MODUL PEMBELAJARAN BIOLOGI KELAS XII SEMESTER I RAIHAN KURNIAWATI BATA, S.Pd MADRA SAH ALIYAH ALKHAIRAAT BINTAUNA TAHUN PELAJARAN 2020/2021 BAB I PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN Kompetensi Dasar Tujuan Pembelajaran 3.1 Menjelaskan pengaruh faktor 1. Siswa mampu menjelaskan perbedaan internal dan faktor eksternal faktor internal dan faktor eksternal terhadap pertumbuhan dan terhadap pertumbuhan dan perkembangan perkembangan mahluk hidup mahluk hidup. 2. Siswa mampu Menjelaskan tahapan pertumbuhan dan perkembangan pada mahluk hidup 3. Siswa mampu Menjelaskan proses terjadinya metamorfosis 1 A. Pengertian Pertumbuhan dan Perkembangan Peristiwa perubahan biologis pada makhluk hidup yang berupa pertambahan ukuran (volume, massa, tinggi, dan sebagainya) disebut pertumbuhan. Pertumbuhan bersifat irreversibel atau tidak dapat kembali seperti semula. Pertumbuhan dapat terjadi karena di dalam tumbuhan terdapat jaringan meristematis. Pertumbuhan dapat diukur dan dinyatakan secara kualitatif maupun kuantitatif. Pengukuran perubahan panjang atau tinggi batang dapat dilakukan dengan alat ukur misalnya penggaris, jangka sorong, atau dengan auksanometer. Auksanometer Pengukuran pertumbuhan akan menghasilkan grafik berbentuk huruf S yang dikenal dengan grafik sigmoid. Berdasarkan grafik ini, pertumbuhan dapat dibedakan menjadi empat fase yaitu fase awal (pertumbuhan secara lamban), fase log Bentuk Grafik Sigmoid (pertumbuhan mencapai maksimum), fase perlambatan (pertumbuhan menjadi lambat), dan fase stasioner (pertumbuhan terhenti). Pada fase log terjadi pertumbuhan yang sangat cepat dan diikuti penurunan kecepatan pertumbuhan. Setelah biji berkecambah, akan terbentuk bibit yang dilengkapi dengan akar, batang, dan daun. Peristiwa itu terjadi karena proses diferensiasi sel-sel meristem. Diferensiasi yang dilakukan tumbuhan bertujuan agar tumbuhan mencapai tingkat kedewasaan. Proses menuju tingkat kedewasaan pada masingmasing individu disebut perkembangan. Perkembangan bersifat kualitatif, artinya tidak dapat dinyatakan dalam ukuran (jumlah, volume, dan massa). 2 Perkembangan pada tumbuhan umumnya berlangsung seiring dengan pertumbuhan. Tumbuhan dikatakan dewasa apabila siap untuk melakukan fertilisasi. Pada tanaman, pertumbuhan dimulai dari proses perkecambahan biji. Perkecambahan merupakan proses permulaan dari awal pertumbuhan embrio dalam biji. Embrio tersusun atas 3 bagian dan berperan penting pada proses perkecambahan yaitu : a. Kaulikalus, merupakan batang lembaga (calon batang dan daun) yang dapat bertumbuh dan berkembang menjadi bunga dan buah. Kaulikalus dibagi menjadi 2 yaitu : Epikotil, ruas batang diatas daun lembaga yang tumbuh menjadi batang dan daun Hipokotil, ruas batang di bawah daun lembaga yang tumbuh menjadi akar b. Radikula, merupakan akar lembaga (calon akar) yang dapat tumbuh dan berkembang menjadi akar tumbuhan. c. Kotiledon (keping biji), merupakan cadangan untuk pertumbuhan embrio hingga terbentuknya daun agar dapat melakukan fotosintesis Tahapan proses perkecambahan Imbibisi (penyerapan air oleh biji) – Pembelahan sel – Diferensiasi sel (perkembangan fungsi sel) – Organogenesis (pembentukan organ) – Morfogenesis (Perkembangan struktur dan fungsi organ) – Terbentuk daun (memperoleh energi dari fotosintesis) Proses perkecambahan menurut letaknya dibagi menjadi 2 yaitu : a. Epigeal, ditandai dengan hipokotil yang muncul ke permukaan tanah, sedangkan kotiledon melakukan proses pembelahan untuk bentuk daun. 3 b. Hipogeal, ditandai dengan bakal batang (epikotil) yang muncul ke permukaan tanah, sedangkan kotiledon tetap didalam tanah. Contoh : kacang kapri Pertumbuhan Primer Yaitu pertumbuhan yang terjadi akibat aktivitas jaringan meristem apikal (meristem primer) yang terus tumbuh dan aktif membelah. a. Jaringan meristem apikal terdapat pada bagian ujung batang dan akar. Sehingga akar dan batang tumbuhan bertambah panjang. b. Pertumbuhan primer meliputi 3 proses, yaitu pembelahan sel (didaerah meristem), pemanjangan sel (didaerah belakang meristem), dan daerah diferensiasi sel (di bagian akhir akar). c. Tumbuhan yang mengalami pertumbuhan primer biasanya berjenis monokotil. Pertumbuhan Sekunder a. Pertumbuhan sekunder hanya terjadi pada tumbuhan jenis dikotil yang terdapat jaringan kambium dan gymnos permae (tumbuhan berbiji terbuka). b. Kambium membelah ke arah dalm membentuk kayu (xilem), dan ke arah luar membentuk kulit kayu (floem) B. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu faktor dalam (intern) dan faktor luar (ekstern). 1. Faktor Internal Faktor dalam yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan adalah hormon. Tumbuhan menghasilkan beberapa jenis hormon 4 tumbuhan (fitohormon) diantaranya auksin, giberelin, gas etilen, sitokinin, dan asam absisat. Hormon tersebut diproduksi di dalam tubuh, tetapi dipengaruhi oleh kondisi eksternal. a. Auksin Hormon ini ditemukan pada titik tumbuh batang dan selubung daun pertama tanaman monokotil yang disebut koleoptil, ujung akar, serta jaringan yang masih bersifat meristematis. Aktivitas auksin akan terhambat oleh sinar yang berlebihan. Apa yang akan terjadi jika suatu tanaman memperoleh banyak sinar pada salah satu sisi bagian tubuhnya? Apabila salah satu sisi bagian tersebut banyak terkena sinar, tanaman itu akan mengalami hal-hal seperti ditunjukkan pada gambar. b. Giberelin Giberelin terdapat pada bagian batang dan bunga. Fungsi hormon giberelin adalah sebagai berikut: • Menyebabkan tanaman berbunga sebelum waktunya • Menyebabkan tanaman tumbuh tinggi • Memacu aktivitas kambium • Menghasilkan buah yang tidak berbiji • Membantu perkecambahan biji. c. Gas etilen Ada berbagai macam fungsi gas etilen. Salah satunya interaksi gas etilen dengan auksin dapat memacu pembungaan pada buah, misalnya mangga 5 dan nanas. Pada beberapa tumbuhan, interaksi gas etilen dengan giberelin dapat mengatur perbandingan bunga jantan dan betina. Fungsi utama gas etilen adalah sebagai berikut: • Mempercepat pemasakan buah • Mempertebal pertumbuhan batang • Pengguguran bunga. d. Sitokinin Sitokinin merupakan hormon tumbuh yang terdapat pada tubuh tumbuhan. Sitokinin dibentuk pada system perakaran. Fungsi hormon sitokinin adalah sebagai berikut: • Merangsang pertumbuhan akar sehingga lebih cepat memanjang • Mempercepat pelebaran daun • Perangsang pertumbuhan tanaman ke arah samping dan pucuk tanaman • Merangsang aktivitas pembelahan sel • Membantu perkecambahan biji. e. Asam absisat Berbeda dengan hormon yang lain, asam absisat mempunyai fungsi menghambat pertumbuhan. Fungsi lainnya adalah sebagai berikut: • Mengurangi kecepatan pembelahan • Mengurangi pemanjangan sel • Membantu pengguguran bunga • Menyebabkan dormansi. f. Asam Traumalin g. Kalin 6 Hormon kalin adalah hormon yang dihasilkan oleh tumbuhan pada jaringan meristem dan berfungsi untuk memacu pertumbuhan organ-organ tumbuhan. pada tumbuhan hormon kalin dibedakan menjadi empat jenis yang memiliki fungsi yang berbeda-beda satu dengan yang lainnya, yaitu 2. Faktor Eksternal Seperti telah disebutkan sebelumnya, hormon diproduksi dalam tubuh, tetapi dipengaruhi oleh kondisi eksternal (lingkungan). Pengaruh lingkungan terhadap pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan sangat besar. Faktorfaktor lingkungan tersebut meliputi suhu udara, cahaya, kelembapan udara, serta ketersediaan air tanah dan mineral. a. Suhu Suhu merupakan faktor lingkungan yang penting bagi tumbuhan karena berhubungan dengan kemampuan melakukan fotosintesis, translokasi, respirasi, dan transpirasi. Tumbuhan memiliki suhu optimum untuk dapat tumbuh dan berkembang. Suhu optimum merupakan suhu yang paling baik untuk pertumbuhan tanaman secara ideal. Selain suhu optimum, tanaman juga mempunyai suhu maksimum dan minimum yang bias diterima olehnya. Suhu maksimum merupakan suhu tertinggi yang memungkinkan tumbuhan masih dapat bertahan hidup. Suhu minimum merupakan suhu terendah yang memungkinkan tumbuhan bertahan hidup. Sebagian besar tumbuhan memerlukan temperature sekitar 10° – 38°C untuk pertumbuhannya. b. Cahaya Cahaya berperan penting dalam proses fotosintesis. Apabila makanan 7 yang dihasilkan dari proses fotosintesis berkurang atau bahkan tidak ada, jaringan menjadi mati karena kekurangan makanan. Namun demikian cahaya yang dibutuhkan tumbuhan jumlahnya tidak boleh terlalu banyak. Cahaya yang berlebihan justru akan menghambat pertumbuhan. Demikian juga kekurangan cahaya juga berakibat buruk bagi tanaman. Contoh akibat dari hasil fotosintesis yang berkurang misalnya tanaman yang tumbuh di ruangan gelap, ukuran batangnya jauh lebih panjang dibandingkan tumbuhan yang memperoleh cukup cahaya matahari. Tanaman ini berwarna pucat dengan batang lemah dan kurus. Pertumbuhan dalam tempat gelap semacam ini disebut etiolasi. c. Kelembapan Tanah lembap sangat cocok untuk pertumbuhan, terutama saat perkecambahan biji. Hal ini karena tanah lembap menyediakan cukup air untuk mengaktifkan enzim dalam biji serta melarutkan makanan dalam jaringan. Tingkat pengaruh kelembapan udara atau tanah pada tumbuhan berbeda-beda. Ada tanaman yang membutuhkan kelembapan udara dan kelembapan tanah yang tinggi, misalnya lumut hati. Sebaliknya, ada juga tanaman yang tumbuh dengan baik pada dengan kelembapan udara dan tanah kelembapan rendah, misalnya Aloevera (lidah buaya) dan beberapa jenis tanaman anggrek. d. Air dan mineral Tumbuhan membutuhkan air, CO2, dan mineral. Air dan CO2 merupakan bahan utama untuk berlangsungnya fotosintesis. Gas CO2 diambil melalui stomata dan lentisel. Adapun air dan mineral diambil dari tanah melalui akar, kecuali pada tumbuhan tertentu, misalnya tanaman kantong semar (Venus sp. 8 Atau Nephentes sp.). Tanaman ini memperoleh senyawa nitrogen (protein asam amino) dan mineral dari serangga yang masuk perangkapnya. Air juga sangat diperlukan dalam perkecambahan biji. Saat perkecambahan, air digunakan untuk mengaktifkan enzim-enzim dalam biji. Tanpa air, perkecambahan biji akan tertunda (dormansi). Mineral sangat diperlukan untuk proses pertumbuhan. Misalnya pembentukan klorofil sangat membutuhkan mineral Mg. Mineral yang diperlukan oleh tumbuhan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu makroelemen dan mikroelemen. Elemen mineral yang dibutuhkan dalam jumlah besar disebut makroelemen, sedangkan elemen mineral yang dibutuhkan tumbuhan dalam jumlah sedikit disebut mikroelemen. e. Ketersediaan oksigen Setiap makhluk hidup memerlukan oksigen untuk respirasi aerob dalam tubuh. Melalui respirasi aerob, tumbuhan dapat memperoleh energi untuk pertumbuhannya. Oleh karena itu, biji-biji tidak akan berkecambah tanpa adanya oksigen. Khusus pada perkembangan, selain ditentukan oleh faktor-faktor di atas juga dipengaruhi oleh beberapa faktor lainnya, di antaranya letak sel dalam jaringan. Pada gambar tampak adanya jaringan kambium yang merupakan jaringan meristem sekunder. Meristem sekunder yang terletak di daerah lingkaran kambium berfungsi memperbesar diameter batang tanaman. Hal ini terjadi karena kambium selalu membelah ke arah samping. Sel-sel kambium yang terletak di bagian dalam akan terdiferensiasi menjadi xilem dan bagian luar 9 akan terdiferensiasi menjadi floem. Kambium akan membelah kembali dan terjadi pengulangan proses seperti di atas. Pada akhirnya, sel yang terletak di bagian sebelah dalam kambium membentuk jaringan xilem, sedangkan ke arah luar membentuk jaringan floem. C. Pertumbuhan dan Perkembangan pada Hewan serta Manusia Seperti halnya tumbuhan, hewan dan manusia juga mengalami pertumbuhan serta perkembangan. Pertumbuhan dan perkembangan baik pada hewan maupun manusia dimulai setelah proses fertilisasi. Proses fertilisasi akan menghasilkan sel diploid tunggal yang disebut zigot. Selanjutnya, zigot membelah secara mitosis berkali-kali hingga terbentuk individu utuh yang dapat melaksanakan fungsinya dengan baik. 1. Fase-fase Pertumbuhan dan Perkembangan pada Hewan Pertumbuhan pada hewan bersifat irreversible atau tidak dapat balik. Pertumbuhan tersebut ditandai oleh bertambahnya massa, tinggi, maupun volume individu. Perkembangan pada hewan ditandai oleh perubahan struktur maupun fungsi organ-organ tertentu. Perubahan tersebut menuju tingkat kedewasaan dan kematangan. Ada dua fase dalam proses pertumbuhan dan perkembangan hewan, yaitu fase embrionik dan fase pascaembrionik. a. Fase Embrionik Fase embrionik dimulai setelah terbentuk zigot. Zigot memiliki kemampuan untuk terus tumbuh dan berkembang. Pertumbuhan zigot seiring dengan pertambahan jumlah sel. Pertambahan jumlah sel diakibatkan oleh pembelahan mitosis. Fase embrionik terdiri atas morulasi, blastulasi, gastrulasi, dan organogenesis. 10 1) Morulasi Morulasi merupakan proses pembentukan morula dari zigot. Zigot merupakan sel diploid. Zigot akan membelah secara mitosis hingga berkali-kali untuk membentuk morula. Morula merupakan kumpulan dari 16-64 sel yang tersusun seperti buah anggur. 2) Blastulasi Blastulasi merupakan proses pembentukan blastula dari morula. Morula meneruskan pembelahan mitosisnya hingga dihasilkan 128 sel. Pada tahap akhir masa pembelahan tersebut terbentuk suatu rongga, yang disebut blastosol (blastocoel). Embrio pada tahap ini disebut blastula. 3) Gastrulasi Gastrula merupakan proses morfogenetik. Proses tersebut bertujuan untuk mengatur kembali sel-sel blastula. Beberapa sel blastula akan berpindah ke lokasi baru. Dengan demikian, dihasilkan sekumpulan sel yang secara teratur menyusun lapisan tubuh. Keadaan tersebut akan mengubah blastula menjadi embrio berlapis tiga yang disebut gastrula. Lapisan yang dihasilkan proses gastrula yaitu ektoderm, mesoderm, dan endoderm. Ketiga lapisan ini nantinya akan berkembang menjadi berbagai organ. 11 Pembentukan tiga lapisan pada fase Gastrulasi 4) Organogenesis Pada tahap ini mulai terbentuk organ-organ yang berkembang dari tiga lapisan saat proses gastrulasi. Lapisan ektoderm berkembang menjadi rambut, kulit, sistem saraf, dan indera. Lapisan mesoderm berkembang menjadi otot, rangka, alat reproduksi, alat peredaran darah, dan alat ekskresi. Lapisan mesoderm berkembang menjadi alat pencernaan dan alat pernapasan. Dengan demikian, akan terbentuk embrio yang lengkap dan utuh. b. Fase Pascaembrionik Fase setelah hewan lahir atau menetas. Pertumbuhan tidak berlangsung terus-menerus, melainkan berhenti setelah mencapai usia tertentu. Perkembangan dimulai ketika alat kelamin telah mampu memproduksi selsel gamet. Jadi, fase pascaembrionik merupakan fase penyempurnaan alatalat reproduksi. Kecepatan pertumbuhan dan perkembangan hewan pada fase ini berbeda satu sama lain. Selama fase pascaembrionik, beberapa hewan mengalami metamorphosis, baik metamorphosis sempurna maupun tidak sempurna. 2. Fase-fase Pertumbuhan dan Perkembangan pada Manusia Seperti halnya hewan. Manusia juga mengalami pertumbuhan dan perkembangan. Pertumbuhan dan perkembangan manusia dapat dibedakan menjadi fase embrionik dan fase pascaembrionik. Fase embrionik berlangsung dalam uterus. Proses ini berlangsung selama 9 bulan 10 hari atau 40 minggu. Proses ini disebut gestasi. Selama proses ini, embrio tumbuh dan berkembang menjadi janin. Setelah masa gestasi berakhir, 12 janin akan dilahirkan. Setelah lahir ke dunia, manusia mengalami pertumbuhan dan perkembangan pada fase pascaembrionik. Pertumbuhan akan terus terjadi sampai pada usia tertentu. Secara umum, pertumbuhan dan perkembangan manusia dibagi menjadi beberapa tahap meliputi masa bayi, kanak-kanak, remaja, dewasa, dan lanjut usia. a. Masa Bayi Bayi merupakan kategori usia manusia sejak baru dilahirkan sampai usia dua tahun. Pada masa ini, manusia mengalami pertumbuhan dan perkembangan yang sangat pesat. Oleh karena itu, asupan gizi yang baik dan pemberian imunisasi secara berkala diperlukan untuk menjaga tumbuh kembang bayi. b. Masa Kanak-kanak Masa kanak-kanak pada pria dan wanita berbeda. Masa kanak-kanak pada pria berkisar pada usia 2-14 tahun. Sementara, pada wanita berkisar pada usia 2-13 tahun. Masa kanak-kanak disebut sebagai golden age karena pada masa kanak-kanak pertumbuhan dan perkembangan terjadi dengan pesat. c. Masa Remaja Masa remaja berkisar pada usia 13-21 tahun. Pada masa ini baik pria 13 maupun wanita mengalami pubertas. Pubertas adalah perubahan menjadi dewasa yang ditandai dengan perubahan fisik dan psikis. Pubertas secara fisik ditandai oleh adanya perubahan tanda kelamin primer dan sekunder. Adapun perubahan psikis ditandai dengan pencarian identitas diri, ada ketertarikan pada lawan jenis, dan mulai bergabung dengan komunitas yang memiliki pandangan sama. d. Masa Dewasa Masa dewasa dimulai setelah pertumbuhan dan perkembangan pada masa remaja selesai. Biasanya ditandai dengan berhentinya pertumbuhan fisik. Akan tetapi, perkembangan yang meliputi emosional dan social masih dapat terus berkembang. Masa dewasa akan berakhir pada usia 50 tahun. Pada masa ini manusia sudah dapat menentukan pilihan secara cepat dan pasti. e. Masa Lanjut Usia Masa lanjut usia merupakan masa non-produktif. Biasanya, pada masa ini seseorang dapat bersikap seperti kanak-kanak lagi. Selain itu, secara fisik sel-sel tubuh mulai mengalami degenerasi sehingga membuat manusia lanjut usia tampak tua. 3. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan pada Hewan dan Manusia 14 Hewan dan manusia bersifat motil. Artinya, hewan dan manusia dapat berpindah-pindah dari satu tempat ke tempat lain semasa hidupnya. Oleh karena itu, faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan hewan dan manusia lebih luas daripada tumbuhan. Ada dua faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan pada hewan dan manusia, yaitu faktor internal dan faktor eksternal. a. Faktor Internal Faktor ini berasal dari dalam tubuh hewan atau manusia itu sendiri. Faktor internal terdiri atas gen dan hormon. Gen merupakan substansi genetik yang diturunkan dari induk kepada anaknya. Hewan atau manusia memiliki gen tumbuh yang baik akan mengalami pertumbuhan dan perkembangan yang optimal sesuai periode pertumbuhan dan perkembangannya. Adapun hormon dapat mempengaruhi kegiatan dalam sel. Salah satu peran hormon adalah mengatur proses pertumbuhan dan perkembangan. Contoh hormon pertumbuhan pada hewan adalah tiroksin, ekdison dan juvenile, dan somatomedin. Sementara, hormon pertumbuhan pada manusia adalah somatotropin (HGH), tiroksin, testosteron, dan estrogen dan progesteron. b. Faktor Eksternal Faktor eksternal yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan hewan dan manusia adalah semua faktor yang berasal dari luar tubuh. Misalnya nutriea, air, cahaya, dan lingkungan. 1) Nutrisi Nutriea dibutuhkan hewan dan manusia untuk dapat beraktivitas. Nutriea yang dibutuhkan hewan dan manusia meliputi karbohidrat, lemak, protein, berbagai jenis vitamin, dan berbagai jenis mineral. 15 2) Air Baik tubuh hewan maupun manusia tersusun dari 70% air. Oleh karena itu, kebutuhan air harus terpenuhi setiap saat. Air berperan penting dalam metabolisme sel. Setiap hari, tubuh membutuhkan ± 2,5 liter air untuk mengganti cairan yang hilang. 3) Cahaya Matahari Salah satu manfaat cahaya matahari bagi hewan dan manusia yaitu mengaktifkan provitamin D pada kulit. Dengan demikian, hewan dan manusia mendapatkan vitamin D. Vitamin ini berperan dalam proses pembentukan tulang. 4) Lingkungan Lingkungan geografis atau lingkungan alam tempat hewan dan manusia tinggal sangat berpengaruh terhadap proses pertumbuhan dan perkembangannya. Hewan yang hidup di daerah beriklim dingin memiliki jaringan lemak yang lebih tebal daripada hewan-hewan yang hidup di daerah beriklim panas. Demikian juga pada manusia. Manusia yang hidup di daerah bersalju, gurun, atau daerah tandus memiliki keterampilan hidup yang sesuai dengan lingkungan tempat tinggalnya. Jadi, faktor lingkungan juga dapat memunculkan kemampuan adaptasi makhluk hidup terhadap lingkungan tersebut 4. Metamorfosis Metamorfosis adalah proses perkembangan biologis hewan yang ditandai dengan perubahan fisik dan atau struktur setelah kelahiran atau menetas. Metamorfosis dibagi menjadi dua, yaitu Metamorfosis Sempurna dan Metamorfosis Tidak Sempurna 16 Metamorfosis sempurna adalah pertumbuhan hewan dengan mengalami perubahan bentuk, yaitu hewan yang baru menetas memiliki bentuk berbeda dengan hewan dewasa. Contoh hewan yang mengalami proses metamorfosis sempurna adalah kupu-kup, katak, lalat dan nyamuk.Contoh : Metamorfosis tidak sempurna adalah proses pertumbuhan hewan dengan tidak mengalami perubahan bentuk, yaitu hewan yang baru menetas hampir sama bentuknya dengan hewan dewasa, hanya saja ketika baru menetas ada bagian yang belum tumbuh dan setelah dewasa bagian tersebut telah sempurna tumbuh. Contoh hewan yang mengalami metamorfosis tidak sempurna adalah Belalang, Capung dan Kecoa. Contoh : 17
