Kap. 6: Transportsystemer i planter og dyr
 

Mål for opplæring: 

-          Forklare hvordan opptak og transport av vann og løste stoffer skjer hos planter, og diskutere hva slags tilpasning planter kan ha til ulike levekår

-          Sammenligne bygningen og funksjonen til organsystemer hos ulike dyregrupper med vekt på sirkulasjon, gassutveksling og utskilling, sett i sammenheng med tilpasning til ulike levevilkår

-          Gi eksempler på og grunngi hvordan atferd som kommer av evolusjon, er en del av tilpasningene til omgivelsene

Forord: 

Jeg skal prøve å forklare kapitlet sett i fra sammenhengen til læringsmålene. Jeg tror at dette vil føre til at sammendraget blir noe kortere enn mitt tidligere sammendrag på transportsystemer i mennesket.

Hvis vi tar for oss første læringsmål:[W1] 

Etter hvert som plantene ble mer og mer avansert og større, måtte de utvikle spesialiserte transportsystemer for å kunne dekke plantens behov.

Transport av stoffene trenger ikke nødvendigvis være over store avstander. Denne typen transport, kaller man for korttransport. Da skal stoffene beveges i korte avstander, f.eks. fra en celle til nabocellen.

Plantecellene har løst denne problemet ved å ha kanaler mellom celleveggene sine. Disse kanalene heter plasmodesmata. Cytosolen til plantene kan lett bevege seg og dermed vil stoffene også bevege seg. Korttransporten vha. plasmodesmata er hovedsakelig passiv transport.

Når stoffer skal transporteres over lengre avstand, f.eks. i et tre. Holder det ikke med korttransporten. Plantene må ha spesialiserte vev, som skal oppfylle denne livsviktige funksjonen.

Disse vevene heter ledningsvev som gir ledningstrenger.

-          Ledningstrengene er delt opp ytterligere i:

o   Vedvev

§  Vedrør (korte, tykke, rørformete)

§  Trakeider(langstrakte, smale, tilspissede)

o   Silvev

§  Silrør

Vedvevet er ansvarlig for transport av vann.  Det består av døde celler som mangler cytoplasma og kjerne. Væsken i vedvevet er vann med oppløste mineraler.

Silvevet består av silrør og følgeceller. Silrørcellene har silplater. Celler er levende, har cytoplasma, men mangler kjerne, ribosomer, vakuoler, golgi.  Følgecellen har de organene silrørcellen manglet. De samarbeider om å kontrollere og bevegelsen av silvevsvæske inn og ut.

I silvevet finner man stoffer som planten har laget, f.eks. glukose, aminosyrer, hormoner. Disse stoffene er løst i vann i silrøret.

Sett i fra evolusjonsperspektiv kan man se at:

1.       Alger og moser har ikke noe spesialisert rørsystem for transport av vann, mineraler, næringstoffer. Disse oppgavene klarer dem ved hjelp av diffusjon. Det er fordi forholdet mellom overflatearealet og volumet er stor. Så diffusjon er mulig. I tillegg tåler mosene tørke. 

2.       utviklingen av ledningstrengene har ført til at plantene har tilpasset seg et liv på land. De er også med å stivne planten, og gi den en faststruktur slik at den tåle diverse utfordringer.

3.       organiseringen av ledningstrengene kan fortelle oss om en plante er enfrøbladet eller tofrøbladet.

En plante har følgende hovedorganer:

-          rota

-          stengsel/stilk

-          blad

Rota ankrer planten i jorda, er ikke i stand til å utføre syntese, men opptak av vann og mineraler er røttene spesialisert i.

De har stor overflate, slik at diffusjon er mulig, og ved å ha flere rotskudd, som igjen har rothår øker evnen til å ta opp vann og mineraler.

Vannet kan bevege seg inn i rota på to måter, enten gjennom cellene eller mellom cellene. Mineralene derimot beveges mest gjennom cellene.

Det casparyske bånd er et voksaktig bånd som ligger i endodermis, og sørger for at vann og andre stoffer går inn til sentralsylinderen gjennom cellene. Det er viktig for å forhindre ukontrollert strøm av vann inn i planten og tilbakestrøm.

vannet tas opp i rota pga, konsentrasjonsforskjellen som dannes når ionene pumpes aktivt inn roten. Vannet vil da bevege seg passitvt for å utligne konsetrasjonsforskjellen i vann.

Opptak av ioner:

1.       Aktiv transport inn i rothårcellen

2.       diffusjon av ionene gjennom cytosolen, til området rundt sentralsylinder

3.       aktiv transport inn til sentralsylinger

4.       pass diffusjon av vann til sentralsylinger

Siden mange av mineralene planten trenger er i en annen form, har plantene et tett samarbeid med sopp (mykhoriza) og bakterier. 

Soppen/bakterien er i gjensidig symbiose med planten. De får næringstoffer fra planten og omdanner mange av mineralene til den riktige formen plantene kan utnytte. 

Soppen danner hyfer rund og mellom rotcellene eller inni rotcellene. Bakteriene danner noduler.

Stengselt/stammen støtter, beskytter og huser vevene som er med å frakte vann, ioner, næringstoffer. Stoffene som transporteres i vedvevet transporteres mot gravitasjonskraften, tenk deg hvor magisk er ikke det?

Hva er da så årsak til at trær kan frakte 200 liter vann over 120 meter høyt i og med at det er ingen motorkraft som pumper vannet?

Jo svaret er enkelt (kanskje ikke så enkelt). Det er nemlig flere krafter som virker, i tillegg til vannets kjemiske og fysiske struktur og disse kombinert er med å trekke vann mot gravitasjonskreftene.

Vann blir transpirert (fordampet fra bladene), denne prosessen skaper trykkforskjell, som fører til at vannet drives oppover. I tillegg til transpirasjon, så vil også fotosyntesen bruke vann opp, dette er med også å drive vann oppver.

Adhesjon og kohesjon teoriene kan være med å forklare ytterligere hvordan vannet fraktes opp, kort forklart:

Kohesjon er krefter som virker mellom vannmolekylene, disse kreftene skyldes at vannet er polart, og det dannes hydrogenbindinger mellom hydrogenene og oksygen på nabo vann molekylet. Disse atomene vil da danne en sterk vannsøyle.

Adhesjon er krefter som virker mellom cellulosemolekylene i vedvevet og vannmolekylene. Det fører til at vannmolekylene «festes» til cellulose molekylene og fungerer som trappetrinn.

Bladet er en essensiell del av planten, det fungerer som en lysfanger, produsent og gassutveksling skjer her.

Ved å fange/absorbere lys klarer planten å omforme karbondioksid og vann om til glukose og oksygen.  Denne prosessen kalles fotosyntese, og er kanskje den viktigste reaksjonen i hele verden. Uten plantenes fotosyntese, hadde ikke vi hatt liv i jorda!!! (tenk over det)

Bladene er tilpasset denne viktige funksjonen, ved at de har en stor overflate, som medfører til at mer lys kan treffe.

Men!!! Stor overflate skaper en annen problem ☹ ved stor overflate gir også stort vanntap i form av transpirasjon og mye vanntap skaper vannstress. Den gode nyheten er at plantene utviklet en respons til denne problemet også 😊 den dårlige nyheten er at det er flere ting du må huske :/

Plantene løste dette problemet ved å ha et tykt lag av voks og cutin på utsiden av bladene. Dette kalles for kutikula. Men det skapte et problem til. Hvordan skulle gassutvekslingen skje? Jo planter er smarte skjønner du. Under bladet har de det man kaller for spalteåpninger som er omringet av 2 lukkeceller. Disse kan endre formen sin og åpne og lukke seg. Og det er herifra vann kan bli transpirert og CO2 og O2 utvekslet.

Når lukkecellene tar opp vann, sveller de og åpner spalteåpningen. Dette gjør at CO2 kommer inn, O2 går ut. I tillegg vil lys med bestemte bølgelengder være med å åpne spaltene. Når det er vannmangel, eller mye CO2 i planten er spalteåpningene lukket. Og det reduserer tap av vann. Vann vil allikevel diffundere ut, men det konsentrasjon forskjell av kalium ioner mellom lukkecellene og nabocellene.

Tilpasninger hos ulike planter:

Planter som lever i varme og tørre klima, har klart å tilpasse seg miljøet ved å blant ikke ha grønne blader, men pigger. Dette gjør at vanntapet blir mindre og forhindrer beiting. Eksempel på en slik plante er kaktuser.  

Transporten i silvevet: (same, same but different)

Væsken i silvevet kan transporteres både oppover og nedover i planten. Denne væsken inneholder mye næringstoffer. Og blir fraktet fra bladenene til stammen/Stengselet, og røttene.

Følgecellene som er knyttet til silrørene, er med å regulere transporten av væske.

Bevegelsen i silrørene skyldes diffusjon, med en hastighet på opptil 1,5 meter/time. Denne hastigheten er så stor, at det ikke kan skyldes vanlig diffusjon, eller cytoplasmatiske strømninger (bevegelse inni cellene vha. ATP)

Liste over hvordan det foregår:

1.       glukose omdannes til sukrose, Sukkemolekylene blir transportert aktivt inn i følgecellen.

2.       økt konsentrasjon av sukrose i følgecellen, fører til diffusjon tilbake til silrørcellen via plasmodesmata.

3.       vannet fra vedrøret vill da vha. OSMOSE bevege seg til silrøret.

4.       dette øker trykket i silrørcellen, og silrør væsken beveger seg til målcellen.

5.       når det er nær målcellen, vil sukrosen aktivt transporteres til følgecellen, så passivt diffundere til målcellen.

6.3 Transportsystemer i dyr

Nå skal jeg ta for meg læringsmål 2. [W2] 

Transport oppgavene kan deles i tre deler:

1.       sirkulasjon

2.       respirasjon

3.       eksresjon

sirkulasjonssystemet hos de virveløse dyrene tar vi for oss først:

det kan være et åpent sirkulasjonsystem, hvor blodet pumpes til de ulike kroppsområdene, og åpner i hulrom i vevet hvor blodet kan vende tilbake.

Eller lukket sirkulasjon: blodet kommer ikke i direkte kontakt med vevet, men går gjennom arterier som forgreines til mindre blodårer og kapillærer. Før de går til venene som frakter det tilbake til hjertet.

Fordelen med lukket sirkulasjon er at blodet kan bevege seg raskere når trykket øker og ledes direkte til de organene som trenger det mest.

Antall hjertekamre er også ulikt i dyregruppene, i tillegg ser man at etter hvert som dyrene ble utviklet til å bli virveldyr, så gikk man fra enkel sirkulasjon til dobbelsirkulasjon.

Leddormer: meitemark

Sirkulasjon:

-          ryggåre som fungerer som hjertet, klaffer i blodårene

-          bukåre

-          blodet er fargeløs, mangel på hemoglobin.

-          Lukket blodsirkulasjon, men dårlig utviklet hjerte

Respirasjon:

-          Gassutveksling skjer gjennom huden, slimkjertler som sørger for en fuktig overflate så diffusjon kan skje

-          Leddormer som lever i vann, har gjeller, som oftest har god kontakt med blodsirkulasjonen

Eksresjon:

-          Nefridier sørger for å skille ut nitrogenavfallet. Er forgreiete kanaler og kledd med cilier.

-          Fungerer som nyrene hos pattedyr.

-          Kan skille ammoniakk direkte, og urea

Insekter: 

Sirkulasjons system:

-          Åpen sirkulasjon

-          Rygg åre og 1 eller flere hjerter i bakkroppen

-          Blodet går fra bak til foran til hjernen

-          Blodet fargeløst eller grønn pga. uorganiske salter

-          Har ikke noe med gassutveksling å gjøre

Respirasjon:

-          Fine rør, trakeer, som er forgreinet og forsyner alle cellene i kroppen med O2

-          Åpninger i kroppen leder til trakeene (spirakler kalles de)

-          Spiraklene kan lukkes og åpnes etter behov

-          Luftsekker er utvidelser av forgreiningene til trakeene

-          Når insekten er i bevelgese fører til gassbevegelse i systemet

-          Fordel er at oksygene er i gassform i trakeene og ikke løst i blod som andre dyr

Eksresjon:

-          Rør kalt malpihiske rør

-          Ligger fritt i kroppshullrommet

-          Vann, salter og nitrogenholdige avfallstoffer samles i dyrene og tømmes i tarmen

-          Nitrogenholdige stoffer skilles i form av urinsyre, fordel aktig fordi det inneholder lite vann, slik at insektene kan klare seg i vannfattige områder. Samtidig lett. Innsekter som lever i vann, skiller ammoniakk direkte.

-          Skylles ut med avføring

-          Reabsorpsjon av vann og salter i tarmen

Fisker:

Sirkulasjon: lukket sirkulasjon, med to hjertekamre. Som ligger nær gjellene. Enkel sirkulasjon

-          Blodet går fra hjertetkammeret til gjellene, for å bli tilført oksygen, deretter til resten av kroppen.

-          Trykkfall etter å ha passert gjellene og tregere sirkulasjonàredusert oksygenforsyning

-          Vekselvarme dyr så de har lik temperatur som omgivelsene

-          Blodet i gjellene strømmer motsatt vei av vannet som passerer gjennom gjellene.

o   Dette er bra fordi vannet har hele tiden høyere oksygen konsentrasjon, enn blodet og dermed diffunderer over til blodet.

o   Kalles motstrømsprinsippet.

Respirasjon:

-          Siden de lever i vann, har de gjeller, de er utovervendte og er beskyttet av en gjelle lokk.

-          Kraftig forgreinet for å øke overflatearealetàviktig for diffusjon av oksygen gass

-          Gjellene har tynne kapillærer. Motstrømsprinsipp

-          Vannstrømmen skapes vha. muskelbevegelser, men hvis det er ikke nok, svømmer fisken med åpen munn.

Ekskresjon: nyrer

-          Kan skille ut ammoniakk direkte til omgivelsene via gjellene

-          Kan også skille urea gjennom nyrene

-          Osmoregulering er viktig hos fisker

o   Fisk som lever i saltvann har rikelig tilgang på salt, fra omgivelsene, men det betyr at taper kroppsvæske til omgivelsene, fordi vannkonsentrasjonen er større i fisken enn i omgivelsene. For å minimiserer dette problemet, må fisken aktivt skille ut ioner ut av blodet og produsere lite urin.

o   Fisk som lever i ferskvann har motsatt problem. De taper hele tiden ioner til omgivelsene siden fisken har mer salter i seg enn omgivelsene. (samtidig tar den opp vann gjennom osmose) De løser dette problemet ved å aktivt ta opp salter fra omgivelsene og skille ut fortynnet urin.

Amfibier og Krypdyr: mellomfase mellom virvelløse og fugler og pattedyr

Sirkulasjon: dobbelt sirkulasjon, lukket. Noen primitive har tre 3 hjertekamre, mens mer avanserte har 4 hjertekamre. 

Respirasjon: mange av dyrene når de er små har gjeller, rumpetroll f.eks. men som voksen har de lunger.

Eksresjon: urinsyre, urea

Fugler:

Sirkulasjon: lukket, dobbelt sirkulasjon

-          Nødvendig for jevn kroppstemperatur og være varmblodige dyr

-          i tillegg til gassutveksling, har sirkulasjonssystemet varmeregulerende oppgaver også.

-          Andens føtter f.eksà samme motstrømsprinsipp

Respirasjon: lunger og luftsekker

-          Ved innånding vil luften reise til luftsekkene og fylle dem opp

-          ved utånding vil luften fra luftsekkene reise til lungene

-          effektiv måte å forsyne lungen med oksygen.

Eksresjon: nyrer, og urinsyre

-          skiller ut urinsyre, en tilpasning til begrenset vannmiljø

-          ikke giftig, fosteret skiller det også ut i egget.

-          Urinen er konsentrert, for å begrense vanntap.

-          Skilles ut sammen med avføring fra anus

Overgangen fra liv i vann til liv i land har med andre ord resultert i ulike tilpasninger når det gjelder transportsystemene. Respirasjonsystemet har gått fra gjeller til trakeer og lunger.

For fiskene er disse tilpasningene, blant annet gjeller som er fiskens organ for gassutveksling, og siden de er utovervendte er det ikke fare for uttørkning når de er vann. I tillegg ser man at sirkulasjonssystemet er lukket og enkelt, og ikke involvert i varmeregulering. Siden det er mye vann tilstedet, så kan nitrogenavfallet skilles både ut som ammoniakk, og urea.

Hos leddormene, har lukket sirkulasjon, men dårlig utviklet hjertet. Leddormene som lever på land, utveksler gass vha. diffusjon, mens de vannlevende har gjeller. Nitrogenavfallet kan være ammoniakk, og urea.

Hos innsektene har man et åpent sirkulasjon, som ikke har noen rolle i gasstransport. De har utviklet et rør system som er trakeer, med åpninger som sørger for at oksygen kan komme direkte til kroppen og i cellene. Insekter som lever i vann, har trakegjeller. Eksresjonsystemet skiller ut urinsyre.

Hos amfibier ser man overgangen enklest:

I de tidlige fasene har de gjeller, men senere har de lunger.

Sirkulasjonssytemet blir mer og mer utviklet mot dobbelt sirkulasjon, og sirkulasjonssytemet får en varmeregulerende egenskap også.

Pattedyrene har dobbelt sirkulasjon, lunger, nyrer.

De som lever i vann har tilpasset seg miljøet ved å blant annet ha neseåpningene på toppen av hodet, og har en kraft muskulator rundt blåsehullet.

I tillegg kan de lagre oksygen i musklene og regulere sirkulasjonen slik at de viktigste organene får mest oksygen.

Pattedyr som lever i tørre og varme områder, har tilpasset seg ved å danne konsentrert urin. De skyller ut urea.

 
-           [W1]Forklare hvordan opptak og transport av vann og løste stoffer skjer hos planter, og diskutere hva slags tilpasning planter kan ha til ulike levekår

 
-           [W2]Sammenligne bygningen og funksjonen til organsystemer hos ulike dyregrupper med vekt på sirkulasjon, gassutveksling og utskilling, sett i sammenheng med tilpasning til ulike levevilkår