6.1 Sokongan, Pergerakan dan Pertumbuhan Haiwan

Jenis Sokongan pada Haiwan

• Rangka ialah sistem sokongan kepada semua jenis haiwan.
• Vertebrata terdiri daripada ikan, amfibia, reptilia, burung dan mamalia.

Jenis sokongan	Struktur, fungsi dan contoh
Rangka dalam	Sokongan bagi semua vertebrata termasuk manusia; terbina daripada tulang atau rawan di dalam badan; menyokong berat badan, melindungi organ dalaman, mengekalkan bentuk badan dan menjadi tapak perlekatan otot untuk menggerakkan bahagian badan; contoh: kucing, katak, buaya, ikan dan helang
Rangka luar	Sokongan bagi kebanyakan invertebrata; terdiri daripada lapisan luar kitin berlilin yang keras atau cangkerang; menyokong berat badan, mengekalkan bentuk badan, melindungi organ dalaman dan menjadi tapak perlekatan otot; contoh: labah-labah, udang, ketam dan kala jengking
Rangka hidrostatik	Sokongan bagi sesetengah invertebrata berbadan lembut; terdiri daripada dinding berotot yang melitupi rongga badan berisi bendalir; tekanan bendalir bertindak ke semua arah lalu menjadikan badan lembut tegar; mengekalkan dan mengawal bentuk badan serta membantu pergerakan; contoh: cacing tanah, lintah, tapak sulaiman dan obor-obor

Saiz Rangka Luar dengan Pertumbuhan

• Lengkung pertumbuhan ialah graf unit pertumbuhan melawan masa.
• Unit pertumbuhan termasuk tinggi (cm), isi padu (cm³), jisim segar (g) dan jisim kering (g).
• Lengkung pertumbuhan menunjukkan fasa pertumbuhan dan kadar pertumbuhan organisma.
• Lengkung pertumbuhan asas organisma berbentuk sigmoid, tetapi coraknya berbeza mengikut organisma.

• Haiwan berangka luar seperti lipas dan belalang menunjukkan lengkung pertumbuhan berbentuk tangga kerana:
  • rangka luar terbina daripada kitin yang keras dan tidak boleh mengembang;
  • haiwan menanggalkan rangka luar berulang kali sehingga dewasa;
  • rangka luar baharu yang lembut terbentuk di bawah rangka luar lama.
• Ekdisis: proses penanggalan rangka luar lama.
• Semasa ekdisis:
  1. Haiwan menyedut udara untuk mengembangkan badan.
  2. Pengembangan memecahkan rangka luar lama yang keras.
  3. Pertumbuhan pesat menambahkan saiz badan sebelum rangka luar baharu mengeras.
• Hormon mengawal setiap peringkat ekdisis.
• Pada peringkat nimfa, haiwan makan dengan banyak untuk membina tisu baharu dan menambahkan jisim.

Mentafsir Lengkung Pertumbuhan Berbentuk Tangga

• Bahagian menegak: pertumbuhan mendadak berlaku semasa ekdisis ketika rangka luar baharu masih lembut.
• Bahagian melintang: pertumbuhan panjang badan sifar ketika rangka luar keras; peringkat ini disebut instar.
• Beberapa peringkat instar dan ekdisis berlaku sebelum haiwan menjadi dewasa.

Aktiviti 6.2: Lengkung Pertumbuhan Haiwan Berangka Luar

Tujuan: Mengkaji lengkung pertumbuhan haiwan berangka luar.
Radas: Pembaris

1. Perhatikan gambar lima ekor nimfa belalang, A–E, dan seekor belalang dewasa sepanjang hari 1–30.
2. Ukur setiap belalang dari hujung kepala hingga hujung abdomen.
3. Catat setiap panjang dalam sentimeter.
4. Plot panjang belalang (cm) melawan masa (hari).

Tafsiran: Lengkung berbentuk tangga kerana pertumbuhan panjang badan berlaku dengan pesat semasa ekdisis dan terhenti pada setiap instar.

Rangka Hidrostatik dengan Pergerakan

• Cacing tanah mempunyai rongga badan berisi bendalir dan bergerak dengan bantuan keta, iaitu bulu kejur pada bahagian sisi badannya.
• Dinding badannya mengandungi otot lingkar dan otot membujur yang bertindak secara berantagonis.

Tindakan otot	Kesan pada segmen badan
Otot lingkar mengecut; otot membujur mengendur	Segmen menjadi nipis dan panjang
Otot membujur mengecut; otot lingkar mengendur	Segmen menjadi tebal dan pendek

Pergerakan Cacing Tanah

1. Pengecutan dan pengenduran berselang seli bermula dari bahagian anterior ke bahagian posterior.
2. Otot lingkar mengecut dan otot membujur mengendur pada sesetengah segmen.
3. Segmen ini menjadi panjang dan nipis; ketanya melepaskan cengkaman supaya badan dapat memanjang ke hadapan.
4. Otot membujur mengecut dan otot lingkar mengendur pada segmen lain.
5. Segmen ini menjadi pendek dan tebal; ketanya mencengkam tanah.
6. Tekanan hidrostatik memindahkan bendalir badan ke bahagian yang memendek lalu menarik bahagian posterior ke hadapan.
7. Gelombang berselang seli yang berulang menggerakkan cacing tanah ke hadapan.

Fungsi Rangka Dalam bagi Haiwan

Haiwan Vertebrata Darat

• Memerlukan rangka dalam yang kuat dan tegar untuk menyokong badan.
• Mempunyai rangka besar yang sepadan dengan saiz badan.
• Lengkungan pektoral dan lengkungan pelvis terutamanya menyokong berat badan dan bersendi dengan kaki.
• Bagi vertebrata darat berkaki empat seperti unta dan kuda, turus vertebra yang melengkung:
  • menguatkan sokongan untuk otot yang melekat padanya;
  • membolehkan turus vertebra menahan daya graviti.
• Contoh: gajah memerlukan lengkungan pektoral dan lengkungan pelvis yang kuat untuk menyokong berat badannya.

Haiwan Vertebrata Akuatik

• Mempunyai rangka dalam yang lebih kecil berbanding dengan saiz badan.
• Lengkungan pektoral dan lengkungan pelvisnya kecil dan lemah.
• Daya apungan air menyokong berat badan; oleh itu, vertebrata akuatik seperti ikan paus boleh membesar melebihi saiz rangkanya.

Burung

• Mempunyai struktur tulang yang beradaptasi untuk terbang:
  • sternum yang pipih dan luas menyediakan tapak perlekatan yang besar untuk otot penerbangan;
  • tulang berongga dan ringan mengurangkan berat badan;
  • tengkorak yang agak kecil memudahkan penerbangan.

Sistem Rangka Manusia

• Rangka manusia terdiri daripada 206 tulang yang pelbagai saiz dan bentuk.
• Rangka dibahagikan kepada rangka paksi dan rangka apendaj.

Rangka Paksi

Struktur	Binaan dan fungsi
Tengkorak	Terdiri daripada tulang kranium dan tulang muka; tulang kranium melindungi otak; tulang muka membentuk rangka asas muka dan menyokong gigi
Turus vertebra	Terdiri daripada 33 tulang kecil yang disebut vertebra; vertebra yang bersambung membentuk turus yang kuat dan boleh melentur serta melindungi saraf tunjang
Tulang rusuk dan sternum	12 pasang tulang rusuk bersendi dengan vertebra toraks; 7 pasang bersendi terus dengan sternum, 3 pasang bersambung secara tidak langsung melalui rawan dan 2 pasang terakhir tergantung bebas; melindungi jantung dan peparu

Rangka Apendaj

• Lengkungan pektoral:
  • sepasang lengkungan menghubungkan tulang tangan dengan rangka paksi;
  • terdiri daripada klavikel dan skapula.
• Tulang tangan:
  • terdiri daripada humerus, radius, ulna, karpus, metakarpus dan falanks;
  • hujung atas humerus yang bulat bersendi dengan lengkungan pektoral;
  • hujung bawah humerus bersendi dengan radius dan ulna;
  • radius dan ulna bersendi dengan karpus untuk membentuk pergelangan tangan;
  • metakarpus membentuk tapak tangan dan bersendi dengan karpus;
  • falanks membentuk jari dan bersendi dengan metakarpus.
• Lengkungan pelvis:
  • terdiri daripada sepasang tulang punggung dan bersendi dengan rangka paksi;
  • menyokong berat badan;
  • melindungi pundi kencing dan organ pembiakan.
• Tulang kaki:
  • terdiri daripada femur, patela, tibia, fibula, tarsus, metatarsus dan falanks;
  • hujung atas femur yang bulat bersendi dengan lengkungan pelvis;
  • hujung bawah femur bersendi dengan tibia dan fibula;
  • tibia dan fibula membentuk betis dan bersendi dengan tarsus pada pergelangan kaki;
  • tarsus bersendi dengan metatarsus yang membentuk tapak kaki;
  • metatarsus bersendi dengan falanks jari kaki.

Eksperimen 6.1: Kekuatan Tulang Padat dan Tulang Berongga

• Vertebrata darat yang besar seperti gajah mempunyai tulang yang besar, padat dan kuat kerana rangka dalam menyokong seluruh berat badannya.
• Burung mempunyai tulang berongga yang:
  • ringan dan kuat;
  • membolehkan vertebrata bergerak lebih cepat;
  • memerlukan kurang kalsium dan fosforus.

Tujuan: Membandingkan kekuatan tulang padat dengan tulang berongga.
Pernyataan masalah: Adakah tulang berongga lebih kuat daripada tulang padat?
Hipotesis: Tulang berongga lebih kuat daripada tulang padat.

Pemboleh ubah:

• Dimanipulasikan: Jenis silinder—berongga atau padat
• Bergerak balas: Bilangan buku teks yang dapat disokong oleh silinder
• Dimalarkan: Panjang dan diameter setiap silinder

Bahan: Kertas A4, pita selofan, penutup kotak
Radas: Buku teks, gunting

1. Gulung kertas A4 menjadi silinder berongga berdiameter 2.5 cm. Lekatkan hujung atas dan bawah dengan pita selofan. Buat tiga lagi silinder yang serupa.
2. Lekatkan empat silinder berongga pada sudut penutup kotak untuk membina meja model A.
3. Gulung kertas A4 menjadi silinder padat berdiameter 2.5 cm. Lekatkan hujung atas dan bawah dengan pita selofan. Buat tiga lagi silinder yang serupa.
4. Lekatkan empat silinder padat pada penutup kotak lain untuk membina meja model B.
5. Letakkan buku teks satu demi satu di atas setiap model sehingga silinder kertas bengkok.
6. Catat bilangan buku teks yang dapat disokong oleh setiap model.

Model	Pemerhatian
A: silinder berongga	Menyokong lebih banyak buku teks sebelum bengkok
B: silinder padat	Menyokong lebih sedikit buku teks sebelum bengkok

Kesimpulan: Silinder berongga lebih kuat daripada silinder padat yang sama panjang dan diameter; hipotesis diterima.

Sistem Sokongan dan Kestabilan Haiwan

• Sistem sokongan yang baik membolehkan haiwan bergerak dengan lebih lancar dan cekap.
• Pusat graviti: titik keseimbangan sistem sokongan atau objek; titik keseluruhan berat sistem atau objek bertindak untuk mengimbangi kedudukannya.
• Kestabilan: kebolehan objek mengekalkan kedudukan asalnya.

Faktor	Hubung kait dengan kestabilan
Pusat graviti	Pusat graviti lebih rendah menghasilkan kestabilan lebih tinggi; pusat graviti lebih tinggi menghasilkan kestabilan lebih rendah
Luas tapak	Luas tapak lebih besar menghasilkan kestabilan lebih tinggi; luas tapak lebih kecil menghasilkan kestabilan lebih rendah

• Zirafah kurang stabil ketika berdiri kerana mempunyai pusat graviti yang tinggi.
• Kura-kura dan buaya lebih stabil secara semula jadi kerana mempunyai pusat graviti yang rendah.

Penyelesaian Masalah Kestabilan

• Zirafah ketika minum air:
  • mengangkangkan kaki untuk menambahkan luas tapak;
  • merendahkan pusat graviti;
  • mengurangkan kemungkinan tumbang.
• Kanggaru yang tidak bergerak:
  • berdiri dengan dua kaki belakang dan tidak menggunakan kaki hadapan untuk berdiri;
  • menggunakan ekor sebagai tongkat;
  • ekor menambahkan luas tapak dan mengelakkannya daripada tumbang.