BAB I RUANG LINGKUP BIOLOGI A. BIOLOGI SEBAGAI ILMU Biologi adalah ilmu tentang kehidupan. Diambil dari bahasa Yunani, bios yang berarti kehidupan dan logos yang berarti ilmu. Ciri-ciri biologi sebagai ilmu pengetahuan : Ilmu merupakan kumpulan sepengetahuan yang sistematis atau teratur mengenai pokok persoalan. Suatu pengetahuan dapat disebut ilmu apabilamemenuhi syarat atau ciri-ciri tertentu. Sifat dan ciri suatu ilmu pengetahuan adalah sebagai berikut : 1. Memiliki objek, artinya, setiap ilmu biasanya membatasi diri pada segi atau permasalahan tertentu. 2. Memiliki metode, artinya pengembangan ilmu pengetahuan tidak dapat dilakukan osecara asal-asalan , tetapi menggunakan cara atau metode tertentu. 3. Bersifat sistematis, ilmu merupakan kumpulan pengetahuan yang sistematis. 4. Bersifat universal, artinya kebenaran yang disampaikan oleh ilmu harus berlaku secara umum. 5. Bersifat objektif, suatu ilmu harus dinyatakan secara jujur dengan menggambarkan keadaan yang sebenarnya. 6. Bersifat analistis, kajian sebuah ilmu akan terbagi-bagi ke dalam beberapa bagian yang lebih rinci untuk memahami berbagai hubungan, sifat dan peranan bagian-bagian tersebut. 7. Bersifat verifikatif, artinya, kebenaran dalam sebuah ilmu bukanlah bersifat mutlak tetapi bersifat terbuka atau verifikatif yang juga dikenal dengan kebenaran ilmiah. Artinya, sesuatu yang semula dianggap benar suatu saat mungkin menjadi salah bila ditemukan bukti-bukti baru yang menentang kebenaran sebelumnya. Biologi mengalami perkembangan yang sangat pesat. Terbukti biologi berkembang menjadi beberapa disiplin ilmu yg mengkhususkan diri dalam bidang yang dipelajari. Berikut adalah cabang-cabang ilmu yang dipelajari dalam biologi: Berdasarkan tingkat organisasi : 1. Tingkat molekul : Biologi molekuler, biokimia, dan genetika 2. Tingkat sel : Sitologi 3. Tingkat jaringan : Histologi 4. Tingkat organ dan sistem organ : Organologi, anatomi, dan fisiologi § Pulmonologi : Paru-paru manusia § Kardiologi : Jantung manusia § Endokrinologi : Sistem endoktrin manusia § Neurologi : Sistem saraf manusia 5. Tingkat individu : Biologi perkembangan 6. Tingkat populasi : Biologi populasi, biogeografi, dan generika populasi 7. Tingkat ekosistem : Ekologi, ilmu lingkungan, toksikologi, biologi kelautan, dan limnologi 8. Tingkat bioma : Bioma tropis Cabang biologi yang mempelajari kehidupan pada suatu kelompok organisme, diantaranya sebagai berikut : 1. Taksonomi : Pengelompokkan berdasarkan persamaan dan perbedaan organisme 2. Virologi : Virus 3. Mikrobiologi : Mikroorganisme 4. 5. 6. Bakteriologi : Bakteri Mikologi : Jamur, ragi, dan kapang Botani : Tumbuhan. Contoh : § Pteridologi : Paku § Bryologi : Lumut 7. Zoologi : Hewan. Contoh : § Entomologi : Serangga § Iktiologi : Ikan § Herpetologi : Reptilia dan amfibi § Ornitologi : Unggas § Mamologi : Mamalia Cabang biologi berdasarkan aspek kehidupan : Biologi perkembangan : Perkembangan individu organisme Embriologi : Perkembangan embrio Teratologi : Cacat pada janin Anatomi : Struktur internal organisme Fisiologi : Fungsi yang terjadi pada kehidupan organisme Cabang biologi kelompok ilmu campuran dan terapan : Biokimia : Proses kimia dalam sistem kehidupan Biofisika : Proses fisika dalam sistem kehidupan Bioteknologi : Teknologi yang memanfaatkan organisme Paleontologi : Perkembangan sejarah kehidupan berdasarkan catatan fosil Cabang biologi Berdasarkan Tema Pokoknya Evolusi, yaitu ilmu yang mempelajari tentang perubahan makhluk hidup dalam jangka waktu lama. Genetika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang pewarisan sifat Ekologi, yaitu ilmu yang mempelajari tentang hubungan timbal balik antara makhluk hidup dan lingkungannya. Etiologi, yaitu ilmu yang mempelajari tentang perilaku dan cara hidup hewan. Berdasarkan objek dan tema pokoknya Genetika manusia, yaitu ilmu yang mempelajari tentang pewarisan sifat pada manusia. Ekologi tumbuhan, yaitu ilmu yang mempelajari tentang hubungan timbal balik antara tumbuhan dan lingkungannya. Ekologi hewan, yaitu ilmu yang mempelajari tentang hubungan timbal balik antara hewan dan lingkungannya. B. Permasalahan Biologi Marilah kita pelajari permasalahan yang ada dalam setiap tingkatan pada ruang lingkup biologi. a. Tingkat Molekul Di tingkat molekul, dipelajari struktur subselular (organel). Molekul dapat dibedakan menjadi makromolekul yang lebih sederhana hingga atom-atom (proton, neutron, dan elektron) yang membangunnya. Dalam setiap tubuh makhluk hidup, selalu mengandung atom karbon (C = carbon), hidrogen (H), dan oksigen (O) dalam tubuhnya. Sekumpulan atom-atom akan membentuk molekul-molekul yang disebut molekul organik. Ada empat golongan molekul organik, yaitu molekul lipid, protein, karbohidrat, dan asam nukleat. Interaksi antarmolekulmolekul tersebut akan membentuk organel yang memiliki fungsi tertentu. Selanjutnya, interaksi tersebut membentuk organisasi tingkat sel. Contoh permasalahan biologi yang dapat muncul di tingkat molekul adalah virus. Meskipun virus hanya tersusun dari protein dan molekul asam nukleat, virus dapat berkembang biak dan menyebabkan penyakit. Selanjutnya, virus dimasukkan dalam kelompok tersendiri. b. Tingkat Sel Sel adalah tingkat organisasi di atas molekul. Semua makhluk hidup tersusun oleh sel, ada yang bersel satu atau bersel banyak. Sel sebagai unit fungsional dan struktural terkecil bagi makhluk hidup bersel banyak selalu memperlihatkan ciri-ciri hidup, di antaranya, sebagai berikut: 1. dapat berkembang biak atau menghasilkan keturunan; 2. dapat menghasilkan energi melalui serangkaian proses respirasi sel dalam mitokondria; 3. memberikan respons atau tanggapan terhadap rangsang; 4. melakukan pencernaan intraseluler (digestive) dan pengeluaran (ekskresi); 5. tumbuh dan berkembang. Sel-sel anak hasil pembelahan sel (mitosis) akan tumbuh hingga mencapai ukuran tertentu, kemudian mulai berkembang dan berdiferensiasi atau berspesialisasi (berubah bentuk menurut fungsi-fungsi tertentu). Permasalahan biologi dapat muncul pada tingkat sel, antara lain, adanya perbedaan struktur sel hewan dan struktur sel tumbuhan. Pada kenyataannnya, terdapat perbedaan antara sel hewan dan sel tumbuhan. c. Tingkat Jaringan Tingkat organisasi setelah sel adalah jaringan. Jaringan adalah kumpulan sel-sel yang bentuknya sama untuk melaksanakan suatu fungsi tertentu. Beberapa jaringan dasar penyusun tubuh hewan, antara lain, jaringan, seperti epitelium, otot, ikat, tulang, dan saraf. Sementara itu, jaringan pada tumbuhan, antara lain, epidermis, parenkima, kolenkima, sklerenkima, endodermis, xilem, dan floem. Jaringan epidermis tersusun atas sel-sel pipih dan susunannya rapat sehingga jaringan epidermis memiliki fungsi sebagai pelindung. d. Tingkat Organ Sekumpulan jaringan bekerja sama dalam membentuk organ. Organ yang dibentuk misalnya, usus halus. Usus halus tersusun oleh beberapa macam jaringan yang masing-masing membentuk fungsi tertentu, yaitu jaringan, seperti epitelium, ikat, otot polos, dan saraf. Struktur kompleks usus halus ini mempunyai satu fungsi, yakni untuk mencerna dan menyerap sari-sari makanan. Contoh permasalahan biologi di tingkat organ adalah infeksi usus halus. Bagaimana akibat yang ditimbulkan dari infeksi di usus halus?. Sekumpulan organ yang bekerja sama akan membentuk suatu sistem untuk menjalankan fungsi tertentu yang disebut dengan sistem organ. Manusia dan hewan memiliki berbagai sistem organ, tetapi tumbuhan tidak memiliki sistem organ. Contoh sistem organ adalah sistem percernaan yang tersusun dari organ mulut, esofagus, lambung, usus halus, usus besar, regtum, dan anus. Fungsi sistem pencernaan adalah mencerna makanan secara mekanik dan secara kimiawi sehingga bahan makanan yang kita makan menjadi sari-sari makanan, diserap usus, dan diedarkan ke seluruh tubuh sebagai bahan pembentuk energi untuk aktivitas. Berbagai sistem organ bersatu hingga membentuk suatu makhluk hidup yang hidup. Contoh permasalahan biologi di tingkat sistem organ adalah kasus pemisahan bayi kembar siam dengan pemisahan organ perut yang salah satu bayinya tidak memiliki salah satu bagian dalam sistem pencernaan. e. Tingkat Individu atau Makhluk Hidup Satu-satuan makhluk hidup disebut individu. Individu adalah satuan makhluk hidup tunggal. Setiap individu tidak dapat hidup sendiri. Mereka hidup bersama-sama dengan individu lain yang sejenis atau tidak sejenis. f. Tingkat Populasi ingkat selanjutnya adalah populasi. Populasi artinya kumpulan dari individu sejenis yang secara bersama menempati suatu habitat. Sejenis atau spesiesnya sama ditandai dengan adanya kemampuan untuk mengadakan perkawinan dan menghasilkan keturunan yang fertil (subur). Contoh permasalahan biologi yang dapat muncul di tingkat populasi adalah budi daya ikan mas. Untuk budi daya ikan mas, kita memerlukan individu-individu sejenis yang memiliki sifat unggul sehingga hasil perkawinan di antara ikan mas adalah keturunan yang fertil. g. Tingkat Komunitas dan Ekosistem Satu tingkat di atas populasi adalah komunitas. Komunitas adalah kumpulan beberapa populasi yang tinggal bersama pada suatu wilayah tertentu. Ekosistem merupakan beberapa macam komunitas yang berinteraksi dengan lingkungannya tempat mereka hidup baik dengan komponen biotik maupun komponen abiotiknya. Di dalam ekosistem, hubungan antara organisme biotiknya tidak dapat terlepas dari faktor abiotiknya. Contohnya, hewan yang memerlukan air untuk minum. Air merupakan salah satu komponen abiotik. Permasalah yang muncul di tingkat ekosistem, antara lain, tanah longsor, tercemarnya air sungai, dan penebangan liar di hutan. Keadaan ini dapat mengakibatkan matinya tumbuhan dan hewanhewan yang hidup di dalamnya. Selain itu, juga dapat merusak habitat dan struktur tanah serta perubahan suhu yang disebabkan berkurangnya tumbuhan hijau. h. Tingkat Bioma Istilah Bioma berhubungan dengan kumpulan species (terutama tumbuhan) yang dapat hidup di tempat tertentu di muka bumi, tergantung pada iklim regionalnya. Jadi Bioma adalah kumpulan species (terutama tumbuhan) yang mendiami tempat tertentu di bumi yang dicirikan oleh vegetasi tertentu yang dominan dan langsung terlihat jelas di tempat tersebut. Oleh karena itu biasanya Bioma diberi nama berdasarkan tumbuhan yang dominan di daerah tersebut. Di permukaan bumi ini terdapat 7 macam bioma, yaitu: tundra, taiga (targe), gurun (padang pasir), padang rumput, savana, hutan hujan tropis, dan hutan decidous. Marilah kita pelajari bagaimana ciri atau karakteristik dari tiap-tiap jenis bioma tersebut. (1) Tundra, terdapat di daerah kutub, tumbuhan dominannya adalah lumut kerak (Lichenes), lumut Sphagnum, rumput dan tumbuhan pendek lainnya yang biasanya hanya berumur 4 bulan. Hewan yang hidup di bioma ini adalah rusa, serigala dan beruang kutub. (2) Taiga, terletak di selatan tundra, yaitu di antara daerah beriklim sedang dengan kutub. Bioma ini disebut pula bioma dengan hutan berawa atau hutan boreal. Tumbuhan dominannya adalah konifer atau tumbuhan berdaun jarum (pinus). Hewan yang hidup di sini adalah ajax, beruang hitam, dan serigala. (3) Padang pasir atau Gurun, banyak terdapat di daerah kering dengan curah hujan sedikit. Tumbuh-tumbuhan yang tumbuh adalah tumbuhan yang teradaptasi dengan keadaan kering, misalnya tubuhnya ditutupi oleh kutikula yang tebal dan akar yang panjang. Juga tumbuhan sukulen atau kaktus, yang menyimpan banyak air pada batangnya dan daunnya menyempit menjadi duri. Hewan yang hidup pada bioma ini adalah unta, tikus,ular, kadal, kalajengking, dan semut. (4) Padang rumput; Pada bioma ini terdapat cukup curah hujan, tetapi tidak cukup untuk menumbuhkan hutan. Tumbuhan dominannya adalah rumput, sedangkan pohon dan semak terdapat di sepanjang sungai di daerah tersebut. Macam padang rumput adalah prairi rumput pendek, prairi rumput tinggi dan padang rumput tropis. Prairi adalah padang rumput yang luas tanpa pohon. (5) Sabana, adalah padang rumput yang diselingi dengan sebaran pohon yang tumbuh jarang. Hewan yang hidup pada bioma padang rumput dan savana adalah bison, gajah, jerapah, zebra, domba, biri-biri, harimau, cheetah, serigala dan ular. (6) Hutan hujan tropis (hutan basah), terdapat di daerah tropis yang banyak turun hujan. Vegetasinya tumbuh sangat rapat. Jenis tumbuhan pada bioma ini sangat beraneka ragam/heterogen, mulai dari tumbuhan pendek yang hidup di dasar hutan hingga tumbuhan yang berukuran tinggi. Juga ada tumbuhan epifit (tumbuhan yang tumbuh pada pohon yang mempunyai naungan/kanopi, seperti anggrek) dan liana (tumbuhan yang memanjat pada tumbuhan lain, seperti rotan). Hewan-hewan yang hidup pada hutan ini antara lain monyet, macan kumbang, harimau, tapir, gajah, dan bermacam-macam burung. (7) Hutan decidous (Hutan Gugur), terdapat di daerah yang memilki 4 musim (musim semi, panas, gugur dan dingin). Tumbuhan yang dominan adalah tumbuhan berdaun lebar, seperti pohon oak, elm, maple dan beech. Pohon-pohon di hutan ini menghijau pada musim panas, dan menggugurkan daunnya pada musim gugur, dan pada musim dingin daunnya ‘habis’. Memasuki musim semi pohon-pohon tersebut mulai menumbuhkan daunnya. Selanjutnya interaksi antar bioma di permukaan bumi membentuk lapisan makhluk hidup di bumi yang disebut Biosfer. Seluruh bioma di permukaan bumi ini pada hakikatnya terdiri atas produsen, konsumen dan dekomposer, dimana di dalamnya terjadi aliran materi dan energi yang selalu dimulai dari tumbuhan hijau. Untuk memecahkan berbagai permasalahan biologi diatas maka dilakukanlah berbagai penelitian. Dan setiap penelitian yang dilakukan tidak terlepas dari langkah-langkah dalam metode ilmiah C. METODE ILMIAH Metode ilmiah merupakan suatu cara untuk mendapatkan informasi (fakta-fakta) tentang berbagai fenomena alam. Adapun langkah-langkahnya adalah : 1. Merumuskan masalah Rumusan masalah merupakan suatu pertanyaan rinci, lengkap dan jelas mengenai ruang lingkup permasalahan yang akan diteliti. Rumusan masalah biasanya dibuat dengan cara membuat pertanyaan sesuai masalah yang akan diteliti. 2. Membuat hipotesis Hipotesis adalah dugaan atau jawaban sementara mengenai suatu hal atau permasalahan yang akan dibuktikan kebenarannya melalui data-data atau fakta hasil penelitian. 3. Mengumpulkan data Data adalah informasi atau keterangan yang diperolehuntutk menguji hipotesis baik secara kuantitatif maupun kualitatif yang menunjukkan fakta. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam melakukan percobaan yaitu : a. Lokasi penelitian b. Alat dan bahan yang akan digunakan c. metode kerja d. unit percobaan e. perlakuan f. variabel Variabel penelitian pada dasarnya adalah segala sesuatu yang berbentuk apa saja, yang ditetapkan oleh peneliti untuk dipelajari sehingga diperoleh informasi tentang hal tersebut, yang kemudian ditarik kesimpulannya. Ada banyak jenis variabel penelitian, misalnya : Variabel Independen (Variabel Bebas) / Variabel Eksogen : merupakan variabel yang mempengaruhi atau yang menjadi sebab terjadinya perubahan atau timbulnya variabel terikat. Variabel ini sering disebut sebagai variabel stimulus, predictor, atau antecedent. Variabel Dependen (Variabel Terikat) / Variabel Endogen : merupakan variabel yang dipengaruhi atau yang menjadi akibat, karena adanya variabel bebas. Variabel Kontrol : adalah variabel yang yang dikendalikan atau dibuat konstan sehingga hubungan variabel bebas terhadap variabel terikat tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang tidak diteliti. Variabel control digunakan oleh peneliti bila akan melakukan penelitian yang bersifat membandingkan. Perhatikan contoh berikut ini. Seorang siswa membuat rancangan percobaan untuk membuktikan bahwa pada perkecambahan diperlukan air dan oksigen. Instrumentasi percobaan sebagai berikut. Tabung 1 berisi biji kacang hijau Tabung 2 berisi kapas kering, biji kacang hijau, dibiarkan terbuka Tabung 3 berisi kapas kering, biji kacang hijau, ditutup rapat Tabung 4 berisi kapas basah, biji kacang hijau, dibiarkan terbuka Tabung 5 berisi kapas basah, biji kacang hijau, ditutup rapat Rangkaian tersebut dibiarkan selama 2 hari untuk mengamati mana biji kacang hijau yang tumbuh. Ternyata dari hasil percobaan tersebut: biji yang tumbuh adalah tabung 4 dan tabung 5 biji yang tumbuh normal adalah tabung 4, sedangkan pada tabung 5 pertumbuhan tidak normal/akhirnya mati Perhatikan variabel penelitian pada rangkaian percobaan tersebut : o Yang disebut variabel kontrol adalah tabung 1. Biji dibiarkan apa adanya dan tidak diberi perlakuan apa pun sebagai pembanding dengan hasil percobaan. o Yang disebut variabel bebas adalah tabung 2, 3, 4, 5. Perhatikan bahwa setiap tabung diberi perlakuan tertentu yaitu basah/kering, terbuka/tertutup. o Yang disebut variabel terikat adalah hasil pertumbuhan biji. Biji yang tumbuh normal (variabel terikat) adalah tabung 4, sebagai akibat diberi perlakuan (variabel bebas) pemberian air dan terbuka sehingga oksigen bisa masuk. Sedangkan pertumbuhan biji pada tabung 5 tidak normal karena tabung tertutup meskipun terdapat air. 4. Mengolah data Tahap pengolahan data di awali dengan pengelompokkan dan penyajian data sesuai dengan kelompoknya dan diolah dalam bentuk diagram (batang,garis atau lingkaran) serta analisis statistik. 5. Membuat simpulan Dalam membuat simpulan peneliti harus memperhatikan hipotetis yang diajukan sewrta data-data yang diperoleh dari hasil penelitian. Data-data penelitian yang telah dianalisis digunakan untuk menguji hipotetis mana yang diterima sehingga kita dapat menarik simpulan dengan benar. 6. Membuat laporan penelitian Salah satu kewajiban peneliti adalah membuat laporan atas penilitian yang dikerjakannya. Laporan penelitian memuat informasi penting yang berkaitan dengan penilitian yang dikerjakan. Laporan penelitian berisi hal-hal sebagai berikut : a. Pendahuluan b. Tinjauan pustaka c. Hipotesis d. Metode penelitian e. Hasil dan pembahasan f. Kesimpulan dan saran g. Daftar pustaka h. Lampiran D. Sikap ilmiah dalam Kerja Ilmiah Dalam kerja ilmiah untuk menemukan konsep biologi diperlukan sikap jujur, tekun dan tidak mudah putus asa, teliti disiplin mau bekerja sama dan terbuka. E. Penemuan spektakuler dalam biologi dan manfaat ilmu biologi Ilmu biologi telah berkembang sangat pesat dan menjadi dasar bagi berkembangnya berbagai ilmu terapan yang berperan dalam meningkatkan kesejahteraan manusia. Beberapa contoh penemuan penting dalam biologi adalah : 1. Penemuan Struktur DNA 2. Teknik Rekayasa Genetik 3. Human Genom Project 4. Kloning 5. Teknologi Stems Cells Manfaat biologi : o Bidang pertanian : Peningkatan produksi pangan Teknik penanaman yang lebih efisien Tanaman budidaya melalui rekayasa genetika, mampu menghasilkan insektisida sendiri Teknik kultur jaringan Teknik rekayasa genetika, buah-buahan tanpa biji o Bidang peternakan : Peningkatan produksi hewan ternak Inseminasi buatan (kawin suntik) Fertilisasi in vitro, menghasilkan embrio diluar uterus o Bidang kesehatan : Pencegahan diagnosa, dan penanganan terhadao berbagai penyakit dan kelainan Transplantasi organ Menciptakan vaksin-vaksin Teknik bayi tabung Antibiotik o Bidang industri : Pemanfaatan mikroorganisme dalam industri makanan Pemanfaatan beberapa jenis mikroorganisme dalam industri obat-obatan
