Practica 2.Mecanismos respiratorios y V de Gowin.

Actividad experimental 2.  Tercera etapa.

Mecanismos respiratorios

Preguntas generadoras:

1.- Si los peces, almejas y artemias viven en el agua, ¿cómo obtienen el oxígeno?

Los peces, las almejas y las artemias tienen branquias, este mecanismo les permite capturar las moléculas de oxígeno, en el paso de gases en el agua que pasa por la boca en el caso del pez y sale por las celdillas de las branquias.

2.- Si las lombrices y chapulines no tienen pulmones, ¿cómo obtienen el oxígeno?

Las lombrices y los chapulines tienen mecanismos distintos que utilizan para llevar a cabo la respiración, las lombrices respiran de manera cutánea, es decir por la piel, y los chapulines tienen tráqueas y espiráculos por los cuales entra el oxígeno hasta las células.

Planteamiento de las hipótesis:

Identificaremos los diferentes tipos de mecanismos respiratorios como el de los filamentos branquiales en los peces, el traqueal en el caso de los chapulines y el cutáneo en las lombrices.

Introducción

Los mecanismos respiratorios son superficies o regiones expuestas directamente al medio externo, por donde el oxígeno es difundido al interior del cuerpo hasta llegar a las células y el bióxido de carbono es desechado al exterior.

La mayoría de los organismos acuáticos obtienen el oxígeno disuelto en agua a través de sus aparatos branquiales, un tipo de mecanismo respiratorio cuya forma permite que el paso del oxígeno aumente hacia los vasos capilares y sea distribuido a través del aparato circulatorio.

En los peces por ejemplo, la disposición de los filamentos branquiales es de tal forma que la sangre es bombeada a través de ellos en dirección opuesta a la del agua que lleva oxígeno. Esta forma de los filamentos permite que la sangre que contiene más oxígeno, contacte con el agua que lleva menos oxígeno. La cantidad de oxígeno en la sangre de cualquier parte del filamento branquial es menor a la concentración de oxígeno del agua que fluye por la cámara branquial, y así por difusión simple, el oxígeno siempre se difunde desde el agua hacia la sangre. Como te podrás dar cuenta, la forma (estructura) de las branquias está en estrecha relación con la entrada y salida de gases en el agua (función), como resultado del proceso evolutivo y adaptativo que ha llevado a los peces a ser el grupo de vertebrados más grande y mejor distribuido en el medio acuático del planeta. Las branquias, son en este sentido, una forma de convergencia evolutiva entre los crustáceos (artemias, camarones), los moluscos (almeja) y muchos otros grupos de animales acuáticos, ya que son estructuras adaptadas para la captura de oxígeno y eliminación del bióxido de carbono y a la ingestión de agua.

En el caso de los organismos terrestres se presentan diferentes mecanismos respiratorios que permiten obtener el oxígeno atmosférico, empleando estructuras complejas como los pulmones, carácterísticos de los animales vertebrados. En los organismos invertebrados en cambio, no existen pulmones pero se presentan otras estructuras por donde el oxígeno es captado del medio, por ejemplo a través de la piel como sucede en las lombrices de tierra, o por unas diminutas perforaciones localizadas en los bordes del abdomen de los chapulines llamadas espiráculos que se ramifican por todo el interior del organismo formando las tráqueas de quitina por donde distribuye el oxígeno directamente a todas las células.

Objetivos:

§ Describir la estructura externa de un pez óseo.

§ Describir la estructura externa de las branquias de un pez óseo.

§ Relacionar la estructura con la función de las laminillas branquiales.

§ Describir la estructura externa de un chapulín y una lombriz de tierra.

§ Describir la estructura externa de la piel y los espiráculos.

§ Relacionar la estructura con la función de la piel, los espiráculos y las tráqueas.

Material:

Una navaja

Unas tijeras

Un desarmador

Una charola para disección

Guantes de cirujano

3 portaobjetos

3 cubreobjetos

1 pedazo de papel aluminio

Fotocopias de la estructura externa e interna de un pez, artemia y almeja.

Fotocopias de la estructura externa e interna de un chapulín y la lombriz de tierra.

Material biológico:

Una tilapia entera, fresca

Juveniles de charal o cualquier otro pez juvenil

Tres artemias

Un ostión o almeja viva (mercado de la Viga).

Tres chapulines

Tres lombrices de tierra

Equipo:

Microscopio estereoscópico

Microscopio óptico

Cámara digital o celular con cámara.

Procedimiento:

1ª parte: Las branquias de algunos organismos acuáticos.

A.   Las branquias de un pez teleósteo.

El camino del oxígeno con su transportador, el agua. Elabora un dibujo o boceto de todo el pez, esquematiza con atención la cabeza. Posteriormente abre la boca del pez e introduce tu dedo hasta que atraviese las branquias, ¿por dónde se mueve el agua dentro del pez?

Las branquias. Colócate los guantes y toma al pez por su parte dorsal, con las tijeras corta la parte inferior del opérculo de manera que queden expuestas las branquias. Elabora otro esquema, poniendo atención a la forma y estructura de los arcos branquiales ¿Cuántos tiene?

Corta una branquia y dibújala, con cada una de sus partes.

Indica el recorrido del oxígeno desde el agua hasta el interior de la célula.

Corta un filamento branquial y colócalo en un portaobjetos, obsérvalo al microscopio con el objetivo de 10X sin cubreobjetos. Realiza un esquema poniendo atención a la irrigación sanguínea, ¿Cómo entra el oxígeno a la branquia?

B.   Observación de las branquias en vivo de un pez empleando juveniles de charal.

Deposita un juvenil de charal en un portaobjetos excavado con agua, coloca el cubreobjetos y obsérvalo en vivo a 10x, identifica el ritmo cardiaco y el corazón localizado en la parte ventral de las branquias.

C.   Observación de la función de las branquias en vivo empleando el modelo de la Artemia salina.

Coloca una Artemia entre un portaobjetos y un cubreobjetos, cuidando de mantenerla húmeda todo el tiempo.

Observa esta preparación en un microscopio compuesto con el objetivo de 10x, obtén directamente de aquí una fotografía e indica cada una de las partes de la branquia, posteriormente observa como es el movimiento de las branquias así como la circulación que sucede en el cuerpo de este organismo.  

D.   Observación de las branquias en vivo de un molusco.

Toma una almeja u ostión y separa las valvas empleando un desarmador, después coloca al organismo abierto en una charola de disección con suficiente agua.

Con el microscopio de disección observa la estructura interna de estos organismos y localiza las branquias. Realiza esquemas de tus observaciones.

Corta un pedazo de papel aluminio y colócalo sobre las branquias del molusco, observa el movimiento del papel e identifica la dirección de la corriente de agua. 

2ª parte: La obtención del oxígeno a través de la piel y las tráqueas.

A.   Los espiráculos y las tráqueas.

Coloca el chapulín en una caja de Petri con una torunda de éter y espera a que se duerma.

Elabora un esquema del chapulín, apóyate con el microscopio estereoscópico para observar por el borde entre la parte dorsal y ventral los espiráculos. ¿Por dónde se mueve el aire hacia el interior del chapulín?

Para la observación de las tráqueas de quitina, toma el chapulín por la parte ventral y con el bisturí corta el pliegue que se localiza entre la parte dorsal y la ventral.

Coloca el chapulín sobre un portaobjetos y localiza las tráqueas, notarás unas estructuras blancas brillantes, con la navaja disécalos y colócalos en un cubreobjetos y obsérvalas a 40x, notarás unos anillos quitinosos. Esquematiza las tráqueas, y el órgano que esté junto a estas estructuras ¿Qué función tienen las tráqueas en los insectos?

B.   La piel de los gusanos.

Coloca un gusano en la charola para disección y con el escalpelo corta desde la parte anterior hasta la posterior. Observa el vaso dorsal y la circulación que ocurre en la lombriz de tierra. ¿Cuál es la relación de la obtención del oxígeno con la circulación sanguínea?

Indica el recorrido del oxígeno desde el aire hasta el interior de la célula.

Resultados:

1ª parte: Las branquias de algunos organismos acuáticos:

Realiza los siguientes esquemas:

Estructura general de un pez teleósteo, estructura y localización de las branquias, estructura de un filamento branquial.

Análisis de resultados:

Trasfiere lo ocurrido en las branquias de la Artemia y el molusco con las branquias del pez y generaliza acerca de la obtención de oxígeno del agua por las branquias. Contrasta lo propuesto con lo observado en las estructuras branquiales.

§  Discute en equipo sobre la función de las branquias.

§  Indica las diferencias de las branquias que observaste en los distintos organismos.

Discusión: Las branquias o agallas son los órganos respiratorios de numerosos animales acuáticos, mediante los cuales se extrae el oxígeno disuelto en el agua y transfiere el dióxido de carbono al medio.

Los animales acuáticos dotados de branquias captan el O₂ que se encuentra disuelto en el H₂O, el cual pasa a los fluidos internos y es transportado a los tejidos.

 Molusco: Las branquias de los moluscos se llaman ctenidios.  La corriente de agua entra por la parte inferior de la cavidad, fluye hacia arriba atravesando  las branquias del lado frontal al frontal y sale por la parte superior de la cavidad paleal. El eje branquial tiene en su interior músculos, nervios y 2 vasos sanguíneos, uno aferente que lleva toda la sangre del cuerpo a las branquias y uno eferente que la devuelve, el primero está en la parte frontal y el segundo en el frontal, por lo que la sangre circula en ese sentido, que por otra parte es el sentido al de la corriente de agua. De esta forma se crea un sistema contracorriente en el que el gradiente de oxígeno y dióxido de carbono entre la sangre y el agua es siempre el máximo, logrando de esta forma la mayor oxigenación posible de la sangre.

Pez: Al respirar, el opérculo se cierra contra el cuerpo y los arcos branquiales sobresalen lateralmente, al mismo tiempo que el agua penetra en la boca del pez, abierta en ese momento. Al cerrarse la válvula oral los arcos branquiales se contraen, los opérculos se levantan y el agua es comprimida contra los filamentos. En ese proceso la sangre de las laminillas entrega el CO2 y absorbe el oxígeno del agua. Lo importante de este proceso es que la sangre fluye por las laminillas en el sentido opuesto al flujo del agua sobre los filamentos, produciéndose el denominado “flujo contracorriente”. En todo este proceso el agua que pasa a través de las branquias pierde el 80% de su contenido en oxígeno, el cual es recogido por el organismo del pez a través de la sangre.

2ª parte: Obtención de oxígeno a través de la piel y las tráqueas.

Realiza los siguientes esquemas:

§  Estructura externa del chapulín haciendo énfasis en la localización de los espiráculos.

§  Tráqueas de quitina y anillos quitinosos.

§  Estructura externa de la lombriz de tierra indicando la localización del vaso dorsal.  

Determina la función de las tráqueas en los insectos y la piel en la lombriz, así como su relación con el aparato circulatorio.

Las tráqueas de los insectos y la piel de las lombrices son mecanismos respiratorios que se encargan de captar el oxígeno presente en el ambiente. una vez que el oxígeno ha sido capturado, debe ser distribuido a todas las células del organismo por el aparato circulatorio, quien recibe el oxígeno que ya ha sido capturado anteriormente por los mecanismos respiratorios.

Eliminación de residuos. Los restos generados en esta práctica deben ser recogidos en una bolsa de plástico y depositarlos directamente en el contenedor de basura del plantel.

Análisis de resultados:

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Existen diferentes tipos de mecanismos de captación de oxigeno del medio y éstos dependen del organismo, así como de los procedimientos que este siga para llegar a obtener el O2 y llevar a cabo la respiración a nivel celular.

Conceptos clave:

Mecanismos respiratorios: Son superficies o regiones expuestas directamente al medio externo, por donde el oxígeno es difundido al interior del cuerpo hasta llegar a las células y el bióxido de carbono es desechado al exterior.

 Respiración de organismos acuáticos: la respiración branquial es la forma mas adaptada  a la vida acuática. la superficie respiratoria esta formada por las branquias , el sistema branquial , la superficie respiratoria esta vascular izada , que aumenta la eficacia del proceso de captación , como la circulación de la sangre por los capilares de los filamentos branquiales en dirección contraria a la circulación del agua los animales.  Con branquias externas comprenden: los equinodermos, los gusanos de tipo poliqueto, por el contario, los crustáceos, los moluscos y peces protegen las branquias en el interior.

   Respiración de organismos terrestres: suministra al organismo el oxígeno esencial para la producción de energía. En los protozoarios y anélidos capturan el oxígeno mediante la superficie de su cuerpo. Los animales de mayor volumen, requieren órganos especiales para captar oxígeno, que es complementario con el sistema circulatorio que se encarga de distribuir el oxígeno a todas las células por medio de la sangre.

 Espiráculos: Son las aberturas externas del mecanismo respiratorio de los artrópodos terrestres, que comunican con la tráquea.  

  Quitina: es un polisacárido de color blanco, insoluble en el agua, que se encuentra en los esqueletos de los artrópodos.

  Adaptación: proceso por el cual un animal o planta responde al medio ambiente y sus cambios.

   Tráquea: son tubos aéreos elásticos ectodérmicos

 Respiración cutánea: se captura el oxígeno a través de la piel, esta respiración es complemento de los demás organismo a excepción de los artrópodos, ya que tienen exoesqueleto que se lo impide.  

Relaciones. Que el alumno explique la importancia de los mecanismos respiratorios. Que el alumno lleve a cabo transferencias a otros organismos y los relacione con las funciones de las branquias.

Bibliografía:

PROGRAMA DE BIOLOGÍA III.

http://es.wikipedia.org/wiki/Branquia

http://es.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%A1quea_(artr%C3%B3podos)