Biology 451 – Comparative Physiology Exam

Biology 451 – Comparative Physiology – Exam 2    Pledge:  In recognition of and in the spirit of the honor code, I certify that I have neither given nor  received aid on this examination.    (Signature) ______________________________________    Name, printed) __________________________________Student I.D. Number______________

Equations of interest:           Multiple choice: Write the letter of the correct answer in the blank at the left side of each question (2  points per question)    1) ______ The amount of heat produced for each liter of oxygen used in metabolism of fat is (a.  much  greater than;  b. much less than;  c. approximately equal to) the amount of heat produced for each liter  of oxygen used in the metabolism of protein.  2) ______ The energy derived from the oxidation of 1 gram of carbohydrate is (a. greater than;  b. less  than;  c. equal to) the energy derived from the oxidation of 1 gram of fat.  3) ______ The isocaloric weight of fat is (a. greater than;  b. less than;  c. equal to) that of glycogen.  4) ______ The myoglobin concentration in the muscle of aquatic mammals is generally (a. greater than;   b. less than;  c. equal to) that of the terrestrial mammals.  5) ______ Marine mammals such as sea lions probably meet most of their water requirements by (a.  drinking sea water; b. from their food; c. from metabolism of fat & carbohydrate).  6) ______ The activity of the contractile vacuoles in a sponge placed in mildly brackish water is likely to  (a. increase; b. stay the same; c. decrease) when compared to the same sponge in fresh water.  7) ______ The amount of oxygen dissolved in the body water of deep‐diving marine mammals would be  expected to be (a. greater than;  b. less than;  c. approximately equal to) that of terrestrial mammals.   8) ______ Suppose that a killer whale that was at rest in cold water begins swimming rapidly in pursuit  of yummy seal snacks.  You predict that the blood flow though the countercurrent heat exchanger in the  blood supply to the flukes would (a. increase;  b.  decrease;  c. remain unchanged).  9) ______ You compare the water loss rates of the similar size animals from the Sonoran desert – which  of them will require the least amount of water per 100g of body mass? (a. gila monster [a reptile]; b.  roadrunner [a bird]; c. kangaroo rat [a mammal])  10) ______ The actual oxygen debt accrued during the dive of a diving marine mammal is (a. greater  than;  b. less than;  c. equal to) the predicted oxygen debt (based on normal metabolic rate).  11) ______ The endurance time for a large mammal is (a. greater than;  b. less than;  c. equal to) that of  a small mammal.  12) ______ The absorptivity of an object is (a. greater than;  b. less than;  c. equal to) its emissivity at a  given wavelength.  13) ______ The temperature of the skin surface (i.e., at the base of the fur) of a raccoon in cold air is (a.  warmer than;  b. cooler than;  c. approximately the same as) the ambient air temperature.  14) ______ The temperature of the skin surface of a whale that is attempting to conserve heat in cold  water is (a. warmer than;  b. cooler than;  c. approximately the same as) the ambient water  temperature.  15) ______ Suppose that the ambient temperature is higher than the body temperature, and the body  temperature of a mammal is constant.  All heat loss must occur by (a. conduction; b. radiation;  c.  evaporation).

 

 

2

16) ______ You measure the urine production of a fish in its natural habitat and find that it produced  almost 10% of its body weight in urine over the course of a day.  This fish is probably a (a. marine  teleost; b. coelacanth; c. freshwater teleost).  17) ______ The osmotic work required to maintain ion concentrations in freshwater invertebrates  amounts to (a. less than 5%; b. between 5 and 10%; c. more than 10%) of basal metabolic rate for these  animals.  18) ______ Marine iguanas eliminate excess ions via (a. their urine; b. specialized salt glands; c. their  gills).  19) ______ The skin of a marine teleost (a. has hormonally controlled permeability; b. is impermeable; c.  is permeable) to Cl

‐  ions.

20) ______ Suppose we were to compare the cost of locomotion (kcal kg ‐1  km

‐1 ) for a tuna, an eagle, and

a raccoon (all the same body mass).  The cost of locomotion would be highest in the (a. tuna;  b. eagle;   c. raccoon).  21) ______ The thin waxy layer on the cuticle of most terrestrial insects affects the evaporation rate  equation by changing the value of (a. K; b. J; c. WVPs)?  22) ______ Which of these groups of animals has solved the biggest water balance problem facing  terrestrial animals (a. earthworms; b. slugs; c. snails)?  23) ______ Animals meeting their caloric and water needs metabolically should (a. metabolize only fat;  b. metabolize only carbohydrate; c. metabolize fat or carbohydrate).  24) ______ The cost of running (kcal kg

‐1  km

‐1 ) for a deer would be (a. greater than;  b. less than;  c.

equal to) that for a small dog.  25) ______ You collect a marine invertebrate from the brackish water of a tide pool and inject inulin into  its body.  You later collect urine from the animal and find that inulin is present in the urine. You  conclude that the animal must use (a. active transport; b. ion excretion; c. ultrafiltration) as part of its  excretory process.   26) ______ When osmoconforming following a transition from sea water to brackish water, the  concentration of serine in the body fluids of a marine invertebrate is likely to (a. decrease; b. increase;   c. stay the same).

Fill in the blank:

27) If the Q10 of a physiological process is 4, then an increase in temperature from 15°C to 45°C will  cause the rate of the process to increase by a factor of ______________________________.    28) Some desert mammals use _______________________________ heat exchangers to cool the air  leaving their lungs.    29) & 30) After acclimation to a higher temperature, a fish species shows an oxygen consumption that is  equal to that observed at the lower temperature.  This is called _________________________________.   A related species, however, shows an oxygen consumption after acclimation at the higher temperature  that is greater than that at the lower temperature but less than that predicted by the Q10 .  This is called  _______________________________________.    31) The body fluids of a typical marine invertebrate living in its natural environment will have an  osmolarity of approximately ___________________________ mOsm.

 

 

3

32) & 33) Animals living in the absence of oxygen obtain energy through the process of glycolysis, which  involves the breakdown of _______________________________________ into  ________________________________.    34) If the reflectivity of the fur of an animal is 36% of incident radiation at a particular wavelength, its  absorptivity is ______% of the incident radiation at that wavelength.    35) Many freeze‐susceptible insects have a compound in their blood called  _________________________________ that lowers the freezing point and the supercooling point.    36) Deep diving marine mammals often have smaller relative lung volumes compared with terrestrial  mammals.  In addition, they are observed to exhale immediately before the dive.  Why might this be so?   _____________________________________________________________    37) The _______________________________________is the temperature range within which  metabolic heat production is unaffected by temperature change.    38) Unlike most other vertebrates, elasmobranchs can tolerate high levels of ________________ in their  body fluids, helping them achieve their slightly hyperosmotic state.    39) You measure the Na

+  ion concentration in the body fluids of a shore crab and find that it is slightly

less than that of sea water.  This could be due to active regulation of Na +  or due to a ______________

equilibrium between Na +  and charged proteins in the crab.

40) Marine teleosts use __________________ cells in their gills to help maintain their hypoionic state.    41) Insects remove water from their urine in the rectum by establishing a local ___________________  gradient.    42) & 43) The osmolarity of body fluids is usually measured via _________________________ reduction  and/or  ___________________________ depression, changes to the physical properties of a solution  brought about by the concentration of dissolved solutes.        Figure based questions:

44) Circle the protonephridia which is  most appropriate for a fresh water  animal.    45) Indicate the region on the right‐most  protonephridia which is permeable to  water.

 

 

4

10 -2

10 0

10 2

10 4

10 6

10 8

10 -2

10 -1

10 0

10 1

10 2

10 3

10 4

Body mass (grams)

W at

er u

se d

(m ill

ili te

rs )

Water use per day among a variety of terrestrial animals

46) Label the lines for birds,  mammals and reptiles on this graph  of water use per day for animals of  different body sizes.  The lines do  include the entire size range for  each group.                                                                    A plot of metabolic rate (normalized) versus ambient temperature for two mammalian species is shown  above.  One species is tropical and the other lives in the Antarctic    47) Species __________ is tropical.    48) The temperature indicated by “A” is equal to the __________________ for species 1.    49) The slope of the plots is a measure of the _______________________________.    50) The temperature indicated by “B” is equal to the  ___________________________.

B A

Metabolic Rate

(Normalized)

Air Temperature (°C)

Species 1  Species 2