Pernapasan pada Serangga

A.    Tujuan

Memahami pernapasan pada serangga & pengaruh berat tubuh serangga terhadap pemakaian oksigen.

B.    Tempat dan tangal Pelaksanaan Praktikum

Laboratorium Biologi SMAN 1 Glagah Bwi, 7 Maret 2012

C.     Alat & Bahan

v  Alat :

1.      Alat respirometer

2.      Timbangan

3.      Pipet tetes

4.      Stopwatch

v  Bahan :

1.      Serangga

2.      Kristal KOH / NaOH

3.      Silica gel

4.      Eosin

5.      Vaselin / Wing

D.    Cara Kerja

1)      Menyiapkan alat & bahan praktikum.

2)      Membungkus Kristal KOH / NaOH & silica gel dengan kain kassa, lalu masukkan ke dasar alat respirometer.

3)      Menimbang belalang sebelum perlakuan.

4)      Memasukkan belalang kecil ke dalam botol respirometer (muka belalang menghadap ke bungkus Kristal KOH / NaOH).

5)      Mengolesi sambungan pipa & tutup botol dengan wing. Pastikan sambungan tidak bocor.

6)      Memasukkan larutan eosin ke dalam pipa berskala.

7)      Mengamati perubahan kedudukan eosin pada 5 menit pertama, kedua, dan ketiga.

8)      Menghitung konsumsi oksigen rata-rata per berat badan per menit.

 

9)      Buat tabel hasil pengamatannya.

10)  Buatlah data kelas dengan mengumpulkan & membandingkan data kelompok lain. Lalu tambahkan pada tabel hasil pengamatan anda.

E.     Pertanyaan

1.       Bagaimana perbedaan konsumsi oksigen pada 5 menit pertama, kedua, dan ketiga? Jelaskan!

2.       Bagaimana pengaruh berat tubuh serangga terhadap konsumsi oksigennya? Jelaskan!

3.       Apa maksud pemberian Kristal KOH / NaOH & silica gel?

F.     Tabel Hasil Pengamatan

Kelompok	Massa tubuh serangga (gr)	Konsumsi O2 per ml				Rata-rata	Rata-rata per menit	Konsumsi O2 rata-rata (ml/gr menit)
		5’	5’’	5’’’	total
Kel 1	1 gram	0.05	0.003	0.005	0.058	0.02	0.001	0.001
	2.1 gram	0.15	0.15	0.17	0.47	0.16	0.010	0.005
Kel 2	0.45 gram	0.15	0.32	0.21	0.68	0.23	0.015	0.034
	0.69 gram	0.1	0.26	0.43	0.79	0.26	0.018	0.025
Kel 3	0.55 gram	0.4	0.22	0.26	0.88	0.29	0.02	0.036
Kel 4	0.95 gram	0.42	0.17	0.14	0.73	0.24	0.016	0.017
	0.85 gram	0.46	0.125	0.015	0.6	0.2	0.013	0.016
Kel 5	1.55 gram	0.18	0.195	0.125	0.5	0.17	0.011	0.0072
	4.55 gram	0.31	0.42	0.97	1.7	0.6	0.04	0.0083

G.    Jawaban

1.      Pada 5 menit pertama (5’) oksigen yang berada di dalam tabung dipergunakan semaksimal mungkin oleh serangga sehingga kecepatan eosin meningkat. Sedangkan pada 5 menit kedua kecepatan eosin menurun karena aktivitas tubuh serangga yang semakin sedikit, itu diakibatkan karena serangga kekurangan O₂ yang tertutup oleh eosin tersebut. Begitupun pada 5 menit ketiga jalannya eosin semakin lambat karena udara yang tersimpan pada respirometer tidak dapat keluar ataupun masuk sehingga jumlah O₂ semakin habis yang menyebabkan serangga menjadi lemas.

Contohnya pada percobaan kelompok 4, konsumsi O₂ belalang pada 5’ sangat besar (0,42 ml) sedangkan selisih konsumsi O₂ pada 5’ ke 5” yaitu 0,17 ml dan selisih konsumsi O₂ pada 5” ke 5”’ yaitu 0,14 ml. Hal tersebut menunjukkan aktivitas serangga semakin lama semakin menurun akibat kekurangan O₂ pada saat di dalam respirometer sehingga eosin semakin lambat.

Akan tetapi terdapat beberapa belalang di kelompok lain yang justru meningkatnya jumlah O₂ yang dikonsumsi, itu mungkin disebabkan karena terjadi sedikit kebocoran ada tabung respirometer.

2.      Semakin berat tubuh serangga maka semakin banyak jumlah konsumsi oksigen (O₂)  pada serangga (belalang). Sebaliknya, semakin ringan tubuh serangga maka semakin sedikit jumlah konsumsi oksigen (O₂) pada belalang.

Pada percobaan diatas dapat kita lihat pada percobaan pertama belalang dengan berat 2.5 gram (terberat) memiliki total konsumsi oksigen 2,22. Sedangkan pada percobaan kelima belalang dengan berat tubuh 0,1 gram (teringan) memiliki total konsumsi oksigen 0,76. Hal itu membuktikan bahwa semakin berat tubuh serangga maka semakin banyak konsumsi oksigen yang diperoleh.

3.      KOH memiliki sifat higroskopis yang mampu menyerap uap air (H₂O) di udara. Selain itu KOH juga merupakan basa kuat sementara CO₂ adalah oksida asam sehingga KOH juga dapat menyerap CO₂ dari udara dengan reaksi

Fungsi dari Kristal KOH/NaOH pada percobaan yaitu sebagai pengikat CO₂ agar organisme (kecambah dan jangkrik) tidak menghirup CO₂ yang dikeluarkan setelah bernafas. Kristal KOH/NaOH dapat mengikat CO₂ karena bersifat hidroskopis. Reaksi antara KOH dengan CO₂, sebagai berikut:

(i)          KOH + CO₂ → KHCO₃

(ii)        KHCO₃ + KOH → K₂CO₃ + H₂O

Fungsi eosin adalah sebagai indikator oksigen yang dihirup oleh organisme percobaan (kecambah dan jangkrik) pada respirometer.

H.    Pembahasan

Proses respirasi pada serangga pada hakikatnya sama denga proses respirasi pada hewan lain, yaitu mempertukarkan gas oksigen dan karbondioksida melalui proses difusi. Namun yang membedakannya hanya terletak pada ada atau tidak adanya system organ respirasi, perbedaan ini disebabkan oleh kekomplekan struktur tubuhnya dan tempat hidupnya.

Sel-sel tubuh serangga setiap waktu membutuhkan suplai oksigen yang cukup untuk metabolisme tubuhnya, serangga kecil dapat mencukupi kebutuhan oksigen ini cukup dengan cara difusi saja karena serangga kecil mampunyai volume tubuh yang kecil dan luas permukaan tubuh yang sangat luas, sehingga denagan cara difusi saja sel-sel tubuh mendapatkan suplai oksigen yang cukup, sebaliknya bagi serangga yang besar dan aktif sel-sel tubuhnya membutuhkan suplai oksigen secara cepat, permasalahnya adalah bila serangga besar mampunyai luas permukaan tubuh yang kecil dengan volume yang besar sehingga bila respirasinya menggunakan cara difusi pada permukaan kulitnya makan sel-sel tubuhnya tidak mendapatkan oksigen secara cepat, permasalaham ini dijembatani dengan adanya organ respirasi berupa system trakea.

Kebanyakan serangga hidupnya adalah di darat (teresterial) sehingga medium respirasinya adalah udara, udara sebagai medium respirasi mampunyai keuntungan sekaligus kerugian, keuntungannya adalah oksigen di udara sangat berlimapah sekitar 20 % dibandingan dengan oksigen di lautan yang hanya 10%, selain itu pergerakan udara yang cepat memudahkan proses difusi, kerugiannya adalah serangga selalu kehilangan air akibat penguapan, oleh karena itu serangga harus selalu menjaga homeostatis air dalam tubuhnya, hal ini akan berdampak pada difusi oksigen dan karbon dioksida, Naii. A Campbell dalam buku biologinya menjelaskan bahwa permukaan respirasi (sel-sel epithelium) haruslah lembab karena O₂ dan CO₂ berdifusi melewatinya setelah larut terlebih dahulu dalam air.

Corong hawa (trakea) adalah alat pernapasan yang dimiliki oleh serangga dan arthropoda lainnya. Pembuluh trakea bermuara pada lubang kecil yang ada di kerangka luar (eksoskeleton) yang disebut spirakel. Spirakel berbentuk pembuluh silindris yang berlapis zat kitin, dan terletak berpasangan pada setiap segmen tubuh. Spirakel mempunyai katup yang dikontrol oleh otot sehingga membuka dan menutupnya spirakel terjadi secara teratur. Pada umumnya spirakel terbuka selama serangga terbang, dan tertutup saat serangga beristirahat.

Oksigen dari luar masuk lewat spirakel. Kemudian udara dari spirakel menuju pembuluh-pembuluh trakea dan selanjutnya pembuluh trakea bercabang lagi menjadi cabang halus yang disebut trakeolus sehingga dapat mencapai seluruh jaringan dan alat tubuh bagian dalam. Trakeolus tidak berlapis kitin, berisi cairan, dan dibentuk oleh sel yang disebut trakeoblas. Pertukaran gas terjadi antara trakeolus dengan sel-sel tubuh. Trakeolus ini mempunyai fungsi yang sama dengan kapiler pada sistem pengangkutan (transportasi) pada vertebrata.

Sistem pernafasan pada serangga mengenal dua sistem, yaitu sistem terbuka dan sistem tertutup. Digunakan alat/organ yang disebut spirakulum (spiracle), juga tabung-tabung trakhea dan trakheola. Tekanan total dari udara sebenarnya merupakan jumlah tekanan gas N₂, O₂, CO₂ dan gas-gas lain. O₂ sendiri masuk ke dalam jaringan dengan satu proses tunggal: adanya tekanan udara dalam jaringan. Tekanan O₂ dengan demikian harus lebih besar daripada tekanan udara dalam jaringan, sebaliknya tekanan CO₂ dalam jaringan harus lebih besar dibanding yang ada di udara.(lihat gambar sel respirasi). Laju diffusi diukur dengan rumus 1/d (sebagai suatu peristiwa diffusi pasif).

Pada umumnya serangga akuatik kecil luas permukaan tubuhnya lebih besar daripada volumenya, sehingga diffusi O₂ dapat berjalan dengan baik berhubung luas permukaan yang cukup untuk akomodasi aliran O₂ dari luar tubuh. Sebaliknya pada serangga yang ukurannya lebih besar, harus dibantu dengan menggunakan kantung udara (air-sacs), yang mengumpulkan udara dengan mekanisme kontraksi, yang harus didukung oleh suatu sistem pemanfaatan energi. Contohnya pada beberapa jenis belalang yang mampu hidup di dalam air.

Sistem respirasi terbuka banyak digunakan oleh serangga-serangga darat dan beberapa jenis serangga air, sedang sistem tertutup digunakan oleh serangga air, yang tidak menggunakan spirakulum, antara lain untuk mencegah supaya jangan terjadi evapotranspirasi.

Mekanisme pernapasan pada serangga, misalnya belalang, adalah sebagai berikut
Jika otot perut belalang berkontraksi maka trakea mexrupih sehingga udara kaya CO₂ keluar. Sebaliknya, jika otot perut belalang berelaksasi maka trakea kembali pada volume semula sehingga tekanan udara menjadi lebih kecil dibandingkan tekanan di luar sebagai akibatnya udara di luar yang kaya O₂ masuk ke trakea.

Sistem trakea berfungsi mengangkut O₂ dan mengedarkannya ke seluruh tubuh, dan sebaliknya mengangkut C0₂ basil respirasi untuk dikeluarkan dari tubuh. Dengan demikian, darah pada serangga hanya berfungsi mengangkut sari makanan dan bukan untuk mengangkut gas pernapasan.

Di bagian ujung trakeolus terdapat cairan sehingga udara mudah berdifusi ke jaringan. Pada serangga air seperti jentik nyamuk udara diperoleh dengan menjulurkan tabung pernapasan ke perxnukaan air untuk mengambil udara. Serangga air tertentu mempunyai gelembung udara sehingga dapat menyelam di air dalam waktu lama. Misalnya, kepik Notonecta sp. mempunyai gelembung udara di organ yang menyerupai rambut pada permukaan ventral. Selama menyelam, O₂ dalam gelembung dipindahkan melalui sistem trakea ke sel-sel pernapasan.

Selain itu, ada pula serangga yang mempunyai insang trakea yang berfungsi menyerap udara dari air, atau pengambilan udara melalui cabang-cabang halus serupa insang. Selanjutnya dari cabang halus ini oksigen diedarkan melalui pembuluh trakea.

Sebaliknya terdapat juga serangga yang mampu tinggal lama di dalam air dengan bantuan suatu organ yang disebut plastron, suatu filamen udara. Dengan alat ini maka CO₂ yang terbentuk dibuang, dan O₂ yang terlarut diambil langsung (bukan dalam ujud gelembung udara). Bangunan ini sering juga disebut sebagai insang fisis khusus (special physical gill). Karenanya serangga mampu bertahan di dalam air dalam jangka waktu yang lebih lama. Serangga air juga ada yang memanfaatkan insang trakheal (tracheal gill), yang merupakan insang biologis, berfungsi karena gerak biologis.

Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi:

a.      Berat tubuh

Semakin berat tubuh suatu organisme, maka semakin banyak oksigen yang dibutuhkan dan semakin cepat proses respirasinya.

b.      Suhu tubuh

Semakin tinggi suhu tubuh, maka kebutuhan energi semakin banyak pula sehingga kebutuhan O₂ juga semakin banyak.

c.       Kegiatan tubuh

Makhluk hidup yang melakukan aktivitas tubuh memerlukan energi. Berarti semakin berat aktivitasnya,maka semakin banyak kebutuhan energinya, sehingga pernafasannya semakin cepat.

I.       Kesimpulan

Pada proses respirasi menghasilkan karbondioksida (CO₂), uap air (H₂O) dan sejumlah energi. Sedangkan faktor-faktor yang mempengaruhi proses respirasi adalah berat tubuh, kegiatan tubuh dan suhu tubuh. Semakin berat tubuh suatu organisme, maka semakin banyak oksigen yang dibutuhkan dan semakin cepat proses respirasinya.

J.       Lampiran