Reza Franata
Guru Biologi
Pembahasan Soal OSN-K Biologi 2025 No 19: Fisiologi Respirasi Serangga
Pembahasan Soal OSN-K Biologi 2025 No 19: Fisiologi Respirasi Serangga
Halo sobat biologi pejuang medali OSN! Selamat datang kembali di akhizaf.com. Pada artikel kali ini, kita akan membedah Pembahasan Soal OSN-K Biologi 2025 No 19: Fisiologi Respirasi Serangga (Sistem Trakea). Tahukah kalian bahwa serangga seperti kepompong ngengat Attacus atlas memiliki cara bernapas yang sangat unik? Mereka tidak bernapas secara terus-menerus, melainkan menahan napas dalam waktu lama, lalu melepaskan karbon dioksida secara mendadak. Fenomena ini disebut Discontinuous Gas Exchange Cycle (DGC). Melalui analisis grafik laju pembuangan CO2 dan tekanan parsial oksigen yang rumit ini, kita akan membuktikan apakah serangga melakukan hal ini untuk menghemat air, menghindari hipoksia, atau justru mencegah kerusakan sel akibat radikal bebas (stres oksidatif). Yuk, mari kita bedah satu per satu misteri fisiologi ini!
Naskah Soal
19. Organ respirasi serangga berupa sistem trakea yang terdiri dari struktur tubuler yang terhubung ke atmosfer melalui spirakel berkatup. Walaupun laju metabolismenya tinggi, banyak spesies serangga yang melakukan pertukaran gas secara diskontinu. Dalam mekanisme ini, respirasi dibagi ke dalam tiga fase, yaitu fase di mana spirakel sepenuhnya terbuka (open phase), fase ketika spirakel sepenuhnya menutup (closed phase), dan fase di mana terjadi serangkaian buka-tutup spirakel dalam durasi yang sangat singkat (flutter phase). Terdapat dua hipotesis yang menjelaskan penyebab terjadinya fenomena ini, yaitu:
I. Hal ini merupakan cara serangga dalam mengatasi kondisi hipoksik;
II. Hal ini adalah salah satu mekanisme serangga untuk mencegah cekaman oksidatif di jaringan.
Untuk mencari tahu penyebab sebenarnya serangga melakukan respirasi diskontinu, pengukuran berbagai parameter respirasi pada pupa ngengat Attacus atlas dilakukan yang datanya disajikan di bawah ini.
Keterangan: (a) Perubahan laju pembuangan CO2 dari sistem trakea pupa A. atlas. (b) Perubahan tekanan udara di dalam sistem trakea pupa A. atlas relatif terhadap tekanan udara di atmosfer. Diketahui bahwa perubahan tekanan udara di trakea berkorelasi positif dengan kekuatan kontraksi otot-otot tubuh serangga. (c) Tekanan parsial O2 di sistem trakea (garis biru) dan laju pembuangan CO2 (garis hijau) sebagai respons terhadap perubahan tekanan parsial O2 di atmosfer (garis merah) selama flutter phase.
Tentukan apakah pernyataan berikut benar (B) atau salah (S)!
- Simbol i, ii, dan iii pada gambar a secara berturut-turut merupakan flutter phase, closed phase, dan open phase.
- Jika larva A. atlas hanya diberi pakan fruktosa dan diasumsikan semua CO2 yang dihasilkan dari proses respirasi seluler akan dibuang ke atmoster, setiap gram jaringan tubuh pupa A. atlas membutuhkan sekitar 0,35 μmol O2 permenitnya pada open phase.
- Ekspirasi CO2 pada pupa A. atlas disebabkan oleh tekanan negatif.
- Hasil eksperimen di atas membuktikan bahwa hipotesis II merupakan penyebab pupa A. atlas melakukan pertukaran gas secara diskontinu.
Analisis Konsep: Discontinuous Gas Exchange (DGC)
Respirasi diskontinu (DGC) pada serangga terbagi menjadi 3 siklus yang dapat kita identifikasi dari grafik pelepasan CO2 (Grafik a):
- Closed Phase (Fase i): Spirakel tertutup rapat. Tidak ada CO2 yang keluar sama sekali (laju 0). O2 di dalam jaringan terus dikonsumsi.
- Flutter Phase (Fase ii): Spirakel buka-tutup dengan sangat cepat. Terlihat adanya kebocoran-kebocoran kecil CO2 (garis bergerigi kecil). Tujuannya untuk menjaga agar kadar oksigen internal tetap rendah tapi stabil.
- Open Phase (Fase iii): Spirakel terbuka lebar. Terjadi lonjakan ekspirasi/pelepasan CO2 secara mendadak dan besar-besaran (puncak tertinggi).
Pembahasan Rinci Per Opsi
A. Simbol i, ii, dan iii pada gambar a secara berturut-turut merupakan flutter phase, closed phase, dan open phase. SALAH (S)
Penjelasan: Urutan pada pernyataan terbalik. Berdasarkan analisis grafik di atas: (i) adalah closed phase (garis rata nol), (ii) adalah flutter phase (lonjakan kecil), dan (iii) barulah open phase (lonjakan raksasa).
B. Jika larva A. atlas hanya diberi pakan fruktosa dan diasumsikan semua CO2 yang dihasilkan dari proses respirasi seluler akan dibuang ke atmoster, setiap gram jaringan tubuh pupa A. atlas membutuhkan sekitar 0,35 μmol O2 permenitnya pada open phase. BENAR (B)
Penjelasan: Mari kita baca grafik (a) pada fase (iii) atau open phase. Puncak pembuangan CO2 berada di angka sekitar 350 nmol g⁻¹ min⁻¹.
Dalam biokimia, nilai Kuosien Respirasi (RQ) untuk metabolisme karbohidrat (seperti fruktosa) adalah 1.0. Ini berarti jumlah mol CO2 yang diproduksi sama persis dengan jumlah mol O2 yang dikonsumsi.
Oleh karena itu: 350 nmol CO2 = 350 nmol O2. Karena 1 μmol = 1000 nmol, maka 350 nmol sama dengan 0,35 μmol. Angka ini sesuai dengan pernyataan soal.
C. Ekspirasi CO2 pada pupa A. atlas disebabkan oleh tekanan negatif. SALAH (S)
Penjelasan: Dalam hukum fisika gas, tekanan negatif (vakum) bekerja seperti alat penyedot debu, yaitu menghisap udara MASUK (inspirasi) ke dalam tubuh, BUKAN mengeluarkan (ekspirasi).
Pada grafik (b), tekanan menjadi sangat negatif justru saat fase closed dan flutter. Sedangkan saat fase open (iii) di mana CO2 diekspirasikan, kurva tekanannya tiba-tiba naik kembali ke angka 0 (mendekati tekanan atmosfer) atau menjadi sedikit positif akibat kontraksi abdomen. Ekspirasi CO2 didorong oleh difusi pasif dan/atau ventilasi aktif (tekanan positif), bukan ditarik oleh tekanan negatif.
D. Hasil eksperimen di atas membuktikan bahwa hipotesis II merupakan penyebab pupa A. atlas melakukan pertukaran gas secara diskontinu. BENAR (B)
Penjelasan: Bukti terkuat ada pada grafik (c). Perhatikan garis biru (tekanan O2 di dalam trakea). Meskipun lingkungan luar (garis merah) diubah menjadi kondisi hiperoksia yang kaya oksigen (35.2 kPa), tekanan oksigen di dalam tubuh serangga tetap dipertahankan sangat rendah dan stabil di sekitar angka 4-5 kPa.
Jika tujuannya hanya untuk menghindari kekurangan oksigen (Hipotesis I), serangga akan membiarkan oksigen internalnya meningkat drastis saat lingkungan kaya oksigen. Namun, karena serangga dengan sengaja mempertahankan oksigen tubuhnya di level rendah, ini membuktikan bahwa serangga menghindari terlalu banyak oksigen yang dapat menjadi racun dan memicu kerusakan sel (Hipotesis II: mencegah stres oksidatif).
KUNCI JAWABAN AKHIR: S – B – S – B
Tags
About The Author
Reza Franata
Semangat!
Posts You might like
