REVIEW : MATTER, ENERGY, AND LIFE KELOMPOK 2 KELAS B

REVIEW : MATTER, ENERGY, AND LIFE
KELOMPOK 2
KELAS B MATA KULIAH ADM. LINGKUNGAN
Candra Murti Utami
Deasy Triarini
Destiani Afriana
Dikko Alrakhman
FROM ATOMS TO CELL
Ekologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang hubungan organisme dengan
lingkungannya. Ekologi juga mengkaji mengenai sejarah kehidupan, distribusi, perilaku spesies
individu, serta struktur dan fungsi sistem alam pada tingkat populasi, komunitas, ekosistem, dan
pemandangan alam. Maka dengan adanya ilmu Ekologi ini akan dapat terlihat hubungan antara
alam dengan makhluk hidup di dalamnya.
Didalam bab ini akan dijelaskan mengenai beberapa proses yang terdapat di dalam
sebuah ekosistem yang diantaranya mengenai transfer energi dan material antara satu organisme
dengan organisme lainnya, manfaat lingkungan bagi manusia, dampak rusak/terganggunya
ekosistem dalam kehidupan, dan hubungan-hubungan ekologis yag terdapat didalamnya.
Setiap organisme adalah pabrik kimia yang mampu menangkap zat dan energi dari
lingkungannya dan mampu mengubah itu semua menjadi sebuah struktur dan proses dalam
kehidupannya. Untuk dapat memahami bagaimana hal itu dapat terjadi, maka perlulah memahami
terlebih dahulu sifat dasar zat dan energi yang ada.
 Atom, Molekul, dan Senyawa
Segala sesuatu yang menempati ruang dan memiliki massa adalah zat. memiliki tiga
jenis, yaitu zat padat, zat cair, dan gas. selain itu, zat juga memiliki bentuk kimia yang unik yaitu
anatara lain elemen,molekul, dan senyawa. Dan juga masih terdapat dalam bentuk lainnya yang
lebih sering di dengar yaitu karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan fosfor.
Semua elemen yang terdiri dari unit diskrit yang di sebut dengan atom. Atom merupakan
partikel terkecil yang menunjukan karakteristik elemen. Atom adalah unit terkecil yang terdiri
dari proton yang bermuatan positif, elektron yang bermuatan negatif, dan elektrik neutron yang
bermuatan netral. Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral,
sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau
negatif dan disebut sebagai ion.
Setiap elemen yang memiliki sejumlah kharakteristik proton per atom disebut nomor
atom. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah proton dan neutron yang terdapat pada inti atom
tersebut. Jumlah proton pada atom menentukan unsur kimia atom tersebut, dan
jumlah neutron menentukan isotop unsur tersebut. Sekumpulan atom demikian pula dapat
berikatan satu sama lainnya, dan membentuk sebuah molekul. Kekuatan yang menahan atomatom bersama dalam sebuah molekul di sebut dengan ikatan kimia. Dibutuhkan banyak energi
untuk mampu membuat beberapa ikatan ini stabil karena jika ikatan ini terlalu lemah maka tidak
1
akan mampu membentuk struktur padat seperti tulang, otot, atau syaraf. di sisi lain, jika ikatan
kimia ini terlalu kuat maka manusia tidak akan memiliki bagian yang dapat di gerakan dan tidak
mungkin mampu untuk menjalani sebuah kehidupan.

Senyawa Organik
Senyawa organik adalah golongan besar senyawa kimia yang molekulnya mengandung
karbohidrat. Karbon memiliki kapasitas yang sangat penting dalam struktur hidup organisme. Hal
itu disebabkan karena karbon membentuk molekul besar yang merupakan rantai dan cincin atom
karbon dari kerangka senyawa organik, serta zat biomolekul yang membuat organisme dapat
hidup. Senyawa organik ini terdiri dari lipid, karbohidrat, protein, dan asam nukleat.

Sel
Sel merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi dasar kehidupan dalam arti biologis.
Semua fungsi kehidupan diatur dan berlangsung di dalam sel. Oleh sebab itu,semua makhluk
hidup terdiri dari berbagai macam sel di dalam dirinya dimanapun mereka melakukan proses
kehidupannya. Dalam tubuh manusia terdapat beberapa triliunan sel yang bermanfaat bagi
manusia. Setiap sel dikelilingi oleh mebran sel tipis tapi dinamis dari lemak dan protein yang
menerima informasi tentang dunia luar dan guna mengatur aliran zat antara sel yang ada terhadap
lingkungannya.
ENERGI DAN MATERI
Energi dan materi merupakan dua unsur penting yang berasal dari alam semesta maupun
dari makhluk hidup. Materi merupakan bahan yang terdapat di dalam sebuah benda, sedangkan
energi merupakan sesuatu yang dapat memaksa sebuah struktur untuk menjadi satu kesatuan serta
energi juga dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
 Jenis-Jenis Energi dan Kualitas
Energi terdiri dari berbagai bentuk. Energi panas, cahaya, listrik, dan energi kimia adalah
contoh energi yang sering manusia temui dalam kehidupan sehari-hari. Energi yang terkandung
dalam benda bergerak disebut energi kinetik. Salah satu contoh dari energi kinetik adalah angin
bertiup di antara pepohonan. Bentuk energi lainnya adalah energi potensial, yaitu energi yang
tersimpan laten tetapi tersedia untuk digunakan, contohnya air yang tersimpan di bendungan.
Selanjutnya energi kimia, energi yang tersimpan di dalam senyawa-senyawa kimia.contohnya
makanan yang dimakan oleh makhluk hidup seperti manusia. Energi diukur dalam kalori, BTU,
atau Joule.
Daya (power) adalah tingkat rata-rata kemampuan untuk melakukan suatu pekerjaan. Di
dalam power, terdapat dua komponen yaitu panas dan suhu. Panas menggambarkan jumlah energi
kinetik atom atau molekul yang tidak berhubungan dengan gerakan massa zat sedangkan suhu
adalah ukuran kecepatan gerak dari atom khas atau molekul dalam suatu zat.
 Konservasi Materi
Dalam keadaan normal, materi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan tetapi dapat didaur
ulang. Materi dapat berubah dan dikombinasikan dalam cara yang berbeda serta tidak dapat
hilang; semuanya berjalan. Pernyataan tersebut merupakan prinsip konservasi fisik materi.
 Termodinamika dan Perpindahan Energi
Dalam energi, terdapat sebuah studi yang bernama termodinamika. Studi tentang
termodinamika berkaitan dengan bagaimana energi yang ditransfer dalam proses-proses alam.
2
Lebih khusus lagi, termodinamika berhubungan dengan tingkat aliran dan transformasi energi dari
satu bentuk atau kualitas yang lain. Termodinamika adalah disiplin ilmu yang kompleks dan
bersifat kuantitatif.
Hukum pertama dari Termodinamika adalah bahwa energi merupakan sesuatu yang
dilestarikan. Energi tidak diciptakan atau hancur dalam kondisi normal. Energi dapat dipindahkan
dari satu tempat atau objek lain, namun jumlah energi tetap sama. Demikian pula, energi dapat
diubah, atau diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya (misalnya, dari energi kimia menjadi
energi panas), namun jumlahnya tidak dapat dikurangi atau ditambah.
Hukum kedua dari termodinamika menyatakan bahwa setiap perpindahan energi secara
berturut-turut atau transformasi dalam sistem, terdapat lebih sedikit energi yang tersedia untuk
melakukan pekerjaan. Hukum ini bukan suatu kontradiksi dari hukum pertama. Energi tidak
hilang atau rusak, hanya rusak atau habis dari bentuk yang berkualitas tinggi ke bentuk yang
berkualitas lebih rendah. Proses ini disebut sebagai pelepasan energi.
ENERGI UNTUK KEHIDUPAN
Energi matahari sangat penting bagi kehidupan karena dua alasan utama. yakni matahari
memberi kehangatan bagi makhluk hidup, dan organisme bergantung pada energi matahari untuk
proses fotosintesis.
Radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi sekitar 10 persen adalah ultraviolet, 45
persen terlihat, dan 45 persen adalah inframerah. Sebagian besar dari radiasi tersebut terserap oleh
tanah, air, atau dipantulkan ke langit oleh air, salju, dan permukaan tanah. Beberapa radiasi
dimanfaatkan oleh organisme seperti tumbuhan hijau untuk melakukan fotosintesis. Proses
fotosintesis hanya bisa menggunakan radiasi matahari gelombang tertentu dalam kisaran cahaya
tampak dari spektrum elektromagnetik. Gelombang ini yang kita lihat sebagai sinar biru dan
merah. Kemudian, baik setengah ataupun lebih dari energi matahari diserap oleh daun-daun dan
dipakai menjadi uap air. Hal ini mengakibatkan hanya sekitar 1 atau 2 % sinar matahari yang
ditangkap oleh tanaman dalam proses fotosintesis. Persentase itulah yang menjadi dasar energi
untuk hampir semua kehidupan di biosfer.
 Bagaimana Proses Fotosintesis Menyerap Energi
Fotosintesis terjadi di membran organel kecil yang disebut chroloplast yang berada di
dalam sel-sel tumbuhan. Kunci yang paling penting ketika proses fotosintesis ini terjadi adalah
klorofil. Klorofil adalah sebuah molekul hijau unik yang bisa menyerap energi matahari dan
menggunakannya untuk menciptakan energi kimia yang tinggi dalam suatu senyawa yang
berfungsi sebagai bahan bakar untuk semua metabolisme sel berikutnya. Klorofil melakukan
proses tersebut tidak sendiri namun dibantu oleh sekelompok besar lemak lainnya, gula, protein,
dan molekul nukleotida. Komponen-komponen ini yang secara bersama-sama melakukan dua
reaksi siklis. fotosintesis dimulai dengan serangkaian langkah-langkah yang disebut sebagai
reaksi terang (light-dependent reactions)yaitu reaksi yang hanya terjadi ketika cahaya matahari
diterima oleh kloroplas. Selama reaksi ini berlangsung, molekul air dibagi dan melepaskan
molekul oksigen. Molekul inilah yang dibutuhkan oleh semua makhluk hidup seperti manusia,
hewan dan tumbuhan untuk bertahan hidup.
Reaksi gelap (light-independent reactions) terjadi pada kloroplas setelah sinar matahari
sudah tidak ada. Enzim-enzim dalam reaksi yang kompleks ini menyerap sinar matahari
kemudian menambahkan atom karbon (berasal dari karbon dioksida) dan membentuk molekul
glukosa.
Energi kimia bisa dihasilkan dari adanya proses kinetik seperti pergerakan ion – ion pada
membran, berubahnya bentuk atau struktur sel atau pergerakan dari sel itu sendiri. Proses ini
merupakan pelepasan energi kimia yang disebut dengan pernafasan sel (respiratory cellular).
Dalam proses ini, terdapat pembelahan atom karbon dan atom hidrogen dari molekul gula dan
3
mengkombinasikannya dengan oksigen untuk menciptakan karbon dioksida dan air. Reaksi kimia
tersebut merupakan reaksi kimia yang berkebalikan dari proses fotosintesis. Kedua proses
tersebut (fotosintesis dan pernafasan sel) memiliki reaksi yang berlawanan. Jika dalam
fotosintesis, energi itu diserap sedangkan dalam pernafasan sel energi dilepaskan.
DARI SPESIES SAMPAI EKOSISTEM
Spesies dalam bahasa Latin secara harfiah berarti jenis/macam. Sedangkan, dalam ilmu
biologi spesies merujuk pada semua organisme dari jenis yang sama, yang secara genetik cukup
mirip untuk hidup dan berkembang biak di alam.
 Populasi, Komunitas, dan Ekosistem
Suatu populasi merupakan kumpulan spesies yang berada pada wilayah tertentu dalam
waktu yang bersamaan. Keseluruhan populasi dari organisme-organisme yang hidup dan
berinteraksi dalam lingkup wilayah tertentu membentuk suatu komunitas biologis.
Suatu sistem ekologis atau ekosistem terdiri dari komunitas biologis dan lingkungan
fisiknya. Lingkungan mencakup faktor-faktor abiotik, yaitu komponen tidak hidup, misalnya
iklim, air, mineral, dan sinar matahari, serta faktor-faktor biotik (komponen hidup), seperti
organisme, apa yang dihasilkan mereka (sekresi, limbah, dan sisa makanan), dan efek di daerah
tertentu.
Sebagian besar ekosistem terbuka, contohnya ekosistem sungai. Jenis dan jumlah
organisme dapat saja tetap, namun merupakan individu yang secara terus-menerus berganti.
Selanjutnya, beberapa ekosistem relatif tertutup, Sebuah akuarium seimbang adalah contoh yang
baik dari sebuah ekosistem tertutup.
 Rantai makanan, Jaring Makanan, dan Tingkat Trofik
Satu sifat utama dari suatu ekosistem ialah produktivitasnya, yang merupakan jumlah
biomassa (bahan biologis) yang dihasilkan dalam jangka waktu tertentu pada suatu wilayah.
Fotosintesis diilustrasikan sebagai produktivitas primer, karena merupakan dasar bagi hampir
semua pertumbuhan lainnya di dalam suatu ekosistem. Kemudian produksi biomassa oleh
organisme yang memakan tumbuhan dinamakan produktivitas sekunder.
Rantai makanan adalah proses makan dimakan yang terjadi antara makhluk hidup.
Dalam ekosistem, beberapa konsumen memangsa satu spesies, namun terdapat pula konsumen
yang memangsa banyak sumber makanan. Hal inilah yang selanjutnya menjadikan rantai
makanan saling berhubungan membentuk jaring makanan.
Situasi dalam rantai makanan yang merupakan peristiwa makan dimakan suatu organisme
dalam ekosistem dapat ditunjukkan dengan tingkat trofik. Tingkat trofik pertama merupakan
produsen yang dapat mengubah energi matahari menjadi energi kimia, menghasilkan molekul
makanan. Organisme lain yang terdapat dalam ekosistem ialah konsumen, yang memanfaatkan
energi kimia dari produsen disebut konsumen primer. Kemudian, organisme yang memakan
konsumen primer adalah konsumen sekunder, yang selanjutnya dapat pula akan dimakan oleh
konsumen tersier, dan seterusnya. Panjang suatu rantai makanan mencerminkan karakteristik fisik
dari suatu ekosistem.
Identifikasi organisme dapat melalui tingkat trofik dengan melihat jenis makanan yang
mereka makan. Herbivora merupakan pemakan tumbuhan, karnivora merupakan pemakan daging,
sedangkan omnivora adalah pemakan tanaman dan hewan. Manusia termasuk pada jenis
omnivora. Dapat dilihat pada skema berikut.
4
Matahari
Konsumen Tersier
(Karnivora teratas)
Konsumen Sekunder
(Karnivora)
Konsumen Primer
(Herbivora)
Konsumen
yang
memakan
pada setiap
tingkatan:
Parasit
Scavenger
Dekomposer
Produsen (Fotosintesis tanaman)
Piramida Ekologi
Susunan organisme-organisme dalam sebuah rantai makanan dapat disajikan dalam bentuk
piramida berdasarkan tingkat trofiknya. Jumlah total organisme dan jumlah total biomassa pada
setiap urutan tingkat trofik dari sebuah ekosistem juga dapat membentuk piramida yang sama
dengan menggambarkan kadar energi. Dapat dilihat pada skema.
1 karnivora tertinggi
misal.rubah
90.000 karnivora primer
misal. ular
200.000 herbivora
(misal.Tikus)
1.500.000 produsen
misal.padi-padian
SIKLUS MATERIAL DAN PROSES HIDUP
 Siklus Karbon
5
Sumber : http://www.windows2universe.org
Siklus karbon dimulai dengan tumbuhan yang memanfaatkan karbondioksida (CO2) yang
terdapat pada atmosfer dalam proses fotosintesis. Tumbuhan mengambil karbon dioksida dari
atmosfer dan dengan bantuan dari sinar matahari tumbuhan mengubahnya menjadi oksigen dan
molekul-molekul gula. Proses inilah yang disebut proses fotosintesis. Hasil dari siklus ini akan
kembali lagi menjadi karbondioksida yang berasal dari hasil respirasi oleh organisme. Melalui
proses metabolisme lainnya, tanaman mengkonversi molekul-molekul gulanya menjadi gula,
protein, dan lemak. Hasil konversi dari molekul gula yang terdapat pada tumbuhan ini nantinya
akan dikonsumsi oleh makhluk hidup lainnya (manusia dan hewan) yang merupakan sumber
energi bagi organisme tersebut.
Siklus lain yang juga menyebabkan karbondioksida kembali ke atmosfer
terjadi melalui kematian tanaman dan hewan. Ketika organisme mati, dekomposer mengkonsumsi
tubuh mereka. Dalam proses tersebut, sebagian senyawa karbon kembali ke atmosfer melalui
proses fosilisasi dan sebagian tetap berada di dalam tanah. Kemudian, proses fosilisasi ini, yaitu
pembusukan dari organisme (tumbuhan maupun hewan) dalam waktu yang sangat lama akan
berubah menjadi bahan bakar yang berasal dari fosil tersebut (minyak dan batubara). Minyak dan
batubara ini mengandung atom-atom karbon yang nantinya akan kembali menjadi karbon
dioksida yang dilepaskan ke atmosfer ketika telah digunakan sebagai bahan bakar industri yang
menghasilkan karbon dioksida dari hasil pembakarannya.
 Siklus Nitrogen
6
Sumber : http://www.vtaide.com
Nitrogen merupakan gas dengan komposisi terbesar di atmosfer (sekitar 78% dari
keseluruhan atmosfer). Meskipun demikian, gas nitrogen yang secara bebas berada di atmosfer ini
tidak bisa langsung digunakan, melainkan harus melalui proses fiksasi terlebih dahulu oleh
bakteri pengikat nitrogen (termasuk jenis alga biru atau cyanobacteria). Organisme ini memiliki
kemampuan tinggi untuk mengubah nitrogen menjadi bentuk yang dapat dimanfaat oleh
tumbuhan maupun hewan. Proses fiksasi nitrogen oleh bakteri, pemanfaatan oleh tumbuhan dan
hewan, dan kemudian kembalinya nitrogen ke atmosfer inilah yang disebut sebagai siklus
nitrogen.
Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk amonia. Amonia diperoleh dari hasil
penguraian jaringan yang mati oleh bakteri. Amonia ini akan dinitrifikasi oleh bakteri nitrit,
yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus sehingga menghasilkan nitrat yang akan diserap oleh akar
tumbuhan. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah menjadi amonia kembali, dan
amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan ke udara. Dengan cara ini siklus nitrogen akan
berulang dalam ekosistem.
 Siklus Fosfor
Sumber : http://kambing.ui.ac.id
7
Siklus fosfor dimulai ketika senyawa forfor terkikis dari batuan dan mineral dalam waktu
yang lama. Fosfor ini tidak dalam bentuk gas melainkan dalam bentuk cair. Secara singkat, siklus
fosfor dijelaskan sebagai berikut : Fosfor yang terdapat pada batuan dan tanah diserap oleh
tumbuhan dan diubah menjadi senyawa fosfor organik. Tumbuhan dikonsumsi oleh hewan hingga
sampai pada waktu hewan tersebut mati. Fosfor organik yang berasal dari hewan dan tumbuhan
yang telah mati diuraikan oleh dekomposer menjadi fosfor anorganik. Fosfor anorganik ini
nantinya akan larut di dalam air tanah atau air laut dan mengendap di sedimen laut. Karena itulah
senyawa fosfor ini banyak ditemukan di batu karang. Fosfor dari batu karang ini terkikis dan
membentuk fosfor anorganik yang juga terlarut di air tanah dan laut. Fosfor anorganik ini
kemudian akan diserap oleh akar tumbuhan lagi. Demikianlah siklus ini berulang terus menerus.
 Siklus Sulfur
Sumber : http://www.omafra.gov.on.ca/
Sulfur merupakan unsur penyusun protein. Secara alami, sulfur terkandung dalam tanah
dalam bentuk mineral tanah. Tumbuhan mendapat sulfur dari dalam tanah dalam bentuk sulfat
(SO4 ), kemudian tumbuhan tersebut dimakan hewan sehingga sulfur berpindah ke hewan. Lalu
hewan dan tumbuhan mati diuraikan menjadi gas H2S atau menjadi sulfur lagi yang kemudian
diserap kembali oleh tanaman sebagai sumber mineral. Sulfur yang mengendap di bawah tanah
menjadi bahan bakar bagi industri yang kemudian hasil pembakarannya menjadi sulfur di
atmosfer dan turun kembali dalam bentuk hujan asam yang kebali terserap ke dalam tanah.
Begitulah siklus ini terjadi secara berulang-ulang.
8