Module: Terug naar zee? - v456. CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie.

Transcriptie

1 Auteur VO-content Laatst gewijzigd 21 July 2016 Licentie CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie Webadres Dit lesmateriaal is gemaakt met Wikiwijs Maken van Kennisnet. Wikiwijs Maken is een onderdeel van Wikiwijsleermiddelenplein, hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, vergelijkt, maakt en deelt.

2 Inhoudsopgave Terug naar zee? Intro Vooraf Eindproduct-Beoordeling Doelen-Concepten Kennisbank Werkwijze Verwerking Stap1 Stap2 Stap3 Stap4 Stap5 Antwoorden Verwerking Over dit lesmateriaal Pagina 1

3 Terug naar zee? Intro Blauwe vinvis Het grootste dier op aarde is de blauwe vinvis, een walvis. Het is een zoogdier, ondanks de naam. Het dier gebruikt zuurstof uit de lucht voor de verbranding. Walvissen ademen met longen, vissen daarentegen gebruiken kieuwen. Zoogdieren, voornamelijk landbewoners, stammen af van waterbewoners en walvissen zijn dus terug gegaan! De evolutiebioloog noemt een walvis een secundair waterdier. Vanuit het perspectief van de evolutie kijk je in deze module naar de ademhaling bij dieren. Kijk naar het filmpje over de blauwe vinvis: Pagina 2

4 Vooraf Eindproduct-Beoordeling Eindproduct - beoordeling Je sluit deze module af als embryoloog of als evolutiebioloog. Je maakt werkgroepjes, elk werkgroepje krijgt een eigen opdracht. Overleg met je docent hoe de werkgroepjes worden samengesteld en hoe je de resultaten met elkaar deelt. Doelen-Concepten Leerdoelen Aan het eind van deze module Kun je: omschrijven op welke manier organismen gassen kunnen uitwisselen met hun omgeving door gebruik te maken van hun huid, kieuwen, tracheeën of longen. uitleggen op welke manier de factoren, beschreven in de Wet van Fick, geoptimaliseerd worden bij de werking van de ademhalingsorganen van een organisme. twee verschillende omschrijvingen geven van het begrip ademhaling. de onderdelen van de luchtwegen in een afbeelding benoemen en hun functies uitleggen. Pagina 3

5 de verschillen tussen borst- en buikademhaling omschrijven. uitleggen waardoor de longinhoud kan veranderen. in een afbeelding de verschillende longinhouden aangeven. Deelconcepten Longen, luchtpijp, bronchiën, longblaasjes, kieuwen, tracheeën, gaswisseling, ventilatiebewegingen, longcapaciteit, vitale capaciteit, dode ruimte, diffusie, wet van Fick. Kennisbank KB: Ademhaling KB:?Gaswisseling KB:?De weg van lucht Werkwijze De module 'Terug naar zee?' bestaat uit een groot aantal opdrachten. Op bijgaand werkplan kun je invullen welke opdrachten je gedaan hebt. Zo houd je goed overzicht. Download hier het Werkplan 'Terug naar zee?'. Werkvorm Individueel, in duo s of groepjes. Houd de vorderingen van de module bij op je werkplan. Benodigdheden luchtpijp en varkenssnuit uit de dierenwinkel werkblad Kieuwbouw bij vissen werkblad Kieuwen van een mossel microscopisch preparaat dwarsdoorsnede luchtpijp en trilhaarslijmvlies spare-ribs spirometer Tijd Voor deze module heb je ongeveer 6 uur nodig. Pagina 4

6 Verwerking Stap1 Gaswisseling aan het oppervlak Energie is nodig om in leven te blijven. Voor de het vrijmaken van energie uit voeding hebben de meeste organismen zuurstof nodig. De verbranding van voedsel levert naast energie (ATP) ook koolstofdioxide en water op. Organismen wisselen die zuurstof en koolstofdioxide uit met het milieu waarin ze leven. In de loop van de evolutie, zeker bij de overgang van water naar land, zijn allerlei verschillende manieren ontstaan om de uitwisseling van gassen met het uitwendige milieu zo efficiënt mogelijk te laten verlopen. Transport van gassen uit een omgeving met een hoge naar een omgeving met een lage concentratie kost geen energie. De hoeveelheid gassen die per tijdseenheid getransporteerd worden is afhankelijk van een aantal factoren. Opdracht 1 Wet van Fick KB: Wet van Fick Lees in de Kennisbank het deel over de Wet van Fick. Neem de tabel over en vul deze in. factor afkorting Gastransport is hiermee evenredig/omgekeerd evenredig oppervlak afgelegde weg (afstand) concentratie verschil diffusieconstante Opdracht 2 Gaswisseling bij dieren In tweetallen Verdeel de volgende organismen over de klas: Pantoffeldiertje, haring, vlinder, lintworm, adder, kikker, spin, spons, dolfijn, tuinslak, regenworm, vleermuis, schildpad, inktvis, honingbij Pagina 5

7 . Beantwoord de volgende vragen: Op welke manier optimaliseert jouw organisme zijn gaswisseling? Op welke manier worden de grootheden uit de Wet van Fick beïnvloed? Presenteer de resultaten aan de klas: a. Laat je organisme zien (model/life/afbeelding/foto). b. Leg uit bij welke systematische eenheid het organisme hoort (voorbeeld: de kwal hoort bij de neteldieren). c. Geef je antwoorden op de gestelde vragen. d. Noem, als die er is, ook een uitzondering binnen de groep van dieren. Opdracht 3 Practicum Waterdieren, zoals vissen en mosselen, gebruiken kieuwen voor de uitwisseling van gassen. Je gaat de bouw van het ademhalingsorgaan bij een dier bestuderen en tekenen. Maak per tweetal één van de twee practica. A. Vissenkieuwen Bestudeer op Bioplek - Gaswisseling (ademhaling) bij vissen. Gebruik het werkblad Kieuwbouw bij vissen B. Kieuwen bij de mossel Gebruik het werkblad Kieuwen van een mossel Opdracht 4 Tegen de stroom in Bestudeer op Bioplek - Tegenstroomprincipe. En in de kennisbank: KB: Waterbewoners Verdeel de voorbeelden in overleg met de docent over de klas en wissel de resultaten uit. Denk daarbij aan: Wondernet (rete mirabile) Vogelpoot Nieren Kieuwen Hersenen Pagina 6

8 Onderzoek per tweetal op welke plaatsen in een organisme gebruik kan worden gemaakt van dat tegenstroomprincipe. Opdracht 5 Tegenstroomprincipe In onderstaande afbeelding wordt de afgelegde weg van de bloedstroom en de vloeistofstroom aangegeven met een lijn met pijlen. De concentratie van afvalstoffen is verticaal uitgezet. Welke afbeelding is juist? Stap2 De weg naar binnen Om in leven te blijven is de aanvoer van zuurstof en de afvoer van koolstofdioxide nodig. De zuurstof haal je uit ingeademde lucht, de koolstofdioxide adem je uit. De bouw van het ademhalingsstelsel is erop gericht om zoveel mogelijk alleen de ongevaarlijke stoffen ons lichaam te laten komen. Opdracht 1 Van mond tot luchtpijp KB: Van mond tot long Lees in de Kennisbank het deel van mond tot long. Neem de tabel over en vul deze in. Orgaan/weefsel functie slijmvlies in neus en luchtpijp neusharen trilhaarslijmvlies in luchtpijp reukslijmvlies in de neus Opdracht 2 Pagina 7

9 Practicum De luchtpijp vormt de verbinding tussen de neusholte en de longen. In de dierenwinkel kun je onderdelen van het ademhalingsstelsel van dieren kopen. Huisdieren gebruiken die onderdelen als speelgoed of voedsel. a. Maak een tekening van: een luchtpijp een varkensneus En benoem de getekende onderdelen. b. Bestudeer een microscopische dwarsdoorsnede door de luchtpijp. Let vooral op de bouw en ligging van het slijmvlies. Benoem de getekende onderdelen. Opdracht 3 Van luchtpijp naar longen De luchtpijp is omgeven door niet helemaal gesloten kraakbeenringen. Beantwoord de volgende vragen: a. Verklaar de overeenkomsten in bouw tussen een stofzuigerslang en de luchtpijp. b. Waarom zijn de kraakbeenringen niet rondom gesloten? c. Om voldoende zuurstof en koolstofdioxide uit te wisselen tussen buitenlucht en longen is een groot oppervlak nodig. Leg uit hoe door de bouw van de longen het oppervlak wordt vergroot. Stap3 Pagina 8

10 Inademen en uitademen Om voldoende lucht in en uit je longen te krijgen is een ventilatiebeweging nodig. Door het vergroten en verkleinen van het volume van je longen gaat lucht je longen in of uit. Je concentreren op je ademhaling kan een goede manier zijn om tot rust te komen. Veel meditatietechnieken en yoga maken daar gebruik van. Opdracht 1 Spieren bij ademhaling Lees in de Kennisbank. KB: Inademen en uitademen a. Welke spieren hebben een functie bij het inademen? En welke bij het uitademen? Kies uit: Buitenste tussenrib spieren, binnenste tussenrib spieren, middenrif spieren, spieren van nek naar sleutelbeenderen en buikspieren. b. Ook als je op je kop hangt blijf je ademhalen. Hoe komt het dat vooral de uitademing dan zwaarder gaat? Opdracht 2 Practicum Bekijk een stukje spare-ribs. Voel waar de ribben zitten. Maak een tekening van de richting van de spieren tussen de ribben. Stap4 Pagina 9

11 Longcapaciteit De ventilatiebeweging van je borstkas en middenrif verzorgen je ademhaling. Zoals je nu zit te lezen zal er maar een klein gedeelte van je maximale longvolume worden gebruikt. Opdracht 1 Begrippen oefenen Lees in de Kennisbank. KB: Longcapaciteit In tweetallen. Maak samen een lijstje met begrippen uit de KB die jullie belangrijk vinden. Verdeel de begrippen onder elkaar. Maak nu allebei zinnen die de begrippen omschrijven (laat het begrip weg!). Laat het niet aan elkaar zien! Geef elkaar de zinnen en vul de begrippen in. Controleer de antwoorden van elkaar. Opdracht 2 Onderzoek vitale capaciteit Om de hoeveelheid lucht te meten die per ademhaling naar binnen en buiten gaat (vitale capaciteit) kun je een spirometer gebruiken. Noteer een aantal variabelen die de grote van de vitale capaciteit zouden kunnen beïnvloeden (denk aan sekseverschil, lichaamsgrootte, sportiviteit). Verdeel de onderzoeksvragen over de klas. Maak per groepje een onderzoeksprogramma om antwoord te geven op de vraag rond de verschillen in vitale capaciteit. bedenk eenduidige onderzoeksvragen formuleer een hypothese voer het onderzoek uit geef de resultaten overzichtelijk weer trek conclusies Deel je conclusies met de rest van de klas. Opdracht 3 Van longblaasje naar bloed Lees in de Kennisbank. KB: Van longblaasje naar bloed KB:?Gaswisseling Pagina 10

12 De gassen (zuurstof en koolstofdioxide) die naar en van de cellen wordt getransporteerd diffunderen door celmembranen. Beantwoord de volgende vragen: a. Stel je een zuurstofmolecuul voor dat vanuit de lucht naar een cel in je teen moet. Noteer via welke cellen (celmembranen) het zuurstof in de teen zal komen. Gebruik je BINASboek voor extra informatie. b. De hoeveelheid gassen die per tijdseenheid door een (cel)membraan kan diffunderen is ook afhankelijk van het membraanoppervlak. Als cellen groter worden hebben ze meer membraanoppervlak, dat is gunstig voor de diffusie. We maken een modelvoorstelling: Neem de tabel over en vul deze in: Ribbe v.d. kubus Oppervlak (in cm2 Inhoud (in cm3 Oppervlak per cm3 (in cm2) ) ) 1 cm 10 cm c. Welke conclusie over het verband tussen celinhoud en celgrootte kun je trekken? d. Op welke manieren zorgt een organisme voor een zo groot mogelijke gasuitwisseling via de celmembranen? Stap5 De afronding In de loop van de evolutie zijn de ademhalingsorganen steeds verder geoptimaliseerd. Je kunt de ontwikkeling van de ademhalingsorganen bij dieren in de loop van de tijd op twee manieren bestuderen. Evolutiebiologen kijken naar de ontwikkeling van de ademhalingsorganen bij diergroepen die elkaar in de loop van de tijd opvolgen. Ze bestuderen de fylogenese (stamgeschiedenis). Embryologen kijken naar de ontwikkeling van de ademhalingsorganen binnen één dier, vanaf de bevruchting tot de volwassenheid. Zij bestuderen de ontogenie (wordingsgeschiedenis). Voor de afronding van deze module kruip je in de huid van een evolutiebioloog of een embryoloog. Overleg met je docent hoe groot je de werkgroepjes maakt en hoe je de resultaten met elkaar uitwisselt. Pagina 11

13 Keuzeopdracht: A. De embryologen bestuderen de ontogenie van ademhalingsorganen bij (naar keuze) mens ander zoogdier kikker (denk om de metamorfose) libelle duif Gebruik eventueel de volgende bronnen: Check de betrouwbaarheid van de gegeven informatie! php.med.unsw.edu.au B. De evolutiebiologen schetsen een beeld van de evolutie van het ademhalingsorgaan. Ze verdelen de genoemde diergroepen onder elkaar en maken er een sluitend verhaal van. Beenvissen, longvissen, kwastvinnigen, reptielen, amfibieën, vogels, zoogdieren. Gebruik eventueel de volgende bronnen: Check de betrouwbaarheid van de gegeven informatie! Pagina 12

14 Antwoorden Verwerking Stap 1 Opdracht 1 Wet van Fick factor afkorting Gastransport is hiermee evenredig/omgekeerd evenredig oppervlak O evenredig afgelegde weg (afstand) J omgekeerd evenredig concentratie verschil C2-C1/p2-p1 evenredig diffusieconstante Dc evenredig Opdracht 5 Tegenstroomprincipe Stap 2 Opdracht 1 Van mond tot luchtpijp Orgaan/weefsel functie slijmvlies in neus en luchtpijp Vochtig maken van de lucht neusharen Tegenhouden stofdeeltjes trilhaarslijmvlies in luchtpijp Afvoer van stofdeeltjes reukslijmvlies in de neus Keuren van ingeademde lucht Opdracht 3 Van luchtpijp naar longen a. De ringen van kraakbeen of metaal zijn bij beide bedoeld om 'inklappen' te voorkomen. b. De slokdarm ligt tegen de luchtpijp aan en die moet soms een beetje kunnen 'uitpuilen' als er grote voedselbrokken door de slokdarm komen. c. De luchtpijp vertakt zich in twee bronchiën. De vertakkingen van de bronchiën, de bronchiolen vertakken zich steeds meer en aan het uiteinde komen de longblaasjes. Zo wordt het oppervlak sterk vergroot. Om de longblaasjes heen lopen de haarvaten met bloedcellen en bloed. Stap 3 Opdracht 1 Spieren bij ademhaling a. Inademen Uitademen Buitenste tussenrib spieren Binnenste tussenrib spieren Middenrif spieren Buikspieren Spieren van nek naar sleutelbeenderen b. Als je op de kop hangt helpt de zwaartekracht niet mee bij het uitademen, je binnenste tussenribspieren moeten meer doen. Pagina 13

15 Stap 4 Opdracht 3 Van longblaasje naar bloed a. Het zuurstofmolecuul gaat via de cellen in de wand van het longblaasje naar de cellen van het haarvat. In het haarvat kan het zuurstof via de membraan van de rode bloedcel aan hemoglobine gekoppeld worden. In de teen aangekomen gaat het zuurstof vanuit de bloedcel via de haarvatcellen naar de teencel. b. Oppervlak (in cm2 Inhoud (in cm3 Ribbe v.d. kubus Oppervlak per cm3 (in cm2) ) ) 1 cm cm ,6 c. Naar mate cellen groeien (in volume toenemen) wordt hun celoppervlak relatief kleiner. Er is dus minder diffusie-oppervlak om meer volume van de nodige stoffen te voorzien. d. Het concentratieverschil aan beide kanten van de membranen zo groot mogelijk maken, de ventilatiebeweging verdiepen. Pagina 14

16 Over dit lesmateriaal Colofon Auteur VO-content Laatst gewijzigd 21 July 2016 om 16:32 Licentie Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om: het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden. Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie Aanvullende informatie over dit lesmateriaal Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar: Leerniveau VWO 6; VWO 5; Leerinhoud en Biologie; Instandhouding; Stofwisseling van het organisme; Ademhaling bij doelen eukaryoten; Eindgebruiker leerling/student Moeilijkheidsgraad gemiddeld Studiebelasting Pagina 15 6 uur en 0 minuten