prinsip ekologi dalam pengendalian hayati

PRINSIP EKOLOGI DALAM
PENGENDALIAN HAYATI
Dr Sugiyarto, M.Si
Jurusan Biologi FMIPA UNS Surakarta
Prodi Biosains PPs UNS Surakarta
Puslitbang Bioteknologi & Biodiversitas LPPM UNS Surakarta
Prinsip Dasar Ekologi Populasi
1. Ekologi adalah ilmu yang mempelajari hubungan
timbal-balik antara makhluk hidup dan lingkungannya.
Dalam definisi tersebut lingkungan dapat dibagi menjadi
dua faktor, yaitu faktor fisik (abiotik) dan faktor biologi
(biotik).
2. Di dalam suatu ekosistem alami atau
pertanian (agroekosistem), beragam jenis
makhluk hidup akan membentuk suatu
komunitas yang terdiri atas populasi-populasi
dari jenis yang berbeda. Setiap populasi
memiliki berbagai karakteristik, seperti
kepadatan, struktur umur, laju kelahiran, dan
laju kematian.
3. Di alam, populasi makhluk
hidup tidaklah statis, tetapi
selalu dalam keadaan yang
dinamis. Segala perubahan
yang terjadi pada jumlah
anggota populasi dan faktorfaktor yang mempengaruhi
perubahan tersebut
dipelajari dalam studi
dinamika populasi.
4. Ukuran populasi makhluk
hidup tergantung pada
individu-individu yang lahir,
mati, datang (imigrasi), dan
pergi (emigrasi). Ukuran
populasi akan bertambah
dengan adanya kelahiran dan
imigrasi, serta berkurang
dengan adanya kematian dan
emigrasi.
5. Jika laju imigrasi dan emigrasi seimbang,
serta laju kelahiran dan kematian tetap
maka pertumbuhan populasi akan bersifat
eksponensial dengan model pertumbuhan
populasi Nt = No ert dan laju pertumbuhan
populasi dN/dt = (b-d) No = rNo.
Pertumbuhan eksponensial memperlihatkan
potensi biotik (biotic potential) makhluk
hidup dengan sumber daya yang tidak
terbatas dan tidak ada musuh alami. Kurva
pertumbuhan populasi logistik akan
berbentuk huruf J.
6. Ukuran populasi makhluk hidup di alam
dibatasi oleh daya dukung lingkungannya
(K), sehingga populasi makhluk hidup akan
menunjukkan suatu pertumbuhan logistik
dengan persamaan dN/dt = rNo (1-No/K).
Adapun persamaan model pertumbuhan
populasinya adalah Nt = K / (1 + ea-rt).
Kurva pertumbuhan populasi logistik akan
berbentuk huruf S.
7. Informasi mengenai laju reproduksi
bersih (Ro), waktu generasi (T), dan laju
pertambahan per kapita (r) sejenis
makhluk hidup akan dapat diketahui
dengan membuat tabel kehidupan (life
table) nya.
8. Makhluk hidup yang memiliki strategi hidup r
hidup di habitat sementara, beradaptasi untuk
memperoleh makanan sebanyak-banyaknya
dalam waktu yang singkat, dan ukuran
populasinya berfluktuasi tanpa terkendali. Mereka
biasanya berukuran kecil, selalu berpindahpindah, dan memiliki waktu generasi yang
pendek. Sebaliknya, makhluk hidup dengan
strategi hidup K hidup di habitat yang stabil dan
ukuran populasinya mendekati daya dukung
habitat. Mereka biasanya berukuran besar, jarang
berpindah-berpindah, dan waktu generasinya
panjang.
Pengaruh Faktor Lingkungan
terhadap Populasi
(Hukum minimum Leibig, Teori
Toleransi Shelford, Holocoenotik)
1. Berbagai faktor lingkungan dapat bekerja
sebagai suatu kekuatan alam yang
mengakibatkan naik turunnya kelimpahan
populasi sejenis makhluk hidup. Faktor-faktor
lingkungan tersebut dapat membantu atau
menghambat usaha pengendalian organisme tak
dikehendaki (hama, penyakit, gulma).
2. Penyakit merupakan salah satu dari
berbagai faktor terkait kepadatan yang
pengaruhnya semakin besar dengan
meningkatmya kepadatan populasi makhluk
hidup. Bencana alam seperti letusan
gunung berapi atau hujan badai, meskipun
dapat mempengaruhi ukuran populasi
makhluk hidup, adalah faktor-faktor yang
tidak terkait dengan kepadatan populasi
makhluk hidup. Pada kepadatan populasi
berapa pun pengaruhnya akan tetap sama.
3. Hampir semua orang kini menerima
pandangan bahwa populasi makhluk hidup
di alam diatur oleh faktor-faktor yang terkait
dengan kepadatan. Faktor-faktor yang tidak
terkait dengan kepadatan hanya dapat
mengubah tetapi tidak mengatur kepadatan
populasi makhluk hidup di alam.
4. Peranan faktor biotik dan abiotik dalam
menentukan ukuran populasi makhluk hidup di
suatu ekosistem dapat digambarkan melalui
skenario umpan balik lingkungan (environmental
feedback). Persaingan antarindividu sejenis
(intraspesifik) dalam memperebutkan sumber
daya akan mengurangi ukuran populasi atau
terjadi umpan balik negatif (negative feedback).
Pada waktu ukuran populasi cukup rendah, maka
kondisi lingkungan mulai pulih dan siklus yang
sama akan terjadi lagi.
5. Interaksi antara makhluk hidup tidak
sejenis dapat mempengaruhi lingkungan
jenis lain secara positif (+), negatif (-), atau
tidak sama sekali (0). Kategori interaksi
antara jenis-jenis makhluk hidup yang
berbeda dapat dibagi menjadi empat, yaitu
1) persaingan (-/-),
2) eksploitasi (+/-),
3) mutualisme (+/+), dan
4) komensalisme (+/0).
Interaksi yang termasuk ke
dalam kategori eksploitasi
adalah
pemangsaan,
parasitisme,
patogenitas, dan
herbivori.
6. Interaksi yang bersifat eksploitasi dapat
membatasi ukuran dan penyebaran populasi
mangsa atau inang. Aktivitas pemangsa,
parasitoid, patogen, atau herbivora akan
menurunkan laju kelahiran dan meningkatkan laju
kematian mangsa atau inang.
Inilah konsep pengendalian
hayati (biological control) klasik
yang melibatkan adanya
musuh alami (agen hayati:
predator, parasitoit, pathogen,
herbivora) dalam menekan
populasi organisme tak
dikehendaki (target)
Peran Biologi Molekuler &
Genetika dalam sistem
pengendalian hayati
Interaksi antar organisme dapat dimodifikasi
oleh faktor internal organisme agen hayati
ataupun target:
1. Perbaikan sistem imun; organisme yang
sehat tidak mudah terkena serangan
organisme pengganggu. Imunisasi dapat
dibangun dari
a. internal individu organisme melalui
perbaikan sifat secara
- rekayasa genetik
- fusi sel
- fisiologis-morfologis (agronomik)
b. imunisasi buatan (misal: vaksinasi)
2. Biosida hayati ;Komponen senyawa aktif
tertentu (metabolit sekunder) baik
atraktan, repelent, alelopati maupun racun
dari suatu organisme dapat diekstrak dan
diaplikasikan sebagai biosida
3. Sistem jantan mandul; strerilisasi
pejantan organisme pengganggu bersifat
mobil (hama) akan meningkatkan populasi
organisme steril dan dalam jangka
panjang menurunkan populasi organisme
secara menyeluruh bahkan kemungkinan
terjadi kepunahan (eradikasi)
4. Sistem transgenik; gen penyandi
pembentukan senyawa racun dari
organisme agen hayati (pathogen) dapat
ditransfer ke organisme inang (misal
tanaman budidaya) dari organisme target
(misal hama) sehingga mampu
mempertahankan diri dari serangan
organisme pengganggu