ustrojowych.
Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2305. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
7.1.
Różnica 1 — budowa płuc:
- Płaza: płuca to proste, workowate uchyłki z niewielkimi pofałdowaniami wewnętrznymi → mała powierzchnia wymiany gazowej.
- Ssaka: płuca wielokrotnie pofałdowane w pęcherzyki (alveole) — u człowieka ~300-500 mln pęcherzyków → ogromna powierzchnia ~70-100 m².
Skutek: powierzchnia wymiany gazowej u ssaka jest setki razy większa → więcej O₂ przechodzi na jednostkę objętości płuc.
Różnica 2 — mechanizm wentylacji:
- Płaza: wentylacja dotłaczająca (positive pressure) — płaz wtłacza powietrze do płuc ruchami dna jamy gębowej (gardło "pompuje" powietrze do płuc). Mała objętość + nieregularna częstotliwość.
- Ssaka: wentylacja zasysająca (negative pressure) — przepona + mięśnie międzyżebrowe rozszerzają klatkę piersiową → podciśnienie w opłucnej → powietrze zasysane przez nos/usta. Wymiana płynna i pełna, ~12-20 oddechów/min, kilka litrów/min.
Skutek: większe i regularniejsze obroty powietrza w płucach ssaka → efektywniejsze nasycenie krwi O₂.
7.2. Gromadzenie mocznika w płynach ustrojowych płaza:
- Mocznik to substancja osmotycznie czynna (zwiększa stężenie osmotyczne płynów ciała).
- Skóra płaza jest półprzepuszczalna — przepuszcza wodę zgodnie z gradientem osmotycznym.
- Wysoki mocznik w tkankach płaza → wysokie stężenie osmotyczne wewnątrz → gradient osmotyczny z otoczeniem (woda słodka, wilgotne podłoże).
- Woda płynie z otoczenia do tkanek płaza zgodnie z osmozą (z miejsca niższego do wyższego stężenia).
Bez gromadzenia mocznika płaz miałby podobne lub niższe stężenie osmotyczne niż otoczenie → brak gradientu → woda nie wchłaniałaby się skutecznie.
Wniosek: mocznik = pompa osmotyczna ułatwiająca pasywne wchłanianie wody przez skórę. Płaz nie musi pić — woda sama "płynie" do niego przez skórę dzięki gradientowi osmotycznemu.
Pułapka 7.1 — opisanie tylko jednej różnicy. Klucz: dwie różnice (budowa + wentylacja). Pominięcie jednej = -1 pkt.
Pułapka 7.1 — pomylenie kierunku wentylacji. Płazy mają wentylację pozytywną (ciśnieniowa, tłoczona). Ssaki mają wentylację negatywną (zasysająca, podciśnieniowa). Łatwo pomylić te kierunki.
Pułapka 7.2 — odpowiedź "mocznik to produkt uboczny". Tak, ale dodatkowa funkcja u płazów = osmoregulacja. To ewolucyjna adaptacja — mocznik wykorzystywany "po drugie" jako narzędzie do pobierania wody.
Pułapka 7.2 — niewspomnienie gradientu osmotycznego. Klucz: woda płynie z niższego stężenia (otoczenie) do wyższego (tkanki z mocznikiem). Bez tego = niepełna odpowiedź.
Strona arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — porównanie płuc
| Cecha | Płazy | Gady | Ptaki | Ssaki |
|---|---|---|---|---|
| Budowa płuc | Proste worki | Workowate z przegrodami | Płuca + worki powietrzne (jednokierunkowy przepływ) | Pęcherzyki (alveole) — silnie pofałdowane |
| Powierzchnia | Mała | Średnia | Bardzo duża | Bardzo duża (~70-100 m² u człowieka) |
| Wentylacja | Dotłaczająca (jama gębowa pompuje) | Pompowanie żebrami | Jednokierunkowa (worki powietrzne) | Zasysająca (przepona + mięśnie) |
| Dodatkowe drogi | Skóra (~50% O₂) | — | — | — |
| Efektywność | Niska (rekompensuje skóra) | Średnia | Bardzo wysoka (lot) | Wysoka |
Mechanizm: wentylacja płaza (positive pressure)
Płaz otwiera nozdrza + opuszcza dno jamy gębowej → powietrze wpływa do jamy gębowej (przez podciśnienie).
Zamknięcie nozdrzy + uniesienie dna jamy gębowej → powietrze tłoczone do płuc przez tchawicę (positive pressure).
Płuca napełnione → wymiana gazowa.
Wydychanie: skurcz mięśni tułowia (brak przepony!) wyciska powietrze z płuc → przez nozdrza.
Skutek: częstotliwość ~10-30/min, ale mała objętość + nieregularność.
Mechanizm: wentylacja ssaka (negative pressure)
Wdech: przepona kurczy się (opada) + mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne unoszą żebra → klatka piersiowa rozszerza się.
Powstaje podciśnienie w opłucnej (ciśnienie w klatce niższe niż atmosferyczne) → powietrze zasysane przez nos/usta → tchawicę → oskrzela → pęcherzyki.
Wymiana gazowa w ~300 mln pęcherzyków człowieka (powierzchnia 70-100 m²).
Wydech: przepona rozluźnia się (unosi do góry), żebra opadają → ciśnienie w klatce wzrasta → powietrze wypychane na zewnątrz.
Skutek: 12-20 oddechów/min, 500 ml/oddech = ~6-10 L/min wymiany powietrza. Bardzo wydajne.
Mechanizm: mocznik jako narzędzie osmoregulacji
Płazy żyją w środowisku słodkowodnym lub wilgotnym lądzie — stężenie osmotyczne wody słodkiej jest NIŻSZE niż płynów ustrojowych zwierząt.
Naturalna osmoza: woda płynęłaby do tkanek płaza, ale wolno (mały gradient).
Gromadzenie mocznika w krwi/limfie → podwyższenie stężenia osmotycznego wewnątrz tkanek.
Gradient osmotyczny zwiększa się → woda płynie szybciej z otoczenia do tkanek przez skórę.
Płaz wchłania wodę pasywnie przez skórę → nie musi pić (większość gatunków).
Mocznik = “podwójna funkcja”:
- Produkt katabolizmu białek (substancja odpadowa).
- Osmolit stymulujący wchłanianie wody (adaptacja u płazów).
Inne osmolity u różnych zwierząt: TMAO (rekiny), glicerol (ryby polarne), trehaloza (suchotrwałe nicienie).
Punktacja CKE
- 7.1. 2 pkt — obie różnice (budowa + wentylacja) z konkretnymi cechami.
- 7.2. 1 pkt — mocznik jako osmolit + mechanizm gradientu → wchłanianie wody przez skórę.
- Suma: 3 pkt.
Po co to umieć
Płazy = unikalne kręgowce:
- ~7 500 gatunków świata (płazy bezogonowe, ogoniaste, beznogie).
- W Polsce ~18 gatunków (żaby, ropuchy, traszki, salamandra plamista).
- Dwuśrodowiskowość: jajа+kijanki w wodzie, dorosłe na lądzie.
- Skóra wodno-przepuszczalna = klucz do wymiany gazowej + wchłaniania wody ale też wrażliwość na zanieczyszczenia/zmiany klimatu.
Bioindykatory: płazy są wrażliwe na pestycydy, zanieczyszczenie wody, ocieplenie → wskaźnik zdrowia ekosystemu.
Globalne wymieranie płazów — najszybsze wśród kręgowców:
- ~40% gatunków zagrożonych (IUCN).
- Główne przyczyny: utrata siedlisk + chitrydiomykoza (grzyb Batrachochytrium) + zmiany klimatu.
Wymiana gazowa skórna = klucz: u salamander bez płuc (rodzina Plethodontidae, większa część Ameryki Płn.) cała wymiana gazowa odbywa się przez skórę. Nie mają płuc w ogóle.
Płuca ssaków — porównanie powierzchni:
- Człowiek: ~70-100 m² (większe niż kort tenisowy).
- Mała myszka: ~1-2 m².
- Płetwal błękitny: ~6000 m² (rekord rozmiarów).
Negative pressure breathing = wynalazek ssaków (~200 mln lat temu). Pozwoliło na stałą temperaturę ciała + wytrzymałość fizyczną + duże mózgi (mózg wymaga 20% O₂ całego ciała).
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „anatomia, fizjologia, płazy, oddychanie, płuca, skóra, osmoregulacja, mocznik" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl