DIKTAT KULIAH BIOLOGI DASAR 1

BAHAN AJAR
BIOLOGI DASAR 1
BIOLOGI DASAR
UNIVERSITAS AIRLANGGA
1
BAB I
PENGANTAR BIOLOGI DASAR
1.
Prinsip Biologi
Biologi adalah bidang ilmu yang memiliki cakupan yang sangat luas. Ada 6 prinsip
biologi yang harus dikuasai, yaitu:
1. Universalitas
2. Kontinuitas
3. Evolusi
4. Diversitas
5. Homeostasis
6. Interaksi
Semua sel memiliki ciri-ciri tertentu yang sama. Dalam hal ini sel bersifat universalitas.
Misalnya, setiap sel diselubungi oleh membran yang mengatur lalu lintas materi antara sel
dengan lingkungannya. Setiap sel juga menggunakan DNA sebagai informasi genetik. Setiap
sel juga tersusun dari bahan kimia.
Gambar 1. Heliks ganda DNA
dan untai tunggal DNA.
DNA terdapat di dalam inti sel.
DNA adalah subtansi gen, unit
pewarisan sifat yang
diinformasikan dari induk ke
ketunannya
Setiap sel atau organisme mempunyai kemampuan untuk dapat hidup terus, tidak
mengalami kepunahan. Kemampuan sel atau organisme dinamakan kontinuitas. Kontinuitas
terlaksana melalui kemampuan sel atau organisme untuk melakukan reproduksi. Reproduksi
sel berlangsung dengan cara amitosis, mitosis, atau meiosis. Sedangkan reproduksi organisme
2
berlangsung dengan cara aseksual dan atau seksual. Seorang anak merupakan kombinasi
antara sifat kedua orang tuanya. Inti spermatozoa dan inti ovum mengalami fertilisasi untuk
menghasilkan fetus yang menbawa gen kedua orangtuanya.
Gambar 2. DNA warisan orang tua mengarahkan ke perkembangan organisme
Evolusi adalah tema inti biologi, merupakan gagasan yang memberikan makna pada
semua pengetahuan mengenai organisme hidup. Kehidupan telah berevolusi di bumi selama
miliaran tahun, menghasilkan keanekaragaman organisme di masa lampau maupun masa kini.
Walaupun ada keanekaragaman organisme, kita dapat menemukan banyak kesamaan ciri.
Kita dapat menjelaskan kesamaan ciri antara dua organisme yang merupakan kketurunan dari
satu nenek moyang dan juga dapat menunjukkan perubahan terwariskan yang terjadi dalam
waktu yang panjang. Banyak bukti yang mendukung terjadinya evolusi dan teori yang
mendiskripsikan bagaimana evolusi berlangsung.
Biodiversitas atau keanekaragaman adalah ciri kehidupan. Ahli biologi telah
menindentifikasi dan menamai sekitar 1,8 juta spesies.Keanekaragaman kehidupan diketahui
setidaknya 6.300 spesies prokariot, 100.000 spesies fungi, 290.000 pesies tumbuhan, 52.000
spesies vertebrata, dan 1 juta spesies serangga. Ada kecenderungan manusia untuk
mengelompokan berdasarkan kemiripan. Ada 3 domain kehidupan, yaitu Bakteria, Arkhaea,
dan Eukarya.
Dalam sistem biologi, terjadi regulasi sel yang berfungsi untuk menjaga keseimbangan
sel terhadap lingkungannya. Contohnya: ketika sel-sel otot memburuhkan lebih banyak
energi saat berolahraga, sel-sel tersebut akan meningkatkan konsumsi molekul gula guna
menyediakan bahan bakar. Lingkungan seperti temparatur, salinitas dll. Sangat berpengaruh
terhadap mekanisme homeostasis dari sel atau organisme.
3
Organisme berinteraksi dengan lingkungannya mencakup faktor tak hidup maupun
organisme lainnya. Suatu pohon menyerap air dan mineral dari tanah melalui akarnya. Pada
waktu yang sama, daunnya mengambil CO2 dari udara dan menggunakan cahaya matahari
yang diserap oleh klorofil untuk fotosintesis. Pohon juga berinteraksi dengan organisme
lainnya, misalnya mikroorganisme dalam tanah yang berasosiasi dengan akarnya, dan
berintraksi dengan hewan sebagai konsumen.
Gambar 3. Siklus materi dan aliran energi dalam suatu ekosistem
2.
Metode Ilmiah
Penemuan sains mendeskripsiskan struktur-struktur dan proses-proses alami seakurat
mungkin melalui pengamatan yang seksama dan analisis data. Pengamatan adalah
penggunaan indra untuk mengumpulkan informasi, baik secara langsung maupun tidak
langsung dengan bantuan alat-alat seperti mikroskop yang dapat memperluas kemampuan
indra kita. Istilah data menyiratkan angka. Beberapa data bersifat kualitatif, seringkali dalam
bentuk deskripsi tercatat. Beberapa data bersifat kuantitatif, yang umumnya dicatat sebagai
hasil pengukuran
Metode ilmiah merupakan langkah-langkah dalam memproses pengetahuan ilmiah
melalui penggabungan cara berpikir rasional dan empiris dengan jalan membangun jembatan
penghubung dalam bentuk pengajuan hipotesis.
4
Langkah-langkah utama dalam metode ilmiah adalah
1. Penyusunan kerangka berpikir --- penalaran deduktif
2. Pengajuan hipotesis --- kesimpulan kerangka berpikir
3. Pengujian [verifikasi] hipotesis
Pada penalaran deduktif, logika mengalir dari yang umum menuju yang
spesifik.Penalaran ini digunakan untuk menyusun kerangka berpikir. Contohnya, jika semua
organisme tersusun dari sel (premis 1), manusia adalah organisme (premis2), maka manusia
tersusun dari sel (prediksi deduktif). Dalam sains berdasarkan hipotesis, deduksi biasanya
berbentuk prediksi hasil percobaan atau pengamatan.
Hipotesis adalah jawaban sementara untuk suatu pertanyaan yang disusun dengan baik.
Hipotesis biasanya merupakan tebakan yang tidak sembarangan, didasarkan
pada
pengalaman dan data yang tersedia dari penemuan sains. Hipotesis ilmiah membimbing pada
prediksi yang dapat diuji dengan membuat pengamatan tambahan atau melakukan percobaan.
Penemuan sains dapat membimbing kepada kesimpulan penting berdasarkan tipe logika
induksi. Melalui induksi kita membuat generalisasi dari banyak sekali pengamatan yang
spesifik. Contohnya semua organisme tersusun dari sel. Generalisasi ini merupakan bagian
dari teori sel yang didasarkan pada kerja para ahli Biologi selama 2 abad yang menemukan
sel-sel dalam berbagai spesimen biologis yang diamati dengan mikroskop.
Alur berpikir yang tercakup dalam metode ilmiah dapat dijabarkan dalam beberapa
langkah, yaitu:
 Perumusan Masalah --- merupakan pertanyaan mengenai objek empiris yang jelas
batas-batasnya serta dapat diidentifikasikan faktor-faktor yang terkait di dalamnya.
 Penyusunan kerangka berpikir dalam pengajuan hipotesisi --- merupakan argumentasi
yang menjelaskan hubungan yang mungkin terdapat antara berbagai faktor yang
saling mengkait dan membentuk kontelasi ilmiah
 Perumusan hipotesis --- merupakan jawaban sementara atau dugaan jawaban
pertanyaan yang diajukan yang materinya merupakan kesimpulan dari kerangka
berpikir yang dikembangkan.
 Pengujian hipotesis --- merupakan pengumpulan fakta-fakta yang relevan dengan
hipotesisi yang diajukan untuk memperlihatkan apakah terdapat fakta-fakta yang
mendukung hipotesis tersebut atau tidak
 Penarikan kesimpulan --- merupakan penilaian apakah sebuah hipotesis yang diajukan
diterima atau ditolak
5
Gambar 4. Alur berpikir ilmiah
Pustaka Acuan
Campbell NE, Reece JB, Urry LA, Minorsky PV, Jackson RB. 2008. Biology, 8th edition.
Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings, San Francisco.
6
BAB II
KIMIA KEHIDUPAN
CAPAIAN PEMBELAJARAN
Setelah menyelesaikan Bab II Saudara dapat menjelaskan:
1) Menjelaskan materi utama penyusun kehidupan, baik ditingkat unsur maupun
molekul.
2) Menjelaskan fungsi unsur esensial dalam proses kehidupan.
3) Menjelaskan struktur dan fungsi utama materi utama penyusun kehidupan.
4) Memberi contoh gangguan yang terjadi bila ada kualitas maupun kuantitas materi
penyusun kehidupan.
1.
PENGANTAR
Organisme tersusun dari materi, yaitu segala sesuatu yang menempati ruang dan
memiliki massa. Materi terdapat dalam berbagai bentuk, masing-masing dengan karakternya
sendiri-sendiri. Materi tersusun dari unsur-unsur atau elemen, unsur merupakan bahan yang
tidak dapat dipecah lagi menjadi bagian lain dengan reaksi kimiawi. Unsur-unsur tersebut
antara lain adalah C (karbon), O2 (Oksigen), H (Hidrogen), N (Nitrogen), Fe (Besi) dan lainlain. Unsur-unsur tersebut dapat bergabung dengan unsur lain baik sejenis atau pun tidak
membentuk suatu struktur baru yang disebut senyawa. Senyawa adalah zat yang terdiri dari
dua atau lebih unsur berbeda yang berkombinasi dalam rasio tetap. Misalnya, garam dapur
adalah natrium klorida (NaCl), senyawa yang tersusun dari unsur nartrium (Na) dan klorida
(Cl). Dengan rasio 1:1.
Unsur utama yang menyusun kehidupan adalah karbon, Oksigen, Hidrogen dan
Nitrogen. Ketiga unsur ini merupakan unsur dengan jumlah (kuantitas) yang terbanyak.
Unsur berikutnya adalah fosfat (P), belerang (S), natrium (Na), klorida (Cl), Kapur (Ca), dan
Kalium (K). Keempat unsur ini juga berada dalam jumlah banyak karena fungsinya dalam
menyediakan tenaga (P) dan penyusun materi utama lainnya (S), menjaga kekentalan cairan
tubuh dan sistem koordinasi antar sel dan antar jaringan. Khusus untuk Ca, unsur ini menjadi
sangat banyak jumlahnya pada organisme yang memiliki kerangka dari tulang, secara umum
kalsium juga ikut menjaga kondisi cairan tubuh. Selain itu masih ada unsur-unsur lain yang
jumlahnya sangat sedikit namun bila tidak ada atau kekurangan dapat mengganggu proses
kehidupan, kelompok unsur ini biasanya disebut unsur esensial dan ada juga yang menyebut
dengan istilah trace element. Unsur esensial ini antara lain adalah Seng (Zn), Mangan (Mn),
Magnesium (Mg), Besi (Fe). Beberapa unsur lain juga ada namun dalam jumlah yang sangat
sedikit sekali dan fungsinya dalam proses kehidupan belum banyak diketahui.
Senyawa penyusun tubuh dapat dibagi dua golongan yaitu senyawa organik dan
senyawa anorganik. Senyawa organik adalah senyawa yang mengandung unsur C, H, dan O
dalam jumlah sangat dominan. Senyawa organik ini merupakan penyusun utama tubuh
organisme dengan jumlahnya sangat dominan. Ada empat senyawa organik yang menjadi
penyusun utama tubuh organisme yaitu, protein (polipeptida), karbohidrat (sakarida dan
polisakarida), asam nukleat (polinukleotida), dan lemak.
7
Bab ini membahas tentang bahan penyusun tubuh organisme baik bahan organik
maupun anorganik. Kita mulai dari satuan terkecil yaitu unsur kimia.
2.
UNSUR KIMIA
Unsur kimia adalah substansi yang atomnya memiliki jumlah proton yang sama.
Karena jumlah proton merupakan penentu untuk nomor atom maka dapatlah dikatakan bahwa
atom dari suatu unsur memiliki nomor atom yang sama. Contohnya adalah unsur hidrogen
yang memiliki lambang H; semua atom unsur hidrogen hanya memiliki satu proton dan
dengan demikian nomor atomnya satu. Karena unsure terkait dengan atom, maka kita harus
tahu tentang struktur atom lebih dahulu sebelum melanjutkan pembahasan mengenai unsurunsur penyusun kehidupan.
2.1. Atom
Atom adalah satuan (unit) terkecil dari suatu bahan yang tidak dapat dibagi lagi tanpa
mengubah sifat fisiknya. Atom juga dapat dikatakan sebagai bahan terkecil yang memiliki
sifat kimia dari unsur kimia. Atom tersusun dari inti atom yang dikelilingi oleh elektron. Inti
atom tersusun dari proton dan netron.
Karakter utama atom adalah nomor atom, karakter ini menunjukkan besarnya muatan
positif atau sama dengan jumlah proton. Nomor atom ini biasanya diberi lambang Z.
Misalnya atom karbon memiliki Z = 6 sedangkan hidrogen nilai Z = 1, oksigen memiliki nilai
Z = 16. Proton memiliki massa dan muatan, netron memiliki massa namun tidak bermuatan,
elektron memiliki muatan listrik dan dianggap tidak memiliki massa. Karena sifatnya,
elektron menentukan banyaknya atom yang dapat berinteraksi, sedangkan jumlah proton
menentukan sifat kimia suatu atom. Dalam kondisi seimbang jumlah elektron yang
mengelilingi inti atom sama dengan jumlah proton. Namun elektron yang mengelilingi inti
atom tidak tersusun dalam satu lapisan melainkan beberapa lapis dan pada setiap lapis ada
jumlah elektron maksimalnya. Lapisan atom yang pertama dan juga berarti yang terdekat
dengan inti atom hanya mampu memuat 2 elektron, lapisan ke dua 4 elektron, dan lapisan
ketiga maksimum jumlah elektronnya adalah 8. Semakin jauh dari inti semakin besar
kandungan energinya. Selain ketiga partikel tersebut di atas (proton, netron dan elektron)
boleh jadi terdapat partikel subatomik lainnya, tetapi umurnya sangat pendek dan
pengaruhnya pada sifat atom hanya menambah kandungan tenaga.
Semua atom memiliki ukuran yang sama, berapa pun berat atomnya dan berapa pun
banyak elektronnya. Ukuran untuk menunjukkan besarnya atom yang sering dipakai adalah
angstro (Å) = 10−10 meter. Jari-jari atom sepanjang 1–2 Å, ukuran inti atom jauh lebih kecil
lagi bagaikan kelerang di lapangan sepakbola. Ruang yang diperlukan oleh inti atom hanya
selebar 10−14 meter, sebanding dengan 1/100.000 ruang atom. Satuan panjang untuk
menggambarkan ukuran inti atom adalah femtometre (fm) = 10−15 metre. Diameter inti atom
bergantung pada banyaknya partikel penyusunnya, berkisar antara 4 fm sampai 15 fm.
Kenyataannya inti atom mengandung proton dan netron dengan jumlah berkisar antara
1 sampai 300 proton dan netron dengan demikian beratnya juga bervariasi namun
kepadatannya berbeda. Inti atom hidrogen adalah yang paling ringan karena hanya
mengandung 1 proton dan tidak memiliki netron sehingga massa atomnya 1. Atom ini juga
8
hanya memiliki satu elektron dengan massa elektron kira-kira 1/2000 massa proton. Karena
ringannya maka jumlah elektron diabaikan dalam menghitung massa atom. Dan massa atom
hanya ditentukan oleh jumlah proton dan netron.
Jumlah netron dalam inti atom berpengaruh pada massa atom dan tidak berpengaruh
pada karakter kimianya. Inti atom yang tersusun dari 6 proton dan 6 netron memiliki sifat
kimia yang sama dengan inti atom yang tersusun dari 6 proton dan 8 netron namun massa
atomnya berbeda. Inti atom dengan jumlah atom yang sama namun dengan jumlah netronnya
berbeda disebut isotop. Semua unsur kimia memiliki isotop. Biasanya karakter isotop yang
berbeda dikarakterisasi dengan menunjukkan (menuliskan) jumlah proton dan netronnya
yang disebut dengan berat atom (massa atom: number mass) misalnya karbon-12 or 12C
memiliki 6 proton dan 6 netron, sedangkan isotop karbon-14 memiliki proton 6 dan netron 8.
Massa atom dihitung berdasarkan satuan massa atom yang didefinisikan sebagai 1/12 massa
atom karbon 12 atau 1,660538921 x 10-12 gram. Massa atom terdiri atas massa inti atom dan
elektron yang mengitarinya, dengan demikian satuan massa atom tidak persis sama dengan
massa proton dan netron pada inti atom. Muatan proton sebanding dengan kekuatan elektron
namun berlawanan muatannya. Muatan proton ini dapat mempertahankan elektron untuk
tetap berada di orbitnya mengelilingi inti atom. Elektron memiliki massa sebesar
9,109382911 x 10−28 gram. Karena ringannya inilah yang menyebabkan massa atom terutama
ditentukan oleh proton dan netron yang memiliki massa 1.836 lebih berat.
2.2. Unsur Kimia dalam tubuh Organisme
Unsur kimia diberi lambang dengan huruf tertentu, misalnya hidrogen memiliki simbol
H, natrium (Na), karbon (C), oksigen (O), nitrogen (N). Walaupun atom dari unsur kimia
yang sama memiliki jumlah proton yang sama, namun jumlah netronnya dapat berbeda,
fenomena ini menyebabkan atom dari unsur yang sama memiliki massa yang berbeda. Atom
dari unsur yang sama namun memiliki berat atom berbeda dinamakan isotop. Massa atom ini
biasanya juga dituliskan pada simbol unsurnya, misalnya C14 adalah isotop karbon yang
memiliki berat atom 14.
Selain unsur makro di atas, didalam organisme terdapat unsur-unsur mikro. Unsur
mikro hanya terdapat dalam jumlah yang sangat sedikit atau hanya dimiliki oleh beberapa
organisme tertentu. Misalnya pada manusia, unsur iodin (I) merupakan bahan utama
penyusun hormon yang diproduksi kelenjar tiroid. Tetapi jumlah harian iodin sebanyak 0,15
miligram sudah cukup untuk kegiatan normal tiroid manusia. Tabel 2.1 memuat unsur yang
membentuk tubuh manusia dalam presentase. Pada saat ini diketahui ada 118 unsur yang
diakui keberadaannya.
9
Tabel 1. Unsur yang terdapat secara alami dalam tubuh manusia
Unsur
Lambang
Nomor atom
Oksigen
Karbon
Hidrogen
Nitrogen
Kalsium
Fosfat
Kalium
Sulfat
Natrium
Klorida
Magnesium
O
C
H
N
K
P
Ca
S
Na
Cl
Mg
8
6
1
7
20
15
19
16
11
17
Persentase dalam
tubuh manusia
65,0
18,5
9,5
3,3
1,5
1,0
0,4
0,3
0,2
0,2
0,1
2.3. Molekul
Molekul tersusun lebih dari satu atom yang membentuk ikatan kimia. Ada molekul
yang tersusun dari atom yang sama, misalnya molekul oksigen (O2) tersusun dari dua atom
oksigen. Ada pula molekul yang tersusun dari atom-atom yang jenisnya berbeda, misalnya
molekul air (H2O) tersusun dari dua molekul hydrogen (H) dan satu molekul oksigen (O)
Atom dalam molekul dapat terikat satu sama lain karena elektron dapat membagi
elektronnya, artinya elektron yang sama berfungsi sebagai “penyeimbang” proton dari dua
atom yang berikatan tersebut. Ikatan seperti disebut ikatan kovalent, contohnya pada molekul
air. Pada molekul air dua atom hidrogen masing-masing berbagi elektronnya dengan salah
satu dari dua elektron yang seharusnya ada pada atom oksigen (Gambar 2.2A). Walaupun
demikian elektron yang digunakan bersama tersebut tidak benar-benar terbagi secara sama.
Atom oksigen mendapat sedikit lebih dibandingkan atom hidrogen pasangannya, karena
elektron bermuatan negatif maka jadilah atom oksigennya juga bermuatan negatif dan
biasanya diberi lambang δ-. Kedua atom hidrogen dalam molekul air tersebut mendapat
bagian elektron lebih sedikit sehingga bermuatan positif dan biasanya diberi lambang δ+
(Gambar 2.2B). Distribusi muatan yang tidak sama ini (ada bagian posistif dan negatif)
menyebabkan molekul ini bersifat dipolar (bipolar). Ikatan antara atom oksigen bermuatan
negatif dan atom hidrogen bermuatan positif ini disebut ikatan hidrogen (2.2C, Ikatan
hidrogen lebih lemah daripada ikatan kovalen, namun ikatan hidrogen ini sangat penting
sebab karena sifat inilah menyebabkan air dapat berfungsi sebagai pelarut.
10
Gambar 2.2. Ikatan kovalen dan hidrogen dalam molekul air. A: ikatan
kovalent antara atom oksigen dan hydrogen. B: distribusi muatan yang tidak
sama antara molekul oksigen dan hidrogen menyebabkan air bersifat dipolar; C:
Antar molekul-molekul air juga dapat terjadi ikatan yaitu ikatan hidrogen.
Ikatan dipolar dapat ditemui pada berbagai macam molekul terutama bila terdapat
gugus –OH, -C=O atau =N-H (Gambar 2.3.). Ikatan hidrogen dapat terbentuk antar gugus
gugus ini karena terdapat muatan negatif dan posisitf. Ikatan-ikatan antar gugus ini
merupakan faktor yang sangat penting dalam menentukan struktur karbohidrat dan protein.
Molekul yang memiliki sifat dipole dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air maka
dikatakan molekul maka disebut bersifat hidrofilik (suka akan air). Molekul yang tidak
bersifat dipole diikat molekul nonpolar. Molekul non polar tidak dapat berikatan dengan
molekul air dan disebut hidrofobik (tidak suka akan air). Molekul ini yang membentuk
sebagian besar membran sel.
Gambar 2.3. Ikatan hidrogen antar gugus C=O dan H – N.
11
2.4. Molekul dalam Tubuh Organisme.
Di dalam tubuh organisme terdapat dua golongan bahan kimia yaitu bahan organik
dan senayawa anorganik. Bahan organik pada umumnya berbentuk molekul, dan yang
menjadi penyusun utama adalah dari golongan adalah karbohidrat, protein, lemak (lipid), dan
asam nukleat. Bahan anorganik selain dalam bentuk molekul juga berada dalam bentuk ion
tersusun. Molekul anorganik yang dalam bentuk molekul misalnya air dan hidroksi apatit.
Sedangkan yang berbentuk ion adalah golongan mineral seperti kapur (Ca), fosfat (P) dan
sebagainya. Pada bagian berikut akan dibahas tentang air, ion dan senyawa anorganik, serta
bahan organik.
3.
AIR
Air merupakan bahan kimia yang sangat penting bagi kehidupan, baik sebagai
penyusun tubuh organism maupun prannya dalam proses kehidupan. Ada dua hal yang
menyebabkan air sangat penting yaitu secara umum tubuh hewan mengandung air lebih dari
60%, bahkan kalau kita melihatnya di tingkat sel persentasenya menjadi 70% - 95%
bergantung jenis selnya. Hal kedua yang menyebabkan air penting adalah tiga perempat luas
permukaan Bumi berupa air dan air dengan demikian sangat berpengaruh pada lingkungan
hidup kita, bahkan pada organisme yang hidup di air maka keberadaan air menjadi mutlak.
Air merupakan molekul yang sederhana namun memiliki sifat yang sangat penting
dalam proses kehidupan. Sifat-sifat air yang penting bagi mahluk hidup adalah:
1) Merupakan pelarut
2) Sebagai medium transport
3) Sebagai pengatur suhu
4) Kemampuannya dalam berubah bentuk, cair, gas, dan padat atau beku.
Sebagian besar sifat air terutama disebabkan oleh adanya ikatan hidrogen pada air. Untuk
mengubah air dari bentuk cair ke bentuk gas (uap) diperlukan lebih banyak tenaga,
dibandingkan molekul sederhana lainnya seperti hydrogen sulfide (H2S) yang dalam suhu
udara biasa dapat segera berubah dari bentuk cair ke bentuk gas.
3.1. Air Sebagai pelarut
Air merupakan pelarut yang sempurna untuk berbagai macam ion dan molekul polar
(yaitu molekul yang distribusi muatannya tidak sama sehingga ada bagian positif dan
negatif). Misalnya molekul garam, memiliki muatan positif pada sisi Na dan negatif pada sisi
Cl. Bila garam dimasukkan ke dalam air maka muatan positif akan berhadapan dengan
permukaan oksigen (bermuatan negatif) dari molekul air, sedangkan permukaan Cl akan
berhadapan dengan permukaan hidrogen (yang bermuatan positif). Kondisi ini menyebabkan
ion Na+ dikelilingi air dengan permukaan oksigen menghadap ke ion Na+, dan ion Cldikelilingi molekul air dengan permukaan hidrogen menghadap ke ion Cl-. Hal ini
menyebabkan memisahkan ion Na+ dan ion Cl-. Dengan terpisahnya ion maka setiap ion
tersebut dapat bereaksi atau berikatan dengan molekul lainnya. Fenomena inilah yang terjadi
pada kebanyakan proses kimiawi dalam tubuh mahluk hidup (proses biokimiawi), yaitu
hampir semua proses biokimia ini berlangsung dalam suatu larutan.
12
Akan halnya dengan molekul nonpolar seperti lemak misalnya, bila dimasukkan
dalam air maka air akan menekan molekul nonpolar ini. Hal ini terjadi karena molekul air
saling tarik menarik. Hal ini sangat penting dalam hal mempertahankan struktur molekul
nonpolar tersebut. Fenomena seperti ini misalnya terjadi pada membran sel.
3.2. Air Sebagai Medium Transport
Karena sifatnya yang cair dan dapat melarutkan berbagai ion, maka air sangat penting
dalam sistem transportasi. Air banyak terkandung dalam cairan darah, cairan limfa, sistem
ekskretoria, sistem pembuluh pada tumbuhan. Karena itulah keberadaan air dalam tubuh
menjadi sangat penting.
3.3. Air Sebagai Pengatur Suhu
Ikatan hidrogen menyebabkan molekul air dalam bentuk cair tidak dapat bergerak
bebas. Untuk memutus ikatan hidrogen, maka suhu air harus dinaikkan. Semakin banyak
molekul air semakin banyak pula energi panas (kalor) yang diperlukan untuk memutus ikatan
tersebut. Fenomena ini menyebabkan badan air yang besar, seperti lautan, dapat menyerap
kalor dalam jumlah besar sehingga suhu lingkungan menjadi stabil. Akan halnya kondisi di
dalam tubuh organisme, proporsi air yang tinggi meminimalkan perubahan suhu tubuh
sehingga memudahkan tercapainya suhu tubuh yang stabil.
Sebagaimana telah disebutkan di atas, untuk memutus ikatan hidrogen diperlukan panas
yang banyak atau boleh dikatakan diperlukan suhu yang tinggi. Bila hal ini terpenuhi maka
ikatan hidrogen terputus dan molekul air dapat bergerak menjauh, sehingga terjadilah air
dalam bentuk uap. Proses ini pada makhluk dikenal dengan istilah evaporasi. Dalam
evaporasi terjadi transfer energi panas (kalor) yang ada di dalam tubuh ke pembentukan uap
air, akibatnya tubuh mengalami pendinginan. Proses ini terjadi ketika kita berkeringat dan
ekshalasi (mengeluarkan udara dari saluran sistem pertukaran gas).
Proses sebaliknya adalah pembekuan air, dari bentuk cair ke bentuk padat. Proses ini
mengeluarkan panas. Dengan adanya proses pembekuan maka makhluk yang berhabitat di air
dapat mengambil panas dari lingkungannya. Karena ketika air membeku, panas yang
terkandung di dalam molekul air akan dilepas ke lingkungan. Kondisi ini dimanfaatkan oleh
organisme disekitarnya. Bila suhu lingkungan menurun, maka molekul air semakin mendekat
dan tenaga dilepaskan untuk membentuk ikatan hidrogen.
3.4. Tegangan Permukaan
Air merupakan molekul polar, hal ini menyebabkan setiap molekul dapat saling
mendekat. Dampaknya, air menjadi suatu badan yang tidak terputus. Dalam saluran
transportasi dan sel menjadi sangat penting, karena dengan kondisi sebagai satu kesatuan,
maka transportasi bahan apapun menjadi lebih lancar, termasuk transportasi dalam
sitoplasma.
Kohesi (tarik menarik) antar molekul air, menyebabkan terjadinya tegangan permukaan.
Adanya tegangan permukaan air ini memungkinkan organisme berukuran kecil, misalnya
anggang-anggang (sejenis serangga air) dapat menggunakan permukaan air sebagai mikrohabitatnya.
13
4.
ION DAN SENYAWA ANORGANIK
Bahan anorganik di dalam tubuh organisme ada yang berada dalam bentuk ion ada pula
yang dalam bentuk senyawa yang lebih stabil dalam arti tidak mudah bereaksi dengan
senyawa atau ion lain. Di bagian ini akan bahas keduanya.
4.1. Ion Anorganik
Ion terbentuk karena suatu atom baik dalam keadaan berdiri sendiri ataupun telah
bergabung dengan atom lain mendapat kelebihan atau kekurangan elektron sehingga atom
tersebut menjadi bemuatan negatif (bila kelebihan elektron) atau bermuatan positif (bila
kekurangan elektron). Berikut ini adalah beberapa ion yang sering ada dalam tubuh makhluk
hidup.
1) Ca2+ (ion Kalsium)
Ion kalsium merupakan komponen yang penting dalam transmisi impuls elektrik
menyeberangi sinapsis, selain itu juga berperan penting dalam kontraksi otot. Ion
kalsium biasanya bila dengan fosfat (P) akan membentuk senyawa kalsium fosfat yang
merupakan komponen struktural dari tulang dan gigi.
2) Na+ (ion Natrium atau Sodium)
Ion natrium terlibat dalam berbagai jenis transport ion lainnya dan juga transmisi impuls
syaraf sepanjang neuron. Ion ini juga berperan besar dalam sistem osmoregulasi,
memiliki konsentrasi yang tinggi di bagian medulla dari ginjal (loop of Henle) sehingga
dapat terbentuk air seni (urin) dengan konsentrasi tinggi dampaknya adalah air dapat
dipertahankan dalam tubuh.
3) K+ (ion Kalium atau potassium)
Bersama dengan ion natrium, ion kalium ion kalsium terlibat dalam transmisi impuls
syaraf sepanjang neuron. Pada tumbuhan, ion kalium berperan dalam mengontrol
turgiditas sel pendamping yang artinya juga berperan dalam membuka dan menutupnya
stoma. Ion ini juga berperan dalam sistem pompa ion dari suatu sel sehingga sistem ini
disebut pompa Na+K+ - ATPase
4) Mg3+ (ion Magnesium)
Ion magnesium merupakan bagian aktif dari enzim katalase ATPase yang berfungsi
memecah ATP. Selain itu dalam molekul klorofil juga banyak dijumpai ion magnesium.
5) Cl- (ion Klorida)
Bersama dengan Na+ ion klorida berperan dalam membentuk cairan dengan konsentrrasi
urin tinggi di loop of Henle. Ion klorida juga membantu mengimbangi muatan positif
yang disebabkan oleh keberadaan Na+ dan K+ di dalam dan di sekitar sel.
14
6) I- (ion Iodin atau Yodium)
Ion iodin (I) merupakan bahan utama penyusun hormon yang diproduksi kelenjar tiroid.
Tetapi jumlah harian iodin sebanyak 0,15 miligram sudah cukup untuk kegiatan normal
tiroid manusia (Gambar 2. X).
7) NO3- (ion Nitrat)
Nitrogen (N) dari nitrat digunakan oleh organisme untuk membentuk asam amino dan
nukleotida. Pada tumbuhan, kekurangan nitrogen menyebabkannya menjadi kerdil
(Gambar 2.X).
8) PO43- (ion Fosfat)
Ion fosfat digunakan untuk membentuk nukleotida, termasuk ATP. Bersama dengan Ca2+
ion fosfat dalam struktur yang tepat memberi kekuatan pada tulang.
9) Fe2+ (ion Besi)
Ion ini merupakan komponen utama dalam transport oksigen. Fe3+ banyak terdapat dalam
darah terikat dalam hemoglobin.
Gambar 2.3. Efek kekurangan unsur esensial. (a) defisiensi nitrogen
pada jagung menyebabkan tanaman pendek. (b) pembesaran kelenjar
tiroid (gondok) karena defisiensi unsur yodium.
Mineral
Mineral merupakan komponen yang diperlukan dalam jumlah kecil tetapi penting
peranannya dalam metabolisme tubuh. Mineral merupakan salah satu zat yang diekskresikan
berupa keringat melalui pori-pori tubuh. Garam yang terlarut dalam air digunakan sebagai
elektrolit dalam tubuh.
Asam Klorida
Asam klorida (HCl) merupakan unsur utama dalam asam lambung. Asam klorida
berguna untuk mengasamkan kandungan dalam lambung. Ion H+ dan ion Cl- disekresikan
secara terpisah dalam perut. Asam klorida berfungsi untuk membantu pencernaan makanan
dan mencegah mikroorganisme lain masuk lebih jauh ke dalam usus.
15
Selain zat-zat di atas masih banyak lagi zat anorganik yang terdapat di dalam
organisme, seperti karbon dioksida, amonia dan lain lain.
5.
SENYAWA ORGANIK
Senyawa atau zat organik adalah zat yang pada umumnya merupakan bagian utama
dari binatang atau tumbuhan, dengan komponen utamanya adalah karbon (C) yang
merupakan tulang punggung kehidupan, hidrogen (H)dan oksigen (O). Zat organik meliputi
protein, karbohidrat, asam nukleat, lemak, dan zat organik lainnya. Protein merupakan suatu
polimer dengan satuan monomernya adalah asam amino. Karbohidrat ada yang berbentuk
polimer ada pula yang tidak, satuan monomernya adalah monosakarida. Monosakarida dari
jenis gula pentamer dengan basa organik membentuk nukleotida yang apabila membentuk
ikatan berantai menjadi polinukleotida. Lipid atau lemak tersusun dari asam lemak dan
gliserol asam. Pada Gambar 2.4 dapat dilihat hubungan monomer dan polimer penyusun
utama tubuh organisme.
Zat organik ini mudah rusak baik karena faktor fisik seperti suhu dan tekanan maupun
karena terlibat dalam proses kehidupan organisme termasuk proses pembusukan. Bahan
organik ini pada umumnya berbentuk polimer. Berikut ini akan dibahas pengertian polimer,
karbohidrat, protein, lemak (lipid) dan asam nukleat.
Gambar. 2.4. Monomer dan polimer organik pembentuk tubuh organisme.
5.1. Polimer
Polimer adalah suatu molekul yang tersusun dari rangkaian unit atau molekul yang
lebih kecil. Unit-unit penyusun polimer disebut monomer. Bila rangkaiannya tidak terlalu
panjang biasanya disebut oligomer. Protein pada umumnya merupakan polimer, monomer
16
penyusun protein adalah monomer penyusun polimer protein. Asam amino pembentuk
polimer protein dirangkai oleh ikatan peptida, oleh karena itu, polimer ini juga sering disebut
polipeptida. Asam deoksi ribonukleat juga merupakan suatu polimer yang tersusun dari asam
nukleat.
5.2. Karbohidrat
Karbohidrat mengandung atom karbon, hidrogen dan oksigen. Perbandingan atom H
dan O dalam senyawa karbohidrat adalah 2 : 1 seperti perbandingannya dalam molekul air
(hidrat berarti air). Formula umum karbohidrat adalah: Cx(H2O)y
Karbohidrat secara umum dapat dibagi menjadi tiga golongan yaitu monosakarida,
disakarida, dan polisakarida. Kita akan membahasnya satu demi satu.
5.2.1. Monosakarida
Salah satu jenis monosakarida adalah gula. Monosakarida memiliki arti sakarida
tunggal (mono = satu). Formula umum dari monosakarida adalah (CH2O)n. Monosakaridsa
diklasifikasikan berdasarkan banyaknya atom karbon dalam formula tersebut yaitu:
1) triosa (C3), contohnya
: gliserosa, gliseraldehid, dihidroksi aseton
2) tetrosa (C4), contohnya : threosa, Eritrosa, xylulosa
3) pentosa (C5), contohnya : lyxosa, xilosa, arabinosa, ribosa, ribulosa
4) heksosa (C6), contohnya : galaktosa, glukosa, mannosa, fruktosa
5) heptosa (C7), contohnya : sedoheptulosa
Nama-nama gula diakhiri dengan –osa (Inggris: -ose). Glukosa adalah monosakarida yang
paling umum dan memiliki peran penting yang utama dalam kimia kehidupan. Kita akan
menggunakannya sebagai model dalam membahas struktur monosakarida.
Gambar 2.4. Struktur linear glukosa.
Glukosa adalah gula dengan 6 atom karbon jadi termasuk golongan heksosa, formula
kimianya adalah C6H12O6 atau (CH2O)6. Susunan atom dalam molekul glukosa menyebabkan
17
ada dua macam struktur yaitu struktur linear (Gambarf 2.4) dan struktur cincin (Gambar 2.5
tengah dan kanan). Struktur cincin lebih umum dijumpai sebab lebih stabil. Ada dua jenis
struktur cincin glukosa yaitu α- glukosa bila gugus hidroksil (-OH) pada atom C1 terletak di
bawah, dan β- glukosa bila gugus hidroksil tersebut terletak di atas (Gambar 2.5)
Gambar 2.5. Struktur linear (kiri) dan cincin (kanan) dari glukosa, atas: α-glukosa,
bawah: β- glukosa.
Monosakarida memiliki dua fungsi utama di dalam tubuh organisme. Pertama
digunakan sebagai sumber tanaga dalam proses respirasi, kedua digunakan untuk membentuk
molekul yang lebih besar. Monosakarida memiliki banyak ikatan hidro-karbon yang apabila
diputus akan melepaskan tenaga, tenaga ini kemudian digunakan untuk membentuk ATP dari
ADP. Glukosa adalah monosakarida yang penting dalam metabolisme energi. Glukosa juga
digunakan sebagai molekul dasar untuk membentuk molekul yang lebih besar, baik sebagai
simpanan tenaga maupun sebagai molekul struktural. Misalnya glukosa, digunakan untuk
membentuk pati (polisakarida), glikogen, dan selulosa. Adapan ribosa (pentosa) digunakan
untuk membentuk RNA (bahan genetik) dan ATP.
5.2.2. Disakarida
Disakarida tersusun dari dua monosakarida yang digabungkan dengan ikatan
glikosidik dan mengalami kondensasi (menghasilkan air). Reaksi kondensasi antara dua
molekul monosakarida sehingga menjadi disakarida tersebut menghasilkan air, sedangkan
untuk memutus ikatan glikosidik diperlukan air.Gambar 2.6 menyajikan reaksi terbentuknya
disakarida α-maltosa dari dua molekul α-glukosa.
Pada struktur monosakarida terdapat banyak gugus OH dan secara teoritis bila dua
gugus –OH berdekatan akan terjadi kondensasi yaitu dua atom H dan satu atom oksigen akan
berikatan kemudian terbentuklah jembatan oksigen membentuk ikatan glikosidik. Secara
teoritis bila ada dua monosakarida banyak kemungkinan struktur disakarida yang dapat
18
terjadi, namun dalam kenyataannya hanya ada beberapa yang banyak terdapat di alam. Baik
disakarida maupun monosakarida masih tergolong jenis gula. Untuk memecah disakarida
menjadi monosakarida diperlukan air, reaksinya disebut hirolisis. Baik reaksi kondensasi
maupun hidrolisis memerlukan enzim.
Gambar 2.6. Dua molekul monosakarida α-glukosa (atas) dihubungkan oleh
ikatan glikosidik mengalami kondensasi sehingga menjadi disakarida α-maltosa
(bawah).
5.2.3. Polisakarida.
Polisakarida adalah suatu polimer yang tersusun dari subunit monosakarida, terbentuk
melaui proses kondensasi. Polisakarida dapat tersusun dari 1000 monosakarida atau lebih.
Walaupun tesusun dari gula namun polisakarida bukan gula. Polisakarida yang
memegang peran penting dalam struktur dan fungsi tubuh organisme antara lain adalah pati,
glikogen, dan selulosa. Ketiga polimer tersebut tersusun dari gula namun sudah bukan
merupakan gula lagi. Polisakarida di alam banyak jenisnya antara lain: selulosa, kitin,
dekstrosa, alginat.
19
Polisakarida merupakan molekul yang digunakan untuk menyimpan tenaga.
Polisakarida tersusun dari glukosa dan merupakan sumber tenaga yang utama dari organisme.
Namun glukosa merupakan molekul yang mudah larut dalam air, sehingga bila tenaga
organisme disimpan dalam bentuk glukosa maka tekanan osmosis larutan sel dan cairan
tubuh akan naik karena mengandung larutan glukosa yang tinggi. Kondisi ini akan
mengganggu proses fisik dan kimia dalam tubuh organisme. Polisakarida merupakan molekul
yang tidak larut dalam air, padat dan stabil sehingga penyimpanan tenaga dalam bentuk
polisakarida tidak menganggu fisiologi tubuh. Pada tumbuhan polisakaridanya yang
digunakan untuk menyimpan tenaga adalah pati sedangkan pada hewan glikogen. Selain itu
ada banyak polisakarida lainnya dengan fungsi yang berbeda seperti antara lain selulosa,
pektin, kitin. Bagian berikut ini akan membahas secara ringkas jenis-jenis molekul tersebut.
1) Pati dan glikogen
Pati merupakan bahan campuran antara amilosa dan amilopektin. Amilosa tersusun
dari rantai molekul α-glukosa dengan ikatan glikosidik antara atom C1 dengan C4 molekul
berikutnya (lihat Gambar 2.5 dan 2.6), rantainya panjang dan melengkung dan pada akhirnya
membentuk struktur seperti pir (pegas). Struktur yang seperti pir ini membuat amilosa
merupakan material yang kompak (padat namun berongga dibagian tengahnya. Rongga di
bagian tengah ini memiliki ukuran yang persis sama dengan ukuran molekul iodin (yodium
IKI). Bila molekul iodium ini masuk ke dalam rongga amilosa maka segera tampak warna
biru atau biru tua (biru hitam), bila tidak di dalam rongga amilosa, maka warnanya coklat
atau coklat kekuningan.
Gambar 2.6. Rumus bangun polipeptida amilopektin membentuk
rantai cabang dengan ikatan pada posisi atom C 1 dan 6. Perhatikan
bahwa atom yang membentuk ikatan glikosidik untuk membentuk
polimer adalah atom C 1, 4, dan 6.
Amilopektin memiliki struktur dasar yang sangat mirip amilosa dalam arti tersusun
dari α-glukosa dengan ikatan 1-4 juga, namun rantainya lebih pendek dan memiliki ikatan
cabang pada posisi 1 dan 6 (Gambar 2.7), jenis ikatannya juga ikatan glikosidik. Atom C
nomor 6 dari suatu glukosa berada di luar cincin terikat pada atom C nomor 5 (Gambar 2.6).
20
Gambar 2.7. Model polisakarida bercabang (1,6) dari amilopektin
2) Selulosa
Selulosa juga suatu polisakarida, namun berbeda dengan pati dan glikogen yang
tersusun dari α-glukosa, selulosa tersusun dari β-glukosa. Di atas telah dijelaskan bahwa
pada β-glukosa gugus OH pada atom C nomor 1 mengarah ke atas, sedangkan pada C4
mengarah ke bawah. Agar berdekatan maka molekul glukosa berikutnya harus berputar
membalik 180o, keadaan ini menyebabkan terbentuknya mikrofibril yang linear (Gambar
2.8). Walaupun ikatan –OH pada oksigen tidak terlalu kuat namun kumpulan 60 – 70 molekul
selulosa dapat membentuk satu bundel yang disebut mikrofibril. Kumpulan mikrofibril terikat
bersama oleh ikatan hidrogen membentuk fibril.
Selulosa merupakan molekul organik yang secara kuantitatif terdapat paling banyak di
alam, hal ini karena dinding sel tumbuhan tersusun dari selulosa dan tidak mudah terurai.
Fungsi utama selulosa dalam sistem tubuh organisme memang sebagai molekul struktural.
Sebagai penyusun dinding sel, selulosa tersusun dengan arah yang berbeda-beda membentuk
struktur seperti jaringan. Persentase dalam dinding sel hanya sekitar 20-40%, molekul lainnya
adalah molekul yang berfungsi untuk mengikat serat (fiber) selulosa satu dengan lainnya, dan
juga sebagai matrik yang mengelilingi serat selulosa. Serat selulosa memilik tensil (kekuatan
menahan tarikan) yang tinggi, hampir sama dengan baja.
21
Gambar 2.8. Terbentuknya ikatan glikosidik pada β-glukosa gugus.
3) Kitin
Kitin juga merupakan polisakarida yang melimpah di alam. Secara struktural kitin dan
selulosa sangat mirip karena keduanya tersusun dari heksosa (Gambar 2.9). Perbedaan
terlatak pada atom C nomor 2, gugus –OH pada selulosa diganti dengan gugus asetat (NHCOCH3). Kitin memiliki α – β (1-4), nama formulanya adalah 2-acetamido-2-deoxy-β-αglukosa. Kebanyakan polisakarida di alam bersifat netral atau asam, namun kitin bersifat
basa. Kitin bersifat hidrofobik sehingga tidak larut dalam air, namun dapat larut dalam
pelarut tertentu. Kitin dapat berubah menjadi kitosan dengan hilangnya gugus asetil sehingga
pada aton C2 tinggal –NH2 (Gambar 2.9C). Kitosan dapat larut dalam pelarut organik seperti
asam asetat dan asam format. Kitosan dapat digunakan untuk berbagai macam bahan bagi
kepentingan manusia (Irawan, 2013)
Kitin merupakan polisakarida struktural pada beberapa filum hewan seperti
Arthropoda, Annelida, dan dinding sel Fungi.
5.3. Protein
Protein adalah makro molekul yang polimer (dibangun oleh asam amino sebagai
monomernya) dan tidak bercabang. Tersusun dari unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H)
oksigen (O) dan nitrogen (N), dan kadang-kadang disertai unsur sulfur (S). Kira-kira 50%
22
dari berat kering organisme hidup adalah protein. Protein dalam organisme hidup ini ada
yang berperan sebagai enzim, sebagai sumber energi misalnya untuk pergerakan otot, ada
yang bertanggungjawab atas pengangkutan materi melalui peredaran darah misalnya
hemoglobin dan anti bodi, ada pula yang berperan sebagai persediaan makanan misalnya
albumin pada putih telur dan kasein pada susu. Protein juga merupakan bahan untuk
perbaikan, pertumbuhan dan pemeliharaan struktur sel dari organ tubuh. Terdapat 20 macam
asam amino yang membentuk berbagai macam protein dalam tubuh organisme hidup. Berikut
akan dibahas strtuktur dan fungsi protein, kita mulai dari asam amino sebagai unit dasar dari
protein.
Protein merupakan molekul yang dikenal mempunyai struktur paling rumit. Molekul
ini sangat berguna sebagai alat bantu dalam hampir setiap hal yang dilakukan organisme.
Sesuai dengan fungsinya yang beragam, molekul protein juga sangat beragam strukturnya,
setiap jenis protein memiliki bentuk tiga dimensi atau konformasi yang unik. Meskipun
protein beragam, semua molekul protein merupakan polimer yang dibangun dari kumpulan
kombinasi 20 macam asam amino. Asam amino adalah molekul organik yang memiliki
gugus karboksil dan gugus amino. Polimer asam amino disebut polipeptida. Suatu protein
terdiri atas satu atau lebih polipeptida yang terlipat dan terbelit membentuk kesesuaian yang
spesifik. Suatu protein fungsional bukanlah sekedar rantai popipeptida, akan tetapi satu atau
lebih polipeptida yang terpilin, dilipat dan dililit secara tepat menjadi suatu molekul dengan
bentuk yang unik. Banyak protein berbentuk globuler, sementara yang lain bentuknya seperti
serat. Fungsi suatu protein bergantung pada kemampuannya mengenali dan berikatan dengan
beberapa molekul lain.
5.3.1. Asam Amino
Struktur umum asam amino tersusun dari atom C di pusat struktur, memiliki ikatan
dengan gugus amino (-NH2), gugus asam karboksil (-COOH), atom hidrogen (-H), dan –R.
Gugus grup R merupakan gugus yang membedakan antara asam amino satu dengan lainnya
(Gambar 2.9).
Gambar 2.9. Model struktur molekul asam amino secara umum (A) dan asam
amino glisin (B) yang juga merupakan protein paling sederhana.
Bila dua asam amino berdekatan dan kondisinya memungkinkan maka kedua asam
amino tersebut dapat membentuk ikatan yaitu antara gugus karboksil asam amino pertama
dan gugus amino asam amino ke dua (Gambar 2.10), ikatan yang terbentuk dinamakan ikatan
peptida. Terbentuknya ikatan peptida menghasilkan satu molekul air yang bebas. Sebaliknya
23
bila akan memecah ikatan peptida diuperlukan air. Air yang terbentuk karena reaksi
metabolik ini disebut air metabolik.
Gambar 10. Terbentuknya ikatan peptida antar dua molekul asam
amino menghasilkan air. Sebaliknya terurainya ikatan antar dua
asam amino memerlukan air.
Rantai asam amino dapat menjadi sangat panjang. Karena panjangnya maka rantai
poolipeptida ini dapat berkelok-kelok. Suatu protein juga dapat membentuk ikatan lain atau
mengikat molekul lain membentuk struktur baru. Berikut akan kita bahas mengenai struktur
protein.
5.3.2. Struktur Protein
Ada empat jenis struktur yang terdapat pada polipeptida yaitu struktur primer, sekunder,
tersier, dan kuarter. Kita akan mebahasnya satu persatu.
1) Struktur primer
Struktur primer adalah struktur rantai yang dibentuk oleh asam amino-asam amino.
Struktur ini adalah struktur yang pertama terbentuk ketika proses sintesis asam amino di
dalam ribosom. Kombinasi asam amino dalam struktur primer menentukan jenis proteinnya,
demikian juga jumlah asam amino pembentuknya.
24
2) Struktur sekunder
Rantai polipeptida biasanya membentuk suatu gulungan karena adanya tarik menarik
antara gugus -CO pada salah satu asam amino penyusun rantai polipeptida dan hidrogen pada
gugus –NH pada asam amino lainnya dalam satu rantai yang sama (gambar 11). Struktur
pilinan popipeptida ini disebut struktur sekunder atau α helix. Walaupun ikatan hidrogen
pada alfa helix ini, namun mudah diputus dengan suhu dan perubahan pH. Bila struktur
sekunder telah hancur maka fungsi protein juga proses kehidupan juga terhambat. Walaupun
cukup kuat ikatan ini mudah putus oleh temperatur yang tinggi ataupun perubahan pH.
Gambar 2.11. Contoh interaksi antar asam amino dalam satu rantai
polipeptida: ikatan hidrogen (NH – OC), ikatan disulfit (sistein – sistein),
ikatan ionik (asparagin – asam glutamat), interaksi hidrofobik (tirosin – valin).
Selain alfa heliks, kadang-kadang juga terbentuk struktur lain yang berupa lembaran
dan disebut β-pleated sheet. Ada juga protein yang struktur sekundernya tidak teratur.
Bentuk struktur sekunder ini bergantung pada posisi gugus R, dan tipe ikatan antar asam
amino dalam satu rantai. Ada empat jenis interaksi antar asam amino dalam satu rantai yaitu
ikatan hidrogen, ikatan disulfida, ikatan ion, dan interaksi hidrofobik antar sisi nonpolar
(Gambar 2.11).
3) Struktur tersier
Pada beberapa jenis protein dengan struktur sekunder mengalami pelipatan atau
tergulung sebagaimana pada protein mioglobin. Sekilas mioglobin tampak memiliki struktur
25
yang tidak teratur, tetapi sesungguhnya memiliki bentuk yang sangat pasti oleh adanya ikatan
antar asam amino di lokasi tertentu dalam rantai polipeptidanya. Struktur pelipatan atau
penggulungan yang kedua ini disebut struktur tersier.
Struktur tersier ini disebabkan oleh adanya ikatan hidrogen yang dapat terbentuk antar
berbagai macam gugus R, ikatan disulfida antar dua sistein, ikatan ionik antar gugus R yang
memiliki gugus amino dan karboksil, dan interaksi antara gugus R hidrofobik atau nonpolar
(Gambar 2.11).
4) Struktur kuarter
Beberapa jenis protein terusun dari dua jenis atau lebih rantai polipeptida, membentuk
struktur baru yang disebut struktur kuarter. Misalnya hemoglobin, molekul ini tersusun dari
empat polipeptida.
5.3.3. Bentuk Protein
Secara garis besarnya protein memiliki dua bentuk yaitu globular dan fibrous (serabut).
Suatu molekul protein yang menggulung sehingga berbentuk seperti bola dinamakan protein
globuler (Gambar 2.12), sedangkan bila tidak menggulung disebut protein fibrosa. Contoh
protein globuler adalah mioglobin dan hemoglobin, sedangkan contoh protein fibrosa adalah
keratin dan kolagen.
Gambar 2.12. Model skematik segmen protein globuler.
Bagian hitam asam amino yang memiliki gugus R
bersifat hidrofilik; bagian putih memiliki gugus R
hidrofobik. Perhatikan bahwa bagian hidrofobik ada di
bagian dalam sehingga protein dapat larut dalam air.
Pada organisme protein ditemukan di berbagai jaringan dan sistem organ termasuk di
pembuluh darah (pada hewan yang sistem peredaran darah) maupun di floem (pada golongan
tumbuhan berpembuluh atau trakheofita). Lingkungan tempat keberadaan protein tersebut
mengandung air. Protein globuler menempatkan gugus R yang bersifat nonpolar dan
hidrofobik ada di bagian dalam, sedangkan gugus R yang bersifat hidrofilik atau polar di
bagian luar atau permukaan sehingga bagian dalam bebas air (Gambar 2.12). Dengan struktur
seperti ini maka protein globuler biasanya larut dalam air. Kebanyakan protein globuler
memiliki fungsi dalam metabolisme sebagai enzim.
Protein fibrosa biasanya tidak larut dalam air dan berfungsi sebagai protein struktural.
Salah satru protein struktural adalah kolagen. Kolagen tersusun dari tiga rantai polipeptida
yang saling memilin. Hampir selalu setiap tiga asam amino salah satunya adalah glisin.
Karena glisin berukuran kecil maka ketiga polipeptida dapat saling terikat erat dibagian yang
26
lebih kecil ini. Ketiga polipeptida tersebut dibentuk dengan ikatan hidrogen. Dengan struktur
yang demikian nini, maka kolagen dapat memanjang dan memendek.
5.3.4. Fungsi Protein
Fungsi protein npada dasarnya ada dua yaitu sebagai penyelenggara proses kehidupan
atau protein fungsional, dan sebagai penyusun tubuh atau protein struktural. Salah satu
contoh protein fungsional adalah Enzim. Enzim merupakan senyawa organik berupa protein
fungsional yang sangat berperan dalam metabolisme. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja
enzim adalah sebagai berikut(Gambar 2.13) :
1) Enzim bekerja pada substrat yang spesifik
2) Enzim bekerja dengan konsentrasi tertentu
3) Enzim bekerja dengan suhu yang spesifik
4) Enzim bekerja pada tingkat keasaman (pH) tertentu
Gambar 2.13. Model mekanisme kerja enzim.
5.4. Lemak atau Lipid
Lipid merupakan suatu senyawa yang sangat beraneka ragam, dan yang paling umum
ada pada mahluk hidup adalah trigliserida yang secara umum dikenal sebagai lemak dan
minyak. Perbedaan antara lemat (fat) dan minyak (oil) adalah keadaan pada suhu ruang,
lemak membeku pada suhu ruang sedangkan minyak mencair.
Lemak mengandung sejumlah besar atom karbon, hidrogen, serta oksigen, dan kadang
kala ditambah Nitrogen dan Posfor. Di dalam sel terdapat bermacam jenis lipid, di antaranya
adalah lemak, fosfolipid dan steroid. Lemak, baik lemak jenuh (yang berasal dari hewan)
maupun lemak tak jenuh (yang berasal dari minyak tumbuhan) merupakan sumber cadangan
energi bagi organisme hidup. Satu gram cadangan lemak memiliki kandungan energi dua kali
lipat dibanding dengan satu gram polisakarida, seperti pati. Manusia dan mamalia lain
menumpuk cadangan makanan jangka panjangnya dalam sel-sel lemak atau adiposa, yang
membengkak dan mengkerut ketika lemak disimpan atau dibebaskan dari cadangan
penyimpanan. Selain tempat penyimpanan energi, jaringan adiosa juga berfungsi sebagai
bantalan bagi organ vital seperti ginjal dan lapisan lemak dibawah kulit akan berfungsi
sebagai insulator tubuh.
27
Lemak atau lipid adalah salah satu kategori molekul biologi yang besar yang tidak
mencakup polimer. Senyawa yang disebut lipid dikelompokan bersama karena memiliki satu
ciri penting yaitu lipid, tidak memiliki atau sedikit sekali afinitasnya terhadap air. Perilaku
hidrofobik lipid didasarkan pada struktur molekulnya. Meskipun lipid bisa memiliki beberapa
ikatan polar yang berikatan dengan oksigen, lipid sebagian besar terdiri atas hidrokarbon.
Lipid lebih kecil bila dibandingkan dengan makromolekul (polimerik) sesungguhnya, dan
merupakan gugus yang sangat beragam bentuk maupun fungsinya. Lipid meliputi waks (lilin)
dan pigmen-pigmen tertentu, akan tetapi kita akan memfokuskan perhatian pada golongan
lipid yang paling penting yaitu lemak.
5.4.1. Asam lemak
Asam lemak adalah molekul organik yang memiliki gugus –COOH yang melekat pada
rantai hidrokarbon. Rantai hidrokarbon yang biasanya berjumlah 15 atau 17. Rantai karbon
asam lemak bersifat polar sehingga asam lemak tidak dapat larut dalam air. Beberapa asam
lemak memiliki ikatan rangkap antar dua atom karbon seperti: – C – C = C – C – . Asam
lemak yang masih memiliki ikatan rangkap ikatan asam lemak tidak jenuh dan akan
membentuk lemak tidak jenuh (Gambar 2.14). Ikatan rangkap menyebabkan lemak mudah
mencair/meleleh.
A
Gambar 2.14. Formula lemak jenuh (A) dan tidak jenuh (B).
5.4.2. Trigliserida
Trigliserida tersusun dari tiga molekul asam lemak dan satu molekul gliserol, yaitu
senyawa golongan alkohol.
5.4.3. Trigliserida
Trigliserida tersusun dari kombinasi tiga molekul asam lemak dan satu molekul gliserol.
Karena trigliserida tersusun dari asam lemak dan asam lemak tidak larut dalam air, maka
trigliserida juga tidak latut dalam air, namun larut dalam pelarut organik tertentu seperti
ether, kloroform dan, etanol.
28
5.4.4. Fosfolipid
Fosfolipid merupakan salah satu bentuk senyawa lipid, tersusun dari dua asam lemak
dan satu gugus fosfat. Gusgus fosfat bersifat pola sehingga dapat larut dalam air. Dengan
komposisi yang seperti ini maka fosfolipid memiliki bagian kepala yang berupa gugus fosfat
dan bersifat hidrofilik (dapat larut dalam air), dan bagian ekor yang tersusun dari dua asam
lemak dan bersifat hidrofobik (tidak dapat larut dalam air). Fosfolipid merupakan bagian dari
membran sel.
5.4.5. Peran Lemak
Lemak disimpan di dalam tubuh di berbagai tempat seperti di bawah kulit, di sekitar
ginjal. Di bawah kulit, lemak juga berfungsi sebagai insolator untuk mencegah panas tubuh
hilang ke lingkungan. Oleh karena itulah hewan-hewan di daerah dingin pada umumnya
mengandung banyak lemak di bandingkan dengan hewa yang hidup di daerah tropik.
Trigliserida memiliki peran penting dalam penyimpanan energi sebab memiliki banyak
ikatan hidrokarbon. Semakin banyak suatu molekul ikatan hidrokarbon, semakin banyak
kandungan tenaga yang tersimpan padanya. Dengan demikian trigliserida berperan dalam
penyimpanan tenaga. Karena pemecahan hidrokarbon juga menghasilkan air, maka lemak
juga merupakan sumber air metabolik yang sangat penting terutama bagi hewan-hewan yang
hidup di daerah kering atau padang pasir.
5.5. Asam Deoksiribo Nukleat (ADN)
ADN (asam deoksiribo Nukleat atau DNA: deoxyribonucleic acid) merupakan bahan
genetik. ADN merupakan polimer yang terusun dari banyak nukleotida, oleh karena itu ADN
juga disebut polinukleotida. Di dalam tubuh organisme molekul yang mirip dengan ADN
adalah ARN (asam ribo nukleat atau RNA: ribonukleic acid). Perbedaan ADN dan ARN dari
segi struktur molekulnya adalah hilangnya oksigen pada salah satu karbon penyusunnya.
5.5.1. Nukleotida
Nukleotida tersusun ndari tiga komponen yang lebih kecil yaitu basa, nitrogen, gula
ribosa yang tersusun dari lima atom C (pentosa), dan gugus fosfat. Basa nitrogen yang
menyusun asam nukleat ada empat macam dari dua golongan yaitu, adenin dan guanin
(golongan purin), serta sitosi dan timin (golongan pirimidin). Basa N melekat (berikatan)
dengan atom C ke satu (C1) dari gula, sedangkan gugus fosfat melekat pada C5 dari gula.
Struktur nukleotida dapat dilihat pada Gambar 2.13. Bila gugus gula hanya berikatan dengan
basa N maka namanya nukleosida.
5.5.2. Perbedaan ADN dan ARN
ADN dan ARN berbeda dalam struktur dan fungsi. Dalam hal Struktur ada dua
perbedaan yaitu:
1) Pada ARN C2 gulanya terdapat gugus –OH sedangkan pada ADN hanya –H
2) ARN tidak mengandung basa N timin sebagaimana ADN, sebagai gantinya
memiliki uridin.
29
Perbedaan struktur ADN dan ARN dapat dilihat di Gambar 2.15 dan Tabel 2.1.
Dalam hal fungsi, pada sebagian besar mahluk hidup ADN berfungsi untuk
menyimpan informasi jenis-jenis protein yang diperlukan oleh tubuh dalam bentuk kode
genetik. Bagian atau segmen polinukleotida yang mengandung informasi ngenetik disebut
gen. ARN pada umumnya berfungsi untuk memindahkan informasi genetik dari ADN ke
ribosom, yaitu bagian sel yang berfungsi untuk mensistesis protein.
Gambar 2.15. Gula ribosa dan deaksiribosa. Perhatikan kondisi atom
C5 pada kedua jenis gula di atas dan nyatakan apa bedanya.
Tabel 2.1. Perbedaan molekul DNA dan RNA
No Perbedaan
DNA
RNA
1. Letak
Di dalam inti sel, mitokondria
Di dalam sitoplasma (dalam
ribosom) dan dalam inti sel
2. Komponen
Gula: deoksiribosa
Gula: ribose
Basa N: timin, adenin, guanine, Basa N: urasil, adenine,
dan sitosin
guanine, dan sitosin
3. Bentuk
Pilinan ganda (double helix)
Sepasang pita dan pendek
dan panjang
4. Fungsi
Mengendalikan aktivitas
Membantu ADN dalam
metabolisme makhluk hidup
sintesis protein
Arsitek sintesis protein
5. Kadar
Tetap
Berubah menurut kecepatan
sintesis protein
30
5.5.3. Polinukleotida
Polinukleotida tersusun dari banyak nukleotida yang membentuk rantai karena adanya
ikatran fosfodiester (Gambar 2.16). Ikatan fosfodiester terjadi antara atom C3 suatu
nukleotida dengan gugus fosfat nukleotids lainnya.
Gambar 2.16. Struktur polinukleotida dan komponen-komponennya.
5.5.4. Asam nukleat
Asam nukleat (nucleic acid)merupakan makromolekul biokimia yang kompleks,
berbobot molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi
genetic Asam nukleat yang paling umum adalah deoxyribonucleic acid (DNA) dan
ribonucleic acid (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus.
DNA adalah materi genetik yang diwarisi organisme dari orang tuanya. Suatu molekul DNA
sangat panjang dan umumnya terdiri atas ratusan atau bahkan ribuan gen. Ketika suatu sel
bereproduksi sendiri dengan cara membelah, DNA-nya akan disalin dan diteruskan dari satu
generasi sel ke generasi sel berikutnya. Informasi yang terkode dalam struktur DNA
memprogram semua aktivitas sel tersebut. Namun demikian, DNA tidak secara langsung
terlibat dalam pelaksanaan operasi sel. Setiap gen disepanjang rentang molekul DNA
mengarahkan sintesis suatu jenis RNA yang disebut RNA mesenger atau m-RNA. Molekul
m-RNA ini kemudian berinteraksi dengan peralatan pensintesis protein dalam sel untuk
mengarahkan produksi polipeptida. Tempat sesungguhnya sintesis protein adalah struktur
seluler yang disebut ribosom. Pada sel eukariotik, ribosom berada didalam sitoplasma, akan
tetapi DNA berada di dalam nukleus. RNA mesenger akan mengirimkan instruksi genetik
untuk membangun protein dari nukleus sampai sitoplasma. Sel-sel prokariotik tidak memiliki
nukleus, namun masih menggunakan RNA untuk mengirimkan pesan dari DNA ke ribosom
dan perkakas lain dari sel yang menerjemahkan informasi yang dikode menjadi urutan asam
amino.
31
Asam nukleat merupakan polimer dari monomer-monomer yang disebut nukleotida.
Masing-masing nukleutida itu sendiri terdiri atas tiga bagian yaitu basa nitrogen, gula
pentosa, dan gugus fosfat. Berikut penjelasan ringkasnya.
1) Basa Nitrogen.
Terdapat dua basa nitrogen: pirimidin dan purin. Pirimidin memiliki cincin enam
anggota yang terdiri dari atom karbon dan atom nitrogen. Anggota pirimidin adalah sitosin
(C), timin (T),dan urasil (U). Purin lebih besar, dengan cincin enam anggota yang menyatu
dengan suatu cincin lima anggota. Yang termasuk purin adalah adenin (A), dan guanin (G).
Pirimidin dan purin yang spesifik berbeda dalam hal gugus fungsional yang terikat ke
cincinya. Adenin, guanin, dan sitosin ditemukan pada kedua jenis asam nukleat. Timin hanya
ditemukan dalam DNA dan urasil hanya ditemukan pada RNA.
2) Gula Pentosa (gula berkarbon lima)
Pentosa yang berikatan dengan basa nitrogen adalah ribosa pada nukleotida RNA dan
deoksiribosa pada molekul DNA. Perbedaan satu-satunya antara kedua gula ini adalah bahwa
deoksiribosa tidak memiliki satu atom oksigen pada karbon nomor duanya yang membuat
namanya disebut deoksi.
3) Gugus fosfat.
Dalam suatu polimer asam nukleat atau polinukleotida, nukleutida-nukleutida
dihubungkan dengan ikatan kovalen yang disebut ikatan fosfodiester antara fosfat dari suatu
nukleotida dan gula dari nukleotida berikutnya. Pengikatan ini menghasilkan suatu tulang
belakang dengan suatu pola gula-fosfat-gula-fosfat yang berulang. Disepanjang tulang
belakang gula-fosfat ini terdapat tempelan tambahan yang terdiri atas basa-basa nitrogen.
Pustaka Acuan
Campbell NE, Reece JB, Urry LA, Minorsky PV, Jackson RB. 2008. Biology, 8th edition.
Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings, San Francisco.
32
BAB III
SEL SEBAGAI UNIT KEHIDUPAN
Setelah memahami pokok bahasan Sel sebagai Unit Kehidupan, mahasiswa dapat
menjelaskan bahwa semua organisme tersusun dari sel (prinsip universalitas); sel memiliki
banyak bentuk, struktur, dan fungsi (prinsip diversitas); dan ada interaksi antar sel (prinsip
interaksi).
Capaian Pembelajaran bab ini adalah dapat menjelaskan struktur sel sebagai unit dasar
kehidupan memiliki sifat yang umum, memiliki keanekaragaman, dan dapat berinteraksi
antar sesama dan dengan lingkungannya. Capaian pembelajaran dapat dirinci sebagai berikut:
1. Membedakan sel berdasarkan struktur dan fungsinya (C2).
1) Menyebutkan struktur organela di dalam sel (C1).
2) Menyebutkan fungsi organela (C1).
2. Menjelaskan struktur dan fungsi sel yang bersifat universal (C2).
1) Menjelaskan bahwa bentuk dan struktur sel berkaitan dengan fungsi sel (C2).
2) Menjelaskan bahwa komposisi dari organel berkaitan dengan fungsi sel (C2).
3. Menjelaskan adanya interaksi antar sel dengan lingkungannya (C2).
1. PENGANTAR
Pengetahuan ilmuwan tentang sel dimulai pada tahun 1665, yaitu ketika Robert
Hooke menemukan sel. Namun bahwa semua kehidupan tersusun dari sel baru muncul pada
pertengahan abad 19, yaitu dengan dikemukakannya teori sel yang menyatakan bahwa
makhluk hidup tersusun dari sel, dan semua sel berasal dari sel sebelumnya. Di dalam sel
itulah terjadi proses metabolisme untuk mempertahankan kehidupan.
Sesuatu yang hidup di dunia ini menjalankan proses kehidupan masing–masing,
sesuai dengan garis kehidupannya. Setiap sistem yang hidup membutuhkan tenaga untuk
menjalankan proses kehidupannya. Tenaga yang diperlukan ini diperoleh dengan berbagai
macam reaksi kimia di dalam tubuh yang disebut respirasi. Respirasi terjadi di dalam sel
penyusun organisme tersebut. Dengan demikian proses kehidupan tidak terlepas dari adanya
kinerja sel–sel yang membangunnya. Karena itu sel merupakan struktur terkecil yang
mempunyi peranan luar biasa dalam menyelenggarakan proses kehidupan. Betapa kecilnya
sel bila dibandingkan tubuh organismenya dapat dilihat di Gambar 3.1.
Pada organisme yang tubuhnya tersusun dari banyak sel, maka sel-sel tersebut bekerja
bersama membentuk suatu sistem yang disebut jaringan, dari jaringan-jaringan ini akan
berbentuk suatu sistem yang lebih besar dan kompleks, yaitu sistem organ, dan organ
membentuk individu menjadi sistem organisme dan terbentuklah suatu organisme. Manusia
merupakan salah satu makhluk hidup yang tersusun dari banyak sel (multiseluler). Berbeda
dengan beberapa organisme lain seperti Paramecium, Euglena dan Amoeba yang hanya ada
satu sel, atau sering disebut sebagai Uniseluler.
33
Sel-sel organisme multiseluler mengalami beberapa kali proses diferensiasi.
Diferensiasi ini berfungsi untuk membentuk struktur tertentu. Sel–sel inilah yang nantinya
akan melakukan koordinasi proses biologis. Bentuk sel penyusun tubuh bermacam–macam
dan juga dapat dijumpai adanya perbedaan struktur. Misalnya sel gabus pada tumbuhan yang
memiliki bentuk segi enam (heksagonal) tersusun rapat seperti sarang lebah madu, hanya
dipisahkan oleh diafragma. Sel dapat diartikan juga sebagai ruang kecil yang menyusun
tubuh makhluk hidup. Sebagai satuan yang menyelenggarakan proses kehidupan, sel juga
memiliki beberapa bagian, yaitu bagian protoplasma, selaput plasma dan inti sel (nukleus).
Tentang nukleus ada penulis yang beranggapan sebagai bagian tersendiri di luar protoplasma,
ada pula yang memasukkannya sebagai bagian dari protoplasma. Dalam buku ini dituliskan
sebagai bagian dari protoplasma.
Gambar 3.1. Kisaran ukuran sel dan perbandingannya dengan tubuh manusia.
34
Selaput plasma merupakan lapisan tipis yang berfungsi sebagai pelindung sel secara
keseluruhan. Selaput ini ternyata memiliki fungsi pengatur zat yang keluar dan masuk sel,
karena itu juga berfungsi sebagai pengontrol masuk dan keluarnya oksigen dan zat makanan
yang masuk ke dalam. Protoplasma berfungsi sebagai pengontrol semua aktivitas sel yang
ada di dalam tubuh, karena itu mengatur semua kerja di dalam sel. Karena fungsinya itu maka
protoplasma ini memiliki banyak kandungan seperti vitamin, zat lemak, protein, air, garam
mineral, dan karbohidrat. Karena kehidupan berlangsung secara kontinyu maka tugas
protoplasma yang intensif. Di dalam protoplasma terdapat nukleoplasma dan sitoplasma.
Pada jenis sel tertentu nukleoplasma ini terbungkus oleh suatu selaput (membran)
membentuk badan sendiri yang disebut inti sel atau nukleus, sedangkan pada sel lain tersebar
di dalam sitoplasma. Jika nukleoplasma ini berada di inti sel, sitoplasma berada di luar inti
sel.
Nukleus berbentuk bulat dan memiliki kromosom. Kromosom disusun molekul DNA
dan protein. Sebagai mana disebutkan pada Bab II bahwa DNA atau ADN mengandung
informasi genetik yang disebut gen, jadi kromosom bertugas sebagai penyimpan gen yang
sifatnya dapat diturunkan. Sebagaimana diketahui bahwa ada berbagai macam sel penyusun
seperti sel saraf, sel epitel dan sel otot namun semuanya memiliki kromosom, inilah alasan
mengapa gen dapat diturunkan karena pada gen terdapat informasi genetika. Gen ini berada
di pita DNA, di sinilah terdapat kode genetik yang berupa seri triplet. Informasi yang terdapat
pada gen juga berfungsi sebagai pengatur semua proses metabolisme.
DNA adalah salah satu tipe asam nukleat. DNA berfungsi sebagai tempat protein
yang harus disintesis protein. Sintesis protein adalah proses penyusunan protein yang
diperlukan untuk pertumbuhan dan aktivitas individual, termasuk replikasi bahan genetik itu
sendiri. Pada replikasi inilah terjadinya proses pengandaan informasi genetik untuk dibagikan
kepada sel anak. Replikasi berfungsi sekaligus sebagai penyampaian informasi. Jadi, dari
sekian banyak juta dan milyar kehidupan yang ada di bumi ini, semuanya berjalan karena
adanya sel–sel yang ada di dalam organisme itu sendiri. Bahwa segala aktivitas terjadi di
dunia ini berjalan sesuai garis edar, dan fungsinya masing–masing. Suatu organisme dapat
tumbuh, berjalan karena adanya sel–sel yang sangat kecil yang saling bekerja sama, yang
akhirnya memberikan perubahan yang besar.
2. PENGERTIAN DAN KONSEP TENTANG SEL
Sel merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi dasar kehidupan dalam arti
biologis. Semua organisme selular terbagi ke dalam dua golongan besar berdasarkan
arsitektur basal dari selnya, yaitu organisme prokariota dan organisme eukariota. Organisme
prokariota tidak memiliki inti sel yang nyata, dalam arti bahan inti sel tidak terbungkus oleh
suatu selaput atau pelindung, dan mempunyai organisasi internal sel yang relatif lebih
sederhana. Prokariota terbagi menjadi dua kelompok yang besar: eubakteria yang meliputi
hampir seluruh jenis bakteri, dan archaea, kelompok prokariota yang sangat mirip dengan
bakteri dan berkembangbiak di lingkungan yang ekstrim seperti sumber air panas yang
bersifat asam atau air yang mengandung kadar garam yang sangat tinggi. Genom prokariota
terdiri dari kromosom tunggal yang melingkar, tanpa organisasi DNA.
35
Organisme eukariota memiliki bahan nukleus yang terbungkus oleh suatu membran
sehingga membentuk badan yang secara fisik terpisah dari sitoplas dan dikatakan memiliki
inti sel. Organisasi intraselular yang jauh lebih kompleks, antara lain dengan membran
internal, organel yang memiliki membran tersendiri seperti inti sel dan sitoskeleton yang
sangat terstruktur. Sel eukariota memiliki beberapa kromosom linear di dalam nukleus, di
dalamnya terdapat sederet molekul DNA yang sangat panjang yang terbagi dalam paket–
paket yang dipisahkan oleh histon dan protein yang lain.
3. PROKARIOTIK DAN EUKARIOTIK
Perbedaan yang utama antara Prokariotik dan Eukariotik adalah pada keberadaan
membran inti sel. Sel prokariot ini tidak memiliki membran inti sedangkan sel eukariota
memiliki membran inti. Pada umumnya sel prokariota lebih kecil daripada sel eukariota. Pada
subbab berikut akan dibahas masing-masing sel.
3.1. Sel Prokariota
Sel Prokariota dimiliki oleh golongan bakteria dan ganggang biru. Kebanyakan sel
prokariota berukuran antara 2 – 8 µm, kitar 1/10 sel eukariota. Sebagaimana telah disebutkan
sebelumnya bahwa sel prokariota tidak memiliki membran inti sehingga dikatakan tidak
memiliki intisel. DNA prokariota menggulung sehingga tampak sebagai bagian khusus yang
disebut nucleoid region (nucleoid: seperti nukleus; nucleoid region: daerah seperti inti)
namun tidak terbungkus oleh suatu membran.
Di luar membran sel, terdapat dinding sel. Dinding sel prokariota berbeda dengan
dinding sel eukariota. Pada beberapa organisme prokariota, di luar dinding sel terdapat
lapisan lain yang disebut kapsul. Kapsul ini dapat berfungsi sebagai pelindung permukaan
sel, selain itu juga berfungsi untuk melekatkan diri pada suatu benda, baik benda mati seperti
batuan atau butiran tanah, maupun benda hidup seperti tubuh atau jaringan tubuh makhluk
hidup.
Selain kapsul, sel prokariota juga memiliki lanjutan ke luar dinding sel, lanjutan ini
disebut pili (pilus: tunggal). Bila lanjutan ini panjang disebut flagel. Pili berfungsi untuk
menempelkan diri pada suatu objek/benda.
3.2. Sel Eukariota
Sel prokariota dijumpai pada hewan, tumbuhan, fungi, dan organisme bersel satu selain
bakteria dan golongan ganggang tertentu. Semua sel prokariota, baik pada hewan, tumbuhan,
fungi dan organisme lainnya memiliki badan inti yang jelas tepisah dari sitoplasma sebab
bahan inti terbungkus oleh suatu membran sehingga membentuk badan sendiri yang disebut
inti sel. Perbedaan lainnya antara sel prokariota dan eukariota adalah keberadaan berbagai
macam organela di dalam sitoplasma. Organela memiliki arti organ yang kecil. Organela
merupakan organ di dalam sel yang berfungsi untuk menjalankan fungsi kehidupan. Semua
organela tersebut terbungkus oleh suatu membran kecuali ribosom. Ribosom juga dimiliki
oleh sel prokariota.
36
4. STRUKTUR SEL
Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya bahwa struktur sel pada umumnya tersusun
dari membran sel, protoplasma dan inti sel atau setidaknya bahan inti sel. Protoplasma
adalah semua cairan sel beserta semua benda hidup (organelle) di dalamnya, cairan sel adalah
sitoplasma dan organel. Selain organel yang merupakan organ untuk proses kehidupan juga
ada bahan–bahan mati seperti pigmen, butiran bahan anorganik lainnya. Di subab ini dibahas
bagian–bagian sel secara lebih rinci, yaitu dinding sel, kapsul, membran sel, bagian–bagian
protoplas yang meliputi, nukleus (inti sel) dan nucleoid region (dna), ribosom, reticulum
endoplasmicum kasar, reticulum endoplasmicum halus, aparatus golgi, mitokondrion,
kloroplast, perioksisom, lisosom, vakuola sentral, alat gerak dan sitoskeleton yang meliputi
flagelum dan flagela prokariotik mikrotubulus, filamen intermediet, mikrofilamen, dan
sentriol, dan plastida (Gambar 3.2). Sebagai model digunakan model sel prokariota
digunakan sel bakteri, dan untuk eukariota digunakan sel hewan dan tumbuhan.
Gambar 3.2. Sel dan bagian-bagiannya. A: model sel tumbuhan; B: model sel hewan; C:
model sel bakteri. Perhatikan ada perbedaan bagian sel antar ketiga sel tersebut (Gambar
dimodifikasi dari Cambell dkk., 2003).
4.1. Dinding Sel
Dinding sel hanya dijumpai pada sel tumbuhan (Regnum Plantae), fungi (Regnum
Fungi) dan organisme prokariota seperti bakteria. Namun bahan penyusun ketiga kelompok
organisme tersebut berbeda, dinding sel pada tumbuhan tersusun dari selulosa, pada golongan
jamur dan kapang berbahan kitin, sedangkan pada sel bakteria tersusun dari pektin. Dinding
sel yang sifatnya kaku selain berfungsi sebagai pelindung sel juga berfungsi untuk
mendukung agar tanaman dapat tumbuh tegak. Tebal dinding sel ini berkisar antara 10 – 100
37
kali tebal membran sel. Pada tanaman yang sudah tua, dinding sel ini merupakan komponen
utama dari kayu.
Dinding sel tumbuhan bersifat kaku dan selain berfungsi sebagai pelindung sel juga
berfungsi sebagai penopang tanaman agar dapat tegak. Dinding sel tersusun dari polisakarida
selulosa yang tertanam dalam suatu matrik. Matrik ini polisakarida jenis lain dan protein.
Dinding sel tersusun dari satu lapis dinding primer dan tiga lapis dinding sekunder. Antara
dinding sel suatu sel dengan dinding sel dari sel yang berdekatan terdapat polisakarida
lengket yang berfungsi untuk merekatkan dinding sel satu dengan lainnya.
Sekalipun sel tumbuhan dikelilingi oleh dinding sel, tetapi antara sel satu dengan
lainnya tidak terisolasi sama sekali. Pada dinding sel terdapat lubang kecil yang
menghubungkan sitoplasma suatu sel dengan sitoplasma sel yang di sebelahnya. Gambar 3.3.
memperlihatkan bagian–bagian dinding sel.
Gambar 3.3. Dinding sel tumbuhan dan bagian-bagiannya: dinding primer, dinding
sekunder, lamella tengah, plasmodesmata (gambar dimodifikasi dari Cambel dkk,
2003).
4.2. Kapsul
Kapsul hanya dijumpai pada sel bakteri
38
4.3. Membran Plasma
Salah satu membran plasma adalah membran sel (cell membrane, plasma
membrane, plasmalemma). Membran sel adalah karakter universal yang dimiliki oleh semua
jenis sel yang memisahkan sel dengan lingkungan di luar sel. Fungsi utama membran sel
adalah untuk melindungi inti sel dan sistem kelangsungan hidup yang bekerja di dalam
sitoplasma. Selain terdapat pada permukaan sel dan melindungi sel, membran plasma juga
membungkus inti sel dan organela yang terdapat di dalam sel seperti retikulum
endoplasmikum, mitokondria, kloroplas dan sebagainya, dengan demikian reaksi–reaksi di
dalam sel tidak akan tercampur dengan reaksi diluar sel.
Sebagaimana membran pada umumnya, membran plasma juga bersifat semi-permiabel,
artinya adalah memungkinkan suatu jenis bahan memasuki sel sedang bahan atau jenis materi
lainnya dicegah untuk masuk ke dalam sel. Membran plasma tersusun dari dua lapis molekul
fosfolipid. Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa molekul fosfolipid memiliki
bagian kepala yang bersifat hidrofilik dan bagian ekor yang bersifat hidrofobik. Pada
membran sel, bagian hidrofilik berada di permukaan membran, baik permukaan luar yang
berarti berhadapan langsung dengan lingkungannya, maupun permukaan dalam yang berarti
berhadapan dengan protoplasma. Bagian hidrofobik dari fosfolipid terletak di bagian dalam
membran tersusun saling berhadapan. Selain fosfolipid, pada membran plasma juga dijumpai
berbagai macam molekul organik lainnya seperti kolesterol, glikolipid dan sebagainya
(Gambar 3.4)
Gambar 3.4. Struktur membran plasma dan molekul penyusunnya (dimodifikasi
dari Cambel, dkk., 2003).
Pada sel eukariota, membran plasma yang membungkus organel–organel di dalamnya,
terbentuk dari dua macam senyawa, yaitu lipid dan protein, umumnya berjenis fosfolipid
seperti senyawa antara fosfatidil etanolamin dan kolesterol, yang membentuk struktur dengan
dua lapisan dengan permeabilitas tertentu sehingga tidak semua molekul dapat melalui
membran sel, namun di sela-sela molekul fosfolipid tersebut, terdapat transporter yang
merupakan jalur masuk dan keluarnya zat-zat yang dibutuhkan dan tidak dibutuhkan oleh sel.
39
Kerangka membran atau disebut juga sitoskeleton mempunyai tiga macam jenis, yaitu
mikrotubulus, mikrofilamen,dan filamen intermediet.
4.4. Protoplasma
Protoplasma adalah semua bagian yang ada di dalam ruang sel terbungkus oleh
membran. Di dalam protoplasma terdapat cairan sel yang disebut sitoplasma. Sitoplasma
menggenangi atau merendam berbagai macam benda. Benda yang menyelenggarakan proses
kehidupan, dalam arti terlibat secara langsung dalam proses metabolisme disebut organella,
arti dari kata ini adalah organ yang kecil–kecil. Sedangkan benda mati yang pada umumnya
merupakan hasil atau sisa metabolisme disebut plastida. Di dalam sitoplasma juga terdapat
organ lain yang berfungsi sebagai penyangga sel atau biasa disebut sitoskeleton.
4.4.1. Nukleus (inti Sel) dan nucleoid region (DNA)
Inti sel atau nukleus (Gambar 3.5) adalah organel yang ditemukan pada sel eukariota.
Organel ini mengandung sebagian besar materi genetik sel dengan bentuk molekul DNA
linier panjang. Karena materi ini dapat diwarnai maka disebut juga kromatin. Sebagaimana
telah disampaikan sebelumnya bahwa segmen tertentu DNA membawa informasi untuk
peoses kehidupan dan segmen init disebut segmen genetik informasi yang dikandung
namanya gen. Pada pita DNA juga terdapat berbagai macam protein yang pada umumnya
berfungsi untuk menjaga kestabilan struktur DNA. Dalam stadium tertentu kromatin ini
menggulung (biasanya disebut mengalami kondensasi) sehingga dapat diamati dengan
mikroskop cahaya biasa dengan mudah, struktur ini disebut kromosom. Karena gen adalah
bagian dari DNA dan DNA membentuk kromosom, maka dapat juga dikatakan bahwa gen
terdapat di dalam kromosom. Gen di dalam kromosom–kromosom inilah yang membentuk
genom inti sel.
Gambar 3.5. Inti sel (nukleus) dan selaputnya. Di
dalam inti sel terdapat kromatin (kromosom) dan anak
inti (nukleolus). Membran inti sel berpori; di sekitar
inti sel terdapat reticulum endoplasmikum kasar (ER
kasar)
Fungsi utama nukleus adalah untuk menjaga integritas gen–gen tersebut dan
mengontrol aktivitas sel dengan mengelola ekspresi gen Selain itu, nukleus juga berfungsi
40
untuk mengorganisasikan gen saat terjadi pembelahan sel, memproduksi mRNA untuk
mengkodekan protein, sebagai tempat sintesis ribosom, tempat terjadinya replikasi dan
transkripsi dari DNA, serta mengatur kapan dan di mana ekspresi gen harus dimulai,
dijalankan, dan diakhiri.
4.4.2. Ribosom
Ribosom adalah organel kecil dan padat dalam sel yang berfungsi sebagai tempat
sintesis protein (Gambar 3.6). Ribosom berdiameter sekitar 20 nm serta terdiri atas 65% RNA
ribosom (rRNA) dan 35% protein ribosom (RNP). Organel ini menerjemahkan mRNA untuk
membentuk rantai polipeptida menggunakan asam amino yang dibawa oleh tRNA pada
proses translasi. Di dalam sel, ribosom tersuspensi di dalam sitosol atau terikat pada RE
kasar, atau pada membran inti sel.
Gambar 3.6. Ribosom tersusun dari subunit besar dan subunit kecil.
4.4.3. Reticulum endoplasmicum kasar
Retikulum endoplasmikum (RE) merupakan organel yang berbentuk kantong terbuat
dari membran plasma, strukturnya yang menyerupai kantung berlapis-lapis. Kantung ini
disebut cisternae. RE merupakan labirin membran yang sangat banyak sehingga meliputi
separuh lebih dari total membran dalam sel–sel eukariotik. RE ada dua jenis yaitu RE kasar
dan RE halus, masing–masing dengan fungsi yang berbeda. RE juga berfungsi sebagai alat
transportasi molekul–molekul dari sel satu ke sel lain. RE kasar banyak mengandung ribosom
pada membran plasmanya sehingga gambaran fotonya tempat memiliki permukaan yang
kasar (karena itu dinamakan RE kasar). Fungsi RE kasar adalah untuk menyelesaikan sintesis
protein. Sintesis protein dimulai dari ribosom, di sini dihasilkan struktur primer dari protein.
Struktur sekunder, tersier dan kuarter tidak dibentuk di ribosom melainkan di RE kasar
(Gambarf 3.7).
Fungsi lain dari RE kasar adalah membentuk membran. Pada membran plasma yang
membungkus RE kasar terdapat enzim yang terdapat pada membran plasma RE. Hasil
41
dengan bertambah luasnya membran pada akhirnya dapat membungkus organel lainnya. RE
kasar berlanjut ke RE halus.
Gambar 3.7. ER kasar adalah ER yang ditempelei banyak
ribosom; Protein yang baru tersusun dalakm struktur primer
dimasukkan ke ER untuk menjalani proses lebih lanjut. Protein
dengan struktur final akan dikirim ke tempat lain dalam vesikula
transport (dimodifikasi dari Cambell, dkk., 2003).
4.4.4. Reticulum Endoplasmicum Halus
Retikulum endoplasmikum halus merupakan lanjutan dari RE kasar, RE halus tidak
ditempeli ribosom sehingga permukaannya tampak halus (Gambar 3.8). Sebagian aktivitas
RE halus adalah hasil kerja enzim yang terdapat pada membrannya. Salah satu fungsi utama
RE halus adalah untuk sintesis lemak, termasuk asam lemak, fosfolipid dan steroid. Masing–
masing jenis produk RE halus ini disintesis oleh sel tertentu, artinya tidak setiap sel
memproduksi semua jenis lemak. Misalnya, RE halus pada sel–sel ovarium Mammalia
memproduksi hormon kelamin steroid.
Sel–sel hati memiliki banyak RE halus karena fungsinya tambahannya yang sangat
banyak dan penting. Contoh fungsi RE halus pada sel hati adalah mengatur kadar gula dalam
aliran darah, memecah/mendegradasi obat–obatan yang berbahaya termasuk fungsi untuk
menghilangkan atau menetralisir racun.
42
Gambar 3.8. RE halus adalah lanjutan dari ER
kasar (dimodifikasi dari Cambell, dkk., 2003).
4.4.5. Aparatus Golgi
Badan Golgi (aparatus Golgi, kompleks Golgi atau diktiosom) adalah organel yang
dikaitkan dengan fungsi ekskresi sel, dan struktur ini dapat dilihat dengan menggunakan
mikroskop cahaya biasa (Gambar 3.9). Organel ini terdapat hampir di semua sel eukariotik
dan banyak dijumpai pada organ tubuh yang melaksanakan fungsi ekskresi, misalnya ginjal.
Setiap sel hewan memiliki 10 hingga 20 badan Golgi, sedangkan sel tumbuhan memiliki
hingga ratusan badan Golgi. Badan Golgi pada tumbuhan biasanya disebut diktiosom. Badan
Golgi ditemukan oleh seorang ahli histologi dan patologi berkebangsaan Italia yang bernama
Camillo Golgi.
43
Gambar 3.9.. Aparatus golgi (dimodifikasi dari Cambell, dkk., 2003).
4.4.6. Mitokondrion
Mitokondria adalah organel tempat berlangsungnya fungsi respirasi sel makhluk hidup,
selain fungsi selular lain, seperti metabolisme asam lemak, biosintesis pirimidina,
homeostasis kalsium, transduksi sinyal selular dan penghasil energi berupa adenosin trifosfat
pada lintasan katabolisme.
Mitokondria mempunyai dua lapisan membran, yaitu lapisan membran luar dan lapisan
membran dalam (Gambar 3.10). Lapisan membran dalam ada dalam bentuk lipatan–lipatan
yang sering disebut dengan cristae. Di dalam mitokondria terdapat 'ruangan' yang disebut
matriks, dimana beberapa mineral dapat ditemukan. Sel yang mempunyai banyak
mitokondria dapat dijumpai di jantung, hati, dan otot.
44
Gambar 3.10. Mitokondria merupakan salah satu organela yang
memiliki dua lapis membrane plasma (dimodifikasi dari Cambell,
dkk., 2003).
4.4.7. Kloroplast
Kloroplast adalah salah satu organel yang berfungsi untuk mengekstrak tenaga dalam
sinar matahari dan menyimpannya dalam bentuk senyawa kimia (karbohidrat). Kloroplast
terletak di bagian tanaman yang berwarna hijau, ini karena warna hijau tersebut disebabkan
oleh pigmen klorofil yang terlatak di dalam kloroplast. Proses sintesa bahan organik
(karbohidrat) yang memerlukan sinar matahari ini disebut fotosintesis. Kloroplast terdapat di
jaringan mesofil, yaitu jaringan yang berwarna hijau di bagian dalam dari daun.
Seperti halnya mitokondria, kloroplast merupakan organel yang memiliki dua lapis
membran. Membran dalam membentuk ruang–ruang yang di dalamnya terdapat cairan yang
disebut disebut stroma (Gambar 3.11). Di dalam stroma inilah terjadi proses fotosintesis
mensintesis gula dari karbondioksida dan air. Di dalam stroma terdapat suatu struktur
45
bermembran berbentuk kantonh yang disebut tilakoid (thylacoid). Di dalam tilakoid terdapat
kloroplast. Tilakoid tersusun bertingkat, susunan tilakoid ini disebut grana (tunggal granum).
Masing–masing tilakoid berhubungan sehingga membentuk satu kesatuan ruang yang
berkelanjutan. Membran tilakoid juga berperan dalam proses fotosintesis.
Membran dalam melingkupi matriks yang dinamakan stroma. Membran dalam ini
terlipat berpasangan yang disebut lamela. Secara berkala lamela ini membesar sehingga
membentuk gelembung pipih terbungkus membran dan dinamakan tilakoid. Struktur ini
tersusun dalam tumpukan mirip koin. Tumpukan tilakoid dinamakan grana.
Gambar 3.11. Kloroplas: tempat keberadaannya, struktur dan bagian-bagiannya
(dimodifikasi dari Cambell, dkk., 2003).
4.4.8. Perioksisom
Peroksisom berperan dalam oksidasi substrat menghasilkan H2O2 yang selanjutnya
dipecah menjadi H2O + O2. Selain itu, juga berperan dalam mengubah lemak menjadi
karbohidrat dan perubahan purin dalam sel. Organel ini banyak mengadung enzim oksidase
dan katalase. Sedangkan glioksisom berperan dalam metabolisme asam lemak dan tempat
terjadinya siklus glioksilat.
4.4.9. Lisosom
Lisosom adalah organel sel berupa kantong terikat membran yang berisi enzim
hidrolitik yang berguna untuk mengontrol pencernaan intraseluler pada berbagai keadaan.
Lisosom ditemukan pada semua sel eukariotik. Di dalam organel ini terdapat 40 jenis enzim
46
hidrolitik asam seperti protease, nuklease, glikosidase, lipase, fosfolipase, fosfatase, ataupun
sulfatase. Semua enzim tersebut aktif pada pH 5. Fungsi utama lisosom adalah endositosis,
fagositosis, dan autofagi. Mekanisme “makanan” oleh lisosom dan proses selanjutnya dapat
dilihat di Gambar 3.12.
Gambar 3.12. Lisosom bergabung dengan vakuloa makan dan kemudian
melakukan pencernaaan intraseluler (dimodifikasi dari Cambell, dkk., 2003).
4.4.10. Vakuola Sentral
Vakuola adalah ruang dalam sel yang berisi cairan. Cairan ini adalah air dan berbagai
zat yang terlarut di dalamnya. Vakuola ditemukan pada semua sel tumbuhan namun tidak
dijumpai pada sel hewan dan bakteri, kecuali pada hewan uniseluler tingkat rendah. Bagi
tumbuhan, vakuola berperan sangat penting dalam kehidupan karena mekanisme pertahanan
hidupnya bergantung pada kemampuan vakuola menjaga konsentrasi zat–zat terlarut di
dalamnya.
47
Gambar 3.12. Vakuola sel tumbuhan
4.5. Sitoskeleton
Sitoskeleton (Gambar 3.13) adalah molekul motor untuk gerak (fagel dan cilia). Fungsinya
adalah pengorganisasian struktur, memberi dukungan mekanis sel, mempertahanan bentuk
sel, dan aktivitas atau motilitas sel.
Gambar 3. 13. Sitoskeleton
48
4.5.1. Mikrofilamen
Mikrofilamen tersusun dari protein globuler yang disebut aktin. Strukturnya berupa
serabut batang–batang yang tersusun saling memilin. Mikrofilamen aktin membantu
mengubah bentuk dan pergerakan sel dengan cara menambah satuan-satuan (unit)
monomernya dan mengurangi di ujung lainnya. Gerakan amuboid pada Amoeba dan leukosit
melibatkan aktivitas aktin. Aktin juga dapat berinteraksi dengan protein filamen lainnya
sehingga dapat terjadi kontraksi, misalnya pada otot.
4.5.2. Filamen Intermedier
Filament intermedier tersusun dari protein fibrosa (serabut) struktur seperti tali dalam
arti beberapa serabut bergabung dan tersusun saling memilin. Fungsi filamen ini adalah
mempertahankan bentuk (sel atau organela) dan fungsi lain adalah sebagai tambatan bagi
organela tertentu. Nukleus memiliki posisi yang tetap di dalam sel karena keberadaan filamen
intermedier ini.
4.5.3. Mikrotubulus
Mikrotubulus tersusun dari protein globuler yang disebut tubulin. Struktur mikrotubuls
lurus dan berongga. Dengan menambah pasangan subunitnya, mikrotubulas dapat
memanjang, dan bila ada subunit yang terputus dari rangkaian maka terjadi pemendekan.
Subunit yang lepas ini kemudian dapat digunakan di mikrotubulus yang lain.
Mikrotubulus juga berfungsi untuk tempat perlekatan organel lainnya dan selain itu juga
sebagai semacam jalan atau pagar yang berfungi untuk mengatur arah pergerakan organel di
dalam sitoplasma. Mikrotubulus juga mengarahkan perpindahan kromosom saat pembelahan
sel.
4.5.4. Flagelum, Cilia, dan flagelum prokariota.
Flagela dan silia memiliki struktur yang sama, perbedaan hanya pada ukurannya saja.
Struktur yang pendek disebut silia sedangkan struktur yang panjang disebut flagela. Baik silia
maupun flagellum tersusun dari dua mikrotubulus di bagian tengah yang dikelilingi oleh 9
pasangan mikrotubulus. Struktur ini sama pada sel–sel atau organisme eukariota dan biasnya
dituliskan sebagai 9 + 2. Pola ini terdapat di sepanjang flagela, namun di bagian basal
(dasarnya) berbeda. Di bagian basal kesembilan pasang mikrotubulus meluas membentuk
struktur yang disebut basal body. Tubulus sentral berakhir di atas basal body.
4.6. Sentriole
Sentriol merupakan perkembangan dari sentrosom, yaitu pusat sel, daerah dari
sitoplasma yang dekat dengan nukleus. Sentriol berupa kumpulan mikrotubulus strukturnya
berbentuk bintang yang berperan sebagai kutub–kutub pembelahan sel secara mitosis atau
meiosis. Struktur ini hanya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop elektron. Dari
sentriol memancar benang–benang gelendong pembelahan sehingga kromosom akan terjerat
pada benang tersebut. Melalui benang gelendong inilah nantinya tiap–tiap kromosom berjalan
menuju kutub masing–masing.
49
4.7. Plastida
Plastida adalah zat–zat hasil aktivitas organel yang pada umumnya berupa pigmen
dengan warna tertentu. Plastida banyak dijumpai pada sel tumbnuhan. Dikenal tiga jenis
plastida yaitu:
1) Leukoplas, berwarna putih berfungsi sebagai penyimpan makanan, terdiri dari
Amiloplas (untuk menyimpan amilum), Elaioplas atau Lipidoplas (untuk menyimpan
lemak/minyak) dan Proteoplas (untuk menyimpan protein).
2) Kloroplas adalah plastida berwarna hijau. Plastida ini berfungsi menghasilkan
klorofil dan sebagai tempat berlangsungnya fotosintesis.
3) Kromoplas, yaitu plastida yang mengandung pigmen, misalnya, Fikosianin (biru),
Fikoeritrin (merah), Karoten (keemasan), Xantofil (kuning), Fukosatin (pirang).
4.8. Sistem endomembran
Sistem endomembran meliputi organel yang terbungkus membran plasma, terutama
adalah nukleus, ER kasar, ER halus dan apparatus Golgi. Di subbab ini yang dibahas adalah
hubungan antar anggota sistem endomembran dalam kaitannya dengan proses metabolisme,
terutama sintesis protein dan pencernaan sel (Gambar 3.14). Sintesis protein dimulai dari
penyalinan informasi genetik dari segmen DAN tertentu menjadi molekul RNA, proses ini
disebut transkripsi. RNA hasil transkripsi bergabung dengan ribosom untuk dibaca dan
diterjemahkan menjadi polipeptida, proses ini dinamakan translasi dan terjadi di ribosom.
Ribosom ini menempel pada ER sehingga disebut ER kasar. Translasi menghasilkan protein
atau polipeptida dengan struktur primer saja.Di dalam ER kasar, protein bersruktur primer
tersebut diproses lebih lanjut sehingga terbentuk struktur sekunder, tersier dan kuarter. ER
kasar dan ER halus merupakan kantong yang berhubungan. Posisi permukaan ER kasar lebih
dekat ke nukleus dibandingkan ER halus. Semua produk reticulum endoplasmikum akan
ditransportasikan ke aparat Golgi. Mekanisme tranportasi ini dimulai dengan cara
terbentuknya tonjolan kecil di ER, tunjolan ini semakin besar dan akhirnya terpisah dari ER
menjadi vesikula transportas. Isi dari vesikula ini adalah produk ER. Vesikula menempel
pada permukaan aparat Golgi, bergabung dan memindahkan isinya ke ruang aparat Golgi.
Aparat Golgi akan mengimkan produk–produk tersebut ke bagian lain dari sel juga dengan
cara yang sama yaitu membentuk vesikula transportasi. Vesikula ini kemudian sebagian
menjadi vakuola, sebagian menjadi lisosom, sebagian lagi bergabung ke membran sel dan
bergabung dengan membran sel dan menjadi bagian dari membran plasma. Vakuola yang
bergabung dengan plasma membran itu sebetulnya juga berisi produk yang disimpan aparat
Golgi. Ketika sampai di membran plasma dan bergabung dengannya, maka isinya dilepaskan
ke luar sel.
Kloroplast dan mitokondria, meskipun terbungkus oleh membran plasma namun tidak
termasuk sistem endomembran dalam sel sebab kedua organela ini memiliki sistem informasi
sendiri. Keduanya memiliki gen yang terpisah dari niukleus (inti sel), memiliki protein
sendiri dan proteinnya ini disintesis tanpa bantuan ribosom dalam sitoplasma. Kloroplast dan
mitokondria merupakan organel yang menghasilkan energi. Keduanya mengkonversi energi
menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh sel hidup.
50
Gambar 10. Hubungan diantara organel-organel sistem endomembran
4.9. Perbandingan antara sel tumbuhan, hewan dan bakteri.
Tabel 2. Perbedaan antara sel tumbuhan, hewan, dan bakteri
SEL TUMBUHAN
Sel tumbuhan lebih besar
daripada sel hewan.
Mempunyai bentuk yang
tetap.
Mempunyai plastida
Mempunyai vakuola yang
besar
Menyimpan tenaga dalam
bentuk pati.
Tidak mempunyai
sentrosom
Tidak memiliki lisosom
Nukleus lebih kecil dari
vakuola
SEL HEWAN
Sel hewan lebih kecil daripada
sel tumbuhan.
Tidak mempunyai bentuk yang
tetap.
Tidak mempunyai plastida
Tidak mempunyai vakuola,
walaupun kadang-kadang
beberapa sel hewan uniseluler
memiliki vakuola tapi
ukurannya kecil. Yang biasa
dimiliki hewan adalah vesikel
Menyimpan tenaga dalam
bentuk glikogen
Mempunyai sentrosom
Memiliki lisosom
Nukleus lebih besar dari
vesikel
SEL BAKTERI
Sel bakteri sangat kecil.
Mempunyai dinding sel
dari lipoprotein.
Tidak mempunyai plastida
Tidak mempunyai vakuola
_
Tidak mempunyai
sentrosom
_
Tidak memiliki nukleus
dalam arti sebenarnya
Pustaka Acuan
Campbell NE, Reece JB, Urry LA, Minorsky PV, Jackson RB. 2008. Biology, 8th edition.
Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings, San Francisco.
51
BAB IV
REPRODUKSI SEL
1. Pengantar
Setelah memahami pokok bahasan Reproduksi (pembelahan) Sel, mahasiswa dapat
menerapkan informasi tentang mekanisme pembelahan sel untuk kehidupan sehari-hari
(Prinsip kontinyuitas, diversitas, dan universal). Selain itu mahasiswa juga dapat menjelaskan
tentang siklus sel (prinsip kontinyuitas, dan universitas).
Capaian pembelajaran bab ini adalah dapat menerangkan informasi tentang
mekanisme pembelahan sel dan siklus sel pada kehidupan sehari-hari yang dapat dirinci
sebagai berikut: menerangkan informasi mekanisme siklus dan pembelahan sel untuk
kehidupan sehari-hari berdasarkan cara pembelahan selnya (amitosis, mitosis dan meiosis)
(C3) dan menjelaskan siklus sel berdasarkan proses
perkembangan, penggandaan dan
pemisahan kromosom (C2)
Definisi reproduksi adalah proses perkembangbiakan atau penggandaan atau
duplikasi. Dalam biologi dapat dibedakan dua macam, yaitu reproduksi organisme dan
reproduksi sel. Reproduksi organisme merupakan proses perkembangbiakan untuk
mempertahankan diri yang dilakukan oleh semua bentuk kehidupan organisme untuk
menghasilkan organisme baru atau generasi organisme selanjutnya. Reproduksi sel adalah
proses pembelahan atau perbanyakan pada tingkat seluler. Hasil dari proses pembelahan ini
adalah dua anakan sel.
Reproduksi sel dapat terjadi pada organisme uniseluler maupun multiseluler.
Misalnya pada hewan bintang laut (Sea star). Hewan ini mempunyai jenis kelamin jantan dan
betina. Pada saat fertilisasi, masing-masing melepaskan sel telur dan spermatozoa sehingga
membentuk zigot yang akan berkembang menjadi embrio. Pada perkembangannya, awal
embrio bintang laut mengandung 32 sel yang dikenal dengan tahap morula. Terbentuknya
tahap morula tidak terlepas dari proses pembelahan sel dari satu sel menjadi dua sel, empat
sel, dan seterusnya. Namun bintang laut juga dapat bereproduksi tanpa seks (aseksual).
Reproduksi aseksual ini terjadi pada reproduksi selnya yang bertujuan untuk perbanyakan
atau pembelahan sel. Hal ini dilakukan ketika tentakel (kaki) bintang laut yang patah akan
tumbuh kembali seperti semula melalui proses reproduksi sel (regenerasi sel) (Gambar 4.1.).
52
Gambar 4.1. Model bintang laut dengan lima lengan, tetapi salah satunya patah dan tumbuh
kembali seperti semula melalui proses reproduksi sel (regenerasi sel)
Pembelahan sel merupakan bagian dari reproduksi sel dan reproduksi organisme.
Reproduksi organisme secara umum dibedakan menjadi dua macam, yaitu reproduksi seksual
dan aseksual. Reproduksi seksual adalah proses reproduksi yang melibatkan dua individu
yang berlainan jenis kelamin (spermatozoa dan sel telur) dari spesies yang sama. Secara
umum reproduksi seksual terjadi pada makhluk hidup yang kompleks (kelompok eukariota).
Organisme yang termasuk dalam kelompok eukariotik, umumnya mempunyai banyak gen
yang terdapat di dalam kromosom. Kromosom yang membawa gen tersebut akan diturunkan
pada keturunannya melalui proses perkawinan.
Reproduksi aseksual terjadi pada suatu individu dimana proses reproduksinya tanpa
keterlibatan individu lawan jenisnya., Reproduksi aseksual sebagian besar terjadi pada
organisme yang sederhana (kelompok prokariotik), misalnya pembelahan pada sel bakteri
dari satu sel menjadi dua sel anak. Pada reproduksi ini, setiap sel mempunyai kromosom
tunggal yang di dalamnya terkandung gen-gen. Kromosom tersebut mengalami replikasi
setelah adanya ikatan reseptor pada sisi aktif kromosom dengan membran plasma,
selanjutnya sel membelah menjadi dua sel yang dikenal dengan pembelahan binari (binary
fission) (Gambar 4.2).
53
Gambar 4.2. Model pembelahan aseksual (binary fission) pada prokariotik
Pada bakteri atau protozoa, terjadi proses pembelahan sel dari satu sel menjadi dua,
empat, delapan dan seterusnya. Berdasarkan proses pembelahannya, reproduksi sel dibedakan
menjadi dua macam, yaitu pembelahan sel secara langsung dan secara tidak langsung.
Pembelahan sel secara langsung tidak melalui tahapan, disebut amitosis. Sedangkan
pembelahan sel secara tidak langsung yaitu harus melalui tahapan yang berurutan dan teratur
disebut mitosis. Tahapan dalam mitosis yaitu tahap profase, metaphase, anaphase, dan
terakhir telofase. Di antara tahap telofase ke tahap profase berikutnya terdapat masa istirahat
sel yang dikenal dengan interfase (tahap ini tidak termasuk tahap pembelahan sel). Pada tahap
interfase inti sel melakukan sintesis bahan-bahan inti. Pembelahan sel secara tidak langsung
ini dibedakan menjadi pembelahan mitosis dan pembelahan meiosis. Pada pembelahan
mitosis, menghasilkan dua sel anak yang identik satu sama lain dan identik pula dengan
induknya dalam hal jumlah kromosom dan komposisi genetik. Sedangkan pembelahan
meiosis menghasilkan empat sel anak, masing-masing memiliki setengan jumlah kromosom
induk dengan komposisi genetik berbeda. Berikut akan diuraikan lebih dalam lagi tentang
siklus sel dan pembelahan sel (amitosis, mitosis, dan meiosis).
2. Siklus Sel
Siklus sel atau siklus pembelahan sel merupakan serangkaian peristiwa yang terjadi di
sel yang mengarah ke duplikasi (replikasi) DNA untuk menghasilkan dua sel anak. Pada
organisme kelompok prokariota (bakteri) yang tidak memiliki membran inti sel, proses
pembelahan selnya terdiri dari fase G1 (gap 1), S (sintesis), dan G2 (gap 2). Pada fase G1
terjadi proses pertumbuhan dengan memanjangnya kromosom hingga siap untuk masuk ke
fase selanjutnya, yaitu awal replikasi DNA. Replikasi DNA terjadi selama fase S. Fase G2
merupakan fase akhir replikasi DNA dan pemisahan organel-organel sel menjadi dua sel
54
anak. Demikian juga pada organisme kelompok eukariota, siklus sel juga dibagi menjadi tiga
tahap, yaitu interfase (G1, S, G2), mitosis (M), dan sitokinesis (Gambar 4.3).
Gambar 4.3. Siklus sel. G0, gap 0; G1, gap 1; S, sintesis DNA; G2, gap 2; M, mitosis; p,
profase; m, metaphase; a, anaphase; t, telofase; sito, sitokinesis
Fase G0 merupakan fase dimana pembelahan sel tidak dilanjutkan lagi atau
pembelahan sel berhenti. Pada fase ini, sel tetap menjalankan aktivitas metabolisnya, tetapi
tidak lagi melakukan proliferasi. Namun demikian, sebuah sel yang berada pada fase G0
dapat memasuki siklus sel kembali, atau tetap pada fase tersebut hingga terjadi apoptosis atau
kematian sel. Pada umumnya, sel dewasa berada pada fase G0. Sel tersebut dapat masuk
kembali ke fase G1 oleh stimulasi antara lain berupa perubahan kepadatan sel, mitogen, atau
faktor pertumbuhan, misalnya pada sel kanker. Sel kanker, walaupun sel dewasa tetapi masih
mempunyai kemampuan untuk pembelahan selnya.
Selama interfase, sel tumbuh dan melakukan replikasi DNA serta pendewasaan sel
untuk persiapan pembelahan mitosis. Pada fase tersebut sel mengumpulkan dan
membutuhkan banyak nutrisi. Selama pembelahan mitosis, kromosom yang berpasangan
terpisah, sehingga membagi menjadi dua sel anak dengan kromosom tunggal. Sebelum
terpisah menjadi dua sel, terjadilah proses sitokinesis yaitu pembagian sitoplasma dimulai
setelah tahap akhir dari pembagian kromosom atau pembelahan inti dalam mitosis. Untuk
memastikan pembagian sel yang tepat, ada mekanisme kontrol yang dikenal sebagai pusat
pemeriksaan siklus sel.
Pada saat siklus sel, akan berlangsung ketika ada enzim intraseluler yang dikenal
dengan enzim cyclin-dependent kinase (CDK). Enzim kinase CD merupakan sub-tipe dari
enzim kinase yang berperan dalam siklus sel, transkripsi DNA menjadi RNA dan
pembentukan mRNA. Enzim ini bekerja dengan memicu proses fosforilasi yaitu proses
55
penambahan gugus fosfat pada protein atau molekul organik lain. Fosforilasi dapat
meningkatkan efisiensi enzim katalitik, mengubahnya protein menjadi bentuk aktif, namun
ada juga fosforilasi enzim yang lain akan mengubahnya menjadi bentuk inaktif yang tidak
efisien. Proses fosforilasi tersebut yang terjadi pada sisa atau residu asam amino serina dan
treonina yang disebut serina kinase. Aktivasi CDK merupakan hal yang sangat penting pada
transisi fase-fase dalam siklus sel.
Pengaturan yang lain adalah deaktivasi CDK oleh fosforilasi domain pengikat ATP
oleh enzim kinase yang lain. Deaktivasi tersebut dapat diaktivasi kembali oleh enzim
fosfatase dari jenis cell division cycle 25 (CDC25), yaitu protein yang mengontrol
perkembangan melalui berbagai fase siklus sel, termasuk mitosis dan fase S (sintesis DNA).
Keberadaan protein inhibitor CDK juga merupakan bentuk pengaturan terhadap CDK. Satu
jenis penghambat CDK termasuk p21CIP1, p27KIP1, dan p57KIP2 (protein yang berperan
sebagai kunci dalam pengaturan siklus sel); sedangkan jenis yang lain menghambat siklin
D/CDK4 atau siklin-6 CDK, antara lain p16INK4, p15INK4B, p18INK4C, dan p19INK4D.
Sintesis, aktivitas dan degradasi penghambat ini berada dalam regulasi yang merespon sinyal
mitogenik dan antimitogenik, seperti sinyal parakrin dari TGF-β yaitu faktor pertumbuhan.
Sinyal TGF-β merupakan senyawa kemotaktis yang kuat bagi makrofag, sehingga pada sel
tumor sering dijumpai rasio makrofag yang sangat tinggi. Dengan demikian pengaturan
terhadap CDK di atas menentukan kecepatan terpicunya transisi fase dalam siklus sel, setelah
CDK teraktivasi, transisi ke fase berikutnya akan segera terjadi, walaupun jenjang reaksi pada
fase berlangsung, belum selesai.
Untuk bisa diketahui bahwa ilmuwan dulu menganggap kalau interphase sebagai fase
istirahat dimana sel tidak banyak melakukan aktivitas pembelahan, tetapi sekarang tahu
bahwa hal tersebut jauh dari kebenaran. Selama interfase itulah kromosom bentuk tunggal
(single chromosome) sebagai pembawa materi genetik aktif beraktifitas untuk tumbuh dan
berkembang hingga menjadi bentuk ganda, setelah itu siap untuk mitosis. Sementara ini
terjadi, sel-sel lainnya terus melakukan aktivitasnya. Misalnya sel otot jantung, saat
berkontraksi dan memompa darah, sel-sel epitel usus menyerap makanan, sel-sel kelenjar
menghasilkan hormon, dan seterusnya. Sebaliknya, sebagian besar kegiatan ini berhenti
selama mitosis sementara sel berfokus pada pembelahan sel. Dengan demikian dapat
dijelaskan bahwa tidak semua sel di jaringan atau organ mengalami mitosis atau beraktivitas
sesuai dengan fungsinya pada saat yang bersamaan. Jadi ketika satu sel membelah, sel
tetangganya beraktivitas untuk menjaga fungsi sel, jaringan, dan organ tubuh.
56
3. Amitosis
Pembelahan amitosis merupakan pembelahan sel berlangsung secara sederhana tanpa
melalui urutan tahap-tahap pembelahan sel tertentu. Proses pembelahan amitosis meliputi
proses pertumbuhan sel, duplikasi materi genetik, pembagian kromosom, dan pembelahan
sitoplasma yang didahului dengan pembentukan dinding sel baru Pada pembelahan ini inti sel
langsung membelah menjadi dua, kemudian didistribusikan pada sel anak tanpa didahului
oleh pembentukan benang spindel, peleburan membran inti, penampakan kromosom. Contoh
pembelahan ini pada umumnya terjadi prokariotik seperti bakteri.
Pada sel prokariotik tidak mengalami pembelahan mitosis maupun meiosis, melainkan
melalui proses yang disebut pembelahan amitosis atau biner. Pembelahan biner bakteri
dimulai dengan menempelnya bahan genetik (dalam kromosom) pada salah satu sisi
membran dari sel induk, kemudian diikuti dengan proses sintesis DNA dan replikasi. Setelah
proses replikasi selesai, kemudian terjadi sitokenesis yang diikuti dengan terbentuknya
lekukan pada salah satu sisi membrane dan akhirnya diikuti dengan proses pemanjangan sel
dan pembelahan sel menjadi dua bagian yang memiliki bahan genetika yang sama.
4. Mitosis
Struktur sel eukariotik lebih kompleks dan mempunyai banyak gen daripada sel
prokariotik. Gen adalah unit pewarisan sifat bagi organisme hidup. Bentuk fisiknya adalah
urutan DNA yang menyandi suatu protein. Misalnya sel manusia mempunyai 100.000 gen
lebih banyak daripada sel bakteri yang mempunyai sekitar 3.000 gen. Gen-gen tersebut
tersimpan dalam kromatin. Pada awal pembelahan sel, kromatin mengalami kondensasi
menjadi kromosom. Kromosom mengandung molekul protein dan DNA yang sangat panjang.
Sebelum sel mulai membelah, terlebih dahulu kromosom mengalami penggandaan
(duplikasi). Setiap molekul DNA yang berada dalam kromosom di duplikasi, sehingga
menghasilkan dua kromatin kembar. Ketika sel membelah, dua kromatin ini akan terpisah
dan bagian ini disebut kromosom yang akan berkembang lebih lanjut sehingga menjadi dua
anak sel yang identik. Pembelahan sel ini dikenal dengan pembelahan mitosis. Misalkan pada
sel somatik manusia, setiap sel mengandung 46 kromosom, ketika sel tersebut membelah
menjadi dua sel, maka setiap sel anak mengandung kromosom 46 buah.
Pembelahan ini merupakan bagian dari siklus sel yang berlangsung kontinu dan
berulang. Keberhasilan sebuah siklus membutuhkan teratur dari satu fase siklus sel menuju
fase berikutnya. Siklus sel dibedakan menjadi dua tahap yaitu interfase (proses di antara 2
mitosis) dan mitosis (pembelahan 1 sel menjadi 2 sel).
57
Tahap mitosis memerlukan waktu kurang lebih 1 jam. Pada mitosis, sel membelah
dirinya membentuk dua sel anak yang terpisah melalui tahapan pembelahan tertentu.
Pembelahan ini memiliki ciri yaitu 1) terjadi pada pembelahan sel tubuh (sel somatik), 2)
bertujuan untuk pertumbuhan dan regenerasi, 3) menghasilkan dua sel anak yang identik
dengan sel induk semula (diploid menjadi diploid/haploid menjadi haploid), dan 4)
berlangsung dalam satu kali siklus tahapan pembelahan sel. Terdapat empat tahap mitosis
yaitu profase, metafase, anaphase, dan telofase, selanjutnya diikuti dengan proses sitokinesis.
Berikut ini merupakan rincian dari tahapan mitosis, yaitu:
a) Tahap profase, merupakan fase pembelahan mitosis yang paling lama dan paling banyak
memerlukan energi. Peristiwa yang berlangsung selama profase adalah sebagai berikut:
benang kromatin menjadi kromosom, lalu kromosom mengganda menjadi dua kromatid
tetapi masih melekat dalam satu sentromer; membran inti dan nukleolus lenyap;
sentrosom memisah menjadi dua sentriole, dan diantaranya terbentang benang spindel.
b) Tahap metafase, kromosom terletak berjajar pada bidang ekuator. Bagian sentromer
kromosom berikatan dengan kinetokor yang berhubungan dengan benang spindel. Pada
fase ini kromosom tampak paling jelas terlihat sehingga jumlahnya mudah diidentifikasi.
Pada tahap ini memerlukan energi terkecil dan waktu yang paling singkat.
c) Tahap anafase, saat ini sentromer membelah, lalu benang spindel menarik kromosom
menuju kutub sel yang berlawanan. Pergerakan kromosom tersebut dipengaruhi oleh
enzim dynein.
d) Tahap telofase, kromosom berubah menjadi benang kromatin, membran inti dan
nukleolus terbentuk kembali.
Tahap sitokinesis (pembagian sitoplasma) sehingga dihasilkan dua sel yang identik
dengan sel semula. Selama sitokinesis berlangsung, sitoplasma sel hewan dibagi menjadi dua
melalui terbentuknya cincin kontraktil yang terbentuk oleh aktin dan miosin pada bagian
tengah sel. Cincin kontraktil ini menyebabkan terbentuknya alur pembelahan yang akhirnya
akan menghasilkan dua sel anak. Masing – masing sel anak yang terbentuk ini mengandung
inti beserta organel sel. Pada sel tumbuhan, sitokinesis ditandai dengan terbentuknya dinding
pemisah ditengah sel.
5. Meiosis
Meiosis merupakan proses pembelahan sel yang hanya terjadi pada fase reproduksi
seksual. Pada meiosis, terbentuk pasangan kromosom homolog dan terjadi pengurangan
jumlah kromosom induk (2n) menjadi kromosom pada sel anak (n). Di samping itu, pada
58
meiosis terjadi dua kali periode pembelahan sel, yaitu pembelahan pertama (meiosis I) dan
pembelahan kedua (meiosis II). Pada meiosis I terdiri dari beberapa fase yaitu profase I,
metaphase I, anafase I, dan telofase I setelah itu dilanjutkan ke meiosis II. Sama seperti fase
pada meiosis I, pada meiosis II terdiri dari beberapa fase kelanjutannya yaitu profase II,
metafase II, anafase II, dan berakhir di telofase II. Contoh anak sel yang dihasilkan dari
proses pembelahan ini adalah sel gamet yang dikenal dengan sel spermatozoa dan sel telur
(oosit). Sel gamet ini terdapat pada sebagian besar makhluk hidup termasuk manusia, hewan
meiosis terjadi di dalam gonad dan menghasilkan sel gamet, sedangkan pada tumbuhan
meiosis terjadi pada anthers (kepala sari) dan ovaries (bakal buah) akan menghasilkan sel
gamet juga.
Berikut ini merupakan rincian dari tahap meiosis I yaitu:
a) Tahap profase I, yang dibagi menjadi lima subfase, yaitu:
1. Leptoten, yaitu tahapan di mana benang-benang kromatin memendek dan menebal
mengalami kondensasi membentuk kromosom, serta mudah menyerap zat warna.
Bagian kromosom yang menyerap warna disebut kromomer. Pada beberapa
organisme, kromosom tersebut berbentuk seperti manik-manik.
2. Zigoten, ketika sentromer yang terletak di bagian tengah kromosom membelah
menjadi dua dan bergerak ke arah kutub yang berlawanan, sementara itu kromosom
homolog saling berdekatan dan berpasangan disebut dengan sinapsis.
3. Pakiten, pada saat ini setiap kromosom melakukan penggandaan atau duplikasi
menjadi dua kromatid dengan sentromer yang tetap menyatu. Setiap kromosom yang
berpasangan mengandung empat kromatid yang disebut tetrad atau bivalen.
4. Diploten, ketika kromosom homolog tampak saling menjauhi. Pada saat ini terjadi
pelekatan berbentuk X pada tempat tertentu dari di kromosom yang disebut kiasma.
Kiasma merupakan bentuk persilangan dua dari empat kromatid denganpasangan
kromosom homolognya. Pada kiasma ini sering terjadi peristiwa pindah silang
(crossing over) dari kromosom. Peristiwa pindah silang ini merupakan salah satu
penyumbang keanekaragaman organism, karena adanya peristiwa tersebut sel gamet
yang terbentuk sama sekali tidak identik dengan kromosom sel induknya.
5. Diakenesis, mulai terbentuknya benang-benang spindel, dua sentriol sampai pada
kutub yang berlawanan, membran inti dan inti menghilang. Kromosom tersebar di
sitoplasma.
b) Tahap metafase I, pasangan kromosom homolog, tetrad, berjajar di daerah ekuator. Pada
bidang ekuator, benang-benang spindel (mikrotubul) melekatkan diri pada tiap sentromer
59
kromosom. Ujung benang spindel yang lainnya membentang melekat di kedua kurub
pembelahan yang berlawanan.
c) Tahap anafase I, kromosom homolog berpisah dan bergerak ke kutub yang berlawanan.
Benang spindel dan seluruh isi sel memanjang ke arah kutub. Pada anafase I adalah
membagi isi kromosom diploid menjadi haploid.
d) Tahap telofase I, kromatid (kromosom) telah mencapai kutub pembelahan. Hasil total dari
tahap ini adalah terbentuk dua inti yang masing-masing inti mengandung sepasang
kromosom yang haploid.
d) Tahap sitokinesis I, pada saat ini tiap kromosom homolog dipisahkan oleh sekat, sehingga
menghasilkan dua sel, masing-masing berisi kromosom dengan kromatid homolog.
e) Tahap interkinesis adalah tahap di antara dua pembelahan meiosis. Pada tahap interkinesis
tidak terjadi perbanyakan (replikasi) DNA. Hasil pembelahan meiosis I menghasilkan dua
sel anakan yang haploid (karena kini sel anakan mengandung setengah pasang kromosom
homolog). Meskipun demikian, perlu diingat bahwa kromosom tersebut masih berisi
sepasang kromatid, yang berarti kandungan DNA-nya masih rangkap. Tujuan meiosis II
adalah membagi kedua salinan tersebut pada sel anakan yang baru. Pada meiosis II terjadi
tahap-tahap yang serupa pada meiosis II.
Berikut ini merupakan rincian dari tahap meiosis II yang terdiri dari profase II,
metafase II, anafase II, telofase II, dan sitokinesis II yaitu:
a) Tahap profase II, kromatid homolog masih melekat pada tiap sentromer kromosom yang
terjadi dalam waktu yang singkat.
b) Tahap metafase II, tiap kromosom (yang berisi dua kromatid homolog) merentang pada
bidang ekuator, membentuk benang spindel, satu ujung melekat pada sentromer, dan
ujung lain membentang menuju ke kutub pembelahan yang berlawanan arah.
c) Tahap anafase II, benang spindel mulai menarik kromatid menuju ke kutub pembelahan
yang berlawanan tersebut, sehingga kromosom memisahkan kedua kromatidnya dan
bergerak menuju kutub yang berbeda.
d) Tahap telofase II, kromatid (kromosom) telah mencapai kutub pembelahan. Hasil total dari
tahap ini adalah terbentuk empat inti yang masing-masing inti mengandung setengah
pasang kromosom atau satu kromosom tunggal (single chromosome) yang haploid.
e) Tahap sitokinesis II, tiap inti mulai dipisahkan oleh sekat sel dan akhirnya menghasilkan
empat sel kembar haploid.
60
Pada hewan, pembelahan meiosis dimulai dengan satu sel yang mengandung dua
kromosom dari induk jantan dan induk betina akan menghasilkan empat sel haploid yang
mengandung satu copi dari setiap kromosom induknya, sehingga sel hasil pembelahan ini
secara genetik berbeda dengan salah satu induknya. Dengan demikian, pembelahan meiosis
ini menyebabkan terjadinya keragaman genetik. Dalam populasi, keragaman genetik ini dapat
memberikan variasi bentuk fisik (fenotipe) yang terjadi karena seleksi alam.
Selama pembelahan meiosis, gen-gen tertentu yang lebih tinggi ditranskrip, dan ini
disebut meiome, istilah yang digunakan dalam genomik fungsional untuk Transkriptome
meiosis. Meiosis merupakan proses pembelahan sel untuk semua reproduksi seksual
eukariota. Pasangan kromosom yang homolog, sinaps dan rekombinasi terjadi. Selain kuat
meiosis ekspresi tahap-spesifik mRNA (yang meiome), namun ada juga kontrol translasi
meresap (misalnya penggunaan selektif mRNA preformed), mengatur ekspresi protein
spesifik meiosis tahap akhir dari gen selama meiosis. Dengan demikian, baik kontrol meiome
dan translasi menentukan restrukturisasi luas sel meiosis diperlukan untuk melaksanakan
meiosis.
Mekanisme pembelahan meiosis sama seperti mitosis, namum berbeda dalam jumlah
kromosom sel anaknya. Jenis pembelahan sel yang digunakan oleh eukariota seperti tanaman
dan hewan untuk membagi satu sel menjadi dua sel anak yang identik. Dalam semua tanaman
dan dalam banyak protista hasil meiosis dalam pembentukan spora: sel haploid yang dapat
membagi vegetatif tanpa mengalami pembuahan. Beberapa eukariota, seperti Rotifera
Bdelloid, tidak memiliki kemampuan untuk melaksanakan meiosis, namun mempunyai
kemampuan untuk berkembang biak dengan partenogenesis.
6. Ringkasan
1. Reproduksi adalah suatu proses perbanyakan diri dari suatu makhluk hidup yang
bertujuan untuk mempertahankan kelangsungan hidup.
2. Siklus sel dimulai dari tahap G1 (gap 1), S (sintesis), dan G2 (gap2).
3. Cara reproduksi dibedakan menjadi dua macam, yaitu reproduksi seksual dan aseksual.
4. Reproduksi sel adalah proses pembelahan atau perkembangbiakan yang terjadi pada
tingkat seluler. Misalnya pada bakteri atau protozoa, terjadi proses pembelahan sel dari
satu sel menjadi dua, empat, delapan dan seterusnya.
5. Berdasarkan proses pembelahannya, reproduksi sel dibedakan menjadi dua macam, yaitu
pembelahan sel secara langsung dan secara tidak langsung.
61
6. Pembelahan amitosis merupakan pembelahan sel berlangsung secara sederhana tanpa
melalui urutan tahap-tahap pembelahan sel tertentu.
7. Pembelahan mitosis merupakan pembelahan sel yang melalui tahap-tahap pembelahan
tertentu, yaitu: profase, metafase, anafase, dan telofase.
8. Pembelahan meiosis adalah pembelahan sel yang terjadi pada reproduksi seksual
eukariota. Pembelahan ini akan menghasilkan empat sel haploid yang mengandung satu
copy dari setiap kromosom induknya.
7. Diskusi
1. Jelaskan perbedaan reproduksi sel dan reproduksi organisme.
2. Jelaskan proses reproduksi yang terjadi pada sel prokariota
3. Jelaskan perbedaan reproduksi sel secara amitosis, mitosis, dan meiosis.
4. Berilah contoh sel dari masing-masing pembelahan tersebut (soal nomor tiga).
5. Apa yang dimaksud dengan siklus reproduksi sel?
6. Bagimanakan uturan fase-fase yang terjadi pada siklus reproduksi sel?
7. Dalam siklus reproduksi sel, kapan fase G0 terjadi?
8. Apa yang terjadi ketika sel memasuki fase G0?
8. Daftar Pustaka
Bruce A., A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, and P. Walter, 2002, Molecular
Biology of the Cell - An Overview of the Cell Cycle (4 ed.). Garland Science.
Campbell et al., 2003. Biology. Benyamin Cuming Publication
62
BAB V
PEWARISAN SIFAT DAN HUKUM MENDEL
Setelah memahami pokok bahasan Pewarisan Sifat dan Hukum Mendel, mahasiswa dapat
menjelaskan dan membedakan tentang pewarisan sifat menurut hukum Mendel dan Neo
Mendelian Genetik
Capaian Pembelajaran bab ini dapat :
1. Mengkalkulasi probabilitas pewarisan sifat berdasarkan hukum Mendel (C3)
1) Menjelaskan hukum Mendel
2) Menghitung kemungkinan suatu sifat berdasarkan hukum Mendel
3) Menjelaskan mekanisme pewarisan sifat yang lain (Neo Mendelian Genetik)
2. Menerapkan konsep genetik pada kehidupan sehari-hari (C3)
1) Menjelaskan pemanfaatan hukum Mendel dan non Mendel di bidang pangan,
kesehatan, dan lainnya
2) Memberi contoh pemanfaatan hukum Mendel dan non Mendel di bidang pangan,
kesehatan, dan lainnya
1. Pewarisan Sifat Menurut Hukum Mendel
Jika kita bertemu dengan seseorang yang bermata biru, maka kita akan berpikir apakah
sifat mata biru tersebut diwarisi dari orangtuanya? Saat itu sebenarnya kita telah melakukan
observasi tentang pewarisan sifat dan melihat variasi yang terdapat secara alami pada
populasi. Selain warna mata, kita juga melihat adanya variasi pada rambut (warna dan tipe),
warna kulit, dan sebagainya. Kita juga dapat mengamati adanya variasi pada hewan dan
tumbuhan, antara lain macam-macam warna rambut kucing atau sapi serta warna bunga
Mirabilis jalapa, dan sebagainya.
Ilmu yang mempelajari tentang pewarisan sifat disebut Genetika. Genetika modern
diawali oleh Gregor Mendel (1822-1884), seorang rahib dari Austria di kota Brunn, yang
mengembangkan teori pewarisan jauh sebelum penemuan kromosom dan perilaku
molekularnya dipahami.
Mendel meneliti pewarisan sifat pada tanaman Pisum sativum sebab tanaman ini
memiliki varietas yang beragam (sebagai contoh, satu varietas memiliki bunga ungu dan
varietas lain memiliki bunga putih).
Selain itu, tanaman tersebut mempunyai waktu
generasinya yang pendek dan anakan yang dihasilkan dalam jumlah besar dalam satu kali
perkawinan dan di alam, tanaman ini pada umumnya melakukan fertilisasi sendiri. Mendel
memilih untuk mengikuti karakter-karakter yang memiliki perbedaan yang mencolok.
Sebagai contoh, tumbuhan yang dipakainya hanya memiliki bunga ungu atau bunga putih,
63
dan tidak terdapat warna intermediate di antara dua verietas tersebut. Mendel juga
meyakinkan bahwa ekperimen yang dilakukan dimulai dengan varietas yang selama beberapa
generasi melakukan polinasi sendiri, yang hanya memproduksi varietas sama dengan
induknya. Tumbuhan seperti ini disebut true-breeding (galur murni).
Hasil persilangan antara tanaman Pisum sativum yang berbunga ungu dan putih ternyata
menghasilkan F1 dengan bunga ungu semua, tetapi hasil persilangan F1 x F1 menghasilkan
F2 warna bunga ungu dan putih dengan perbandingan 3 : 1. Mendel menggunakan sampel
berukuran besar dan mencatat hasilnya secara akurat: 705 tumbuhan F2 memiliki bunga
ungu, dan 224 memiliki bunga putih. Data ini sesuai dengan ratio ungu : putih = 3 : 1.
Mendel memberikan hipotesis bahwa faktor keturunan untuk bunga putih tidak menghilang
pada tumbuhan F1, tetapi tertutup ketika faktor keturunan bunga ungu ada. Menurut Mendel,
warna bunga ungu adalah sifat dominan dan warna putih adalah sifat resesif. Mendel juga
mendapatkan pola keturunan yang sama dalam enam karakter lainnya yang masing-masing
diwakili oleh dua sifat yang berbeda. Sebagai contoh, ketika Mendel menyilangkan galur
murni varietas yang memiliki biji halus bundar dengan biji berkeriput, semua hibrid F1
menghasilkan biji bundar halus yang merupakan sifat dominan bentuk biji. Pada generasi F2,
75% biji adalah biji bundar dan 25% biji keriput (untuk gambar-gambar yang mendukung
penelitian Mendel, saudara bisa googling di internet).
Berdasarkan penelitiannya, akhirnya Mendel menyusun beberapa hipotesa sebagai berikut:
1. Sepasang gen dari induk jantan dan betina berperan mengendalikan sifat keturunan.
2. Setiap alel (anggota dari sepasang gen) menunjukkan bentuk alternatif sesamanya.
3. Pasangan alel berbeda yang terdapat bersama–sama dalam satu individu tanaman,
terdiri dari alel yang dominan dan resesif. Faktor dominan akan menutupi faktor
resesif.
4. Pada saat pembentukan gamet (meiosis), masing-masing alel memisah secara bebas.
5. Individu murni mempunyai pasangan alel yang sama yaitu dominan atau resesif saja.
Setelah diuji berkali-kali ternyata hasil penelitian Mendel tetap, sehingga hipotesis
Mendel ditetapkan sebagai Hukum Mendel yang pokok, yaitu Hukum Mendel I (Hukum
Segregasi) dan Hukum Mendel II (Hukum Pengelompokan atau Penggabungan). Hukum
Mendel I disebut juga hukum segregasi yang menyatakan bahwa pada waktu pembentukan
gamet, terjadi pemisahan alel secara acak (The Law of Segregation of Allelic Genes).
Pasangan kromosom homolog mengandung pasangan gen (terdiri dari 2 alel). Pada
pembentukan gamet secara meiosis, pasangan-pasangan gen pada kromosom homolog saling
berpisah. Pada akhir meiosis, setiap sel gamet yang dihasilkan hanya memiliki satu alel dari
64
pasangan gen saja. Proses pemisahan gen inilah yang disebut segregasi gen. Hukum Mendel I
dapat dikaji pada persilangan monohibrida. Hukum Mendel II dikenal sebagai Hukum
Asortasi, hukum berpasangan atau penggabungan secara bebas (The Law of Independent
Assortment of Genes). Hukum ini menyatakan bahwa setiap gen atau sifat berpasangan secara
bebas dengan gen atau sifat lain.
Setiap individu, mempunyai 2 sifat yang penting yaitu genotip dan fenotip. Genotip
adalah susunan genetik dari suatu sifat atau karakter individu, biasanya diberi simbol dengan
huruf ganda (misalnya TT, Tt dan tt). Genotip menunjukkan sifat dasar yang tidak tampak
dan bersifat menurun atau diwariskan pada keturunannya. Fenotip adalah hasil ekspresi
genotip dengan lingkungannya, berupa sifat yang tampak dari luar sehingga dapat diamati.
Sebagai contoh adalah bentuk atau warna rambut. Genotip yang sama dapat menghasilkan
fenotip yang berbeda jika terdapat pada lingkungan berbeda.
Segmen DNA terdapat pada tempat tertentu di kromosom disebut alel. Posisi/tempat
alel dalam suatu kromosom disebut lokus. Istilah gen seringkali digunakan untuk
menunjukkan baik alel maupun lokus. Bila pada lokus yang sama dari 2 kromosom homolog
terdapat alel yang sama, maka individu tersebut dikatakan homozigot. Bila alelnya tidak sama
disebut heterozigot.
2. Persilangan Monohibrida dan Dihibrida
Persilangan monohibrida adalah perkawinan 2 individu dengan satu sifat beda.
Persilangan monohibrida dapat terjadi pada tumbuhan, hewan maupun manusia. Selain hanya
mempunyai satu sifat beda, individu dapat mempunyai sifat beda lebih dari satu. Persilangan
2 individu yang mempunyai 2 sifat beda (dengan dua alel yang berbeda) disebut dengan
persilangan dihibrida. Misalnya: bentuk biji kacang ercis (bulat dan keriput), warna (kuning
dan hijau), atau ukuran batang (tinggi dan pendek).
Perhatikan contoh perkawinan monohibrida pada marmot, yaitu sifat warna rambut
hitam (dominan) dan albino (resesif) berikut ini.
P (parental)
: jantan hitam (AA)
F 1 (filial 1)
: hitam (Aa) = 100%
Gamet F 1
: jantan = A, a
Pada F2
:
A
dan
x
betina albino (aa)
betina = A, a
A
a
AA
Aa
65
Aa
a
aa
Maka perbandingan genotip pada F2 = AA : Aa : aa = 1 : 2 : 1.
Perbandingan fenotip F2 = hitam : albino = 3 : 1.
Apabila gen tersebut tidak dipengaruhi oleh jenis kelamin maka perbandingan keturunan
akan tetap sama.
Selanjutnya, perhatikan contoh perkawinan dihibrid pada tanaman ercis berikut ini.
Diketahui gen B menentukan biji bulat, gen b menentukan biji keriput, gen K menentukan
warna polong kuning, sedangkan gen k menentukan warna hijau. Pada persilangan antara
tanaman ercis berbiji bulat warna kuning homozigot (BBKK) dengan ercis berbiji keriput
warna hijau (bbkk), pada F1 didapatkan tanaman ercis bulat kuning 100%. Selanjutnya,
apabila tanaman F1 tersebut disilangkan sesamanya, ternyata pada keturunan kedua (F2) akan
menghasilkan 16 kombinasi genotip keturunan dengan perbandingan fenotipnya adalah 9/16
bulat kuning, 3/16 bulat hijau, 3/16 keriput kuning, dan 1/16 keriput hijau atau rasio fenotip
F2 = 9 : 3 : 3 : 1. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut :
Gen B = biji bulat
; b = biji keriput
Gen K = biji kuning
; k = biji hijau
P.
: BB KK x
bb kk
F 1.
: Bb Kk
Bb Kk
x
Gamet F1 : jantan = BK, Bk, bK, bk
Pada F2
betina = BK, Bk, bK, bk
:
BK
BK
Bk
bK
bk
dan
Bk
BB KK
bK
bk
Bb KK
BB kk
Bb KK
Bb kk
Bb KK
Bb kk
bb kk
Maka perbandingan fenotip F2 adalah  Bulat kuning : Bulat hijau : Keriput kuning :
Keriput hijau = 9/16 : 3/16 : 3/16 : 1/16
Sedangkan perbandingan genotip F2 adalah  BBKK : BBKk : BBkk : BbKK :
BbKk : Bbkk : bbKK : bbKk : bbkk = 1 : 2 : 1 : 2 : 4 : 2 : 1 : 2 : 1
Selain itu, dalam genetika juga terdapat sifat semidominan (intermedier) yaitu apabila
suatu gen dominan tidak dapat menutupi sepenuhnya sifat alel pasangannya dan antara
individu homozigot dan heterozigot dapat dibedakan dari fenotipnya. Peristiwa ini dapat kita
jumpai pada tanaman bunga Mirabilis jalapa.
66
Pada persilangan antara tanaman bunga
Mirabilis jalapa warna merah dengan bunga warna putih, dihasilkan individu keturunan
dengan bunga berwarna merah jambu. Warna merah jambu merupakan warna antara merah
dan putih yang disebabkan oleh ekspresi dari alel penentu warna merah dengan ekspresi dari
alel warna putih. Oleh karena itu, kedua alel penentu sifat beda tersebut dikatakan
mempunyai kekuatan yang sama dalam mempengaruhi munculnya suatu sifat. (untuk
gambar-gambar yang menunjukkan perkawinan sifat intermediate atau semidominan, saudara
bisa googling di internet)
3. Pewarisan Sifat Pada Manusia
Pada manusia, juga dapat dijumpai contoh pewarisan sifat, baik yang diturunkan secara
dominan maupun resesif. Apabila kita telah mengetahui bagaimana sifat tersebut diwariskan
kepada keturunannya, maka kita dapat memprediksi kemungkinan keturunannya. Sehingga
dalam falsafah Jawa dikenal dengan Bibit, Bobot, dan Bebet dalam mencari pasangan hidup.
Berikut ini beberapa contoh pewarisan sifat pada manusia.
1.
Diwariskan secara dominan, antara lain :
a. PTC (=Taster), sifat yang dapat mengecap rasa pahit
b. Polidactil , mempunyai jari tangan lebih
c. Retinal aplasia, orang yang buta sejak lahir, populasinya mencapai 10% dari orang
buta
d. Anonychia, kuku kaki/tangan tak ada/tumbuh tak baik
e. Dentinogenesis imperfect, dentin seperti air susu, ruang pulpa dan saluran akar gigi
terhapus
f. Brachidactil, ruas jari tangan yang menyatu
g. Huntington‟s Chorea, gerak memutar/merangkak/kejang akibat rusaknya SSP
h. Thalasemia/Cooleys anemia, dapat mengakibatkan eritrosit pecah, tak ada rantai Hb
2.
Diwariskan secara resesif, antara lain :
a. Iris mata warna biru, membentuk sedikit melanin
b. Kulit albino akibat tirosin tak dapat diubah menjadi melanin
c. PKU/Phenilketonuria, banyak terdapat fenilalanin dalam hati sebab tak mampu
membentuk enzim fenilalanin hidrolase sehingga urine bau, individunya cacat mental
dan mempunyai IQ rendah
d. Ichtiosis congenital, bayi lahir dengan banyak luka/sobek pada kulitnya
e. Cystic fibrosis, kelainan metabolisme protein, kerusakan pankreas/saluran terhambat,
terdapat lendir yang kental di paru, dapat mengalami kematian saat umur 18 tahun
67
f. Tay sachs, gangguan SS, otot menjadi lemah, dengan kemampuan IQ turun, serta
dapat mengakibatkan kebutaan
4. Pewarisan Sifat Menurut Neo Mendelian Genetik (Modifikasi Hukum Mendel)
Hasil penelitian yang lebih lanjut, menunjukkan bahwa perbandingan keturunan tidak
selalu tepat mengikuti perbandingan Hukum Mendel, tetapi mengalami sedikit modifikasi
pada perbandingan keturunannya. Hal ini disebabkan ada mekanisme yang menyebabkan alel
dari suatu sistem gen dapat mengubah perbandingan fenotip. Penelitian yang berdasar pada
penemuan Mendel disebut Neo Mendelian Genetics. Beberapa mekanisme yang sudah
diketahui, antara lain : Kodominan, Alel ganda, Interaksi gen, Sex linkage, Gen letal, dan
lain-lain.
Golongan darah sistem ABO merupakan contoh peristiwa Kodominan dan Alel ganda.
Pada sistem ABO ini ditentukan oleh tiga alel dari satu gen yaitu IA, IB dan i. Seseorang dapat
memiliki golongan darah A, B, AB atau O. Huruf-huruf tersebut mengacu pada jenis
karbohidrat yang terdapat pada membran sel darah merah. Darah seseorang dapat memiliki
karbohidrat jenis acetylegalactoseamine (golongan darah A), karbohidrat jenis galactose
(golongan darah B), keduanya jenis karbohidrat tersebut (AB) atau tidak memiliki sama
sekali tambahan karbohidrat (O).
Contoh pewarisan Kodominan juga dapat kita jumpai pada sistem golongan darah MN.
Pada kasus ini kedua alel mempengaruhi fenotif dengan cara yang terpisah dan berbeda.
Golongan darah MN manusia ditentukan oleh alel kodominan untuk dua molekul khusus
yang terletak di membran sel darah merah yaitu molekul M dan molekul N. Sebuah lokus
tunggal (dengan dua kemungkinan variasi alel) menentukan fenotif golongan darah. Individu
homozigot untuk alel M (MM) memiliki sel darah merah dengan molekul M saja sedangkan
individu homozigot untuk alel N (NN) hanya memiliki sel darah merah dengan molekul N
saja. Jika kedua molekul M dan N terdapat pada sel darah merah, individu tersebut adalah
heterozigot untuk alel M dan N (MN). Ingatlah bahwa fenotif MN bukan fenotif intermediate.
Peristiwa pewarisan gen yang terangkai pada kromosom kelamin dapat kita jumpai pada
manusia, hal ini disebut Sex Lindkage. Seperti kita ketahui bahwa kromosom kelamin
dibedakan menjadi 2, yaitu kromosom X dan Y. Contoh sex lindkage yang terdapat pada
kromosom X adalah gigi coklat akibat kurang email (secara dominan) ; buta warna,
hemofilia, anodontia, sindrome Lesch-Nyhan, hidrosefali (secara resesif). Sedangkan contoh
sex lindkage yang terdapat pada kromosom Y adalah hipertrichorsis, histrix gravior (manusia
landak), dan jari kaki berselaput (secara resesif).
68
Pewarisan sifat gen letal mempunyai ciri khas yaitu apabila alel dalam keadaan
homozigot (dominan atau resesif) dapat mengakibatkan kematian ketika masih embrio.
Apabila kasus gen letal tersebut dominan maka individu bergenotip heterozigot tampak cacat
tetapi masih dapat hidup, sedangkan jika gen letal bersifat resesif maka individu bergenotip
heterozigot “tidak tampak” cacat. Contoh kasus gen letal adalah Brakhifalangi (gen BB) yaitu
mempunyai jari pendek sebab tulang jari pendek dan tumbuh menjadi satu. Terjadi kerusakan
sel mesoderm dan apical ectoderm ridge dari kuncup anggota. Contoh gen letal lain misalnya
ichtyosis congenita (gen ii) yaitu bayi mempunyai kulit yang kering, bertanduk, dengan
permukaan tubuh terdapat bendar-bendar berdarah, dan biasanya bayi telah mati dalam
kandungan.
Selain kasus di atas, pada manusia juga dijumpai adanya kelainan jumlah kromosom.
Hal ini dapat berupa penambahan atau pengurangan jumlah kromosom serta dapat terjadi
pada kromosom kelamin maupun kromosom autosom. Kelainan pada jumlah kromosom
kelamin antara lain, Sindrom Turner (45, XO) ; Sindrom Klinefelter (47, XXY) ; Sindrom
triple X (47, XXX) ; Sindrom Jacobs (47, XYY). Sedangkan kelainan pada jumlah kromosom
autosom antara lain, Sindrom Down (47, +21) atau 46, t(14q21q) akibat translokasi ;
Sindrome Cri-du-Chat (46, 5p–) akibat delesi ; Sindrome Edward (47, +18) ; Sindrome Patau
(47, +13).
5. Manfaat Pewarisan Sifat Pada Kehidupan Sehari-hari
Setelah kita mengetahui bahwa sifat orang tua atau induk dapat diwariskan kepada
keturunannya, maka kita akan dapat “memprediksi” apa yang akan terjadi pada keturunan,
sehingga diharapkan keturunan yang ada menjadi lebih baik dari orang tua atau induknya.
Hal ini dapat dikembangkan pada: (1) pencarian bibit unggul di bidang pertanian dan
peternakan, (2) menyeleksi sifat-sifat yang kurang menguntungkan dalam bidang pertanian
dan peternakan, atau (3) menghindari perkawinan antara orang tua yang masih ada hubungan
darah, sebab dapat memicu munculnya sifat resesif yang tersembunyi pada keturunannya.
Apakah saudara dapat memberikan contoh-contoh yang lain ?
6. Rangkuman
1) Adanya variasi di antara makhluk hidup ternyata merupakan sifat yang dapat diwarisi
dari orang tua atau induknya.
2) Hukum pewarisan sifat ditemukan oleh Gregor Mendel, yang menyatakan Hukum
Mendel I (Hukum Segregasi atau The Law of Segregation of Allelic Genes) dan Hukum
69
Mendel II (Hukum Pengelompokan atau Penggabungan atau The Law of Independent
Assortment of Genes).
3) Pada pewarisan sifat baik pada manusia, hewan, atau tanaman, bisa terjadi secara
dominan; resesif; semidominan; kodominan; terpaut kromosom seks; terpaut kromosom
autosom; gen yang dapat menyebabkan kematian (letal), dan lain sebagainya.
7. Latihan Soal
1) Tuliskan jumlah dan jenis gamet yang terbentuk dari individu yang bergenotip
AaBbccDd.
2) Pohon durian berbiji besar dan berbatang pendek disilangkan dengan pohon durian
berbiji kecil berbatang tinggi. Biji besar lebih dominan terhadap biji kecil dan batang
tinggi lebih dominan terhadap batang pendek. Jika F1 dibiarkan kawin sesamanya, maka
kemungkinan mendapatkan pohon durian berbatang tinggi adalah ........ %
3) Dewi memiliki golongan darah A menikah dengan Rudi yang belum diketahui golongan
darahnya, memiliki 2 orang anak yang tidak sama dengan golongan darah ibunya.
Bagaimanakah kemungkinan genotip dari keluarga tersebut ?
4) Pada tanaman kacang ercis bunga merah (M) dominan terhadap putih (m), sedang batang
tinggi (T) semidominan terhadap pendek (t). Tanaman galur murni merah pendek
disilangkan putih tinggi, sehingga dihasilkan tanaman F1. Apabila F1 disilangkan
sesamanya, maka pada F2 yang diharapkan memiliki fenotip bunga merah batang tinggi
sebanyak ……%. Bagaimanakah kemungkinan perbandingan fenotip pada F2-nya ?
5) Sebutkan macam-macam kelainan kromosom seks dan autosom pada manusia.
Pustaka Acuan
Campbell, N.A. dan Reece, J.B. 2010. Biology 8th Ed., terjemahan oleh Wulandari, Penerbit
Airlangga, Jakarta.
Irawan, B. 2010. Genetika, Penjelasan Mekanisme Pewarisan Sifat, Airlangga University
Press (AUP), Surabaya.
Suryo, 2005. Genetika - cetakan ke-11, UGM Press, Yogyakarta.
70
BAB VI
REPRODUKSI ORGANISME
1. Pengantar
Setelah memahami pokok bahasan Reproduksi Organisme, mahasiswa dapat
menjelaskan bahwa organisme melakukan reproduksi dalam rangka mempertahankan jenis
(prinsip kontinyuitas), masing-masing kelompok organisme memiliki kekhasan dalam
struktur dan fungsi reproduksi yang dimiliki (prinsip struktur), serta munculnya variasi
keturunan yang dihasilkan dari proses reproduksi generatif (prinsip diversitas).
Capaian pembelajaran bab ini adalah mahasiswa mampu :
1. Menjelaskan prinsip biologi terkait reproduksi organisme (C2)
2. Menjelaskan pengertian dan jenis – jenis reproduksi organisme (C2)
3. Menjelaskan struktur organ reproduksi pada hewan (C2)
4. Menjelaskan struktur organ reproduksi pada Tumbuhan (C2)
5. Menjelaskan alat – alat penyebaran organisme (C2)
Reproduksi organisme merupakan proses perbanyakan diri dari suatu makhluk hidup
yang bertujuan untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya. Reproduksi organisme dapat
dibedakan menjadi dua yaitu reproduksi aseksual (vegetatif) dan seksual (generatif). Pada
kajian ini dibatasi reproduksi organisme pada tumbuhan dan hewan.
2. Reproduksi aseksual (vegetatif)
Reproduksi aseksual merupakan proses reproduksi tanpa didahului oleh pertemuan sel
gamet jantan (spermatozoa) dan sel gamet betina (sel telur) dari spesies yang sama. Proses ini
misalnya dapat dilihat dari proses reproduksi pada Sea anemone. Pada reproduksi aseksual,
keturunan berasal dari induk tunggal dan mewarisi gen dari satu induk tersebut. Proses ini
terjadi secara langsung tanpa melibatkan tahapan dalam pembelahan mitosis, yaitu profasemetafase-anafase-telofase. Reproduksi aseksual dapat dijumpai pada banyak tumbuhan dan
jarang pada hewan. Macam-macam cara reproduksi aseksual adalah fragmentasi, geragih,
rizoma, tunas, dan umbi.
a. Reproduksi vegetatif pada tumbuhan
Reproduksi vegetatif pada tumbuhan dapat terjadi secara alami maupun buatan.
Reproduksi vegetatif alami adalah reproduksi aseksual yang terjadi tanpa campur tangan
manusia. Banyak cara yang dapat terjadi melalui reproduksi seperti ini, yaitu melalui rizoma
71
atau akar tinggal, contoh pada bunga tasbih (Canna indica), lengkuas (Alpinia galanga),
temulawak (Curcuma xanthorrhiza), dan kunyit (Curcuma domestica); stolon atau geragih,
contoh pada pegagan (Sentela asiatica), rumput teki (Cyperus rotundus), strawberry; umbi
batang, contoh pada kentang (Solanum tuberosum); umbi lapis, misalnya pada bawang merah
(Allium cepa); umbi akar, misalnya pada ketela pohon (Manihot uttilisima); dan tunas
adventif, contoh cocor bebek (Kalanchoe pinnata). Sedangkan reproduksi vegetatif buatan
adalah reproduksi aseksual yang terjadi karena bantuan manusia, misalnya mencangkok,
okulasi, merunduk, menyambung dan stek.
Keuntungan dan kerugian reproduksi aseksual adalah secara genetik sifat tumbuhan
baru akan sama dengan sifat tumbuhan induk. Sedangkan kerugian, antara lain mengurangi
keanekaragaman genetik, tumbuhan yang berasal dari stek ataupun mencangkok umumnya
mempunyai sistem perakaran yang kurang kuat.
Reproduksi aseksual tumbuhan menggunakan teknologi
Suatu usaha untuk memperbanyak tumbuhan dengan cara merekayasa tahapantahapan proses reproduksi. Cara ini dilakukan dengan menumbuhkan sel atau jaringan
tumbuhan dalam medium buatan yang berisi hormon dan zat makanan tumbuhan (teknik
kultur jaringan tumbuhan). Teknik ini dilakukan dengan memanfaatkan sifat totipotensi
(kemampuan setiap sel tumbuhan untuk menjadi individu yang sempurna), yang bertujuan
untuk memperbanyak jumlah tumbuhan. Pada teknik ini, hanya membutuhkan bagian tubuh
dari tumbuhan dan jaringan untuk dikultur yang disebut eksplan, misalnya ujung batang dan
ujung daun dari tumbuhan anggrek. Keuntungan menggunakan kultur jaringan adalah dalam
waktu singkat dapat menghasilkan bibit yang diperlukan dalam jumlah sangat banyak, sifat
tumbuhan yang dikultur sesuai dengan sifat tumbuhan induknya, tumbuhan yang dihasilkan
lebih cepat berproduksi, tidak membutuhkan area tanam yang luas, dan tidak perlu menunggu
tumbuhan dewasa untuk membiakannya.
Langkah lebih lanjut dari teknik kultur jaringan tumbuhan adalah pelaksanaan fusi
protoplasma, yaitu penyatuan dua protoplasma atau lebih menjadi individu baru yang mampu
tumbuh dan berkembangbiak sebagai satu individu. Protoplasma adalah bagian dari sel.
Untuk mendapatkannya dilakukan dengan cara melarutkan dinding sel menggunakan enzim
pelarut. Zat pektin dapat dilarutkan dengan enzim pektiolase dan maserozim, sedangkan
untuk zat selulosa dilarutkan dalam enzim selulase. Sebelum dipergunakan, enzim-enzim ini
terlebih dahulu harus disterilisasi. Proses sterilisasi menggunakan panas (menggunakan
72
autoklaf) dapat menyebabkan enzim menjadi inaktif, sehingga cara sterilisasi enzim yang
tepat adalah menggunakan saringan milipore yang dapat digunakan hanya sekali pakai.
Keuntungan teknik fusi ini adalah dihasilkannya varietas baru yang mempunyai sifat-sifat
baik seperti yang diinginkan. Fusi protoplasma yang berhasil misalnya fusi protoplasma dari
kedelai-tembakau dan gandum-jagung.
b. Reproduksi vegetatif pada hewan
Reproduksi vegetatif pada hewan terjadi dengan cara fragmentasi, pembentukan
tunas, atau pertenogenesis. Reproduksi hewan secara fragmentasi yaitu sebagian tubuh
terpisah dari bagian lainnya dan selanjutnya bagian tersebut dapat tumbuh menjadi individu
baru yang lengkap. Peristiwa ini terjadi misalnya pada beberapa cacing analida, cacing pipih,
bintang laut, spons dan koloni karang. Berdasarkan arah pembelahan, reproduksi secara
fragmentasi dapat dibedakan menjadi arkitomi, paratomi, dan tunas. Fragmentasi arkitomi
terjadi ketika tubuh hewan terpecah pada titik tertentu dan masing-masing bagian yang
terpisah akan meregenerasi jaringan dan organ yang hilang. Pada fragmentasi paratomi,
perpecahan terjadi tegak lurus terhadap sumbu antero-posterior. Kedua bagian yang terpisah
selanjutnya meregenerasi untuk melengkapi jaringan dan organ yang hilang. Organisme
tersebut memiliki sumbu tubuh sejajar yaitu berkembang mulai dari bagian kepala ke ekor.
Fragmentasi dengan tunas hampir sama dengan paratomi namun pemecahan tubuhnya tidak
harus disejajarkan dan perkembangan regenerasinya dimulai dari bagian kepala selanjutnya
tumbuh ke arah samping atau mengarah ke belakang. Pada hewan yang reproduksi vegetatif
dengan tunas di mana organisme baru berkembang dari tunas. Hal ini terjadi karena adanya
pembelahan sel di satu bagian tertentu dari tubuh induknya. Organisme yang baru tumbuh
tersebut tetap melekat pada tubuh induknya. Tunas-tunas ini berkembang menjadi individuindividu kecil, ketika sudah dewasa akan terpisah atau lepas dari tubuh induknya dan menjadi
individu independen baru. Organisme yang baru tumbuh ini secara genetik identik dengan
induk, contohnya pada hydra yang menggunakan sel regeneratif untuk reproduksi dalam
bentuk tunas. Kuncup hydra berkembang sebagai hasil pembelahan sel berulang (proliferasi)
pada satu bagian tertentu. Reproduksi vegetative hewan lainnya adalah partenogenesis, yaitu
terbentuknya individu baru dari telur yang tidak dibuahi, misalnya lebah madu.
3. Reproduksi seksual (generatif)
Reproduksi generatif merupakan proses reproduksi yang membutuhkan keterlibatan
dua gamet haploid dari dua induk (jantan & betina), sehingga terjadi percampuran materi
73
genetik membentuk zigot diploid dalam satu spesies yang memungkinkan terbentuknya
individu baru dengan sifat baru. Pada organisme tingkat tinggi mempunyai dua macam
gamet, gamet jantan atau spermatozoa dan gamet betina atau sel telur ayau oosit. Kedua
macam gamet tersebut dapat dibedakan baik dari bentuk ukuran, dan kondisi gamet yang
demikian disebut heterogamet. Peleburan dua macam gamet tersebut disebut singami. Pada
organisme sederhana tidak dapat dibedakan gamet jantan dan gamet betina karena keduanya
sama, dan disebut isogamet. Bila salah satu lebih besar dari lainnya disebut anisogamet.
Hermaprodit adalah satu individu yang mempunyai dua jenis kelamin (jantan &
betina) yang berfungsi untuk fertilisasi. Hermaprodit berbeda dengan interseks, yaitu satu
individu yang mempunyai dua jenis kelamin tetapi tidak berfungsi penuh dalam fertilisasi.
a. Reproduksi generatif pada tumbuhan
Reproduksi generatif adalah terjadinya individu baru yang didahului dengan
peleburan dua sel gamet. Peristiwa ini disebut pembuahan. Pembuahan (fertilisasi) pada
tumbuhan
berbiji
akan
terjadi
kalau
didahului
adanya
proses
penyerbukan
(persarian/polenasi).
Penyerbukan
Penyerbukan adalah sampainya serbuk sari pada tempat tujuan. Pada tumbuhan
Gymnospermae, tujuan serbuk sari adalah tetes penyerbukan, sedangkan pada tumbuhan
Angiospermae, tujuan serbuk sari adalah kepala putik.
Macam-macam penyerbukan
a. Berdasarkan penyebab sampainya serbuk sari pada tujuan
1.
Anemogami: penyerbukan yang disebabkan oleh angin. Ciri-ciri tumbuhan yang
penyerbukannya dibantu oleh angin adalah bunganya tidak bermahkota, serbuk sarinya
bergantungan kedudukannya, serbuk sarinya banyak dan ringan, kepala putiknya besar,
misalnya rumput, tebu, dan alang-alang.
2.
Zoidiogami: penyerbukan yang dibantu oleh hewan.
Berdasarkan
jenis
hewannya
dapat
dibedakan
menjadi
entomogami
(serangga).Tumbuhan yang penyerbukannya memerlukan bantuan serangga umumnya
mempunyai ciri-ciri yaitu mahkota bunga berwarna mencolok, mengeluarkan bau yang
khas, dan mempunyai kelenjar madu. Ornitogami (burung), terjadi pada tumbuhan yang
bunganya mengandung madu atau air. Kiropterogami (kelelawar), terjadi pada tumbuhan
74
yang bunganya mekar pada malam hari. Dan Malakogami (siput), terjadi pada tumbuhan
yang banyak dilekati siput.
3.
Hidrogami: penyerbukan karena bantuan air. Ini pada umumnya terjadi pada tumbuhan
yang hidup di dalam air, misalnya Hydrilla.
4.
Antropogami: disebut juga penyerbukan buatan atau sengaja, yaitu penyerbukan karena
bantuan manusia. Hal ini dilakukan oleh manusia karena tidak terdapatnya vektor yang
dapat membantu penyerbukan. Contohnya, tumbuhan vanili.
b. Berdasarkan asal serbuk sari
1. Autogami atau penyerbukan sendiri. Autogami dapat terjadi bila serbuk sari berasal
dari bunga yang sama. Autogami sering terjadi pada saat bunga belum mekar disebut
kleistogami.
2. Geitonogami atau penyerbukan tetangga, yaitu penyerbukan di mana serbuk sari
berasal dari bunga yang berlainan tetapi masih dalam satu individu.
3. Alogami atau penyerbukan silang, yaitu penyerbukan di mana serbuk sari berasal dari
bunga individu lain tetapi masih dalam satu species/jenis.
4. Bastar yaitu penyerbukan di mana serbuk sari dan putik berasal dari spesies lain.
Terjadinya penyerbukan belum memberi jaminan akan terjadinya pembuahan, karena
buluh serbuk sari yang berasal dari serbuk sari dalam perkembangan selanjutnya belum tentu
dapat mencapai sel telur, yang letaknya di dalam bakal buah jauh dari kepala putik. Pada
beberapa jenis tumbuhan penyerbukannya tidak mungkin terjadi secara autogami
(penyerbukan mandiri). Hal ini antara lain disebabkan oleh adanya keragaman letak alat
kelamin, yaitu dioseus (berumah dua), artinya alat kelamin jantan dan alat kelamin betina
terdapat pada individu yang berbeda. Misalnya: melinjo dan salak dan dikogami, bila putik
dan serbuk sari suatu bunga masaknya tidak bersamaan. Dikogami dapat dibedakan menjadi
dua yaitu protandri, bila serbuk sari suatu bunga masak lebih dulu dari pada putiknya,
contohnya: bunga jagung, seledri, dan bawang Bombay dan Protogini, bila putik suatu bunga
masak lebih dulu dari serbuk sarinya, contohnya: bunga kubis, bunga coklat, dan alpukat.
Herkogami, ialah bentuk bunga yang sedemikian rupa, sehingga serbuk sari dari bunga
tersebut tidak dapat jatuh pada kepala putiknya, kecuali dengan bantuan manusia atau hewan,
contoh: Anggrek, Vanili, dan lain sebagainya, dan Heterostili, ialah bunga yang mempunyai
benang sari dan tangkai putik tidak sama panjang, contoh: tumbuhan familia Rubiaceae (kopi,
kina, kaca piring, dan lain sebagainya).
75
Pembuahan
Penyerbukan akan menghasilkan individu baru apabila diikuti oleh pembuahan, yaitu
peleburan antara sel kelamin jantan dengan sel kelamin betina. Pada tumbuhan berbiji dikenal
ada dua macam pembuahan, yaitu pembuahan tunggal pada Gymnospermae, dan pembuahan
ganda pada Angiospermae.
a. Pembuahan tunggal
Pembuahan tunggal terjadi pada tumbuhan Gymnospermae atau tumbuhan berbiji
terbuka. Serbuk sari yang sampai di kepala putik, akan masuk ke ruang serbuk sari melalui
mikrofil. Serbuk sari terdiri atas dua sel, yaitu sel generatif dan sel vegetative, yang kemudian
bergerak ke ruang arkegonium. Sel generatif membelah menjadi dua yaitu sel dinding (sel
dislokator) dan sel spermatogen (calon spermatozoid). Sel spermatogen kemudian membelah
menjadi dua sel spermatozoid. Setelah sampai di ruang arkegonium, sel vegetatif lenyap, dan
kedua sel spermatozoid lepas ke dalam ruang arkegonium yang berisi cairan, sehingga
spermatozoid dapat berenang di dalamnya. Pada ruang arkegonium terdapat sejumlah sel
telur. Tiap sel telur bersatu dengan satu spermatozoid, sehingga pembuahan pada
Gymnospermae selalu mengasilkan zigot yang kemudian tumbuh dan berkembang menjadi
embrio. Pembuahan tunggal seperti ini misalnya terjadi pada pohon Pinus.
b. Pembuahan ganda
Pembuahan ganda terjadi pada tumbuhan Angiospermae atau tumbuhan berbiji
tertutup. Pada proses ini terjadi dua pembuahan pada saat pembentukan biji, yaitu pembuahan
pertama menghasilkan zigot dan pembuahan yang kedua menghasilkan endosperma
(cadangan makanan).
Pada perkembangan serbuk sari, ketika serbuk sari yang jatuh di kepala putih terdiri
atas satu sel dengan dua dinding pembungkus, yaitu: eksin (selaput luar) dan intin (selaput
dalam). Eksin pecah, kemudian intin tumbuh memanjang membuat buluh serbuk sari. Buluh
serbuk sari ini akan tumbuh menuju ke ruang bakal biji. Bersamaan dengan ini inti sel serbuk
sari membelah menjadi 2, yang besar didepan adalah inti vegetatif sebagai penunjuk jalan,
dan yang kecil di belakang adalah inti generatif. Inti generatif membelah lagi menjadi dua inti
generatif atau spermatozoid, yaitu inti generatif 1 dan inti generatif 2.
Bersamaan dengan perkembangan serbuk sari dalam buluh serbuk sari, di dalam
ruang bakal biji sel induk megaspora (megasporosit/makrosporosit) membelah secara meiosis
menjadi empat sel. Tiga di antaranya mati dan yang satu tumbuh menjadi sel
megaspora/makrospora (inti kandung lembaga primer). Inti sel megaspora ini selanjutnya
76
membelah mitosis tiga x, sehingga terbentuklah delapan inti. Kedelapan inti tersebut
kemudian masing-masing akan terbungkus membran sehingga menjadi sel yang terpisah.
Karena itu sel-sel di dalam bakal biji sering disebut multigamet. Langkah berikutnya, delapan
sel tersebut membentuk formasi di dalam bakal biji. Tiga sel menempatkan diri di bagian atas
bakal biji disebut antipoda, sedangkan di bagian bawah dekat mikrofil, tiga sel menempatkan
diri berdekatan, bagian tengah adalah ovum, bagian yang mengapit sebelah kanan dan kiri
adalah sinergid. Dua sel yang tersisa bergerak ke tengah bakal biji dan bersatu melebur
membentuk inti kandung lembaga sekunder sehingga menjadi sel yang diploid (2n).
Jika terjadi pembuahan inti generative pertama membuahi ovum membentuk zigot,
sedang inti generatif kedua membuahi inti kandung lembaga sekunder menghasilkan
endosperm (3n) sebagai cadangan makanan untuk zigot. Inilah yang dinamakan pembuahan
ganda. Sementara itu inti vegetatif akan mati setelah sampai di bakal biji. inti generatif 1 (n)
+ ovum (n) menjadi zigot (2n); dan inti generatif 2 (n) + inti kandung lembaga sekunder (2n)
menjadi endosperm (3n). Masuknya inti generatif ke dalam ruang bakal biji ada beberapa
cara, yaitu: porogami (bila dalam pembuahan masuknya spermatozoid melalui mikrofil);
aporogami (bila masuknya spermatozoid tidak melalui mikrofil); dan bila masuknya
spermatozoid melalui kalaza, maka disebut kalazogami.
Embrio pada tumbuhan berbiji dapat terjadi karena a) Amfiksis, yaitu terjadinya
embrio melalui peleburan antara ovum dan sel spermatozoid dan b) Apomiksis, embrio
terjadi bukan dari peleburan sel telur dengan sel spermatozoid. Apomiksis dapat terjadi
karena parthenogenesis (yaitu pembentukan embrio dari sel telur tanpa adanya pembuahan);
apogamic (yaitu embrio yang terjadi dari bagian lain dari kandung lembaga tanpa adanya
pembuahan, misalnya dari sinergid atau antipoda); dan embrioni adventif (yaitu embrio yang
terjadi dari selain kandung lembaga. Misalnya, dari sel nuselus). Terjadinya amfimiksis dan
apomiksis secara bersama-sama menyebabkan terdapatnya lebih dari satu embrio dalam satu
biji. Peristiwa ini disebut poliembrioni. Poliembrioni sering dijumpai pada jeruk, mangga,
nangka, dan sebagainya.
b. Reproduksi generatif pada hewan
Hewan khususnya vertebrata hanya dapat berkembang biak secara kawin (seksual,
generatif), yaitu melalui peleburan antara sel telur dan spermatozoa. Pembuahan pada
vertebrata dapat terjadi di luar tubuh maupun di dalam tubuh. Bila terjadi di luar tubuh
disebut fertilisasi eksterna, misalnya pada ikan dan katak. Bila pembuahannya terjadi di
dalam tubuh disebut fertilisasi interna. Misalnya pada reptilia, burung, dan hewan menyusui.
77
Berdasarkan perkembangan embrio, perkembangbiakan pada vertebrata dapat dibedakan
menjadi tiga yaitu:
a. ovipar (bertelur), ialah hewan yang meletakkan telur di luar tubuhnya. Embrio
berkembang di dalam telur dan memperoleh sumber makanan dari cadangan
makanan dalam telur. Misalnya ikan, burung, amfibia, dan sebagian reptilian;
b. ovovivipar (bertelur-beranak), ialah hewan yang menghasilkan telur, dan embrio
berkembang dalam telur. Pembeda dengan ovipar adalah kelompok hewan
ovovivipar tidak mengeluarkan telurnya dari dalam tubuh. Jadi embrio tetap
tumbuh di dalam telur tetapi tetap berada di dalam tubuh induk. Saat menetas dan
keluar dari tubuh induknya tampak seperti melahirkan. Misalnya, ikan Hiu, kadal,
dan beberapa jenis ular; dan
c. vivipar (beranak), ialah hewan yang melahirkan anaknya. Embrio berkembang di
dalam tubuh induknya dan mendapatkan makanan dari induknya dengan
perantaraan plasenta. Misalnya, manusia dan hewan menyusui lainnya.
Organ reproduksi betina yang berperan utama dalam fertilisasi adalah ovarium,
oviduct (tuba falopii), dan uterus. Tempat ovarium terlepas dari saluran reproduksi betina.
Pada saluran reproduksi bagian ujung tuba falopi terdapat bagian yang menyelingkupi ovari,
bagian ini dikenal dengan fimbrae. Ovarium adalah organ genital betina yang memproduksi
ovum atau sel telur. Proses terlepasnya ovum dari ovarium dikenal dengan sebutan ovulasi.
Kecepatan ovulasi dipengaruhi oleh waktu yang berkala dan pengaruh kuat secara langsung
pada siklus reproduksi (siklus menstruasi/siklus estrus). Setelah ovulasi, ovum ditangkap oleh
fimbrae menuju tuba falopi/oviduk, selanjutnya berjalan turun menuju ke uterus. Adakalanya
terjadi difertilisasi oleh datangnya spermatozoa, sehingga terjadi kehamilan dan pada
akhirnya akan lahir menjadi individu baru. Sel epitel penyusun tuba falopi mempunyai
rambut kecil atau silia yang berfungsi untuk membantu sel telur dalam perjalanannya.
Tuba falopi atau oviduk merupakan dua pembeuluh utama dari ovarium pada mamalia
betina menuju uterus. Pada ovum yang telah matang folikel dan dinding ovary akan pecah,
dan
menyebabkan
ovum
terlepas
dan
masuk
pada
tuba
falopi.
Terdapat
perjalanan/perpindahan menuju uterus, terdorong oleh akibat adanya gerakan cilia di bagian
dalam tuba falopi. Proses perjalanan ini berlangsung selama beberapa jam/beberapa hari. Jika
ovum telah terfertilisasi/terbuahi, ketika berada di tuba falopi, kemudian akan secara normal
tertanam di endometrium ketika sel telur tersebut mencapai uterus, yang merupakan awal
tanda adanya kehamilan.
78
Uterus merupakan organ reproduktif betina. Struktur dan bentuk uterus bermacammacam untuk setiap spesies, di antaranya adalah simpleks, dupleks, bipartitus, dan bikornu.
Uterus pada manusia berbentuk simpleks, bagian ujung bercabang dua membentuk saluran
oviduks/ tuba falopii sebagai tempat transportasi spermatozoa menuju bagian ampula atau
ovum menuju ke uterus. Uterus merupakan organ muskular yang tersusun oleh sel-sel otot
yang memiliki sifat seperti buah pear. Fungsi umum yaitu menerima ovum/sel telur yang
telah dibuahi dan akan tertanam/melekat di dinding endometrium, dan membawa dan
menyalurkan nutrisi dari pembuluh darah yang berkembang secara khusus untuk tujuan ini.
Sel telur yang telah dibuahi/difertilisasi akan berubah menjadi zigot, selanjutnya berkembang
membentuk embrio, kemudian berkembang menjadi fetus dan akan tumbuh dalam uterus
sampai nantinya lahir. Jika sel telur yang telah dibuahi tidak tertanam di dinding uterus, maka
sel tersebut akan luruh dan keluar bersama-sama dinding endometrium penyususun uterus
yang dikenal dengan sebutan menstruasi.
Organ reproduksi jantan yang utama adalah testis dan saluran reproduksi jantan
(epididimis, vas deferen, dan uretra). Pada semua mamalia yang hidup di laut dan pakidermis
(binatang berkulit tebal) testis mengalami penurunan. Ke arah stratum pada unggas, testis
tidak mengalami penurunan, tetapi tetap tinggal disekitar ginjal. Fungsi utama skrotum
adalah untuk memberikan kepada testis suatu lingkungan yang memiliki suhu dua sampai
delapan derajat selsius lebih dingin dibandingkan temperature rongga tubuh. Fungsi ini dapat
terlaksana disebabkan adanya pengaturan oleh sistem otot rangkap yang menarik testis
mendekati dinding tubuh untuk memanasi testis atau membiarkan testis menjauhi dinding
tubuh agar lebih dingin.
Determinasi gonad terjadi sewaktu embrio, pada betina berdeferensisi menjadi
ovarium sedangkan pada jantan menjadi testis. Pada semua spesies testis berkembang didekat
ginjal yaitu pada daerah genitalis primitip pada mamalia, testis mengalami penurunan yang
cukup jauh, pada kebanyakan spesies berakhir pada skrotum. Pada burung, testis tidak
mengalami penurunan, tetap tinggal pada posisi disekitar daerah testis itu berasal. Fungsi
testis ada dua macam yaitu
menghasilkan hormon seks jantan yaitu androgen dan
menghasilkan gamet jantan disebut spermatozoa.
Spermatozoa dihasilkan di tubulus seminiferus testis. Tubulus-tubulus tersebut
merupakan saluran yang berliku-liku. Di dalam tubulus, sel spermatogonia (2n atau diploid)
berkembang menjadi spermatosit primer (2n), selanjutnya mengalami pembelahan meiosis
pertama menjadi spermatosit sekunder haploid (n atau haploid), selanjutnya tumbuh menjadi
spermatid yang setelah melalui sederetan transformasi disebut spermiogenesis, kemudian
79
tumbuh menjadi sel spermatozoa. Spermatozoa terdiri atas bagian kepala (head), bagian
tengah (middle piece), dan bagian ekor (end piece).
Gonad jantan atau testis terdapat sel Leydig yang tersebar di antara tubulus
semeniferus dan menghasilkan hormon seks jantan testosteron atau androgen. Produksi
spermatozoa sangat dipengaruhi oleh suhu tubuh, sehingga testis manusia dan mamalia lain
dipertahankan berada di luar rongga abdomen tepatnya di dalam skrotum. Suhu dalam
skrotum adalah sekitar 2˚C di bawah suhu rongga abdomen.
Spermatozoa yang berasal dari tubulus seminiferus testis melalui saluran eferen
mengalir ke epididimis. Selama perjalanan ini spermatozoa menjadi motil dan mendapatkan
kemampuan untuk membuahi. Selama ejakulasi, spermatozoa didorong dari epididimis
melalui vas deferen dan uretra. Semen yang diejakulasikan terdiri atas sel spermatozoa dan
cairan sekresi kelenjar asesoris sebagai media spermatozoa. Kelenjar asesoris pada jantan
adalah kelenjar vesikula seminalis, prostat, dan kelenjar bulbo uretralis. Kelenjar vesikula
seminalis menyumbangkan sekitar 60 % total volume semen. Cairan tersebut mengandung
mukus, gula fruktosa (yang menyediakan sebagian besar energi yang digunakan oleh
spermatozoa), enzim pengkoagulasi, asam askorbat, dan prostaglandin. Kelenjar prostat
adalah kelenjar pensekresi terbesar. Cairan prostat bersifat encer dan seperti susu,
mengandung enzim antikoagulan, sitrat (nutrient bagi sperma), dan sedikit asam. Kelenjar
bulbouretralis adalah sepasang kelenjar kecil yang terletak di sepanjang uretra, dibawah
prostat. Sebelum ejakulasi kelenjar tersebut mensekresikan mucus bening yang menetralkan
setiap urine asam yang masih tersisa dalam uretra.
Beberapa hal yang dapat diamati secara langsung tanpa mikroskop (pengamatan
makroskopis) dari spermatozoa yang dikeluarkan sesaat setelah terjadinya ejakulasi, yaitu
pengamatan terhadap warna, bau, ada tidaknya gel dalam cairan spermatozoa. Warna
spermatozoa yang normal adalah putih keruh. Warna yang lain menunjukkan terdapatnya hal
serius, contohnya warna kuning yang mengarah pada adanya proses infeksi bakteri yang
berlangsung di kelenjar prostat (vesikula seminalis). Sedangkan warna merah atau coklat tua
menunjukkan adanya sel darah merah yang terdapat secara berlebihan di dalam sperma
dengan berbagai kemungkinan, seperti infeksi bakteri yang berlangsung di kelenjar prostat
(vesikula seminalis), petunjuk penyakit yang lebih serius (kanker prostat).
Ringkasan
1. Reproduksi organisme dibedakan aseksual (vegetative) dan seksual (generative).
80
2. Reproduksi aseksual adalah proses reproduksi tanpa didahului oleh pertemuan gamet
jantan (spermatozoa) dan betina (sel telur) dari spesies yang sama.
3. Reproduksi aseksual pada tumbuhan terjadi secara alami (tanpa campur tangan pihak
lain) maupun buatan (terjadi karena bantuan manusia).
4. Reproduksi aseksual tumbuhan menggunakan teknologi misalnya teknik kultur
jaringan tumbuhan dan fusi protoplasma.
5. Reproduksi aseksual pada hewan terjadi dengan cara fragmentasi, pembentukan tunas,
dan partenogenesis.
6. Reproduksi seksual (generatif) membutuhkan keterlibatan dua gamet haploid dari dua
induk (jantan & betina) sehingga terjadi percampuran materi genetik membentuk
zigot.
7.
Hermaprodit adalah satu individu yang mempunyai dua jenis kelamin (jantan &
betina) yang berfungsi untuk fertilisasi.
8.
Macam-macam penyerbukan pada tumbuhan a) berdasarkan penyebab sampainya
serbuk sari pada tujuan (anemogami, zoidiogami, hidrogami, dan antropogami) dan b)
berdasarkan asal serbuk sari (autogami, geitonogami alogami dan bastar)
9.
Macam pembuahan pada tumbuhan adalah pembuahan tunggal pada Gymnospermae,
dan pembuahan ganda pada Angiospermae.
10. Perkembangbiakan pada vertebrata dapat dibedakan atas ovipar (bertelur), ovovivipar,
dan vivipar
Diskusi
1. Jelaskan perbedaan reproduksi sel dan reproduksi organisme.
2. Mengapa perbanyakan tumbuhan menggunakan teknologi lebih disukai dari pada cara
tradisional.
3. Jelaskan perbedaan pembuahan tunggal dan ganda pada tumbuhan
4. Jelaskan perbedaan reproduksi seksual pada tumbuhan dan hewan
5. Jelaskan fungsi utama dari testis dan ovarium
6. Sebutkan macam-macam kelenjar asesoris pada reproduksi jantan
Daftar Pustaka
1. Campbell et al., 2003. Biology. Benyamin Cuming Publication
2. Hayati, A. 2017, Spermatologi, Airlangga University Press, Surabaya
3. Hayati, A. 2010, Reproduksi Hewan, Departemen Biologi, Universitas Airlangga,
Surabaya
81
BAB VII
DIVERSITAS ORGANISME
Setelah memahami pokok bahasan Diversitas Organisme, mahasiswa dapat
1) menjelaskan tentang keanekaragaman organisme berdasarkan struktur,
2) menjelaskan ciri-ciri morfologi organisme,
3) mengklasifikasikan organisme sebagai alat untuk menjelaskan diversitas organisme
(prinsip diversitas organisme (C3);
4) prinsip setiap takson memiliki struktur tertentu yang konsisten (C2) dan prinsip
bahwa organisme dapat berevolusi (C2) .
Capaian pembelajaran bab ini adalah dapat
1. menjelaskan sejarah klasifikasi sebagai alat untuk menggambarkan keanekaragaman
organisme (C2).
1) menjelaskan sistem klasifikasi Linaeus (C1).
2) menjelaskan tata-nama organisme (C2).
2. menjelaskan pentingnya struktur organisme (morfologi dan genetik) sebagai dasar
klasifikasi modern (C2).
3. mengklasifikasikan organisme dengan tiga domain dan 8 kingdom (C3).
1) Membedakan kelas organisme berdasarkan ciri-ciri morfologinya (C2).
2) Menyebutkan contoh klasifikasi dari masing-masing kelas (C1).
Pendahuluan
Materi diversitas organisme memberikan gambaran keanekaragaman organisme dari
paling sederhana (satu sel, uniseluler) sampai ke kompleks (banyak sel, multiseluler).
Organisme tersebut dikelompokkan berdasar ciri-ciri tertentu. Pengelompokan yang banyak
dianut oleh ilmuwan saat ini adalah pengelompokan yang disusun oleh seorang ilmuwan
Biologi bernama R. H. Whittaker, yang membagi makhluk hidup menjadi lima kingdom,
yaitu kingdom Monera, Protista, Fungi, Plantae, dan Animalia. Masing-masing kingdom
memiliki ciri khusus yang harus dipahami. Masing-masing kingdom juga diuraikan secara
ringkas kelompok-kelompok di dalamnya.
82
1. Keanekaragaman Makhluk Hidup
Diversitas organisme (keanekaragaman organisme )
dapat terjadi pada berbagai
tingkat kehidupan, mulai dari organisme tingkat rendah sampai organisme tingkat tinggi.
Misalnya dari makhluk bersel satu hingga makhluk bersel banyak, dan tingkat organisasi
kehidupan individu sampai tingkat interaksi kompleks, misalnya dari spesies sampai
ekosistem.
Perbedaan makhluk hidup disebabkan bentuk tubuh, susunan tubuh, dan kebiasaan
bertingkah laku yang berbeda. Perbedaan-perbedaan tersebut mengakibatkan makhluk hidup
beraneka ragam. Makhluk hidup yang beraneka ragam dapat dikelompokan berdasarkan
kesamaanya. Dasar pikirkanlah dan bandingkanlah dengan pengalaman kita sehari-hari.
Apakah kucing dan anjing dapat kawin dan mengahasilkan keturunan? Jawabannya tentu
tidak. Akan tetapi, jika anjing dikawinkan dengan sesama anjing maka dapat menghasilkan
anak anjing.
Makhluk hidup atau individu sejenis digolongkan dalam satu spesies. Kelompok
manusia yang merupakan satu spesies disebut Homo sapiens. Perbedaan yang dijumpai dalam
satu spesies tertentu disebut variasi. Variasi didunia ini tentu sangat banyak.
Berdasarkan sekuen gen rRNA, makhluk hidup dapat dikelompokkan kedalam 3
domain. Domain adalah tingkat taksonomi yang lebih tinggi daripada tingkat kingdom.
Ketiga domain tersebut adalah Bakteria, Arkhaea, dan Eukariota. Domain bakteri terdiri dari
kebanyakan prokariota yang dikenal saat ini, termasuk bakteri yang berkerabat dekat dengan
kloroplas dan mitokondria. Domain Arkhaea terdiri dari beraneka ragamorganisme
prokariotik yang menghuni berbagai macam linkungan. Beberapa Arkhaea dapat
menggunakan hidrogen sebagai sumber energi, dan Arkhaea yang lain merupakan sumber
utama deposit gas alam yang di temukan pada kerak bumi. Domain Eukariota terdiri dari
semua organisme yang memiliki sel-sel dengan inti sejati. Domain ini mencakup banyak
kelompok organisme bersel tunggal maupun tumbuhan multiseluler. Gambar di bawah ini
mempresentasikan satu pohon filogenetik bagi ketiga domain dan berbagai garis keturunan
yang tercakup didalamnya.
83
Gambar 1. Tiga domain makhluk hidup
2. Pengertian Klasifikasi Makhluk Hidup
Klasifikasi adalah cara para ilmuwan untuk mengelompokkan makhluk hidup. Dasar
untuk mengelompokkan makhluk hidup adalah dengan melihat dari persamaan dan perbedaan
ciri-ciri dan sifat makhluk hidup, yang meliputi ciri morfologis, anatomis, biokimia, dan
reproduksinya. Pengelompokan makhluk hidup yang sudah menggunakan aturan tertentu
disebut sistematika. Klasifikasi dapat berfungsi sebagai alat untuk
mempelajari
keanekaragaman hayati.
Tujuan dari klasifikasi adalah sebagai berikut.
a. menyederhanakan objek studi agar mudah dipelajari;
b. mendeskripsikan ciri-ciri makhluk hidup untuk membedakan tiap-tiap jenis;
c. mengelompokkan makhluk hidup berdasarkan persamaan ciricirinya;
d. mengetahui hubungan kekerabatan dan sejarah evolusinya.
Adanya klasifikasi makhluk hidup mempunyai manfaat sangat besar yang langsung dapat
dirasakan manusia, yaitu sebagai berikut:
a. Pengklasifikasian melalui pengelompokkan dapat memudahkan dalam mempelajari
organisme yang beraneka ragam.
84
b. Klasifikasi dapat digunakan untuk melihat hubungan tingkat kekerabatan antara
organisme satu dengan lainnya.
3. Pengklasifikasian Makhluk Hidup
Klasifikasi dilakukan berdasarkan kesamaan morfologi, anatomi, fisiologi, dan cara
perkembangbiakannya. Dengan klasifikasi akan terbentuk kelompok-kelompok makhluk
hidup yang disebut takson. Setelah diklasifikasikan, suatu makhluk hidup diberi nama
berdasarkan kelompok yang dimilikinya. Sistem tata nama yang dipakai saat ini adalah
sistem tata nama biner yang disebut binomial nomenclature yang diperkenalkan oleh Carolus
Linnaeus yang dijuluki Bapak Taksonomi. Pemberian nama ilmiah makhluk hidup
menggunakan bahasa Latin, dan terdiri dari dua kata yang menunjukkan nama genus dan
spesies. Huruf pertama pada kata pertama ditulis kapital atau huruf besar, dan pada kata
kedua ditulis dengan huruf kecil. Kedua kata ini ditulis miring. Contohnya: Oryzasativa(padi)
dan Gnetum gnemon (melinjo).
Jika nama makhluk hidup lebih dari dua kata, maka kata kedua harus disatukan atau
diberi tanda penghubung dan ditulis miring. Contohnya, kembang sepatu bisa ditulis Hibiscus
rosasinensis atau Hibiscus rosa-sinensis. Berdasarkan taksonomi yang dikembangkan
Linnaeus, dunia tumbuhan dan hewan dibagi menjadi beberapa takson, yaitu kingdom
(kerajaan), filum (keluarga besar), class (kelas), ordo (bangsa), family (suku), genus (marga),
dan spesies (jenis).
Urutan dari kingdom ke spesies berdasarkan persamaan ciri-ciri yang paling umum,
kemudian makin ke bawah persamaan ciri-ciri makin khusus dan perbedaan makin kecil.
Pada 1969, ilmuwan Biologi R. H. Whittaker, membagi makhluk hidup menjadi lima
kingdom, yaitu kingdom Monera, Protista, Fungi, Plantae, dan Animalia. Sistem ini banyak
digunakan para ilmuwan biologi. Pembagian lima kingdom ini didasarkan pada susunan sel
dan cara hidup dalam pemenuhan kebutuhan makanan.
1. Kingdom Monera
Anggota kingdom Monera meliputi makhluk hidup yang terdiri atas satu sel
(uniselular), sesuai dengan asal kata dari bahasa Yunani, moneres yang berarti tunggal.
Kingdom Monera adalah kelompok prokariotik (tidak memiliki membran inti), terdiri dari
Bakteria dan Arkhaea. Secara umum adalah organisme bersel tunggal, meskipun beberapa di
antaranya membentuk agregat/kumpulan koloni atau multiseluler tunggal, memiliki dinding
85
sel yang berada di luar membran plasmanya. Pada umumnya bersifat motil dengan flagel
atau filamen.
Ciri-ciri monera adalah
a. Merupakan populasi Prokariota yang tumbuh dan beradaptasi secara cepat.
b. Cara reproduksi monera dapat berlangsung secara aseksual dan seksual. Reproduksi
aseksual dilakukan dengan cara pembelahan biner (binery fision), fragmentasi atau
spora. Reproduksi secara seksual adalah dengan cara konjugasi, transduksi maupun
transformasi.
c. Sebagian besar terdiri dari Prokariota anggota domain Bakteria.
d. Banyak Monera bersimbiosis dengan spesies lain, dalam hubungan simbiotik
mutualisme, komensalisme, dan parasitisme.
e. Prokariota dari domain Arkhaea hidup dalam lingkungan ekstrim.
f. Manusia memanfaatkan Prokariota untuk riset
Organisme pertama yang menghuni bumi diduga adalah prokariota. Bentuk-bentuk
yang paling umum dari prokariota adalah bulat, batang, dan spiral. Bentuk bulat (kokus)
dapat hidup sendiria, berpasangan (diplokokus), membentuk rantai (streptokokus), dan berada
dalam kumpulan membrbtuk mirip buah anggur (stafilokokus). Bentuk bulat (basilus)
biasanya soliter, namun beberapa basilus tersusun menjadi rantai (streptobasilus). Bentuk
spiral mencakup spirila, berbentuk seperti koma hingga kumparan panjang.
Gambar 2. Bentuk-bentuk prokariota yang paling umum
Struktur permukaan sel prokariota (dinding sel) berfungsi untuk mempertahakan
bentuk sel, memberi perlindungan fisik, dan mencegah sel pecah dalam lingkungan
86
hipotonik. Dinding sel prokariota berbeda dalam komposisi dan kontruksi molekuler dari
dinding sel eukariota. Dinding sel eukariota biasanya dibuat dari selulosa atau kitin. Sebagian
besar dinding sel bakteri mengandung peptidoglikan. Berdasarkan pewarnaan Gram yang
dikembangkan oleh dokter asal Denmark abad ke 19, Hans Chritian Gram, para sains
mengklasifikasikan banyak spesies bakteri menjadi 2 kelompok. Bakteri Gram positif
memiliki dinding yang lebih sederhana dengan jumlah peptidoglikan yang relatif banyak.
Bakteri Gram negatif memiliki peptidoglikan yang lebih sedikit dan lebih kompleks secara
struktural dengan membran luar yang mengandung lipopolisakarida.
Gambar 3. Pewarnaan Gram.
Keanekaragaman genetik prokariota sangat banyak. Para peneliti melakukan
sekuensing gen-gen prokariota. Berdasarkan data molekuler dapat disusun pohon filogeni di
bawah ini.
87
Gambar 4. Filogeni prokariota yang disederhanakan.
1. Arkhaea
 Memiliki kesamaan ciri-ciri tertentu dengan bakteri dan ciri-ciri lain eukariota
 Menempati berbagai habitat bahkan habitat ekstrim yang tidak dapat dihuni makhluk
hidup lain dinamakan ekstremofil (extremophile)
 Extreme halophile (halo, garam), hidup dalam lingkungan garam yang tinggi, contoh
Halobacterium
 Extreme thermophiles (lliennos, panas) hidup pada lingkungan yang sangat panas,
contoh genus Sulfolobus
2. Bakteria
Bakteri memiliki sel uniseluler dan prokariotik. Umumnya tidak memiliki klorofil,
namun ada yang memiliki klorofil sehingga dapat melakukan fotosintesis. Ukuran bakteri
sangat kecil, hanya beberapa mikron.
Bakteria mencakup sebagian besar prokariota yang dikenal oleh kebanyakan
orang. Ada spesies patogenik (infeksi tenggorokan dan TB), hingga spesies yang
menguntungkan (untuk membuat keju dan yogurt)
Cyanobacteria adalah salah satu kelompok bakteria, tidak semuanya bersel satu
(uniseluler). Cyanobacteria memiliki klorofil sehingga mampu berfotosintesis dan
88
menghasilkan oksigen. Tempat hidup Cyanobacteria di danau, laut, sungai, rawa, batu,
tanah, di air dengan suhu yang tinggi, maupun di air dengan tingkat keasaman tinggi (pH
= 4). Contohnya, Spirulina (dapat digunakan sebagai sumber makanan yang kaya
protein).
Perbandingan tiga domain kehidupan adalah sebagai berikut.
2. Kingdom Protista
Ciri-ciri protista adalah eukariotik (mempunyai membran inti), uniseluler atau
multiseluler (bersel banyak), dan autotrof atau heterotrof.
a. Protista yang memliki ciri-ciri seperti hewan (Protozoa). Berikut ini yang termasuk
protista yang memiliki ciri seperti hewan (protozoa).
 Rhizopoda, bergerak dan menangkapi makanan menggunakan kaki semu atau
pseupodia. Rhizopoda hidup di laut, air tawar, tubuh hewan, atau manusia.
Contoh: Entamoeba histolityca (penyebab disentri).
 Flagellata, bergerak menggunakan flagel atau bulu cambuk, hidup di laut, air
tawar, tubuh hewan, atau manusia. Contoh: Trypanosoma evansi (penyebab
penyakit surra pada hewan ternak).
89
Gambar 5. Trichomonas vaginalis
 Cilliata, hidup bebas di air tawar atau laut, bergerak menggunakan rambut getar
silia. Contoh: Paramecium caudatum.
Gambar 6. Paramecium caudatum
 Sporozoa, tidak memiliki alat gerak, dan semua jenis sporozoa hidup sebagai
parasit. Contoh: Plasmodium (penyebab malaria).
b. Protista yang memiliki ciri-ciri seperti tumbuhan (ganggang/algae). Berikut ini adalah
yang termasuk protista yang memiliki ciri-ciri seper ti tumbuhan (ganggang/algae).
 Euglenophyta. Cirinya adalah uniseluler, tidak memiliki dinding sel, mempunyai
klorofil sehingga mampu berfotosintesis, dan memiliki flagel. Contoh: Euglena.
 Pyrophyta. Sebagian besar Pyrophyta adalah Dinoflagellata, hidup di air laut, tapi
ada juga yang hidup di air tawar, uniseluler, memiliki dinding sel, dan mampu
bergerak secara aktif. Contoh: Ceratium.
90
Gambar 7. Euglena
Protista yang memiliki ciri-ciri seperti jamur (fungi). Berikut ini yang termasuk
protista yang memiliki ciri-ciri seperti jamur (fungi).
 Myxomycota (jamur lendir) Dalam siklus hidupnya, Myxomycota menghasilkan
sel-sel yang hidup bebas yang berbentuk seperti amoeboid. Bila kekurangan
makanan, sel-sel bebas ini membentuk massa yang berlendir. Selain itu, dapat
pula membentuk spora bila keadaan kering. Contoh: Physarium.
 Oomycota (jamur air) Oomycota hidup bebas, makanan diperolehnya dari sisasisa tumbuhan di danau atau kolam, dan reproduksi secara seksual dan aseksual.
Secara seksual menghasilkan hifa. Sedangkan, secara aseksual menghasilkan
zoospora, yaitu spora yang mempunyai dua flagel yang da pat tumbuh menjadi
hifa baru. Contoh: Saprolegnia (menempel pada tubuh ikan sebagai parasit).
Gambar 8. Jamur lendir
91
Alga atau ganggang merupakan tumbuhan yang belum mempunyai akar, batang, dan
daun yang sebenarnya, tetapi sudah memiliki klorofil sehingga bersifat autotrof. Alga hidup
ditempat-tempat yang berair, baik air tawar maupun air laut dan tempat-tempat yang lembab.
Alga atau ganggang merupakan sumber daya nabati sebagai bahan kebutuhan hidup manusia.
Gambar 9. Alga pirang (kiri) dan rumput laut (kanan)
3. Kingdom Fungi
Ciri-cirinya adalah eukariot, memiliki dinding sel, tidak memiliki klorofi l, uniseluler
atau multiseluler, hidup heterotrof (saprofit, parasit, dan mutual). Fungi hidup di tempattempat lembap, air laut, air tawar, di tempat yang asam dan bersimbiosis dengan ganggang
membentuk lumut kerak (lichenes). Reproduksi secara aseksual menghasilkan spora, kuncup,
dan fragmentasi. Sedangkan, secara seksual dengan zigospora, askospora, dan basidiospora.
Berikut ini yang termasuk ke dalam fungi.
a. Zigomycota Ciri-cirinya adalah:
 Mempunyai hifa yang tidak bersekat.
 Reproduksi secara seksual dengan zigosporangium dan secara aseksual dengan spora.
 Hidup sebagai saprofit pada makanan, tanah, sisa-sisa tumbuhan atau hewan, ada juga
yang hidup sebagai parasit. Contohnya, Rhizopus oryzae (untuk pembuatan tempe).
b. Ascomycota Ciri-cirinya adalah:
 Uniseluler atau multiseluler (sebagian besar).
 Mempunyai hifa yang bersekat-sekat.
 Ada yang membentuk tubuh buah dan ada yang tidak.
92
 Reproduksi aseksual dengan konidia dan tunas. Sedangkan, secara seksual dengan
konidiospora.
 Hidup sebagai saprofit pada tanah, sisa-sisa organisme, ada yang sebagai parasit pada
hewan atau manusia. Contoh: Saccharo-myces cereviceae (bahan pembuat minuman
beralkohol).
c. Basidiomycota Ciri-cirinya adalah:
 Multiseluler
 Hifa bersekat.
 Ada yang membentuk tubuh buah dan ada yang tidak
 Umumnya hidup saprofit pada sisa-sisa organisme, ada yang parasit pada tumbuhan
atau manusia.
 Reproduksi aseksual dengan membentuk konidiospora, secara seksual dengan
menghasilkan basidiospora. Contohnya, Volvarella volvacea (jamur merang)
d. Deuteromycota Disebut juga jamur tak sempurna karena reproduksi seksualnya belum di
ketahui. Contoh: Aspergillus wentii (pembuatan kecap, tauco).
4. Kingdom Plantae
Kingdom plantae atau tumbuhan adalah istilah untuk organisme yang memiliki ciri
eukariotik dan multiseluler. Selain itu, organisme ini mampu melakukan fotosintesis untuk
menghasilkan makanan karena memiliki klorofil. Kisaran evolusi tumbuhan adalah:.
Gambar 10. Kisaran evolusi tumbuhan
93
Kingdom Plantae dapat dibagi dalam 4 divisi:
 Divisi Bryophyta
 Divisi Pterydophyta
 Divisi Gymnosperms
 Divisi Magnoliophyta/ Angiosperms
a. Bryophyta (Lumut)
Bryophyta hidup di tempat-tempat yang lembap, mempunyai bagian-bagian tubuh yang
menyerupai daun, batang dan akar, mampu melakukan fotosintesis karena memiliki
klorofil. Dalam masa hidupnya me ngalami pergiliran keturunan (metagenesis) yang
menghasilkan generasi penghasil gamet (gametofit) dan generasi penghasil spora
(sporofit). Spora dihasilkan oleh sporogonium. Lumut dibagi menjadi dua kelompok,
yaitu:

Hepatophyta (lumut hati) Tumbuh secara horisontal, belum memiliki daun, dapat
dibedakan menjadi lumut hati jantan dan betina. Alat reproduksinya adalah
gemma, secara seksual dengan gametofit. Contoh: Marchantia.

Anthocerophyta (lumut tanduk)

Bryophyta (lumut daun) Tubuh lumut daun lebih menyerupai batang dan daun,
hidup di tempat-tempat basah, berkelompok. Contoh: Sphagnum fimbriatun
Gambar 11. Lumut daun
b. Pterydophyta
Pteridophyta mempunyai daun, batang, dan akar sejati, tidak berbunga. Akarnya berbentuk
serabut, berfungsi untuk menyerap air dan zat makanan. Pterydophyta telah memiliki
pembuluh angkut (xilem) dan (floem), dan mengalami metagenesis, seperti tumbuhan
94
lumut. Pterydophyta dikelompokkan menjadi Lycophyta (paku kawat), dan Pterophyta
(paku sejati).
Gambar 12. Tumbuhan paku
c. Gymnospermae (tumbuhan biji terbuka)
Gymnospermae tidak memiliki bunga yang sesungguhnya. Biji tidak terbungkus daun
buah. Biji sebagai alat perkembangbiakan berbentuk k erucut yang disebut strobilus.
Terdapat strobilus jantan dan strobilus betina. Gymnospermae terbagi menjadi 4
kelompok, yaitu:
 Cycadophyta – Cycas revolute, Cycas rumphii (pakis haji).
 Ginkgophyta - Ginkgo biloba
 Gnetophyta – Ephedra, Gnetum gnemon (melinjo)
 Coniferophyta – Conifer, Agathis alba (damar).
Gambar 13. Tumbuhan Cycas revolute (kiri) dan Gnetum gnemon (kanan)
95
d. Angiospermae (Tumbuhan biji tertutup)
Angiospermae memiliki bunga sejati sebagai alat reproduksi. Bakal biji diselubungi daun
buah. Bunga-bunga pada Angiospermae ada yang lengkap maupun tidak lengkap. Bunga
lengkap bila memiliki kelopak bunga, mahkota bunga, putik, dan benangsari. Biji
terbungkus bakal buah. Setelah terjadi pembuahan, biji berkembang sehingga mengandung
kandung lembaga (embrio) dan endosperma (cadangan makanan). Angiospermae dibagi
menjadi dua kelompok, berdasarkan keping daun lembaga, yaitu Magnoliopsida/dikotil
dan Liliopsida/monokotil.
5. Kingdom Animalia
Animalia atau hewan merupakan organisme multiseluler, bersifat heterotrof,
organisme yang aktif. Kingdom animalia dibagi ke dalam dua kelompok berdasarkan ada
tidaknya tulang belakang, yaitu:
a. Avertebrata
Avertebrata merupakan kelompok hewan yang tidak memiliki tulang belakang.
Avertebrata terdiri dari 5 filum, yaitu: Calcarea dan Silicea (spons), Cnidaria (koral, uburubur, dan hidra), Lophotrochozoa (cacing pipih, Molusca dll.), Ecdysozoa (nematoda,
Arthropoda dll.), dan Deutrostomia (Echinodermata, Hemichordata dll.). Ulasan filogeni
Invertebrata adalah sebagai berikut.
Gambar 14. Filogeni Invertebrata
96
b. Vertebrata
Kelompok hewan ini memiliki tulang belakang, rangka dalam, rongga tubuh, sistem
pernapasan, pencernaan, peredaran darah, ekskren, saraf, alat reproduksi terdiri dari
kelamin jantan dan betina. Vertebrata terdiri atas kelas:

Pisces (ikan), contoh: ikan louhan.

Amphibia, contoh: katak.

Reptilia, contoh: komodo.

Aves (burung), contoh: penguin.

Mammalia, contoh: kera.

Filogeni Chordata adalah sebagai berikut.
Gambar 15. filogeni Chordata yang masih ada
Pustaka Acuan
Campbell NE, Reece JB, Urry LA, Minorsky PV, Jackson RB. 2008. Biology, 8th edition.
Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings, San Francisco.
97
BAB VIII
POHON FILOGENI
Capaian Pembelajaran,
Setelah lulus mahasiswa dari mata kuliah Biologi Dasar I ini , mahasiswa dapat mampu :
1. menjelaskan pohon filogeni
2. menentukan hubungan kekerabatan organisme
3. mencirikan jenis jenis pengelompokan organime berdasarkan hubungan evolusi
4. menghitung jarak cabang antar organisme.
1. Pengantar
Filogeni atau filogenesis adalah kajian mengenai hubungan di antara kelompokkelompok organisme yang dikaitkan dengan proses evolusi yang dianggap mendasarinya.
Istilah "filogeni" diambil dari bahasa Belanda, fylogenie, yang berasal dari gabungan kata
bahasa Yunani Kuno yang berarti "asal-usul suku, ras". Para ahli menduga pada zaman
sekarang terdapat 5 sampai 100 juta jenis organisme. organisme-organisme tersebut dapat
dikelompokkan berdasar karakter yang dimilikinya. Pohon filogeni atau pohon evolusi adalah
diagram percabangan atau "pohon" yang menunjukkan hubungan evolusi antara berbagai
spesies makhluk hidup berdasarkan kemiripan dan perbedaan karakteristik fisik dan/atau
genetik. Takson yang terhubung pada pohon tersebut berarti diturunkan dari satu nenek
moyang bersama. Penggambaran pertama pohon ini antara lain ditemukan pada buku
Elementary Geology dari Edward Hitchcock (1840) dan The Origin of Species dari Charles
Darwin (1859). Pohon filogeni ini dapat diaplikasikan untuk membuat sistematika biologi,
seperti pohon kehidupan. Taksonomi bertujuan untuk mengelompokkan dan memberi nama
organisme berdasar karakter yang dimilikinya. Kelompok yang terbentuk disebut takson.
setiap organisme harus merupakan anggota suatu takson. Suatu organisme dapat dimasukkan
ke dalam salah satu takson berdasarkan karakter yang dimilikinya.
2. Filogeni Menunjukkan Hubungan Kekerabatan dan Evolusi
Klasifikasi adalah mengelompokkan dan mengkategorikan spesies dari organisme.,
sedangkan biosistematika adalah kajian yang mempelajari klasifikasi organisme dan
menentukan hubungan evolusioner (evolutionary relationships). Para ahli sistematik
menggunakan data fosil, molekuler, dan genetik untuk menyimpulkan hubungan evolusioner.
98
Setiap organisme yang dipelajari hubungan kekerabatannya selalu harus dibandingkan
dengan organisme lain. Organisme berevolusi dari tetuanya. Populasi yang memisah dari
tetua pada umumnya tetap memiliki sifat tetua, tetapi sifat ini secara bertahap mengalami
modifikasi sehingga memungkinkan dapat beradaptasi dengan lingkungan tempat hidupnya.
Spesies yang tampak berkerabat dikelompokkan dalam genus yang sama. Sebagai
contoh, macan tutul (Panthera pardus) tergolong dalam genus yang juga mencakup singa
Afrika (Panthera leo), harimau (Panthera tigris), dan jaguar (Panthera onca). Di atas genus,
para ahli taksonomi menerapkan secara progresif kategori-kategori yang makin
komprehensif. Klasifikasi berjenjang dapat di lihat pada Gambar 8.1.
Dengan mempelajari filogeni seseorang menjadi tahu perbedaan dan kesamaan antara
hewan, tumbuhan dan organisme lainnya. Hubungan kekerabatan antara klasifikasi dan
filogeni dapat di lihat pada Gambar 8.2.
99
Gambar 8.1. Klasifikasi berjenjang
100
Gambar 8.2. Hubungan antara klasifikasi dan filogeni
3. Pohon Filogenetik
Pohon
filogenetik
adalah
sejarah
evolusioner
kelompok
organisme
yang
dipresentasikan dalam sebuah diagram yang bercabang. Contoh pohon dapat di lihat pada
Gambar 8.3. Hubungan seringkali digambarkan sebagai serangkaian dikotomi atau titik
percabangan (branch point) dua arah. Setiap titik percabangan mempresentasikan divergensi
antara 2 garis keturunan evolusioner dari nenek moyang bersama. Titik percabangan 1
mempresentasikan nenek moyang bersama dari takson A, B, dan C. Posisi titik percabangan 4
ke arah kanan titik percabangan 1 menunjukkan bahwa takson B dan C berdivergensi setelah
garis keturunan bersama, keduanya terpisah dari takson A. Takson B dan C merupakan taksa
saudara (sister taxa). Titik percabangan yang mengarah ke garis keturunan takson D, E, dan F
disebut politomi (polytomy), sebuah titik percabangan tempat munculnya lebih dari dua
kelompok keturunan.
101
Gambar 8.3. Cara membaca pohon filogeni.
4. Kladistik (cladistic)
Kladistik adalah menghasilkan kelompok organisme yang bersifat monofiletik, yaitu
kelompok yang anggota-anggotanya memiliki tetua atau nenek moyang Bersama..
Pengelompokan organisme
ini menggunakan hubungan evolusi. Para ahli biologi
menempatkan spesies dalam kelompok-kelompok yang disebut klad (clade), yang masingmasing mengandung satu spesies nenek moyang dan semua keturunannya. Klad seperti
peringkat taksonomi. Klad ada 3 macam, yaitu:
1. Monofiletik : terdiri atas takson-takson yang memiliki satu nenek moyang
Tetua B menghasilkan 6 spesies (C-H)
102
2. Polifiletik : terdiri atas takson-takson memiliki lebih dari satu nenek moyang
Spesies E – G diturunkan dari
dua nenek moyang berbeda.
yaitu C dan F (C tetua dari E,
F tetua dari G)
3. Parafiletik: Terdiri atas sebagian keturunan dari nenek moyang.
Tetua A menghasilkan spesies
turunan I. Selanjutnya, spesies I
menghasilkan spesies J dan K.
Tanpa melihat turunan dari
spesies B dll.
Gambar 8.4. Kelompok monofiletik, parafiletik, dan polifiletik
103
Hubungan kekerabatan dapat diperlihatkan dengan cara membandingkan :
1. Urutan susunan asam amino
Spesies secara filogenetik berkerabat dekat jika memiliki lebih banyak urutan
nukleotida yg sama dalam asam nukleotida dan lebih banyak asam amino yg sama dalam
protein bila dibandingkan dgn spesies yang hubungan kekerabatan lebih jauh. Contohnya,
berdasarkan urutan asam amino dari enzim sitokrom c menunjukkan bahwa manusia
berkerabat dekat dengan simpanse, sedangkan dengan kambing berkerabat jauh
2. Urutan nukleotida DNA dan RNA
Keseluruhan genom dapat dibandingkan dg cara hibridisasi DNA-DNA. Analisis urutan
DNA (DNA sequence analysis), yaitu perbandingan urutan nukleotida DNA. Contohnya,
Panda anggota beruang atau Rakun ? Panda raksasa dimasukkan keluarga Beruang. Panda
kecil dimasukkan keluarga Rakun (Gambar 8.5)
Gambar 8.5. Hubungan kekerabatan beruang, panda, dan rakun
104
5. Cara Membuat Pohon Filogeni Berdasarkan Hipotesis Filogenetik Urutan DNA
1. Data tabel jarak DNA suatu taksa pada gambar 7.6.
A
A
B
C
D
6
8
12
10
14
B
6
C
8
10
D
12
14
Gambar 8.6. Jarak DNA
2. Menghitung jarak cabang A dan B
Jarak A-B = 6, jadi panjang cabang 6:2 = 3 unit
3. Taksir jarak AB dengan taksa lain
Hitung jarak AB ke C :
Jarak A ke C = 8, Jarak B ke C = 10
Jarak AB ke C = 18:2=9
Hitung jarak AB ke D :
Jarak A ke D =12, Jarak B ke D =14
Jarak AB ke D = 26 : 2 = 13
Jarak AB ke C = 9, Jarak AB ke D = 13
105
16
16
Jadi C lebih dekat dengan AB (9 unit) dibandingkan dengan D (13 unit).
Letak C ditempatkan setelah A dan B pada pohon filogeni
Cabang C = 9:2 = 4,5 dan cabang A = 4,5
4. Taksir jarak antara Unit ABC dgn D
A ke D = 12, B ke D = 14, C ke D = 16
Sehingga 42 : 3 = 14
5. Letak D ke pohon :
Panjang cabang D = 14 : 2 = 7 unit
7.6. Klasifikasi Filogenetik
Klasifikasi filogenetik bertujuan membuat klasifikasi lebih obyektif dan konsisten dg
sejarah evolusi, yang telah memasuki suatu era baru. Metode molekuler menjadi dasar untuk
analisis fenetik dan kladistik.
106
A. Analisis Fenetik, fenetik (dari kata phaienein : terlihat sama).
Fenetik mengklasifikasikan organime hanya berdasarkan karakteristik yang sama. Fenetik
meningkatkan obyektifitas analisis biosistematik. Contohnya, hubungan kekerabatan
beberapa variasi mangga (golek, gadung, kopyor, manalagi, podang dll) dengan melihat
karakter yg dimiliki bersama. Karakter yg dimiliki bersama antara lain :
1. Karakter morfologi
4. Karakter molekul DNA
2. Karakter anatomi
5. Karakter protein, dll
3. Karakter metabolit sekunder
B. Analisis Kladistik
Analisis kladistik menggunakan homologi untuk menentukan titik percabangan pada
pohon filogenetik. Kladistik (berasal dari bahasa yunani, clados berarti cabang). Analisis
kladistik disebut taksonomi filogenetik.
Akibat penurunan dengan modifikasi, organisme memiliki kesamaan dengan nenek
moyangnya, sekaligus juga perbedaan. Sebagai contoh, semua Mammalia memiliki tulang
belakang, namun keberadaab tulang belakang bukanlah pembeda Mammalia dari Vertebrata
lain, karena semua Vertebrata memiliki tulang belakang. Dengan demikian, tulang belakang
merupakan karakter nenek moyang milik bersama (shared ancestral character), adalah
karakter yang bermula pada nenek moyang suatu takson. Sedangkan, rambut adalah karakter
yang dimiliki oleh semua Mammalia, namun tidak ditemukan pada nenek moyangnya.
Rambut dianggap sebagai karakter derivat milik bersama (shared derivad character).
107
Gambar 8.7. Membangun pohon filogenetik. Angka 0 mengindikasikan ketidakhadiran
karakter, angka 1 mengindikasikan kehadiran karater
Untuk membangun pohon filogenetik berdasarkan analisis sekumpulan karakter untuk
lima vertebrata (macan tutul, penyu, salamander, tuna, dan lamprey sebagai dasar
perbandingan kita harus mempunyai sebuah kelompok luar (out group). Kelompok luar
adalah suatu spesies atau kelompok spesies dari garis keturunan yang diketahui telah
berdivergensi sebelum garis keturunan yang mencakup spesies yang akan dipelajari
(kelompok dalam/ingroup).
Kelompok luar yang sesuai dapat ditentukan berdasarkan bukti morfologi, palentologi,
perkembangan embrionik, dan sekuen gen. Contohnya, lancelet adalah seekor hewan kecil
yang hidup di daerah pasang surut yang berlumpur dan merupakan anggota Chordata, tetapi
lancelet tidak memiliki tulang belakang.
Dengan membandingkan anggota dengan antar kelompok dalam dan kelompok luar,
kita dapat menentukan karakter mana yang merupakan derivat pada berbagai titik
percabangan evolusi Vertebrata. Dengan demikian kita dapat membuat pohon filogenetik
berdasarkan tabel karakter.
Gambar 8.8. Pohon filogenetik
108
7. Pohon Filogenetik dengan Panjang Cabang yang Proporsional
Pada beberapa diagram pohon, panjang cabang sebanding dengan jumlah perubahan
evolusioner atau waktu terjadinya peristiwa tertentu. Sebagai contoh, panjang cabang pada
pohon filogenetik dapat merefleksikan jumlah perubahan yang terjadi dalam sebuah sekuen
DNA tertentu pada garis keturunan. Contoh, panjang total garis horizontal dari dasar pohon
ke mencit lebih pendek daripada garis yang menuju ke spesies kelompok luar (lalat buah
Drosophila). Ini menunjukkan bahwa mencit dan lalat buah berdivergensi dari nenek moyang
bersama, lebih banyak perubahan genetik yang terjadi pada garis keturunan lalat buah
daripada garis keturunan mencit.
Gambar 8.9. Panjang cabang dapat mengindikasikan jumlah relatif perubahan genetik.
8. Parsimoni Maksimum dan Kemungkinan Maksimum
Para ahli sistematik tidak pernah yakin untuk menemukan pohon filogenetik yang
paling akurat, namun mereka dapat menyempitkan kemungkinan yang ada dengan
menerapkan prinsip-prinsip parsimoni maksimum dan kemungkinan maksimum.
Prinsip parsimoni maksimum (maximum parsimony) juga dikenal sebagai pisau cukur
Occam yang dinamai berdasarkan William of Occam yang mengajukan pendekatan
pemecahan masalah minimalis dengan menghilangkan keruwetan yang tak perlu.
Pada pohon yang berdasarkan morfologi, pohon yang paling parsimonis memerlukan
peristiwa evolusioner yang paling sedikit, yang diukur berdasarkan asal usul karakter
morfologi derivat yang dimiliki bersama. Pada pohon yang berdasarkan DNA, pohon yang
paling parsimonis memerlukan perubahan basa nitrogen yang paling sedikit.
109
Prinsip kemungkinan maksimum (maximum likelihood) menyatakan bahwa sesuai
aturan tertentu tentang bagaimana DNA berubah seiring waktu, sebuah pohon dapat
merefleksikan peristiwa evolusioner yang paling mungkin berdasarkan perbedaan sekuen.
Contohnya, pada hubungan filogenetik anatar manusia, jamur, dan tulip menunjukkan dua
kemungkinan pohon parsimoni yang setara bagi ketiga organisme. Pohon 1 lebih mungkin
jika kita berasumsi bahwa perubahan DNA telah terjadi pada laju yang setara di semua
cabang pohon dari nenek moyang bersama. Pohon 2 berasumsi bahwa laju evolusi sangat
melambat pada garis keturunan jamur dan semakin cepat pada garis keturunan tulip. Dengan
berasumsi bahwa laju yang setara lebih umum daripada laju yang tidak setara, maka pohon 1
lebih mungkin daripada pohon 2.
Gambar 8.10. Pohon-pohon dengan kemungkinan berbeda.
9. Manfaat mempelajari Pohon Filogeni Menyongsong Abad 21
1. Bidang Pangan
Setelah mengetahui fungsi suatu organisme sebagai makanan yang mempunyai nilai
gisi yang baik dan tinggi , maka dapat mencari penggantinya bila terjadi kelangkahan
110
atau lain hal. Cara mencari dengan melihat pohon filogeni, organisme mana yang dekat
kekerabatannya untuk dijadikan
penggantinya. Dalam ilmu fitokimia menyakan
organisme yang berkerabat dekat mempunyai kandungan dangisi yang hamper sama.
Sedangkan dalam ilmu biosistematika, organisme yang mempuyai kekerabatan yang
dekat mempunyaisifat kesamaan yang sama.
Contoh : padi (Orysa sativa) bisa digantikan jagung ( Zea mays), sorgum dan lainnya.
2. Bidang Kesehatan
Setelah mengetahui fungsi suatu organisme sebagai obat herbal yang berfungsi untuk
mengobati penyakit tertentu, maka dapat mencari penggantinya sebagai alternatif.
Contoh : Buah Pace (Morinda citrifolia) sebagai obat menurunkan glukosa darah
dicari penggantinya dengan buah Pare (Momordica charantia).
3. Bidang Lingkungan
Setelah mengetahui fungsi suatu organisme sebagai berfungsi untuk mengurangi polusi
udara, maka dapat mencari penggantinya sebagai alternatif.
Contoh : Daun tanaman bunga tasbih ( Canna hybrida) mempunyai peran sebagai
penyerap polutan di udara, maka dapat mencari penggantinya bila terjadi kelangkahan
atau lain hal. Cara mencari dengan melihat pohon filogeni, organisme mana yang dekat
kekerabatannya untuk dijadikan penggantinya. Penggantinya daun tricolor ( Dracaena
marginata)
4. Bidang Energi
Setelah mengetahui fungsi suatu organisme sebagai berfungsi untuk sumber energi,
maka dapat mencari penggantinya sebagai alternatif. Cara mencari dengan melihat
pohon filogeni, organisme mana yang dekat kekerabatannya untuk dijadikan
penggantinya.
Contoh : etanol merupakan bahan bakar yang menghasilkan energi., dapat dicari
alternatifnya dari gandum, bit, kentang atau jagung.
Pustaka Acuan
Campbell NE, Reece JB, Urry LA, Minorsky PV, Jackson RB. 2008. Biology, 8th edition.
Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings, San Francisco.
Fiona B; Detlef L (2001). Phylogenetic Analysis. John Wiley & Sons. Page: 323
111
BAB IX
HOMEOSTASIS DAN OSMOREGULASI
Pokok bahasan ini memuat prinsip bahwa semua organisme hidup harus memelihara
kondisi internal tubuh ada dalam kondisi khas (prinsip universalitas, homeostasis, dan
diversitas). Dalam berinteraksi dengan lingkungannya, organisme dapat mempunyai kondisi
homoestasis baru sebagai upaya adaptasi terhadap perubahan kondisi lingkungan (prinsip
interaksi).
Capaian pembelajaran pokok bahasan ini adalah mahasiswa dapat menegaskan bahwa
semua organisme memelihara kondisi internal tubuh pada kisaran terbatas yang dapat
berbeda dengan organisme lain dan dengan kondisi lingkungannya (C3). Sub capaian
pembelajaran pada topik ini dapat diuraikan sebagai berikut, yaitu mahasiswa dapat :
1) Menjelaskan definisi homeostatis (C1)
2) Menguraikan upaya organisme untuk mempertahankan kondisi homeostatis (C2)
3) Menjelaskan definisi osmoregulasi (C1)
4) Menguraikan bahwa ada beragam mekanisme osmoregulasi dengan memberikan
contoh (C2)
Menegaskan bahwa adaptasi organisme dapat menggeser kondisi homeostatis menuju ke
homeostatis baru (C3)
1. Pengantar
Pengertian osmoregulasi adalah pengontrolan kadar air dan garam mineral di dalam
darah supaya menjadi seimbang antara pemasukan serta pengeluaran cairan tubuh oleh sel
atau organisme hidup. Osmoregulasi diperlukan karena adanya perbedaan konsentrasi cairan
tubuh dengan lingkungan disekitarnya. Sebagai contoh, apabila sebuah sel menerima terlalu
banyak air dapat mengakibatkan pembesaran ukuran sel, tetapi jika cairan sel keluar, maka
sel akan mengerut dan mati.
Pengertian homeostasis adalah mekanisme pengaturan organisme supaya konstan,
sehingga terjadi kesetimbangan dinamis di dalam tubuh organisme. Homeostasis merupakan
salah satu konsep penting dalam biologi, terutama terkait fisiologi organisme.
112
2. Mekanisme Osmoregulasi dan Homeostasis
Komponen utama penyusun tubuh (terutama hewan) adalah air, yang mencapai sekitar
75–90% dari berat tubuh. Air ini tersebar di berbagai bagian tubuh, baik di dalam sel (cairan
intra sel/CIS) atau di luar sel (cairan ekstra sel/CES). Dalam CES (terutama plasma darah)
terlarut berbagai macam zat, antara lain ion, sari makanan, sisa obat, hormon serta zat sisa
hasil metabolisme sel. Konsentrasi cairan tubuh dapat berubah setiap saat, tergantung pada
berbagai faktor sehingga organisme harus mempertahankan keseimbangan antara jumlah air
dan zat terlarut pada tingkatan yang tepat.
Penyebab suatu organisme melakukan osmoregulasi adalah :
1. Mengupayakan terjadinya keseimbangan antara subtansi tubuh dan lingkungannya
2. Sifat membran sel yang permeabel, hal ini penting untuk transportasi zat lintas
membran
3. Terjadi perbedaan tekanan osmosis antara sel dengan lingkungannya
Proses osmoregulasi yang terpenting adalah proses osmosis, yaitu proses pergerakan air
dari cairan yang mempunyai kandungan air lebih tinggi (lebih encer) menuju ke cairan yang
mempunyai kandungan air lebih rendah (lebih pekat). Proses osmosis dapat berhenti apabila
kedua larutan mencapai konsentrasi yang sama antara lingkungan intra sel dan ekstra sel.
Berdasarkan konsentrasi osmolaritasnya, apabila dua macam larutan mempunyai
tekanan osmotik yang relatif sama antara tekanan osmotik di dalam dan di luar sel maka
disebut isoosmotik (isotonis). Jika suatu larutan memiliki konsentrasi osmotik lebih tinggi
dibandingkan larutan yang lain disebut hiperosmotik (hipertonis). Sebaliknya larutan yg
memiliki konsentrasi osmotik lebih rendah daripada larutan lainnya disebut hipoosmotik
(hipotonis).
Gambar 1. Keadaan kemungkinan sel pada beberapa lingkungan yang mempunyai
osmolaritas berbeda
113
Osmoregulasi pada organisme terkait dengan struktur membran sel sebab pada
membran sel inilah terjadinya proses transportasi lintas membran. Beberapa transportasi yang
mungkin terjadi di membran sel adalah :
1. Terdapat peristiwa osmosis dan difusi
2. Kelangsungan hidup sel bergantung pada keseimbangan penyerapan dan pelepasan
air
3. Protein spesifik membran sel mempermudah transport pasif zat terlarut terseleksi
4. Terdapat beberapa pompa ion membangkitkan tegangan melintasi membrane
5. Pada peristiwa co-transport, protein membran mengangkut suatu zat terlarut
bersamaan dengan zat terlarut lainnya
6. Terdapat peristiwa eksositosis dan endositosis untuk mentransport molekul besar
Apabila dibandingkan antara transpor pasif dan transpor aktif pada membran sel, maka
pada peristiwa transpor pasif, substansi secara spontan akan berdifusi menuruni gradien
konsentrasi tanpa memerlukan energi. Molekul yang bersifat hidrofobik dan molekul polar
tak bermuatan yang berukuran kecil dapat berdifusi langsung melintasi membran. Sedangkan
substansi hidrofilik, akan berdifusi melalui protein transpor disebut difusi yang dipermudah
(difusi fasilitasi). Pada peristiwa transpor aktif, protein transpor akan memindahkan substansi
melintasi membran dengan melawan gradien konsentrasi tetapi membutuhkan energi/ATP.
Gambar 2. Perbedaan antara proses difusi (kiri), difusi fasilitasi (tengah), transport aktif
(kanan)
Beberapa mekanisme pengangkutan membran sel yang juga penting adalah pompa ion
Na-K. Secara ringkas dapat dilihat pada gambar 3 di bawah ini.
114
Gambar 3. Mekanisme pompa ion Na-K
Pada membran sel, juga terjadi peristiwa eksositosis, yaitu sekresi materi dengan cara
menggabungkan vesikula dan membran atau endositosis, yaitu masuknya materi dalam sel
dengan cara menggabungkan vesikula dan membran sel. Endositosis dibagi menjadi 3 jenis,
antara lain (1) fagositosis, yaitu pseudopodia “menelan” partikel dan mengemasnya dalam
suatu vakuola ; (2) pinositosis, yaitu tetesan fluida ekstraseluler dimasukkan ke dalam sel
dalam sebuah vesikula kecil ; (3) endositosis yang diperantarai reseptor, yaitu lubang terlapisi
membentuk vesikula dan molekul spesifik (ligan) terikat reseptor pada permukaan sel, setelah
materi tercerna dibebaskan dari vesikula untuk metabolisme dan reseptor dikembalikan lagi
ke membran plasma. Selengkapnya dapat dilihat pada gambar 4 berikut ini.
Gambar 4. Peristiwa fagositosis (kiri), pinositosis (tengah), endositosis dengan reseptor (kanan)
3. Fisiologi Osmoregulasi dan Homeostasis
Osmoconformer adalah organisme yang tidak aktif mengatur sistem osmosis sebab
mereka memiliki osmolaritas yang cenderung konstan serta hidup di lingkungan yang
memiliki komposisi kimia yang sangat stabil, sehingga tidak ada tendensi untuk memperoleh
115
atau kehilangan air. Organisme osmoconfomer banyak dijumpai pada invertebrata laut.
Sedangkan osmoregulator adalah organisme yang aktif menjaga osmolaritasnya tanpa
tergantung lingkungan sekitar sehingga organisme osmoregulator dapat hidup di lingkungan
air tawar, daratan, serta lautan. Osmoregulasi juga berfungsi ganda sebagai sarana untuk
membuang zat-zat yang tidak diperlukan oleh sel atau organisme hidup. Pada hewan dan
manusia, proses osmoregulasi diatur oleh organ osmoregulator, yaitu ginjal, kulit, insang, dan
endokrin (hormon).
Beberapa peristiwa osmoregulasi dan homeostasis, dapat kita pelajari pada hewan
(antara lain ikan) serta manusia. Perhatikan beberapa contoh berikut ini.
1. Ikan air tawar :
Kadar garam dalam tubuh ikan air tawar yang lebih tinggi dibandingkan dengan
lingkungannya menjadikan ikan air tawar cenderung menyerap air dari lingkungannya
dengan cara osmosis. Hal ini dilakukan dengan cara insang secara aktif memasukkan
ion/garam dari lingkungan ke dalam tubuh dan ginjal akan memompa keluar kelebihan
air sebagai urine. Pada ikan air tawar, dijumpai banyak glomeruli ginjal dengan diameter
besar untuk menghasilkan urine sebanyak-banyaknya.
2. Ikan air laut :
Ikan air laut cenderung untuk kehilangan air di dalam sel-sel tubuhnya karena proses
osmosis melalui kulit. Insang ikan air laut aktif mengeluarkan garam dari tubuhnya dan
„minum‟ air laut sebanyak-banyaknya sehingga kandungan garam akan meningkat dalam
cairan tubuh. Organ dalam tubuh ikan menyerap ion garam seperti Na+, K+ dan Cl–, serta
air masuk ke dalam darah dan selanjutnya disirkulasi. Insang ikan mengeluarkan ion
tersebut dari darah ke lingkungan luar sehingga menghasilkan volume urine lebih sedikit
dibandingkan dengan ikan air tawar. Selain itu, tubuli ginjal mampu berfungsi sebagai
penahan air dan glomerulinya cenderung lebih sedikit serta
dibandingkan ikan air tawar.
116
bentuknya lebih kecil
Gambar 5. Perbedaan osmoregulasi dan homeostasis ikan air tawar (atas), ikan air laut
(bawah)
3. Pengaturan suhu tubuh manusia
Apabila suhu badan tinggi atau rendah melebihi normal atau lingkungan, maka terjadi
mekanisme homeostasis. Apabila bila suhu badan tinggi, akan terjadi :
a. Vasodilatasi, hal ini memungkinkan panas dibebaskan keluar
b. Darah lebih banyak mengalir ke kulit sehingga kulit kelihatan berwarna merah
c. Berkeringat, sebab air keringat yang keluar dapat menyerap panas yang tinggi dan
terbebas ke lingkungan sekitar
Sedangkan mekanisme homeostasis bila suhu badan rendah, maka akan terjadi :
a. Vasokonstriksi, mengakibatkan panas tak banyak keluar ke lingkungan
b. Darah sedikit mengalir ke kulit sehingga kulit kelihatan pucat
c. Sedikit berkeringat sebab saat kelenjar keringat sedikit mengeluarkan keringat maka
panas tak banyak dibebaskan
4. Pengaturan kadar glukosa
Pengaturan kadar glukosa merupakan contoh osmoregulasi dan homeostasis yang
dilakukan oleh kelenjar endokrin. Setelah kita makan, maka kadar glukosa dalam darah
akan meningkat. Hal ini akan mengakibatkan sel β–Langerhans mensekresikan lebih
banyak hormon insulin sehingga kadar glukosa dalam darah akan turun dan diubah
117
menjadi glikogen untuk selanjutnya disimpan dalam hati. Sebaliknya saat tubuh kita
kekurangan glukosa, maka glikogen yang tersimpan akan diubah menjadi glukosa oleh
hormon glukagon yang dihasilkan oleh sel α–Langerhans sampai kadar glukosa dalam
darah tubuh terpenuhi.
Pustaka Acuan
Campbell, N.A. dan Reece, J.B. 2010. Biology 8th Ed., terjemahan oleh Wulandari, Penerbit
Airlangga, Jakarta.
Wikipedia, 2013. http://id.wikipedia.org/wiki/Homeostasis, diakses tanggal 23 Desember
2013.
Wikipedia, 2013. http://id.wikipedia.org/wiki/Osmoregulasi, diakses tanggal 23 Desember
2013.
Willmer, P., Stone, G., and Johnston, I. 2005. Environmental Physiology of Animals 2nd Ed.,
Blackwell Publishing, USA
118
BAB X
EVOLUSI
Setelah memahami pokok bahasan evolusi mahasiswa dapat menjelaskan bahwa makhluk
hidup mengalami evolusi (prinsip evolusi), petunjuk terjadinya evolusi (prinsip diversitas),
mekanisme evolusi (prinsip interaksi dan homeostasis), dan spesiasi (prinsip diversitas).
Sub Capaian Pembelajaran pokok bahasan ini adalah mahasiswa setelah selesai mempelajari
pokok bahasan ini mahasiswa dapat:
1)
Menjelaskan sejarah perkembangan teori evolusi makhluk hidup (C2)
2)
Menjelaskan konsep perkembangan teori evolusi menurut Darwin (C2)
3)
Menyebutkan petunjuk adanya evolusi (C1)
4)
Menjelaskan mekanisme evolusi (C2)
5)
Menjelaskan terjadinya spesiasi (C2)
6)
Menerapkan prinsip evolusi pada bidang pertanian, kesehatan, dan lingkungan(C3)
1. Pengantar
Evolusi adalah proses perubahan yang berlangsung sedikit demi sedikit dan memakan
waktu yang (pada umumnya absolut) lama. Waktu adalah faktor penting dalam evolusi.
Proses evolusi memerlukan waktu yang sangat lama. Perubahan yang terjadi adalah menuju
semakin kompleksnya struktur dan fungsi dan semakin banyaknya jenis yang ada
(biodiversitasnya semakin tinggi). Dalam konteks biologi modern, evolusi berarti perubahan
frekuensi gen dalam suatu populasi. Akumulasi perubahan gen ini menyebabkan terjadinya
perubahan pada makhluk hidup. Evolusi menjelaskan sejarah makhluk hidup, hewan,
tumbuhan, fungi, mikroba. Bahwa keanekaragaman biologi merupakan hasil dari evolusi.
Yang dianggap sebagai pencetus teori evolusi adalah Charles Darwin setelah menerbitkan
bukunya tahun 1859 yang berjudul “On the Origin of Species by Means of Natural
Selection”. Sebenarnya gagasan tentang adanya evolusi sudah lama ada jauh sebelum teori
Chales Darwin, bahkan sudah ada sejak sebelum Masehi. Gagalnya teori-teori tersebut karena
sifatnya yang masih sepotong-sepotong dan tidak didasari oleh fakta. Kalaupun didasari oleh
fakta hanya sebatas pada makhluk hidupnya, tanpa memperhitungkan lingkungannya.
Pada Bab ini akan dibahas tentang sejarah perkembangan teori evolusi, pengertian
evolusi, petunjuk terjadinya evolusi, mekanisme evolusi, dan spesiasi.
119
2. Sejarah Perkembangan Teori Evolusi Makhluk Hidup
Faham evolusi makhluk hidup secara umum dapat dikelompokkan dalam tiga masa, yaitu
teori evolusi sebelum Darwin (Pra Darwin), Faham evolusi masa Darwin, dan Faham evolusi
setelah Darwin (Post Darwin).
2.1. Faham evolusi sebelum Darwin (Pra Darwin)
Dari masa sebelum Darwin dapat disebutkan beberapa nama yang pendapat atau gagasan
telah menyinggung tentang evolusi, antara lain:
1). Plato (427-347 SM), berpendapat bahwa spesies bersifat permanen, sempurna dan
tidak berkembang.
2). Aristoteles (384-322 SM), merupakan murid Plato dan memiliki pendapat yang sama
dan juga menyatakan bahwa semua bentuk kehidupan dapat disusun dalam suatu
skala, atau tangga, dengan tingkat kerumitan yang semakin tinggi, yang dikenal
sebagai skala alam (scala naturae).
3). Erasmus Darwin (1731-1802) menyatakan bahwa respon fungsional terhadap
stimulasi adalah diwariskan.
4). Count de Buffon (1707-1788), berpendapat bahwa variasi-variasi kecil yang terjadi
karena pengaruh alam sekitar diwariskan hingga terjadi penimbunan variasi.
5). Jean Baptise Lamarck (1744-1829), telah mengembangkan model komprehensif untuk
menjelaskan bagaimana kehidupan berevolusi dengan cara membandingkan spesies
masa kini dengan bentuk-bentuk fosil.
2.2. Faham evolusi menurut Darwin
Charles Darwin merupakan orang yang mempopulerkan teori evolusi dengan didasarkan
pada 2 hal, yaitu spesies yang hidup sekarang berasal dari spesies yang hidup sebelumnya
dan evolusi terjadi melalui seleksi alam. Dalam menyusun teorinya Darwin melakukan riset
selama 5 tahun. Yaitu pada tahun 1831-1836 Darwin malakukan perjalanan laut dengan kapal
Beagle yang dinahkodai Kapten Robert FitzRoy. Pada 1844, Darwin menyelesaikan draft
buku “On the Origin of Species by Means of Natural Selection.” Pada 1858, Darwin
bersamaan dengan Afred Russel Wallace mengirim manuscript yang isinya hampir serupa
tentang ide evolusi kepada J. Hooker anggota Royal Society, yang berisi tentang perluasan
ide dari Malthus. Pada tahun 1859, buku Darwin tersebut terbit. Dalam menyusun bukunya,
Charles Darwin diilhami oleh teori-teori yang dikemukakan oleh J.B. Lamarck, Charles
Lyell, Erasmus Darwin, dan Thomas Robert Malthus. Teori-teori tersebut adalah:
120
(1)
Jean Baptise Lamarck, yaitu ide bahwa: (i). alam sekitar/lingkungan mempunyai
pengaruh pada ciri-ciri atau sifat-sifat yang diwariskan; (ii). Ciri-ciri atau sifat yang
didapat (acquired character) akan diwariskan kepada keturunannya; (iii). Organ yang
digunakan akan berkembang, sedang yang tidak digunakan akan mengalami
kemundurun (Hukum Use and disuse). Ide-ide tersebut dituangkan dalam bukunya
“Philosophie zoologique”.
(2)
Charles Lyell (1797-1875), dalam bukunya “Principle of Geology” menyatakan bahwa
batuan, pulau-pulau dan benua selalu mengalami perubahan sedikit demi sedikit atau
dengan kata lain bumi ini tidak statis tetapi dinamis. Lyell mengemukakan bahwa
perubahan terus menerus pada bumi, masih terus berlangsung sampai kini. Darwin
terilhami tentang adanya variasi karena pengaruh alam.
(3)
Erasmus Darwin (1731-1802), menyatakan dalam bukunya “Zoonomia” bahwa
kehidupan itu berasal dari asal mula yang sama dan bahwa respon fungsional akan
diwariskan pada keturunannya.
(4)
Thomas Robert Malthus, menyatakan dalam bukunya An Essay on the principles of
population as in affect the future improvement of mankind, bahwa jumlah penduduk
naik secara deret ukur sedang bahan makanan naik seperti deret hitung. Tidak ada
keseimbangan antara pertambahan penduduk dan makanan. Yang kemudian
memunculkan kata “perjuangan untuk hidup”.
Darwin menyatakan dua hal penting berdasarkan bukti-bukti yang didapat, yaitu:
1. Bahwa spesies tidak diciptakan dalam bentuknya yang sekarang ini, tetapi berevolusi
dari spesies nenek moyangnya.
2. Mekanisme untuk evolusi melalui seleksi alam.
3. Petunjuk Terjadinya Evolusi Makhluk Hidup
Evolusi makhluk hidup meninggalkan tanda-tanda yang dapat diamati, yang merupakan
bukti pengaruhnya pada kehidupan di masa lalu dan sekarang.
(1) Biogeografi
Biogeografi adalah studi tentang distribusi spesies di masa lalu dan masa kini.
Penyebaran geografis spesies adalah hal yang pertama kali memberi ide akan adanya evolusi
kepada Darwin. Dalam perjalanan selama 5 tahun Darwin mendapatkan data bahwa pulaupulau memiliki banyak spesies tumbuhan dan hewan yang bersifat indigenous (asli, dan tidak
ditemukan di tempat lain) namun sangat erat hubungan kekerabatannya dengan spesies di
daratan utama terdekat atau di pulau-pulau sekitarnya. Di tempat yang berbeda di Bumi tetapi
121
memiliki kondisi lingkungan yang mirip tidak dihuni oleh tumbuhan atau hewan yang dekat
kekerabatannya.
(2) Variasi dari Individu-Individu dalam Satu Keturunan
Kenyataan di alam tidak pernah ditemukan individu yang sama persis, meskipun dalam
satu keturunan. Adanya perbedaan tersebut menimbulkan variasi. Individu yang mengalami
variasi disebut varian. Darwin berpendapat variasi-variasi tersebut dipengaruhi oleh faktor dari
luar, misal makanan, suhu, dan tanah. Jika individu yang telah mengalami perubahan berada
pada tempat yang berbeda dari asalnya, dalam perkembangannya akan mengalami perubahan
yang sifatnya menetap dan akan makin berbeda dengan nenek moyang dari tempat asalusulnya. Darwin juga berpendapat pada peristiwa domestikasi spesies yang dimuliakan oleh
manusia berasal dari spesies liar yang kemudian mengalami perubahan yang akhirnya terjadi
variasi. Terjadinya variasi digunakan sebagai petunjuk adanya evolusi yang mengarah pada
terbentuknya spesies-spesies baru.
Gambar 1. Variasi genetik pada kelompok kepik
(3) Fosil
Fosil digunakan sebagai petunjuk evolusi karena merupakan sisa-sisa hewan dan
tumbuhan yang telah membatu yang berada pada lapisan-lapisan bumi. Lapisan-lapisan
bumi menunjukkan tingkat usia bumi sehingga dapat dijadikan petunjuk adanya hewan
atau tumbuhan pada masa-masa tertentu. Umur fosil ditentukan berdasarkan lapisan
bumi tempat fosil ditemukan. Dengan membandingkan macam-macam fosil dari
berbagai lapisan bumi diperoleh petunjuk bahwa telah terjadi evolusi. Adanya
perubahan bentuk-bentuk fosil dari lapisan bumi yang tua ke lapisan bumi yang muda,
merupakan petunjuk mengenai adanya evolusi.
122
Fosil merupakan sisa tubuh makhluk hidup yang telah membatu karena proses
geologis yang membentuknya baik proses fisika ataupun proses kimia. Fosil dibedakan
menjadi 2 jenis, yaitu:
 Fosil biologis, merupakan fosil tubuh makhluk hidup, baik yang utuh maupun
yang tidak utuh.
 Fosil sisa, atau tanda adanya kehidupan merupakan fosil yang berasal bukan dari
bagian tubuh makhluk hidup. Misalnya feses, jejak telapak kaki, alat atau
perkakas.
Kegunaan fosil untuk evolusi adalah membantu rekonstruksi kehidupan d masa lalu.
Contoh: Urutan fosil kuda dari Eohippus (kuda zaman Eosin) berkembang menjadi
Mesohippus selanjutnya Merychippus, Pliohippus, Equas (kuda zaman sekarang).
Perubahan-perubahan yang terjadi dari Eohippus sampai Equus adalah sebagai berikut:
A. Ukuran dari sebesar kucing berkembang sampai menjadi sebesar kuda seperti
sekarang.
B. Perkembangan kepala makin besar sehingga jarak antara ujung mulut dengan
mata makin panjang.
C. Leher makin tumbuh panjang dan mudah digerakkan.
D. Perkembangan
geraham
depan
dan
belakang
makin
sempurna
untuk
menghancurkan makanan (rumput) seca-ra mekanis.
E. Anggota tubuh makin panjang, sehingga kemampuan berlari makin cepat.
F. Perubahan bentuk dan jumlah jari kaki dari berjumlah 5 hingga tinggal satu jari
yang tumbuh membesar dan panjang. Jari ke-2 dan ke-4 mereduksi hingga tidak
berfungsi lagi.
Gambar 2.
Perubahan-perubahan yang terjadi dari Eohippus sampai Equus
123
Selain jejak telapak kaki, yang tergolong contoh fosil sisa lainnya adalah fosil sisa
hewan, tumbuhan, atau mikroba.
(4)Anatomi Perbandingan
Dari studi anatomi perbandingan dapat diketabui bahwa alat-alat fungsional pada
berbagai hewan dapat dibedakan menjadi 2, yaitu:
a.
Homologi
Homologi adalah organ-organ yang mempunyai bentuk asal sama dan
kemudian berubah strukturnya sehingga fungsinya berbeda. Homologi digunakan
sebagai petunjuk evolusi dengan membandingkan asal-usul organ-organ makhluk
hidup tersebut dari berbagai spesies. Contoh, tangan manusia homolog dengan kaki
depan kucing, kuda, buaya, dan vertebrata lainnya, namun fungsi dari anggota depan
masing-masing spesies tersebut berbeda.
b. Analogi
Alat-alat tubuh yang mempunyai bentuk dasar yang berbeda namun karena
perkembangan evolusi yang konvergen alat-alat tersebut mempunyai fungsi yang
sama. Contoh, sayap burung analog dengan sayap serangga.
Gambar 3. Analog dan Homolog Struktur Ekstremitas Superior Antara Manusia, Kucing,
Lumba-lumba, dan Kelelawar.
124
(5)Perbandingan Embriologi
Embrio hewan bersel banyak mengalarni kesamaan perkembangan embrio, berawal
dari zigot, blastula, gastrula, kemudian mengalami diferensiasi sehingga terbentuk
bermacam-macam alat tubuh.
Haeckel (1834–1919) mengemukakan Teori Rekapitulasiyang menyatakan bahwa suatu
organisme atau individu dalam perkembangannya (ontogeni) cenderung untuk
merekapitulasi tahap-tahap perkembangan yang telah dilalui nenek moyangnya
(filogeni). Filogeni adalah sejarah perkembangan organisme dari filum paling
sederhana hingga paling sempurna. Ontogeni adalah sejarah perkembangan organisme
dari zigot sampai dewasa. Ontogeni organisme merupakan ulangan dari sejarah
perkembangan evolusi atau dengankata lain ontogeni merupakan ulangan singkat dari
filogeni. Dalam embriologi perbandingan terdapat hubungan kekerabatan pada
Vertebrata yang ditunjukkan adanya persamaan bentuk perkembangan yang dialami
dari zigot sampai embrio. Makin banyak persamaan yang dimiliki embrio menunjukkan
makin dekatnya hubungan kekerabatan.
Contoh adanya rekapitulasi adalah perkembangan terjadinya jantung pada mamalia
yang dimulai dengan perkembangan yang menyerupai ikan, selanjutnya menyerupai
embrio amfibi, selanjutnya menyerupai perkembangan embrio reptil.
Gambar 4. Proses Embriogenesis
125
(6)Perbandingan Fisiologi
Telah diketahui ada kemiripan dalam faal antara berbagai makhluk mulai dari
mikroorganisme sampai manusia, misalnya :
 Kemiripan dalam kegiatan pernafasan.
 Kemiripan dalam metabolisme
 Pembentukan ATP dan penggunaannya dalam berbagai proses kehidupan adalah
serupa pada hampir semua organisme.
 Proses sintesis protein
Adanya kesamaan faal atau proses fisiologis organisme menunjukan kekerabatan
antar organisme.
(7)Petunjuk-petunjuk Secara Biokimia
Semua spesies mempunyai campuran sifat-sifat nenek moyangnya dan sifat-sifat
baru. Jenis dan jumlah sifat yang sama merupakan petunjuk jauh dekatnya hubungan
kekerabatan. Hal semacam ini juga terjadi pada pewarisan sifat biokimia. Pewarisan
sifat biokimia melalui DNA pada tiap spesies mengandung instruksi untuk sintesis
RNA dan protein yang penting untuk menghasilkan individu baru. Perbandingan DNA,
RNA, atau protein pada spesies yang berbeda merupakan cara lain untuk mengevaluasi
hubungan evolusi diantara spesies. Selain itu digunakan uji presipitin yang pada
dasarnya adanya reaksi antara antigen-antibodi. Banyaknya endapan yang terjadi
sebagai akibat reaksi tersebut digunakan untuk menentukan jauh-dekatnya hubungan
antara organisme yang satu dengan yang lainnya.
(8)Petunjuk-petunjuk Peristiwa Domestikasi
Menguhah tanaman dan hewan liar menjadi tanaman dan hewan yang dapat dikuasai
dan bermanfaat sesuai dengan keinginan manusia adalah akibat dari peristiwa
domestikasi.
Contoh: Penyilangan burung-burung merpati, sehingga dijumpai adanya 150 variasi
burung, yang di antaranya begitu berbeda hingga dapat dianggap sebagai spesies
berbeda.
126
(9)Petunjuk-petunjuk dari alat tubuh yang tersisa
Sisa-sisa organ atau struktur tubuh hasil rudimentasi dapat dianggap sebagai bukti
evolusi. Organ atau struktur tubuh tersebut pada hakikatnya sudah tidak berguna lagi.
Namun masih dapat dijumpai pada tubuh organisme.
Contoh :
Pada paus memiliki sisa-sisa tulang pelvis dan kaki leluhurnya yang berkaki empat dan
tidak terdapat rambut yang merupakan ciri mammalia
Pada manusia
Selaput mata pada sudut mata sebelah dalam
Tulang ekor
Gigi taring yang runcing.
Apendiks
Otot-otot penggerak telinga
Mammae pada laki-laki

4. Mekanisme Evolusi
Proses evolusi sendiri dibedakan dalam proses yang menyangkut alam semesta dan
proses yang menyangkut makhluk hidup. Dalam kegiatan belajar ini hanya akan dibahas
proses yang menyangkut makhluk hidup. Proses evolusi dapat dibedakan menjadi tiga,
yaitu atas dasar arahnya, skala perubahannya, dan hasil akhirnya.
(1) Berdasarkan arahnya, evolusi dibedakan menjadi dua yaitu evolusi progresif dan
evolusi regresif. Evolusi progresif merupakan evolusi menuju pada kemungkinan yang
dapat bertahan hidup (survival). Proses ini dapat dijumpai melalui peristiwa evolusi
yang terjadi pada burung Finch. Sedangkan evolusi regresif merupakan proses menuju
pada kemungkinan kepunahan. Hal ini dapat dijumpai melalui peristiwa evolusi yang
terjadi pada hewan dinosaurus.
(2) Berdasarkan Skala Perubahannya, evolusi dapat dibedakan menjadi dua yaitu
makroevolusi dan mikroevolusi. Makroevolusi adalah perubahan evolusi yang dapat
mengakibatkan perubahan dalam skala besar. Adanya makroevolusi dapat mengarah
kepada terbentuknya spesies baru. Berkebalikan dengan makroevolusi, mikroevolusi
adalah proses evolusi yang hanya mengakibatkan perubahan dalam skala kecil.
Mikroevolusi ini hanya mengarah kepada terjadinya perubahan pada frekuensi gen atau
kromosom.
127
(3) Berdasarkan hasil akhirnya, evolusi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu evolusi
divergen dan evolusi konvergen. Evolusi divergen merupakan proses evolusi yang
perubahannya berasal dari satu spesies menjadi banyak spesies baru. Evolusi divergen
ditemukan pada peristiwa terdapatnya lima jari pada vertebrata yang berasal dari nenek
moyang yang sama dan sekarang dimiliki oleh bangsa primata dan manusia. Evolusi
konvergen adalah proses evolusi yang perubahannya didasarkan pada adanya kesamaan
struktur antara dua organ atau organisme pada garis sama dari nenek moyang yang
sama. Hal ini dapat ditemukan pada hiu dan lumba-lumba. Ikan hiu dan lumba-lumba
terlihat sama seperti organisme yang berkerabat dekat, tetapi ternyata hiu termasuk
dalam pisces, sedangkan ikan lumba-lumba termasuk dalam mamalia.
Ada tiga jenis keterangan untuk menjelaskan diversitas bentuk kehidupan di dunia,
yaitu:
(1) ide penciptaan khusus (special creation), ide penciptaan spesies berpendapat bahwa
spesies muncul (hidup) pada masa lalu sebagai hasil aktivitas supernatural. Pada waktu
diciptakan, spesies ini memiliki ciri tepat sama dengan ciri yang dimiliki sekarang;
(2) ide penurunan spontan (spontaneous generation), ide penurunan spontan berpendapat
bahwa spesies berasal dari benda tak hidup. Misalnya belatung berasal dari daging
yang membusuk, atau belut berasal dari lumpur. Ide penurunan spontan tidak
mencakup aktivitas Ilahi atau Pencipta;
(3) ide transmutasi spesies (transmutation of species), ide transmutasi spesies berpendapat
bahwa melalui kurun waktu suatu spesies menyebabkan atau menimbulkan terjadinya
spesies baru atau spesies lain.
5. SELEKSI ALAM
Charles Darwin dalam bukunya The Origin of Species yang diterbitkan pada tahun
1859, mengemukakan suatu mekanisme untuk evolusi yang ia sebut seleksi alam (natural
selection). Menurut konsep Darwin mengenai seleksi alam, suatu populasi organisme dapat
berubah dengan berjalannya waktu sebagai akibat dari suatu individu dengan sifat tertentu
yang dapat diwariskan yang menghasilkan keturunan yang lebih banyak dibandingkan
dengan individu lain. Proses evolusi dapat terjadi karena variasi genetik dan seleksi alam.
Adanya variasi genetik akan memunculkan sifat-sifat baru yang akan diturunkan. Variasi
genetik ini disebabkan karena adanya mutasi gen. Seleksi alam juga merupakan
mekanisme evolusi. Individu-indivu akan beradaptasi dan berjuang untuk mempertahankan
128
hidupnya, sehingga individu akan mengalami perubahan morfologi, fisiologi, dan tingkah
laku.
6. SPESIES DAN SPESIASI
6.1.
SPESIES
Spesies berasal dari bahasa Latin Species yang berarti “jenis” atau “penampakan”.
Definisi spesies atau yang umum disebut sebagai konsep spesies ada beberapa macam, tetapi
definisi spesies yang klasik dan diterima secara luas adalah konsep yang pertama kali
dikemukakan oleh ahli biologi evolusi Ernst Mayr pada tahun 1942. Definisi Mayr ditujukan
untuk menjawab pertanyaan, Faktor-faktor apa yang membagi keanekaragaman biologis
menjadi bentuk-bentuk terpisah yang kita kenal sebagai spesies? Beberapa konsep spesies
telah banyak dikemukakan antara lain sebagai berikut.
(1) Konsep spesies biologis (biological species concept) mendefinisikan spesies sebagai
suatu populasi atau kelompok populasi yang anggota-anggotanya memiliki
kemampuan untuk saling mengawini satu sama lain di alam dan menghasilkan
keturunan yang dapat hidup dan fertil, namun tidak dapat menghasilkan keturunan
yang dapat hidup dan fertil jika kawin dengan spesies lain. Pengertian spesies
dititikberatkan pada dimungkinkannya pertukaran gen antar anggota populasi, atau
antar varian. Jadi suatu spesies biologis adalah unit populasi terbesar di mana
pertukaran gen mungkin terjadi dan terisolasi secara genetik dari populasi lain
semacamnya. Pengertian ini mengandung konsekuensi, bahwa meskipun ada
perbedaan morfologi, fisiologi, dan perilaku, namun bila pertukaran gen tetap
dimungkinkan maka kedua organisme yang bertukar gen itu termasuk dalam satu
spesies. Dengan demikian variasi yang ada merupakan variasi intra spesifik.
Anggota suatu spesies biologis dipersatukan oleh ciri kesesuaian reproduksi. Konsep
spesies biologis bergantung pada isolasi reproduktif, di mana setiap spesies diisolasi oleh
faktor-faktor penghalang atau barier yang menghalangi perkawinan, sehingga akan
menghambat percampuran gen dengan spesies lain. Penghalang secara umum dapat
dibedakan menjadi dua, yaitu penghalang prazigotik (barier yang menghalangi terjadinya
zigot) dan penghalang pascazigotik. Sedangkan mekanisme isolasi intrinsik, dapat dibedakan
menjadi tiga, yaitu:
129
(1) Mekanisme yang mencegah/menghalangi terjadinya perkawinan.
a) Isolasi ekogeografi
Dua populasi yang terpisah oleh barier fisik atau geografi seperti gunung, jeram,
palung dalam waktu lama dapat menjadi berbeda secara morfologis ataupun secara anatomis
sesuai dengan lingkungannya masing-masing. Apabila pada suatu saat kedua populasi
tersebut dalam keadaan tidak terpisah (simpatrik), keduanya tidak akan mampu saling
mengadakan perkawinan. Mereka telah memperoleh perubahan genetik akibat dari keadaan
sekelilingnya. Sebagai contoh adalah tanaman Platanus occidentalis dan Platanus orientalis.
Keduanya dapat diserbukkan secara buatan dengan hasil keturunannya tetap fertil. Namun
penyerbukan secara alami tidak pernah terjadi. Dalam hal ini keduanya tidak hanya terpisah
secara geografi saja tetapi juga secara genetik.
b) Isolasi habitat
Antara dua populasi simpatrik yang menghuni daerah yang berbeda lebih sering
terjadi perkawinan daripada antara sesama populasi setempat namun berbeda sifat-sifat
genetiknya. Dapat dikemukakan sebagai contoh adalah katak Bufo fowleri dan Bufo
americanus. Keduanya dapat kawin dan menghasilkan keturunan yang fertil. Kalau pada
suatu waktu tempat tinggalnya bercampur ternyata bahwa Bufo fowleri akan lebih banyak
mengadakan perkawinan dengan sesamanya dibanding dengan Bufo americanus. Hal ini
disebabkan karena Bufo fowleri akan memilih tempat tinggalnya untuk kawin di air yang
tenang, sedangkan Bufo americanus di kubangan-kubangan air hujan.
c) Isolasi iklim atau musim
Pinus radiata dan Pinus muricata keduanya terdapat di beberapa tempat di California
dan tergolong simpatrik. Kedua jenis Pinus tersebut dapat disilangkan secara artifisial tetapi
perkawinan silang ini boleh dikatakan tidak pernah terjadi di alam. Hal ini disebabkan karena
perbedaan masa berbunga Pinus radiata terjadi pada awal Februari sedang Pinus muricata
pada bulan April. Contoh lain, yaitu empat jenis katak (katak pohon, katak hijau besar,
kodok, dan katak) yang tergolong pada genus Rana. Meskipun hidup di daerah yang sama
tetapi tidak terjadi persilangan, karena perbedaan masa aktif perkawinan.
d) Isolasi perilaku
Pada berbagai jenis ikan ternyata kelakuan mengawini ikan betina oleh ikan jantan
berbeda. Sebagai contoh diambil 2 perbandingan sebagai berikut: Yang satu membuat sarang
dengan 2 lubang untuk masuk dan keluar, sarang digantungkan pada tumbuhan air.
Sedangkan yang lain pada sarang hanya ada satu lubang ialah tempat masuk saja, sarang
dibuat pada dasar kolam.
130
e)
Isolasi mekanik
Yang dimaksud dengan isolasi mekanik adalah hal yang menyangkut struktur yang
berkaitan dengan peristiwa perkawinan itu sendiri. Misal bila hewan jantan dari suatu spesies
jauh lebih besar ukurannya daripada jenis betina. Atau jika alat kelamin yang jantan
mempunyai bentuk yang sedemikian rupa sehingga tidak dapat cocok dengan alat kelamin
yang betina.
(2)Mekanisme yang mencegah terbentuknya hibrida.
a)
Isolasi gamet
Sebagaimana diketahui peristiwa penyerbukan tidak tentu mengakibatkan peristiwa
fertilisasi. Pada percobaan menggunakan Drosophila virilis dan Drosophila americana,
dengan inseminasi buatan maka sperma dari jenis jantan tidak dapat mencapai sel telur
karena tidak dapat bergerak sebagai akibai adanya cairan penghambat dalarn saluran
reproduksi. Pada spesies Drosophila lain mekanismenya berbeda; pada waktu sperma masuk
dalam saluran reproduksi, saluran tersebut membengkak hingga sperma-sperma tersebut mati.
Peristiwa isolasi garnet juga dijumpai pada tanaman tembakau dalam hal ini meskipun serbuk
sari sudah diletakkan pada stigma tetapi tidak terjadi fertilisasi karena inti dari serbuk sari
tersebut tidak dapat mencapai inti telur dalam ovula.
b) Isolasi perkembangan
Pada isolasi ini setelah terjadinya fertilisasi embrio tidak tumbuh dan segera mati.
Ketidakmampuan hidup suatu hibrida. Perkawinan silang menghasilkan hibrid yang lemah,
cacat, dan mati sebelum mampu bereproduksi. Contoh pada Rana pipiens terjadi peristiwa
fertilisasi yang berhasil tetapi embrionya tidak dapat tumbuh dan segera mati. Pada dunia
ikan peristiwa semacam ini banyak terjadi; seringkali telur dari suatu spesies dibuahi oleh
sperma dari spesies lain, tetapi segera terjadi seperti halnya pada Rana pipiens di atas.
(3)Mekanisme yang mencegah kelangsungan hibrida.
1) Kemandulan hibrida
Hasil perkawinan antara kambing dan biri-biri, berupa keturunan yang steril (mandul).
Peristiwa lebih lanjut lagi dapat terjadi, bahwa hibrida yang terbentuk dapat hidup dengan
normal ternyata steril. Contoh lain kita jumpai pada perkawinan silangan kuda dan keledai.
Keturunannya selalu steril karena sesungguh tidak terjadi pertukaran gen.
2) Ketidakmampuan hidup suatu hibrida.
131
Berturut-turut telah dibicarakan peristiwa perkawinan yang tidak dapat berlangsung
karena adanya hambatan geografi, perubahan genetik, adanya perbedaan musim perkawinan,
perbedaan kelakuan dan akhirnya karena hambatan mekanik. Kalau hambatan ini kita anggap
sebagai hambatan pada langkah pertarna, maka hambatan selanjutnya terjadi pada langkah
berikutnya. Jadi dalam hal ini perkawinan dapat terjadi, tetapi pembentukan gametnya
terlambat.
3) Eliminasi hibrida karena seleksi.
Hibrida fertil disertai keturunannya bila berada dalam suatu daerrah yang sama dan
dapat hidup dengan normal dapat dianggap sebagai satu spesies. Tetapi bila hibrida dan
keturunannya kurang mengadakan adaptasi, maka dalarn waktu yang tidak lama semua akan
musnah. Antara kedua induk dalam peristiwa ini memmang benar terjadi pertukaran gen
tetapi tidak banyak. Pada umur perkawinan antara induk yang berasal dari satu spesies
menghasilkan keturunan yang lebih banyak dibanding dengan keturunan dari hibridanya.
Akibatnya untuk taraf berikutnya terjadi koreksi terhadap perkawinan yang keliru tersebut,
perkawinan dengan spesies lain. Akibat dari koreksi tersebut terjadi seleksi hingga dengan
demikian pada akhirnya keturunan dari hibrida tersebut mengalami eliminasi (punah). Dalam
keadaan sesungguhnya mekanisme isolasi seperti tersebut beroperasi dua atau tiga
mekanisme, jarang sekali dijumpai hanya satu mekanisme isolasi saja yang beroperasi.
(2) Konsep Spesies Alternatif
Karena ditemukan semakin banyak kasus di mana tidak terdapat perbedaan jelas
antara subspesies dengan pertukaran gen yang terbatas dan spesies biologi utuh dengan
kumpulan gen yang terpisah. Dan konsep spesies biologi terdapat keterbatasan dan tidak
berlaku untuk semua situasi dan kondisi. Misalnya, konsep tersebut tidak memadai untuk
mengelompokkan bentuk kehidupan yang telah punah, yang fosilnya harus dikelompokkan
sesuai dengan morfologinya. Contoh lain, jika akan mengelompokkan hasil klon (organisme
yang reproduksinya aseksual). Sehingga beberapa konsep spesies alternatif diusulkan.
Berikut ini beberapa konsep spesies yang berkembang, yaitu konsep spesies morfologis
(morphological species concept), konsep spesies pengenalan (recognition species concept),
konsep spesies kohesi (cohesion species concept), konsep spesies ekologis (ecological
species concept), dan konsep spesies evolusioner (evolutionary species concept). Perbedaan
konsep spesies secara ringkas dapat dilihat pada Tabel 6.1 berikut ini.
132
Tabel 1. Perbedaan beberapa konsep spesies
Konsep spesies
Menekankan
isolasi
reproduktif,
yaitu Tidak berlaku pada
biologis
kemampuan anggota suatu spesies untuk semua
situasi
dan
saling mengawini stu sama lain tetapi tidak kondisi.
dengan anggota spesies yang lain
Konsep spesies
Menekankan perbedaan anatomi yang dapat Sangat praktis
morfologis
terukur antar spesies, Sebagian besar spesies digunakan di
yang diidentifikasi oleh para ahli taksonomi lapangan, untuk fosil
telah
dikelompokkan
menjadi
spesies
terpisah berdasarkan kriteria morfologi.
Konsep spesies
Menekankan adaptasi perkawinan yang telah Hanya
pengenalan
mantap dalam suatu populasi karena individu pada
digunakan
spesies
“mengenali” ciri-ciri tertentu dari pasangan bereproduksi
kawin yang sesuai.
yang
secara
seksual.
Konsep spesies
Menenkankan kohesi fenotip sebagai dasar Dapat
kohesi
penyatuan spesies, dengan masing-masing pada
spesies ditentukan oleh kompleks gennya yang
yang terpadu an kumpulan adaptasinya.
Konsep spesies
Menenkankan
peranan
spesies
ekologis
posisi, dan fungsinya dalam lingkungan.
Konsep spesies
Menekankan garis keturunan evolusi dan
evolusioner
peranan ekologi.
digunakan
semua
kasus
melibatkan
hibridisasi.
(relung), Berlaku pada jenis
lingkungan spesifik.
Masing-masing konsep tersebut di atas dapat memiliki kegunaan pada situasi tertentu,
tergantung pada jenis pertanyaan yang kita ajukan mengenai spesies.
6.2 Spesiasi
Spesiasi adalah proses terjadinya suatu spesies menjadi dua atau lebih spesies. Proses
pembentukan spesies baru telah terpantau berkali-kali pada kondisi laboratorium yang
terkontrol maupun di alam bebas. Pada organisme yang berkembang biak secara seksual,
spesiasi dihasilkan oleh isolasi reproduksi yang diikuti dengan divergensi genealogis.
Terdapat empat mekanisme spesiasi. Yang paling umum terjadi pada hewan adalah spesiasi
alopatrik, yang terjadi pada populasi yang awalnya terisolasi secara geografis, misalnya
133
melalui fragmentasi habitat atau migrasi. Seleksi di bawah kondisi demikian dapat
menghasilkan perubahan yang sangat cepat pada penampilan dan perilaku organisme Karena
seleksi dan hanyutan bekerja secara bebas pada populasi yang terisolasi, pemisahan pada
akhirnya akan menghasilkan organisme yang tidak akan dapat berkawin campur. Cara
pembentukan spesies dalam populasi dapat dibedakan menjadi tiga model sebagai berikut:
(1). Spesiasi Alopatrik
Spesiasi alopatrik (allopatric speciation; allopatric dari bahasa Latin allos = “lain”
dan patria = “tanah air”) adalah spesiasi yang terjadi karena perbedaan geografis, yaitu
terjadinya barier geografis yang secara fisik memisahkan satu populasi menjadi dua.
Misalnya fragmentasi habitat akibat perubahan geografis seperti dengan adanya gunung atau
perubahan sosial seperti emigrasi. Populasi yang terisolasi kemudian mengalami perbedaan
genotipik dan fenotipik mereka mengalami tekanan selektif yang berbeda atau secara
independen mereka menjalani pergeseran genetik. Ketika populasi kembali ke dalam satu
habitat atau wilayah geografi yang sama, karena mereka telah berkembang dalam lingkungan
yang berbeda maka mereka secara reproduktif terisolasi dan tidak lagi mampu bertukar gen
(Gambar 6.5).
Terjadinya spesiasi alopatrik banyak dibuktikan melalui studi variasi geografi. Spesies yang
beranekaragam secara geografis dari seluruh karakter dapat menghalangi pertukaran gen
antara spesies simpatrik. Populasi yang terpisah secara geografis dapat terisolasi oleh
kemandulan atau perbedaan perilaku (ketika diuji secara eksperimen) dibandingkan dengan
populasi yang berdekatan. Populasi yang terisolasi mungkin tidak dapat melakukan
interbreeding jika mereka bertemu, karena bentuknya sangat menyimpang (divergent) dan
kemudian masuk ke dalam simpatrik tetapi tidak terjadi interbreeding. Spesiasi alopatrik
merupakan mekanisme isolasi yang terjadi secara gradual. Contoh: spesiasi alopatrik pada
tupai di Jeram Niagara (Grand Canyon), di sisi tebing selatan hidup tupai antelope Harris
(Ammospermophilus harrisi) dan di sisi tebing utara hidup tupai antelope berekor putih
(Ammospermophilus leucurus), yang berukuran sedikit lebih kecil dan memiliki ekor yang
lebih pendek dengan warna putih di bawah ekornya, sedangkan burung-burung yang dapat
menyebar melewati ngarai dengan mudah, tidak berbeda spesiesnya pada kedua sisi tebing.
Contoh spesiasi alopatrik lainnya adalah pembentukan spesies burung finch di Kepulauan
Galapagos yang dikemukakan oleh Darwin. Spesiasi burung finch termasuk dalam isolasi
geografik, spesialisasi ekologi, serta penyebaran kedua dan penguatan. Fenomena penguatan
merupakan satu di antara sedikit mekanisme spesiasi di mana seleksi alam mengambil peran
134
(Stearns and Hoekstra, 2003). Menurut Darwin bahwa burung finch berasal dari satu nenek
moyang burung yang sama
Gambar 5. Suatu model spesiasi alopatrik
Gambar 6. Burung Finch dari Kepulauan Galapagos yang mengalami spesiasi
135
(2). Spesiasi parapatrik/ Semi geografik
Dalam spesiasi parapatrik, spesies baru terbentuk secara terisolasi dapat membentuk
populasi kecil yang dicegah dari gen bertukar dengan penduduk asli. Hal ini terkait dengan
konsep efek pendiri, karena populasi kecil sering mengalami kemacetan. Genetik drift sering
diusulkan untuk memainkan peran penting dalam spesiasi parapatrik contoh yang teramati
adalah isolasi reproduksi terjadi pada populasi subjek Drosophila terhadap penduduk, varian
dari nyamuk Culex pipiens yang masuk di London.
Spesiasi parapatric adalah dua zona populasi divergen yang terpisah tetapi saling
tumpang tindih. Hanya ada pemisahan parsial yang terjadi oleh geografi, sehingga individuindividu dari setiap spesies dapat masuk dalam kontak atau saling terhalang dari waktu ke
waktu, tetapi keutuhan dapat mengurangi heterozigot yang mengarah ke seleksi alam untuk
perilaku atau mekanisme yang mencegah perkembangbiakan antara kedua spesies. Ekologi
mengacu pada spesiasi parapatric dan peripatric dalam hal relung ekologi. Semua berguna
untuk spesies baru yang akan sukses. Contoh yang teramati spesies burung camar disekitar
Kutub Utara.
Jika seleksi menyokong dua alel berbeda yang berdekatan atau parapatrik, frekuensi
sudah dapat ditetapkan. Dengan cukupnya seleksi pada suatu lokus yang berkontribusi
terhadap isolasi reproduktif, populasi dapat membedakan kepada spesies yang terisolasi
secara reproduktif. Endler (1977) dalam Widodo dkk (2003) berargumen bahwa zona bastar
yang biasanya menandai untuk dapat terjadinya kontak sekunder sebenarnya sudah muncul
secara in situ (melalui perbedaan populasi parapatrik dan spesies yang muncul juga
parapatrik).
Di dalam spesiasi parapatrik tidak ada barier ekstrinsik yang spesifik untuk gene flow.
Populasi berlanjut, tetapi populasi tidak kawin secara acak, individu lebih mudah kawin
dengan tetangganya secara geografis dari pada individu di dalam cakupan populasi yang
berbeda. Individu lebih mungkin untuk kawin dengan tetangganya daripada dengan individu
yang ada dalam cakupan Di dalam gaya ini, penyimpangan boleh terjadi oleh karena arus gen
dikurangi di dalam populasi dan bermacam-macam tekanan pemilihan ke seberang cakupan
populasi. Contoh dari spesiasi parapatrik adalah spesiasi pada rumput jenis Anthoxanthum
odoratum. Model lain spesiasi parapatrik adalah model spesiasi stasipatrik dari White (1968,
1978 dalam Widodo, 2003:55). White mengamati belalang tanpa sayap, suatu populasi
dengan rentang spesies yang luas berbeda dalam konfigurasi kromosomnya. White
mengusulkan bahwa suatu aberasi kromosom–mekanisme isolasi parsial-muncul dalam suatu
136
populasi dan memperluas cakupan/rentangannya membentuk suatu ever-expanding zona
bastar. Tetapi suatu mutasi chromosom yang menurunkan tingkat kesuburan cukup untuk
mempertimbangkan bahwa isolas reproduksi tidak dapat meningkatkan frekuensi kecuali oleh
genetic drift di dalam populasi yang sangat terbatas atau kecil, tetapi akhirya model
spasipatrik tidak dapat diterima secara luas.
(1). Spesiasi Simpatrik
Spesiasi simpatrik (sympatric speciation) adalah spesies yang menyimpang sementara
dalam mendiami suatu tempat yang sama. Sering dikutip contoh dari spesiasi sympatric yaitu
ditemukan pada hewan serangga yang menjadi ketergantungan pada tanaman inang host yang
berbeda di daerah sama. Namun, keberadaan spesiasi simpatrik sebagai mekanisme spesiasi
yang masih diperebutkan. Orang-orang berpendapat bahwa bukti-bukti spesiasi simpatrik
dalam kenyataan adalah spesiasi mikro-allopatrik atau heteropatrik. Contoh yang diterima
secara luas sebagian besar spesiasi simpatrik adalah bahwa dari Cichlids danau Nabugabo di
Afrika Timur, yang diperkirakan karena seleksi seksual. Spesiasi Simpatrik mengacu pada
pembentukan dua atau lebih spesies keturunan dari leluhur spesies tunggal semua menempati
lokasi geografis yang sama.
Spesiasi melalui poliploidi, spesiasi poliploidi adalah mekanisme yang sering
dikaitkan dengan peristiwa spesiasi yang dapat menyebabkan beberapa di sympatry. Tidak
semua poliploidi secara reproduktif terisolasi dari tanaman induknya, sehingga peningkatan
jumlah kromosom tidak dapat mengakibatkan penghentian lengkap terhadap aliran gen antara
poliploidi baru dengan diploid orang tua mereka (lihat juga spesiasi hibrida). Poliploidi
diamati di banyak spesies kedua tumbuhan dan hewan. Bahkan, telah diusulkan bahwa semua
tanaman yang ada dan sebagian besar pada hewan, poliploid tersebut telah mengalami suatu
kejadian polyploidization dalam sejarah evolusi mereka. Namun, seringkali oleh reproduksi
partenogenesis sejak hewan poliploid sering steril, contohnya mamalia poliploid diketahui,
dan paling sering mengakibatkan kematian perinatal.
Model spesiasi simpatrik meliputi spesiasi gradual dan spontan. Sebagian besar model
spesiasi simpatrik masih dalam kontroversi, kecuali pada model spesiasi spontan dan spesiasi
poliploidi yang terjadi pada tanaman. Jika bastar antara dua spesies diploid membentuk
tetraploid akan dapat memperbesar isolasi reproduktif dari tetua yang diploid. Keturunan
triploid akibat backcross mempunyai proporsi aneuploidi yang tinggi, karena gamet
membawa cacat bawaan. Pembatasan interbreeding diantara bentuk diploid dan tetraploid
dapat muncul, tetapi tidak pada poliploidi. Mutasi tunggal atau perubahan kromosom
137
menimbulkan isolasi reproduktif lengkap di dalam satu tahap tidak akan sukses bereproduksi,
kecuali jika ada perkawinan inbreeding (perkawinan dalam keluarga yang membawa mutasi
baru). Pada hewan secara umum perkawinan inbreeding tidak biasa terjadi, tetapi pada
golongan Chaicidoidea (Hymenoptera) itu biasa terjadi. Keanekaragaman spesies yang tinggi
di dalam kelompok dimudahkan oleh perkawinan inbreeding. Isolasi reproduktif antar spesies
yang berkerabat dekat pada umumnya dapat dihubungkan dengan adanya perbedaan bukan
pada lokus gen tunggal, tetapi pada banyak lokus. Kebanyakan spesiasi berlangsung secara
gradual, karena tidak sempurnanya gen awal terhadap arus gen (gene flow) menjadi semakin
efektif.
Model-model spesiasi simpatrik didasarkan pada seleksi terpecah (distruptive
selection), seperti ketika dua homozigot pada satu atau lebih lokus teradaptasi dengan sumber
yang berbeda dan hal itu merupakan suatu multiple-niche polymorphism. Contohnya pada
serangga herbivora bergenotip AA dan A‟A‟ teradaptasi dengan spesies tumbuhan 1 dan 2,
dimana genotip AA‟ tidak teradaptasi dengan baik. Masing-masing homozigot ingin
mempunyai fittes lebih tinggi jika dilakukan mating secara assortative dengan genotip yang
mirip dan tidak menghasilkan keturunan heterozigot yang tidak fit. Assortative mating
mungkin dipertimbangkan adanya lokus B yang dapat mempengaruhi perilaku kawin maupun
mendorong serangga untuk memilih inang spesifik, yang pada tempat tersebut dapat
ditemukan pasangan dan kemudian dapat bertelur. Jika BB dan Bb kawin hanya pada inang 2,
perbedaan dalam pemilihan inang dapat mendasari terjadinya pengasingan/ isolasi
reproduktif. Banyak dari serangga herbivora yang merupakan spesies yang berkerabat dekat
dibatasi oleh perbedaan inang, terutama untuk pemenuhan kebutuhan makan, mating/kawin.
Contoh simpatrik yaitu spesies baru rumput rawa payau yang berasal dari sepanjang pantai
Inggris selatan pada tahun 1870-an. Rumput ini adalah suatu allopoliploid yang diturunkan
dari spesies Eropa (Spartina maritima) dan spesies Amerika (Spartina alternaflora). Benih
dari spesies Amerika terselip di pemberat kapal dan tidak sengaja terbawa masuk ke Inggris
pada awal abad ke-19. Tumbuhan pendatang itu berhibridisasi dengan spesies lokal, dan
akhirnya menghasilkan spesies keiga (Spartina anglica), yang secara morfologi berbeda dan
terisolasi secara reproduktif dari kedua spesies tetuanya, berkembang sebagai suatu
allopoliploid. Jumlah kromosom konsisten dengan mekanisme spesiasi ini. Untuk S.
Maritima, 2n=60, S.alternaflora, 2n=62, dan untuk spesies baru itu, S.anglica, 2n=122. Sejak
awal S.anglica telah tersebar dipantai Inggris dan menyumbat muara sebagai gulma. Spesiasi
simpatrik dapat terjadi dalam evolusi hewan. Masing-masing spesies pohon ara diserbuki
oleh suatu spesies tawon tertentu, yang kawin dan meletakkan telurnya di pohon ara. Suatu
138
perubahan genetik yang menyebabkan tawon untuk memilih spesies pohon ara yang berbeda
akan memisahkan individu yang kawin dari fenotipe yang baru ini dari populasi tetuanya, dan
hal ini akan mengkibatkan perubahan evolusioner lebih lanjut. Suatu polimorfismeseimang
bersama dengan perkawinan asortatif dapat menghasilkan spesies simpatrik (Campbell et al,
2000:49).
Persebaran Organisme di Bumi
Persebaran organisme di muka bumi ini sangat merata. Kadang-kadang antara satu
individu satu dan individu lain yang sejenis tidak saling bertemu karena adanya barier atau
penghalang tertentu. Alfred Russel Wallace mengungkapkan suatu pola mengenai
penyebaran organisme. Adanya barrier menyebabkan kelompok-kelompok organisme yang
saling terpisah dan tidak melakukan interhibridisasi, sehingga bila terjadi terus menerus akan
menyebabkan terjadinya isolasi reproduksi dan menyebabkan adanya organisme endemis.
Penyebaran organisme terjadi karena asal usul spesies organisme dan migrasi organisme
tersebut pada masa silam dan terdapatnya barier (rintangan atau sawar) yang ditemuinya.
Barier ini dapat berupa lautan, gunung, gurun, iklim dan interaksi satu sama lainnya. Adanya
barrier tersebut mencegah terjadinya penyebaran organisme di permukaan bumi.
Isolasi reproduksi dan barier (hambatan) geografik dapat memungkinkan terjadinya
pemisahan dua populasi (allopatric). Hal tersebut terjadi karena adanya penimbunan
pengaruh faktor-faktor luar (ekstrinsik) yang menyebabkan terjadinya isolasi faktor-faktor
intrinsik. Keadaan ini memungkinkan terjadinya isolasi reproduksi, meskipun kedua populasi
tersebut berada dalam satu lingkungan kembali (sympatric).
Radiasi Adaptif, Divergensi, Konvergensi, dan Kepunahan
Contoh klasik radiasi adaptif adalah variasi dari burung finch di kepulauan
Gallapagos, perbedaannya pada besar dan bentuk paruh, kebiasaan makan dan pada kelakuan
yang lain.
Peristiwa radiasi adaptif merupakan peristiwa dimana dari satu spesies timbul dua
atau beberapa spesies. Kalau dibuat garis keturunannya maka terlihat adanya garis-garis yang
menyebar (divergen) oleh sebab itu peristiwa ini disebut divergensi. Banyak sebab-sebab
kepunahan, antara lain karena perubahan alam sekitar yang begitu cepat yang tidak dapat
diikuti dengan adaptasi/re-adaptasi makhluk hidup tersebut, juga sebab-sebab biologik,
seperti adanya peristiwa kompetisi antara organisme yang mempunyai kebutuhan sama.
139
Konvergensi adalah peristiwa dimana dua makhluk atau lebih menghuni tempat hidup
yang sama, tetapi makhluk tersebut memiliki asal-usul yang berbeda, hubungan yang jauh
tetapi kemudian karena berada dalam tempat yang sama mempunyai organ-organ yang
fungsinya serupa.
Kepunahan adalah kematian ras atau spesies. Kepunahan terjadi bila suatu spesies
tidak lagi mampu bereproduksi. Kebanyakan kepunahan diperkirakan disebabkan oleh
perubahan lingkungan yang mempengaruhi spesies dalam dua cara :
a) Spesies tidak mampu beradaptasi terhadap lingkungan yang berubah dan mati tanpa
keturunan.
b) Spesies dapat beradaptasi tetapi dalam prosesnya mungkin berkembang
menjadi
spesies baru yang berbeda.
Dampak manusia pada lingkungan melalui pemburuan, pengumpulan dan perusakan
habitat merupakan faktor yang signifikan pada kepunahan binatang dan tumbuhan.
Kepunahan merupakan fitur yang sedang terjadi pada flora dan fauna di bumi, banyak spesies
yang pernah hidup telah punah. Catatan fosil menunjukkan pernah terjadi beberapa kali
kepunahan masal, dengan setiap kali terjadi kepunahan spesies masal pula. Salah satu
kepunahan terjadi pada akhir jaman Cretaceous 66 juta tahun yang lalu di mana dinosaurus
dan banyak spesies laut mati. Bukti-bukti yang ada menunjuk pada kejatuhan asteroid sebagai
penyebab kepunahan ini.
Meskipun telah banyak upaya konservasi, penurunan terus terjadi pada semua spesies
secara luas. Daftar merah hewan yang terancam pada tahun 1996 yang dikeluarkan oleh the
International Union for Censervation of Nature and Natural Resources mengidentifikasi
5.205 spesies terancam kepunahan. Didaerah tropis para ahli biologi menaksir 3 spesies
punah setiap jam. Kebanyakan penurunan ini disebabkan oleh kerusakan habitat, terutama
pembalakan. Hanya 6 % dari hutan di dunia secara formal dilindungi, sisanya yang 33,6 juta
km2 rentan terhadap eksploitasi.
Semua bentuk spesiasi telah terjadi selama evolusi, namun masih tetap merupakan
subyek perdebatan untuk kepentingan relatif dari masing-masing mekanisme dalam
berkendara keanekaragaman hayati disebut dengan spesiasi alam. Salah satu contoh spesiasi
alam adalah keragaman ikan laut setelah zaman es terakhir, telah mengalami spesiasi koloni
baru di danau air tawar yang terisolasi dan sungai. Lebih dari 10.000 generasi yang diestimasi
sehingga menampilkan perbedaan struktural yang lebih besar dari pada yang terlihat antara
genera yang berbeda, ikan memiliki variasi sirip, terlihat jelas pada perubahan jumlah atau
ukuran pelat mereka, struktur rahang variabel dan perbedaan warna.
140
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, N.A. & J.B. Reece, 2012. Biology, 8th Edition. Benjamin Cummings, San
Francisco.
Campbell, N.A., Reece, J.B., and Mitchell, L.G., 2010. Biology, 9eds. Pearson Education Inc.
Toronto.
Freeman, S., 2012. Biological Science: Volume 2. Evolution, Diversity and Ecology, Prentice
Hall Inc., New Jersey.
Jones, M., & G. Jones, 2016. Advanced Biology, 10th Edition, Cambridge University Press,
Cambride.
141
BAB XI
EKOLOGI
Setelah memahami pokok bahasan Ekologi, mahasiswa dapat menjelaskan bahwa semua ada
interaksi antara organisme dengan lingkungannya (prinsip interaksi). Dalam suatu ekosistem
terdapat diversitas, baik pada organisme yang berada di dalamnya maupun pada
lingkungannya. Di alam terdapat berbagai macam habitat dan ekosistem sebagai bentuk
keanekaragaman biotik dan abiotik (prinsip diversitas). Pada dasarnya setiap ekosistem akan
mempertahankan kestabilan aliran energi dalam ekosistem sehingga selalu terjadi
kesetimbangan untuk mempertahankan kondisi tunak (prinsip homeostasis). Dalam suatu
ekosistem yang stabil dan berkelanjutan selalu terdapat komponen produsen dan konsumen
dalam proporsi yang seimbang dan selalu terjadi daur energi dan material antara organisme
dengan lingkungannya (prinsip universalitas).
Capaian Pembelajaran bab ini adalah dapat menjelaskan sejarah dan batasan ekologi, prinsip
dan konsep ekologi. Capaian pembelajaran dapat dirinci sebagai berikut:
4. Menjelaskan sejarah dan batasan ekologi (C2).
5. Menjelaskan permasalahan ekologi (C2).
3) Menjelaskan permasalahan utama dalam ekologi (C2).
4) Menjelaskan tentang pendekatan pola pikir dalam menyelesaikan permasalahan
ekologi (deskriptif, fungsional, dan evolutif) (C2).
6. Menerapkan prinsip ekologi dalam kehidupan di alam (C3).
1) Menjelaskan tentang konsep habitat dan relung ekologi (C2).
2) Menjelaskan prinsip dan konsep populasi (C2).
3) Menjelaskan prinsip dan konsep komunitas (C2).
4) Menerapkan prinsip dan konsep ekosistem dalam kehidupan bermasyarakat (C3).
1.
Pengantar
Bab ini membahas tentang salah satu prinsip dalam biologi yaitu interaksi. Interaksi
memiliki pengertian yang luas dan terjadi pada semua jenjang organisasi kehidupan mulai
dari gen, sel, organ, individu, populasi, komunitas, dan dalam suatu ekosistem. Masing–
masing jenjang organisasi membentuk suatu sistem dan, kita telah tahu bahwa sistem adalah
suatu interaksi yang teratur dan saling bergantung antar komponen penyusunnya untuk
melaksanakan fungsi tertentu atau untuk mencapai tujuan tertentu. Pada bab–bab sebelumnya
142
telah dibahas sistem dalam organisme, mulai gen sampai dengan organ yang menyusun
organisme tersebut. Dalam bab ini pokok bahasannya adalah interaksi yang terjadi pada
tingkat populasi dan komunitas, serta dalam sistem ekologi atau ekosistem.
Gambar 11.1. Interaksi dalam ekosistem pada dasarnya adalah berkenaan dengan
perpindahan energi antar komponennya. Aliran energi antar komponen tidak
selalu dalam bentuk yang sama (dalam gambar ditunjukkan dengan warna yang
berbeda).
Pada dasarnya sistem interaksi yang berlangsung dalam suatu sistem ekologi atau
ekosistem adalah sistem interaksi untuk perpindahan tenaga atau energi antara makhluk hidup
dan lingkungannya secara keseluruhan yang meliputi benda hidup dan benda mati, bahan
organik dan anorganik, selain itu juga ada aliran informasi. Dengan demikian alur
perpindahan energi tersebut terjadi antar makhluk hidup dan antar makhluk hidup dengan
lingkungannya (Gambar 11.1). Namun harap diperhatikan benar bahwa aliran energi tidak
kembali dalam bentuk yang sama.
Objek utama dalam mempelajari populasi dan komunitas adalah organisme dan
lingkungannya, baik lingkungan tersebut berupa makhluk hidup yang pada umumnya disebut
komponen biotik dari suatu lingkungan, maupun komponen lainnya yaitu komponen abiotik.
Interaksi organisme dengan lingkungannya ini dipelajari dalam salah satu cabang biologi
yang dinamakan ekologi, oleh karena itu hal pertama yang harus kita pahami adalah definisi
ekologi itu sendiri dan ruang lingkupnya, serta permalasahan utama dalam ekologi.
143
Permalasan utama dalam ekologi di sini maksudnya adalah fenomena alam apa yang
sebenarnya ingin ditelaah dalam bidang studi ekologi.
Bab ini hanya membahas tentang hal-hal pokok yang diperlukan dalam telaah ekologi
dalam hubungannya dengan salah satu prinsip biologi yaitu interaksi. Adapun prinsip dan
konsep ekologi yang lebih terperinci tempat pembahasannya adalah di matakuliah yang
khusus tentang ekologi.
2. Sejarah dan Batasan Ekologi
Tubuh manusia, sebagaimana tubuh makhluk hidup yang lainnya memerlukan tenaga
untuk menjalankan fungsi kehidupan. Manusia mendapatkan tenaga melalui bahan makanan
yang ada disekitarnya. Dengan erkembangnya kebudayaan, maka cara mengekstras tenaga
dari makanan juga berubah, misalnya dengan dikenalnya api maka bahan makanannya
dimasak atau dibakar terlebih dahulu. Selanjutnya dengan berkembangnya pengetahuan,
budidaya sumber makanan yang semula dicari dari alam di sekitarnya, diusahakan di
budidayakan, sehingga dikenallah usaha cocok tanam dan perternakan. Semua aktivitas
tersebut pada dasarnya untuk memenuhi kebutuhan tenaga dalam bentuk makanan.
Sebetulnya penelaahan hubungan organisme dan lingkungannya telah dimulai sejak
masa–masa awal sejarah biologi, bahkan mungkin sejak manusia memanfaatkan lingkungan
di sekitarnya. Namun sebelum Haeckel tidak ada istilah ekologi, dan tidak ada sebutan untuk
bidang keilmuan tersebut. Bahkan Antony van Leeuwenhoek seorang pioneer penggunaan
mikroskop, juga telah mempelajari rantai makanan dan populasi yaitu dua bidang telaah
dalam ekologi modern (Odum, 1971).
Istilah “Ekologi” pertama kali dikenalkan oleh ahli biologi bangsa Jerman bernama
Ernest Haeckel pada tahun 1869. Kata ekologi berasal dari gabungan dua kosa kata bahasa
Yunani, yaitu oikos (oikos) dan logos. Oikos memiliki arti rumah atau tempat hidup, sedang
logos adalah ilmu atau telaah. Dengan demikian secara bahasa ekologi dapat diartikan
sebagai: mempelajari organisme di tempat hidupnya. Tetapi kemudian banyak ahli yang
memberi berbagai macam batasan tentang ekologi, meskipun demikian pada dasarnya selalu
berkaitan dengan organisme dan lingkungannya. Salah satu batasan yang sering digunakan
sekarang ini adalah: hubungan timbal balik antara organisme dan lingkungannya secara
menyeluruh. Jadi hubungan timbal baliknya atau interaksinya terjadi secara menyeluruh
dalam arti berbagai macam bentuk interaksi dan juga melibatkan berbagai macam komponen
lingkungan. Berbagai macam batasan atau definisi tersebut mungkin akan menyebabkan kita
bingung atau rancu, oleh karena itu untuk memahaminya kita juga harus mengaitkan dengan
144
cabang biologi lainnya. Pengaitan dengan cabang–cabang biologi lainnya, seperti fisiologi,
evolusi, paleontologi, ornitologi, entomologi, dan juga jenis–jenis tempat hidup organisme
memudahkan kita untuk memahami hubungan organisme dan lingkungannya.
Sebagaimana disebutkan di atas bahwa ekologi pada dasarnya adalah telaah tentang
hubungan timbal balik atau interaksi organisme dan lingkungannya. Hubungan timbal balik
ini tentu sangat dipengaruhi oleh lingkungan atau tempat hidupnya, selain itu bentuk
hubungan tersebut menyebabkan organisme harus memiliki fungsi tertentu di alam. Tempat
hidup organisme itu pada umumnya disebut dengan istilah “habitat”, sedangkan untuk
menggambarkan fungsinya di alam biasanya digunakan istilah “relung atau niche”. Pada
subbab berikut kita akan membahas tentang habitat dan relung ekologi, namun sebelum kita
membahas keduanya serta komponen–komponen ekologi dalam suatu ekosistem sebaiknya
kita mengetahui lebih dahulu permasalah utama dalam ekologi.
3. Ekologi dan Ekonomi
Ada kosa kata yang mirip dengan ekologi yaitu ekonomi, keduanya pun memiliki akar
kata yang sama yaitu oikos (oikos) dan memiliki arti yang sama yaitu rumah atau tempat
hidup manusia. Bedanya rumah dalam kata ekonomi pada awalnya lebih dititik beratkan
dalam arti rumah tangga manusia walaupun kemudian berkembang artinya menjadi rumah
tangga dalam arti bangsa dan Negara atau bahkan dunia. Sedangkan istilah rumah dalam kata
ekologi memiliki arti lingkungan tempat hidup organisme bukan hanya manusia.
Kesamaan antara ekologi dan ekonomi bukan sekedar akar kata melainkan juga
terjadinya hubungan timbal balik antar dua komponen atau pelaku. Sedanhgkan perbedaan
antara ekonomi dan ekologi adalah proses hubungan timbal balik dalam ekonomi dinilai
dengan uang sedangkan dalam ekologi dalam bentuk tenaga. Tetapi perilaku uang dalam
ekonomi tidak sama dengan perilaku energi dalam ekologi. Aliran tenaga dan uang memiliki
arah berlawanan (pertukaran), selain uang dapat berputar (circulate) jadi ada perputaran
(sikulasi uang), sedangkan pada ekologi hanya mengalir ke satu arah (Odum, 1971). Oleh
karena itu biasanya untuk perpindahan uang digunakan istilah “sirkulasi” sedangkan untuk
energi atau tenaga istilah yang digunakan adalah “aliran”. Perbandingan transaksi energi dan
material dalam ekonomi dan ekologi disajikan pada Gambar 11.2.
145
Gambar 11.2. A: transaksi dalam sistem ekonomi; B: daur energi dan material antara
organisme dan lingkungan abiotiknya; C: daur energi dalam suatu ekosistem yaitu
antara organisme dan lingkungannya baik biotik maupun abiotik.
4. Permasalahan Utama dalam Ekologi
Sebagaimana disebutkan di atas bahwa ekologi adalah ilmu yang mempelajari atau
menelaah interaksi organisme dan lingkungannya. Lantas apakah sebetulnya yang ingin
dijelaskan dengan telaah tersebut? Permasalahan ilmiah utama (the main scientific problems)
dalam ekologi sebetulnya adalah menjelaskan keberadaan organisme di suatu habitat. Istilah
organisme di sini dapat mengacu pada satu jenis (species) tertentu, atau sekelompok jenis
organisme, bila mengacu pada satu jenis saja maka telaahnya adalah tingkat populasi
sedangkan bila mengacu pada sekelompok jenis organisme maka telaahnya berada di tingkat
komunitas. Kita akan membahas pendekatan ini pada subbagian lain.
Penjelasan tentang keberadaan organisme di suatu habitat dapat berupa penjelasan
tentang ada berapa banyak jenisnya, apakah selalu ada secara konstan ataukah berfluktuasi
dalam arti kadang–kadang ada kadang tidak, atau ada kalanya banyak dan ada kalanya
sedikit. Semua penjelasan tersebut dihubungkan dengan komponen lainnya yang berada di
habitat tersebut, baik komponen biotik maupun abiotik. Karena dihubungkan dengan
komponen lainnya maka harus ditelaah pula bentuk interaksinya dengan komponen lain serta
bagaimana dia menyesuaikan diri dengan komponen di sekitarnya. Kemampuan
menyesuaikan diri dengan komponen disekitarnya itu disebut kemampuan beradaptasi.
Adaptasi bukan sekedar menggambarkan kemampuan hidup bersama organisme lain,
melainkan juga kemampuan memanfaatkan sumber tenaga yang ada di lingkungannya untuk
bertahan
hidup.
Karena
itu
penjelasan
dilingkungannya itu meliputi informasi berikut.
146
mengenai
keberadaan
suatu
organisme
1) Distribusi dan kelimpahan organisme.
2) Kelimpahan dan distribusi keanekaragaman hayati dalam konteks lingkungan
3) Proses hidup dan adaptasi
4) Pergerakan materi dan energi melalui komunitas mahluk hidup
5) Perkembangan suksesi ekosistem
Karena lingkungan berubah dari masa ke masa, oleh karena itulah suatu ekosistem
juga akan berkembang. Istilah untuk menyebut perkembangan ekosistem itu disebut suksesi
ekosistem, ada juga yang menyebutnya dengan istilah suksesi ekologi. Perubahan alam tentu
membawa dampak terhadap perubahan organisme yang hidup di lingkungan tersebut, ini
berarti organisme yang pernah ada harus menyesuaikan dengan kondisi baru. Penyesuaikan
dengan kondisi baru berarti beradaptasi terhadap kondisi baru. Adaptasi terhadap kondisi atau
lingkungan baru tersebut meliputi perubahan struktural, fungsional, dan perilaku. Organisme
yang tidak berhasil beradaptasi dengan kondisi baru tersebut memiliki dua kemungkinan
yaitu mati atau bermigrasi ke lingkungan lain yang lebih sesuai. Keduanya pilihan tersebut
mengakibatkan kepunahan organisme dari wilayah tersebut, jadi punah dari suatu wilayah
tidak berarti harus mati melainkan sudah tidak ada (extinct). Tetapi kalau punah dari dunia
memiliki arti mati.
Kemampuan beradaptasi atau pun hasil dari proses adaptasi itu ada yang dapat
diturunkan atau diwariskan kepada keturunannya, selain itu dengan adaptasi berarti
individunya akan terus mengalami perubahan. Mekanisme pewarisan sifat ke generasi
berikutnya secara khusus dipelajari dalam cabang biologi yang disebut genetika, sedangkan
perubahan yang terjadi sedikit demi sedikit selama jangka waktu yang lama dipelajari dalam
matakuliah evolusi. Sedangkan perilaku organisme dipalajari dalam cabang biologi yang
disebut etologi. Jadi tampak jelas bahwa ketika mempelajari ekologi secara menyeluruh maka
akan berkaitan erat dengan cabang biologi lainnya seperti biologi struktur (anatomi,
morfologi, dan histologi), biologi fungsi (fisiologi), biokimia, biodiversitas dan taksonomi,
genetika, evolusi, dan etologi.
5. Pola Pikir Ilmiah dalam Telaah Ekologi
Pola pikir adalah kerangka berpikir kita supaya dalam menjelaskan suatu fenomena
dapat sistematis dan jelas arahnya, dengan demikian kita dapat menentukan jenis data yang
diperlukan untuk menjelaskan suatu fenomena sehingga kerja kita menjadi sistematis dan
efisien. Sebagaimana dalam bidang keilmuan lainnya, pada dasarnya penjelasan tentang suatu
147
fenomena ekologi dapat dibagi menjadi tiga jenis yaitu, deskriptif, fungsional, dan evolutif.
Ketiganya sama pentingnya dan memiliki kelebihan serta kekurangannya. Penjelasan
deskriptif pada dasarnya adalah menjawab pertanyaan dengan kata tanya: ada apa;
penjelasan fungsional untuk menjawab pertanyaan dengan kata tanya: bagaimana;
sedangkan penjelasan evolutif untuk menjawab pertanyaan dengan kata tanya: mengapa.
Ketiga pendekatan ini memunculkan tiga istilah yaitu ekologi deskriptif, ekologi fungsional,
dan ekologi evolutif.
Dalam hubungannya dengan permasalahan utama ekologi maka ekologi deskritif akan
membahas tentang keberadaan jenis–jenis organisme di suatu habitat, atau lebih ringkasnya
keanekaragaman organisme disuatu habitat. Pekerjaan mendata organisme di suatu habitat
bukanlah perkerjaan mudah dan boleh dikata tidak akan selesai, sebab kita tidak akan pernah
tahu ada organisme apa saja di suatu habitat bahkan yang sempit sekalipun. Harap diingat
bahwa yang disebut organisme itu mulai dari organisme satu sel seperti bakteri sampai
organisme multiseluler sebesar pohon beringin atau gajah. Biasanya seorang ahli akan
mengkhususkan telaah ekologinya pada takson tertentu saja, dapat tingkat jenis, marga, atau
jenjang taksonomi di atasnya.
Di sisi lain telaah dengan pendekatan fungsional berusaha menjelaskan bagaimana
suatu oraganisme dapat hidup di habitat atau area tertentu. Bagaimana mekanisme interaksi
yang bekerja di habitat tersebut sehingga suatu habitat dapat memiliki keanekaragaman
tinggi, sedang daerah lain tingkat keanekaragamannya berbeda. Bahkan juga berusaha
menjelaskan bagaimana suatu jenis dapat hidup di daerah tersebut. Dalam telaah fungsional
mekanisme interaksi antar komponen ekosistem benar–benar dijelaskan secara detail.
Sementara itu ekologi evolutif menjelaskan mengapa suatu jenis dapat berada atau
hidup di suatu area atau habitat tertentu. Penjelasan evolutif seringkali memerlukan data dari
waktu yang telah berlalu yang jangkauannya dapat dekat tetapi mungkin pula jauh di masa
lalu dan berkaitan dengan evolusi organisme dan habitat di wilayah tersebut. Bila tidak hati–
hati maka dapat memunculkan penjelasan yang sifatnya spekulatif.
Dalam kenyataanya ketiga pendekatan tersebut di atas tidak selalu bekerja terpisah
dengan batas yang jelas, melainkan gabungan dari satu, dua, atau bahkan ketiga pendekatan
tersebut. Sehingga sifatnya dapat deskripsi fungsional, atau deskriptif evolutif dan sebagainya
bergantung mana yang lebih diutamakan oleh penelitinya. Setiap peneliti dapat memakai
pendekatan yang berbeda bergantung pada beberapa hal seperti ketertarikannya, waktu dan
sarana yang tersedia.
148
6. Habitat dan Relung Ekologi
Istilah habitat tidak menunjuk secara langsung pada organisme melainkan pada
tempat hidup organisme. Tempat suatu organisme berada atau dapat ditemukan disebut
habitat, sedangkan istilah relung digunakan untuk menunjukkan fungsi organisme dalam
suatu ekosistem atau dalam komunitasnya.
6.1
Habitat
Habitat suatu organisme adalah tempat organisme tersebut hidup, atau tempat dapat
ditemukannya organisme tersebut. Secara umum habitat hanya ada dua macam yaitu terestrial
atau darat, dan akuatik atau perairan (Gambar 11.3). Bentuk–bentuk habitat yang lain adalah
bagian dari kedua macam habitat tersebut. Dengan demikian kita dapat mengatakan bahwa
habitat lele (Clarias batrachus, sejenis ikan) adalah air, atau lebih khusus air tawar,
sedangkan habitat kakap (Lutjanus), Ikan buntel (Arothron hispidus), dan cumi–cumi (Loligo
sp.) adalah laut; habitat bekicot (Achatina fulica, tikus (Rattus sp.) monyet (Macaca), dan
ayam (Gallus sp.) adalah daratan. Habitat juga dapat dinyatakan secara lebih khusus misalnya
habitat unta (Camelus sp.) adalah padang pasir yang juga merupakan bagian dari daratan;
habitat teratai (Nymphaea sp.) adalah air, sedangkan habitat pohon kelapa (Cocos nucifera)
adalah darat.
Gambar 11.3. Dua habitat utama yaitu darat dan perairan. A: contoh organisme yang
memiliki habitat darat (berbagai jenis tumbuhan monyet); B: salah satu daerah
perbatasan antara habitat darat dan perariran yang disebut pantai (ada yang
tampak jelas batasanya, ada pula yang tertutup tumbuhan misalnya bakau); C:
contoh organisme yang hidup diperairan yaitu ikan buntel (Arothron hispidus)
dan hewan karang atau koral (Gambar C disalin dari Irawan, 2013).
149
Selain istilah habitat kita juga sering menjumpai istilah mikrohabitat (microhabitat)
atau habitat mikro. Mikrohabitat adalah bagian yang sangat khusus dari suatu habitat.
Misalnya, suatu jamur tertentu hanya dapat hidup di bagian batang yang telah lapuk, teduh,
dan lembap. Kondisi tempat hidupnya ini mungkin sangat berbeda dengan kondisi di
sekitarnya secara umum, tempat hidup yang khusus inilah yang disebut mikrohabitat dari
jamur tersebut, dan karena iklimnya juga berbeda maka juga disebut mikroklimat (atau iklim
mikro) bagi habitat tersebut Gambar 11.4). Beberapa jenis organisme seperti Crustacea kecil,
Mollusca kecil di daerah pasang surut hanya ditemukan terutama di bawah bebatuan, maka
dikatakan bahwa mikrohabitat organisme tersebut adalah di bawah bebatuan.Telaah ekologi
juga dapat didekati dari sisi habitat, sehingga memunculkan bidang khusus ekologi seperti
ekologi perairan, ekologi terestrial, ekologi muara, ekologi air tawar dan sebagainya. Bidang
khusus tersebut menelaah interaksi organisme dan lingkungannya di habitat tertentu.
Habitat yang berbeda dihuni oleh jenis organisme yang berbeda pula, sebab setiap
organisme harus memiliki adaptasi khusus untuk dapat bertahan hidup di habitat pilihannya.
Contoh yang paling mudah dapat diamati pada hewan. Hewan akuatik dicirikan oleh sistem
pertukaran gasnya, pada umumnya hewan akuatik memiliki organ pertukaran gas yang
berupa insang, sedangkan hewan terestrial memiliki organ pertukaran gas berupa paru–paru.
Perbedaan utama antara insang dan paru–paru adalah: insang merupakan organ hasil
perkembangan evaginasi, sedangkan paru–paru merupakan organ hasil perkembangan
invaginasi. Penyesuaian secara biologi terhadap lingkungannya ini disebut adaptasi.
.
Gambar 11.4. Fungi menempati berbagai jenis mikrohabitat
antara lain, A: kayu pohon yang telah lapuk; B: tanah lembap;
C: pohon yang masih hidup.
150
Beberapa jenis hewan darat melakukan adaptasi kedua (adaptasi sekunder) karena
hidup di lingkungan air. Pada paus dan lumba–lumba adaptasi sekunder ini ditunjukkan
dengan perubahan tungkai yang semula untuk berjalan menjadi berbentuk sirip yang
fungsinya untuk berenang yaitu cara bergerak paling efisien bagi hewan akuatik. Adaptasi
sekunder pada tungkai ini juga dapat dilihat pada penyu (Gambar 11.5). Letak lubang hidung
hewan–hewan ini pada umumnya juga di permukaan atas moncong atau kepala, bukan di
depan sebagaimana hewan darat. Selain adaptasi morfologi, juga dapat dijumpai adaptasi
perilaku, dan adaptasi fisiologi lainnya. Paru–paru pada dasarnya adalah organ pertukaran gas
yang adaptif (sesuai) untuk habitat terestrial, oleh karena itu hewan–hewan terestrial yang
kemudian hidup di air harus sering muncul ke permukaan untuk mengambil napas.
Gambar 11.5. Adaptasi sekunder pada penyu: bentuk tungkai menjadi
seperti dayung (sirip), bentuk ini lebih sesuai untuk bergerak di air
daripada tungkai dengan lima jari yang terpisah.
1. Relung Ekologi
Relung ekologi (ecological niche) memiliki arti lebih inklusif daripada habitat, relung
ekologi tidak hanya merujuk pada tempat keberadaan organisme secara fisik, melainkan lebih
menunjukkan fungsinya dalam sistem ekologi atau ekosistem. Kita akan banyak
menggunakan istilah relung ini ketika membahas tentang perpindahan energi khususnya
rantai makanan dan jejaring makanan. Perbedaan pengertian antara habitat dan relung dapat
151
dianalogikan bahwa habitat adalah alamat organisme dalam ekosistem, sedangkan relung
adalah fungsinya atau pekerjaanya dalam ekosistem. Misalnya ikan gurami adalah ikan yang
hidup di air tawar, dan merupakan ikan pemakan tumbuhan, maka dapat dikatakan bahwa
ikan gurami memiliki habitat air tawar dan fungsinya di ekosistem menempati posisi sebagai
herbivor. Beberapa jenis organisme dapat berada pada daerah geografi yang sama, habitatnya
pun sama tetapi pada umumnya akan menempati relung yang berbeda. Sebaliknya dapat pula
relungnya sama tetapi habitat atau wilayah geografinya berbeda. Tentang hal ini akan kita
bahas lagi di subbagian lain yang membahas tentang ekivalen ekologi. Tumpang tindih
relung di habitat yang sama akan menyebabkan terjadinya kompetisi terhadap sumber energi.
Menurut Odum (1971) untuk kenyamanan pembahasan, relung ekologi dapat dibagi
atau ditinjau dari tiga aspek yaitu, relung habitat (habitat niche), relung trofik (trophic niche),
dan relung multidimensi (multidimensional niche atau hypervolume niche). Relung habitat
atau habitat niche atau spatial niche biasanya merujuk pada bagian habitat tertentu dari
keseluruhan habitat, relung habitat itu identik dengan mikrohabitat. Charles Elton
membedakan antara habitat dan relung, dia menggunakan istilah niche pertama kali untuk
menunjukkan fungsi dan posisi suatu organisme dalam komunitasnya, batasan ini merujuk
pada istilah trophic niche di atas. Di lain pihak Hutchinson berpendapat bahwa relung suatu
organisme tidak hanya terdiri atas satu komponen saja melainkan banyak komponen,
sehingga suatu relung itu bersifat multidimensi atau hypervolume, inilah konsep dari relung
multidimenasi: suatu organisme itu memiliki banyak fungsi di alam (Odum, 1971).
a.
Ekivalen Ekologi (Ecological Equivalent)
Ekivalen ekologi atau kesamaan ekologi digunakan untuk menunjukkan dua jenis
organisme atau lebih yang memiliki relung sama tetapi berada di daerah geografi yang
berbeda. Jadi ekivalen di sini lebih merujuk pada kesamaan fungsinya dalam ekosistem.
Jenis–jenis yang memiliki ekivalen ekologi dan berada di daerah yang berdekatan atau
bersebelahan biasanya memiliki hubungan taksonomi yang dekat, sedangkan bila berada di
daerah yang secara geografis terpisah jauh biasanya hubungan taksonominya juga jauh. Dua
jenis organisme atau lebih dikatakan memiliki hubungan taksonomi dekat bila organisme
tersebut berada pada takson yang sama. Dekat jauhnya hubungan taksonomi ini sifatnya
relatif, misalnya ada jenis A, B, dan C; jenis A dan B termasuk dalam marga (genus) yang
sama, sedangkan C merupakan anggota dari lain marga tetapi masih dalam satu familia, maka
A dan B memiliki hubungan taksonomis yang lebih dekat dari pada dengan C. Mengapa ada
konsep ekivalen ekologi, marilah kita bahas lebih lanjut.
152
Bumi terbagi menjadi banyak daerah geografi yang saling terpisah karena ada pembatas
geologi misalnya laut, gunung, dan pembatas geologi lainnya; atau terpisah oleh adanya
perbedaan iklim seperti misalnya antara daerah tropis yang beriklim panas sepanjang tahun
dan daerah subtropik yang memiliki empat musim, dan ada juga daerah kutub. Wilayah yang
dibentuk atau dibatasi oleh karakter biologi disebut wilayah biogeografi. Udvardy (1975)
membagi dunia menjadi delapan wilayah biogeografi (Gambar 11.6), yaitu:
1. Neartik (meliputi sebagian besar Amerika Utara)
2. Paleartik (meliputi benua Eurasia dan Afrika Utara)
3. Afrotropik (meliputi Sub-Sahara Afrika)
4. Indomalaya (meliputi anak benua Asia Selatan dan Asia Tenggara)
5. Australasia (meliputi Australia, Papua New Guinea, dan pulau–pulau di sekitarnya).
6. Neotropik (meliputi Amerika selatan dan Karibia)
7. Oseania (meliputi Polinesia, Fiji, dan Mikronesia)
8. Antartik (meliputi Antartika).
Gambar 11.6. Delapan wilayah biogeografi (Udvardy, 1975).
Masing-masing wilayah biogeografi memiliki kondisi lingkungan yang berbeda,
dengan demikian baik flora maupun faunanya juga berbeda. Namun demikian, masing–
masing daerah masih mungkin memiliki jenis habitat yang sama dan tentunya akan
dimanfaatkan oleh organisme setempat sebagai tempat hidupnya. Sebagai contoh, baik di
Indonesia mapun di Afrika yang beriklim tropis dan di Amerika Utara atau Selatan yang
beriklim subtropik terdapat habitat padang rumput. Tetapi hewan–hewan yang menempati
habitat tersebut sebagai hewan pemakan tumbuhan (herbivor) berbeda jenisnya. Di Indonesia
153
antara lain ada banteng (Bos javanicus) dan kerbau (Bubalus bubalis), di Afrika antara lain
ada kerbau Afrika (Syncerus caffer) sedang di Amerika ada bison (Bison bison); ketiganya
adalah contoh hewan herbivor yang menghuni padang rumput atau setidaknya habitat di
sekitar padang rumput tetapi berada di wilayah geografi yang berbeda, karena kesamaan
fungsi ekologi tersebut maka ketiganya dapat dikatakan memiliki ekivalen ekologi (Gambar
11.7). Panthera onca (jaguar, benua Amerika bagian tengah dan selatan), Panthera pardus
(leopard atau macan tutul, Afrika dan Asia), dan Acinonyx jubatus (cheetah, Afrika dan Asia
Tengah) semuanya adalah predator yang memiliki daerah geografi berbeda tetapi secara
ekologis posisinya dalam ekosistem sama.
Gambar 11.7. A: Syncerus caffer (kerbau Afrika); B: Bubalus bubalis (Kerbau air
Asita Tenggara); C: Bison bison (bison Amerika); ketiga hewan ini adalah herbivor
penghuni padang rumput (A dan B dari Boitani dan Bartoli, 1982; C: foto diambil di
Oklahoma).
2.
Prinsip Populasi
Populasi merupakan satuan dasar dalam telaah ekologi. Pemahaman tentang prinsip
dan konsep populasi menjadi sangat penting bila kita akan menelaah suatu sistem kehidupan
di alam. Populasi memiliki pengertian yang luas dan tidak hanya dikenal dalam bidang
ekologi, tetapi juga bidang keilmuan yang lain. Di bagian ini kita membatasi prinsip dan
konsep populasi dalam kaitannya dengan ekologi, dengan kata lain prinsip populasi
maksudnya adalah pengertian dasar tentang populasi dalam biologi pada umumnya dan
ekologi pada khususnya, sedangkan konsep populasi adalah penggunaan atau pemanfaatan
parameter populasi untuk keperluan lain yang lebih luas. Konsep populasi akan lebih banyak
kita bahas di mata kuliah Biologi Dasar II.
154
2.1 Batasan Populasi
Populasi adalah kumpulan organisme sejenis, ini adalah batasan yang pokok tentang
populasi. Pengertian jenis yang sama dapat berupa species atau kelompok lain yang
anggotanya dapat saling melakukan pertukaaran informasi genetik. Dalam biologi anggota
species yang sama diberi batasan mampu melakukan pertukaran genetik, maksudnya adalah
memiliki potensi untuk melakukan perkawinan antar sesamanya dan keturunannya harus
fertil. Bila terjadi perkawinan sedangkan hasilnya selalu steril maka berarti kedua individu
tersebut secara biologi tidak dapat dianggap sejenis. Dalam ekologi batasan populasi sering
kali ditambahi dengan daerah atau habitat dan waktu yang sama sehingga batasannya dalam
ekologi menjadi:
Populasi adalah kumpulan individu sejenis yang mendiami daerah atau
habitat yang sama dalam waktu yang sama.
Di pulau Jawa ini ada tiga daerah yang sampai saat ini masih dihuni oleh banteng
yaitu, daerah Taman Nasional Ujung Kulon (TNUK), Taman Nasional Baluran (TNB), dan
Taman Nasional Alas Purwo (TNAP). TNUK berada di daerah Ujung Kulon yaitu di ujung
barat P. Jawa, sedangkan TNB dan TNAP ada di ujung timur P. Jawa. Letak TNUK secara
geografis jelas terpisah sangat jauh dari kedua TN yang lain, dan banteng dari TNUK secara
alami tidak mengkin saling berhubungan dan melakukan perkawinan karena adanya isolasi
jarak. Dengan pengertian di atas maka banteng di TNUK dan TNB merupakan dua populasi
yang berbeda, sedangkan banteng di TNB dan TNAP mungkin satu populasi mungkin juga
berbeda bergantung apakah mereka saling bercampur atau tidak sebab jaraknya relatif dekat
dan secara geografi boleh dikatakan tidak terpisah dibandingkan dengan yang di TNUK.
2.2 Parameter Populasi
Setiap populasi memiliki karakter yang khas, karakter ini biasanya digunakan untuk
menggambarkan populasi dan biasanya juga disebut parameter populasi. Karakter populasi
tersebut ada yang bersifat genetik ada pula yang bersifat ekologis. Karakter yang bersifat
genetik bersifat tetap dan tidak berubah karena pengaruh lingkungan, sedang yang bersifat
ekologis besar kecilnya atau perubahannya sangat dipengaruhi faktor ekologi. Pada saat ini
kita hanya membicarakan karakter yang bersifat ekologis saja. Parameter populasi tersebut
ada yang bersifat primer ada yang merupakan turunan dari karakter primer atau akibat dari
parameter primer, berikut ini adalah parameter populasi tersebut.
155
1) Natalitas
2) Mortalitas
3) Pola pertumbuhan populasi
4) Densitas
5) Pola distribusi
6) Potensi biotik
1) Natalitas
Natalitas adalah kemampuan suatu populasi untuk bertambah besar, dalam arti jumlah
individunya bertambah. Biasanya dinyatakan dengan istilah angka kecepatan natalitas atau
angka kecepatan kelahiran atau birth rate, seringkali juga ada yang menyebutnya dengan
istilah angka kelahiran. Angka kelahiran memiliki arti banyaknya individu baru yang
dihasilkan dalam populasi tersebut, dapat berupa kelahiran dalam arti sebenarnya tetapi juga
dapat berarti bertelur, menetas, bertunas, atau pun berkecambah. Ada dua konsep tentang
angka kelahiran yaitu maximum natality dan ecological natality.
Maximum natality ada juga yang menyebut dengan istilah lain misalnya natalitas
maksimum, natalitas abosolut, natalitas fisiologis, atau fertilitas. Maksud dari istilah natalitas
maksimum ini adalah jumlah individu baru y ang dilahirkan di bawah kondisi optimum, baik
kondisi lingkungan maupun kondisi dalam tubuh individu tersebut. Jadi bukan dalam kondisi
yang senyatanya (alami) atau kondisi ekologis. Karena tidak terjadi dalam kondisi alami
maka natalitas maksimum juga dikatakan sebagai natalitas teoritis. Natalitas maksimum
sifatnya konstan dan merupakan karakter khas suatu populasi, Ecological natality, disebut
juga natalitas yang senyatanya, maksudnya adalah jumlah individu baru yang dihasilkan
dalam kondisi yang senyatanya, yaitu kondisi ekologis. Natalitas ekologi ini sering dituliskan
dengan satu kata saja yaitu natalitas, tanpa tambahan kata sifat atau keterangan. Besarnya
angka natalitas ekologi dapat berubah bergantung pada banyak faktor terutama ukuran
populasi dan kondisi lingkungan (termasuk ketersediaan pakan, iklim, ada tidaknya predator
dan sebagainya)
Angka kelahiran ini biasanya dinyatakan dalam suatu angka kecepatan yang dihitung
dengan cara membagi jumlah individu yang dilahirkan dengan satuan waktu tertentu (angka
kelahiran absolut, rumus 1) atau jumlah individu baru per satuan waktu per satuan populasi
(biasanya disebut specific natality rate lambangnya r atau b, rumus 2).
156
Rumus 1 :
Keterangan :
B adalah angka natalitas (natality rate), ada juga yang menyebut kecepatan kelahiran
(rate dialihbahasakan sebagai kecepatan). Δt = tx – tx-1.
ΔNn = Individu baru yang dilahirkan dalam populasi tersebut (new (n) individual
(N)). Dapat dihitung dengan pengurangan besar (ukuran populasi) saat
sekarang dengan besar populasi waktu sebelumnya sebelumnya yaitu:
Nt – Nt-1. Nt adalah jumlah individu dalam populasi pada saat sekarang, sedang Nt-1
adalah jumlah individu dalam populasi pada saat sebelumnya. Bergantung
jenis organismenya, waktu yang digunakan dapat dalam jam, minggu, hari,
bulan dan sebagainya.
Rumus 2 :
Keterangan :
r atau b adalah angka kelahiran atau natalitas per satuan populasi.
Dalam ekologi jumlah individu dalam suatu populasi biasanya selalu disimbolkan
dengan huruf N. Angka kelahiran dapat dinyatakan untuk populasi secara kesatuan, dapat
pula untuk kelompok umur tertentu (age-specific natality rate). Untuk kelompok usia
reproduktif tentu angkanya lebih tinggi bila dibandingkan dengan kelompok usia yang lebih
dini atau lebih lanjut untuk populasi yang sama.
2) Mortalitas
Mortalitas merujuk pada angka kematian individu dalam suatu populasi, biasanya
dilambangkan dengan huruf d (dari kata death) tetapi tidak mutlak demikian. Parameter ini
dapat dianggap sebagai lawan kata dari angka kelahiran, kalau angka kelahiran menambah
besar populasi maka angka kematian akan mengurangi jumlah individu dalam populasi jadi
mengecilkan ukuran populasi. Cara menghitungnya seperti cara menghitung angka kelahiran.
Konsepnya juga ada dua yaitu angka kematian ekologi (ecological death rate) dan angka
kematian teoritis tetapi disebutnya angka kematian minimum (minimum death rate).
157
Natalitas dan mortalitas merupakan karakter populasi yang kompleks dan sering
dinyatakan dengan berbagai cara. Apa yang diterangkan di atas hanya salah satu dari sekian
banyak cara. Baik natalitas maupun mortalitas merupakan parameter utama yang menentukan
keberadaan populasi. Bila angka kelahirannya lebih tinggi daripada angka kematian maka
populasi tersebut akan bertambah besar, sedangkan bila angka kematian lebih tinggi daripada
angka kelahiran berarti populasi tersebut akan punah. Bila angka kelahiran sama besarnya
dengan angka kematian maka jumlah individu dalam populasi tersebut akan stabil atau
ukuran populasi akan tetap sama, inilah konsep dari zero population growth (ZPG). Jadi
dalam konsep ZPG tidak berarti tidak ada kelahiran sama sekali, melainkan tingkat kelahiran
sama dengan tingkat kematian. Bila tidak ada kelahiran sama sekali populasi tersebut juga
akan punah disebabkan oleh usia. Selain natalitas dan mortalitas ada juga parameter lain yang
dapat meningkatkan atau menurunkan jumlah individu dalam populasi yaitu migrasi.
3) Migrasi: Imigrasi dan Emigrasi
Migrasi adalah perpindahan individu dari satu populasi ke populasi lain. Imigrasi
adalah masuknya individu ke suatu populasi, sedangkan emigrasi adalah keluarnya atau
perginya individu dari suatu populasi. Jadi imigrasi menyebabkan bertambahnya individu
dalam populasi dan dengan demikian ukuran populasi semakin besar, sedangkan emigrasi
menyebabkan berkurangnya individu. Apabila keempat parameter diberi tanda matematika
maka angka kelahiran dan imigrasi memiliki tanda + (positif) sedang angka kematian dan
emigrasi memiliki tanda – (negatif). Hubungan keempat parameter ini dengan populasi dapat
divisualkan sebagaimana disajikan pada Gambar 11.8.
Gambar 11.8. Hubungan antar empat parameter
populasi dan ukuran populasi.
158
4. Densitas Populasi
Densitas sering pula disebut dengan istilah kepadatan. Densitas atau kepadatan
populasi adalah istilah yang digunakan untuk menunjukkan ukuran populasi dalam
hubungannya dengan satuan luas atau satuan volume. Densitas biasanya dinyatakan dengan
jumlah individu persatuan luas, misalnya dalam 1m2 ditemukan 100 batang tumbuhan orangaring, maka densitas orang – aring di area tersebut dinyatakan sebagai 100/m2. Tentu saja
kalau organisme besar seperti gajah, banteng, atau pepohonan luas area yang digunakan tidak
m2 melainkan dapat per ha, atau per km2. Dalam kaitannya dengan organisme perairan,
misalnya plankton maka densitas atau kerapatan dapat dinyatakan per volume, dapat per L
atau per mL bergantung besar kecilnya organisme dan tujuannya. Misalnya 100/L, atau dalam
kasus lain 2500/mL.
Untuk menentukan besarnya kepadatan populasi suatu organisme ada dua metode
dasar yaitu metode sensus, dan metode sampling. Bila Saudara menggunakan metode sensus
maka Saudara harus menghitung semua individu yang menjadi objek penelitian Saudara.
Contoh penggunaan metode sensus adalah sensus penduduk. Ada kalanya kita tidak mungkin
menghitung semua individu di suatu area karena sangat banyaknya individu yang bergerak
aktif atau sukar mendapatkan semuanya. Misalnya bila kita ingin menghitung berapa banyak
plankton di kolam yang ada di halaman fakultas kita, atau berapa banyak cacing tanah di
suatu hutan. Dalam hal ini kita menggunakan metode sampling.
Dalam metode sampling kita hanya akan menghitung jumlah individu di area yang
sangat terbatas. Misalnya untuk mengetahui apakah suatu lahan cocok untuk lahan pertanian
biasanya selain indikator fisik dan kimia juga harus didukung oleh indikator biologi yang
salah satunya adalah banyaknya hewan tanah, misalnya cacing tanah. Karena cacing tanah
termasuk hewan yang kecil maka kita dapat menghitung jumlah cacing tanah di lahan seluas
0,5 x 0,5 m2, lahan seluas 0,5 m2 inilah yang disebut dengan lahan sampel dan teknik
menghitung jumlah individu berdasar sampel itu dinamakan teknik sampling. Sangat besar
kemungkinan bahwa luasan lahan yang kita gunakan sebagai sampel tidak mengandung atau
sangat sedikit sekali cacingnya atau bahkan sangat banyak jauh di atas bagian lahan lainnya.
Untuk menghindari kesalahan pendugaan karena sampel (disebut error) sehingga
menghasilkan informasi yang sifatnya under estimate (jauh di bawah keadaan sebenarnya)
atau over estimate (jauh di atas keadaan yang sebenarnya) maka kita perlu melakukan lebih
dari satu sampel, menggunakan banyak sampel ini disebut pengulangan. Semakin banyak
ulangan semakin baik, tetapi bila terlalu banyak menjadi tidak efisien.
159
Pembahasan tentang teknik sampling akan lebih terperinci pada mata kuliah statistik,
metode penelitian, dan ekologi. Sedangkan salah satu metode teknik sampling akan saudara
pelajari pada saat praktikum
a) Konsep daya dukung lingkungan
Bila suatu populasi bertumbuh terus maka dengan sendirinya jumlah individunya
bertambah banyak, tentu segala sumber daya yang diperlukan untuk mempertahankan
kehidupannya juga akan bertambah. Sumber daya tersebut meliputi banyak hal jadi bersifat
multidimensi, misalnya sumberdaya makanan, tempat bersarang, dan juga untuk keperluan
reproduksi. Sumberdaya di alam sifatnya tidak tak terbatas, dan kemampuan suatu area
menyediakan sumberdaya untuk hidup itu bervariasi antar area, habitat, dan juga antar jenis.
Hewan besar seperti misalnya kerbau tentu memerlukan makanan yang lebih banyak daripada
hewan yang lebih kecil seperti misalnya kelinci, meskipun keduanya adalah herbivor.
Kemampuan suatu area menyediakan sumberdaya untuk kehidupan suatu organisme
dinamakan daya dukung lingkungan (carrying capacity) dari area atau daerah tersebut.
Bila jumlah individu dalam suatu populasi masih jauh di bawah daya dukung
lingkungannya, biasanya populasi tersebut akan tumbuh pesat, tetapi bila jumlah individu
sudah jauh melebihi daya dukung lingkungannya maka dengan sendirinya pertumbuhan akan
menurun atau bahkan bersifat negatif sebab kekurangan pakan misalnya atau tidak dapat
melakukan reproduksi.
3. Pola Pertumbuhan Populasi
Sebagaimana telah dijelaskan pada sub bagian sebelumnya bahwa populasi dapat
bertambah besar, biasanya diistilahkan sebagai tumbuh, artinya jumlah individunya
bertambah. Pertumbuhan populasi tersebut memiliki pola atau bentuk, dan pola pertumbuhan
populasi merupakan salah satu karakter populasi. Ada dua pola dasar partumbuhan populasi
yaitu bentuk J dan bentuk S atau sigmoid (Gambar 11.9). Tetapi pola pertumbuhan ini dapat
merupakan kombinasi antar keduanya, artinya ada bentuk gabungan jadi tidak selalu terpisah
secara mutlak.
160
Gambar
11.9.
Pola
pertumbuhan
populasi.
A:
bentuk
J,
pertambahannya bersifat eksponensial, tidak dipengaruhi daya dukung
lingkungan. B: bentuk S, pertambahannya bersifat aritmatik,
dipengaruhi daya dukung lingkungan.
a. Pola pertumbuhan bentuk J
Dalam populasi yang memiliki pola pertumbuhan berbentuk J, pertumbuhan populasi
sangat cepat karena jumlah individu bertambah secara eksponensial. Pertumbuhan ini akan
berhenti secara tiba–tiba bila ada gangguan terhadap lingkungannya. Pertumbuhan bentuk J
biasanya terjadi pada lingkungan yang daya dukungnya sangat besar atau boleh dikata tak
terbatas untuk populasi tersebut. Contoh bentuk pertumbuhan ini adalah pertumbuhan bakteri
dalam media biakan. Bentuk pertumbuhan ini dapat dinyatakan dalam persamaan matematika
sebagaimana dituliskan pada rumus 3 dan kurvanya dapat dilihat pada Gambar 11.9. Bentuk
pertumbuhan ini juga dapat terjadi pada masa awal–awal pertumbuhan populasi yaitu ketika
jumlah individunya masih jauh di bawah batas daya dukung lingkungan.
Rumus 3 :
Keterangan :
Tingkat pertumbuhanya (r) ditentukan oleh N (jumlah individu).
b. Pola pertumbuhan bentuk S
Pola pertumbuhan bentuk S terjadi bila faktor pembatas pertumbuhan populasi
diperhitungkan, misalnya faktor daya dukung lingkungan. Ketika jumlah individu mendekati
batas daya dukung lingkungan maka pertumbuhan akan semakin melambat dan secara teoritis
pertumbuhan akan sama atau mendekati (limit) 0, populasi tidak tumbuh. Bila pertambahan
individu pada pola J bersifat eksponensial maka pada pola S bersifat aritmatik. Pernyataan
matematik untuk model pertumbuhan S dapat dilihat pada Rumus 4 dan bentuk kurvanya
disajikan pada Gambar 11.9B.
161
Rumus 4 :
atau
Keterangan :
K : daya dukung lingkungan; a adalah suatu konstanta.
c. Fluktuasi populasi
Populasi akan terus tumbuh sampai mencapai batas daya dukung lingkungan. Pada
saat mencapai batas daya dukung lingkungan tersebut boleh dikatakan pertumbuhan populasi
telah selesai dalam arti ΔN/Δt memiliki nilai rata-rata = 0. Pada saat ini ukuran populasi atau
lebih tepatnya jumlah individunya akan berfluktuasi di atas dan di bawah daya dukung
lingkungan. Fluktuasi ini dapat terjadi karena berbagai macam sebab antara lain, sebagai
tanggapan atas perubahan lingkungan; kelambatan populasi dalam merespon batas daya
dukung lingkungan, misalnya sudah terlanjur beranak banyak ternyata dengan kelahiran baru
jumlahnya melebihi batas daya dukung lingkungan sehingga banyak yang mati dan pada
akhirnya jumlahnya menjadi di bawah batas daya dukung lingkungan; atau dapat juga terjadi
karena adanya interaksi antar individu maupun antar populasi. Dengan berbagai penyebab
tersebut fluktuasi juga dapat terjadi di lingkungan yang sangat stabil sekalipun. Dalam
keadaan normal dan di bawah lingkungan yang stabil fluktuasi populasi akan terus mengecil
mendekati batas daya dukung lingkungan.
Harap diperhatikan bahwa di alam perubahan ukuran populasi dapat dibedakan
menjadi dua macam, yaitu:
1) Perubahan ukuran populasi yang disebabkan perubahan musim, misalnya pada
saat musim kemarau jumlah individunya sedikit atau bahkan hampir tidak ada,
sedangkan ketika musim hujan jumlah individunya sangat banyak. Dalam hal ini
besarnya populasi dikontrol oleh perubahan musim.
2) Fluktuasi periodik, dapat tahunan atau bulanan, misalnya pada tahun 2011
populasi serangga jlantrik (Paederus littoralis; Famili: Staphylinidae) tidak
banyak, tetapi pada tahun 2012 tiba–tiba tampak sangat banyak, tahun 2013
populasinya turun lagi. Fluktuasi jenis ini dapat dibedakan menjadi dua yaitu:
162
a. dikontrol atau disebabkan oleh adanya perubahan lingkungan terutama faktor
fisik, atau dapat dikatakan dikontrol oleh faktor eksternal.
b. dikontrol atau disebabkan oleh faktor dari dalam populasi itu sendiri atau
biasanya disebut sebagai dinamika populasi. Pola perubahan yang dikontrol
oleh faktor internal biasanya bersifat lebih teratur dan biasanya disebut dengan
istilah osilasi.
Contoh lain adalah fluktuasi tahunan adalah ketam laut jenis Charybdis affinis di perairan
Gresik dan udang regang (Macrobrachum sintangense) di Ranu Klindungan, Pasuruan
(Gambar 11.10). Pada gambar tersebut tampak jelas ada perubahan ukuran populasi dari
tahun ke tahun
.
Gambar 11.10. Kiri: Perubahan jumlah individu Charybdis affinis berdasar
sampling selama tujuh tahun di perairan Gresik; kanan: fluktuasi bulanan
udang regang M. sintangense di Ranuklindungan (berdasar data Irawan,
2013).
3.4 Konsep density dependent dan density independent
Sehubungan dengan kontrol besarnya populasi (termasuk fluktuasi populasi) ada dua
jenis faktor yang berperan dalam mekanisme kontrolnya yaitu density dependent dan density
independent. Sebagaimana telah disebutkan di atas bahwa bila populasi telah mendekati batas
daya dukung lingkungan maka secara teori akan terjadi perlambatan pertumbuhan atau
bahkan berhenti. Jadi ada faktor internal yang bekerja bila kepadatan populasi telah mencapai
163
batas atau jumlah tertentu. Faktor yang bekerja berdasar ukuran populasi ini disebut density
dependent. Walaupun tidak selalu pada umumnya faktor biotik yang bereaksi terhadap
perubahan ukuran populasi merupakan density dependent. Termasuk dalam density dependent
adalah kompetisi antar individu dalam satu populasi, epidemi, parasitisme dan sebagainya.
Sedangkan faktor fisik lingkungan bekerjanya tidak bergantung pada kepadatan populasi
disebut density indepent, termasuk dalam katagori ini adalah bencana alam seperti gunung
meletus, banjir, gempa, badai, perubahan cuaca atau iklim dan sebagainya. Terjadinya
gunung meletus atau banjir tidak ada hububungannya dengan apakah suatu populasi di daerah
tersebut sudah besar atau masih kecil.
3.5 Pola distribusi internal
Pola distribusi internal adalah pola penyebaran individu dalam suatu populasi. Ada
tiga jenis pola dasar penyebaran atau distribusi individu dalam populasi yaitu teratur,
berkelompok, dan random. Pola penyebaran individu dikatakan teratur bila jarak antar
individu satu dengan yang lainnya teratur sama atau hampir sama. Pola seperti ini biasanya
ada pada jenis–jenis yang sangat mempertahankan teritori individual dan bersifat soliter (suka
menyendiri), pola pernyebaran berkelompok terjadi pada jenis yang senang hidup
berkelompok. Besar kecilnya kelompok dapat berbeda antar jenis. Pola penyebaran secara
random merupakan pola penyebaran yang tampaknya tidak teratur, setiap titik memiliki
kemungkinan untuk ditempati sehingga ada yang berdekatan ada pula yang berjauhan.
Pola penyebaran internal suatu organisme pada kenyataannya dapat merupakan
kombinasi dari ketiganya. Misalnya ada organisme yang senang hidup berkelompok sehingga
dalam satu populasi mungkin terdapat lebih dari satu kelompok dan pola distribusi
kelompok–kelompok tersebut dalam populasi mungkin teratur, random atau membentuk
kelompok yang lebih besar. Demikian juga halnya pola individu dalam, masing–masing
kelompok dapat teratur, berkelompok lagi, atau secara random. Dari tiga pola utama tersebut
menarik untuk dibahas pola distribusi secara random sebab ada perbedaan antara teori dan
kenyataan.
Untuk membahas pola distribusi secara random, sebaiknya kita menyeragamkan dulu
pengertian random. Suatu peristiwa dianggap terjadi secara random bila semua komponen
memiliki peluang yang sama untuk terjadi. Jelasnya demikian, bila dalam suatu area
distribusi individunya terjadi secara random itu berarti bahwa setiap titik di area tersebut
memiliki peluang yang sama untuk ditempati. Ini hanya mungkin terjadi bila semua kondisi
164
di area tersebut bersifat homogen, artinya di setiap titik memiliki kondisi biotik dan abiotik
yang sama. Dalam kenyataannya kondisi lingkungan yang homogen boleh dikatakan tidak
ada di alam ini, hanya mungkin terjadi di laboratorium yang semua kondisinya dapat diatur.
Untuk bertahan hidup organisme memerlukan berbagai macam sumber daya yang pada
umumnya tidak tersebar secara merata di suatu area. Berikut ini adalah contoh yang lebih
nyata.
Misalnya di suatu lahan seluas 10.000 m2 terdapat berbagai macam tumbuhan,
misalnya dari jeruk, cemara, kelapa, beringan, randu dan sebagainya. Masing–masing pohon
memiliki habitus yang berbeda, mulai dari percabangan, kerindangan, lebar daun dan
sebagainya. Sekarang kita mengambil contoh tiga jenis hewan yaitu, ulat jeruk, wangwung
(kumbang kelapa), dan burung kucica. Bila diasumsikan bahwa penyebaran bersifat random
maka semua pohon memiliki peluang yang sama untuk ditempati ketiga hewan tersebut. Ulat
jeruk, sesuai dengan namanya sangat mudah dijumpai di pohon jeruk, sangat jarang atau
tidak pernah dijumpai di pohon cemara, kelapa atau pun beringin. Sebaliknya kumbang
kelapa jelas merupakan hama penggerek bagi tanaman kelapa. Adapun burung jarang sekali
bersarang dan bertengger lama di pohon jeruk, mungkin karena rantingnya yang kecil–kecil,
tidak serindang pohon beringin dan tidak setinggi pohon kelapa. Bersarang di pohon kelapa,
beringin, atau cemara tentu akan lebih aman. Jadi jelaslah bahwa individu–individu dari
ketiga jenis hewan tersebut tidak terdistribusi secara random di area percontohan kita, tetapi
distribusinya bersifat mengelompok di pohon dengan sifat tertentu yang sesuai bagi masing–
masing hewan. Tetapi mungkin distribusi individu pada masing–masing pohon dapat
mengelompok, tetapi random juga kecil kemungkinannya pasti mengelompok atau tersebar
secara teratur di bagian–bagian yang sesuai.
3.4 Potensi biotik
Setiap makhluk hidup memerlukan tenaga atau energi untuk mempertahankan
hidupnya, untuk golongan hewan tenaga tersebut didapat dari organisme lain yang dapat
berupa hewan ataupun tumbuhan atau organisme lain baik dalam bentuk hidup maupun sudah
mati. Organisme yang memperoleh tenaganya dari organisme lain disebut konsumen.
Sedangkan tumbuhan dapat mengasimilasi tenaga dari bahan anorganik dan sinar matahari,
tenaga hasil asimilasi ini digunakan untuk diri sendiri maupun untuk organisme lain.
Organisme yang mampu mengasimilasi tenaga dari sumber non biotik disebut sebagai
produsen. Jadi setiap individu dari setiap jenis organisme tersusun dari suatu massa biologi
165
yang merupakan simpanan energi bagi organisme lain, inilah yang disebut sebagai potensi
biologi yang secara umum lebih dikenal dengan istilah biomassa. Satuan biomassa adalah
berat yang kemudian dapat diubah menjadi satuan tenaga yang disebut kalori. Penggambaran
suatu populasi dengan menggunakan parameter densitas tidak dapat secara langsung
menggambarkan potensi biologi yang tersimpan dalam populasi tersebut, sebab ukuran
individu dalam satu jenis populasi dapat sangat heterogen, apalagi antar jenis. Sebagai contoh
100 individu rumput teki tentu memiliki potensi biologi yang jauh berbeda dengan 100
batang beringan atau 100 ekor kijang. Karena itu dalam beberapa hal, mengukur biomassa
suatu populasi jauh lebih informatif daripada menghitung jumlah individu, terutama dalam
kaitannya dengan aliran energi dalam suatu sistem ekologi atau ekosistem.
d.
Faktor Pembatas
Pertumbuhan organisme, baik di tingkat individu maupun populasi bergantung pada
berbagai faktor baik biotik maupun abiotik seperti faktor fisik dan kimia. Ketersediaan atau
hilangnya suatu kondisi tertentu dapat sangat menentukan organisme tersebut untuk tumbuh
dan melakukan reproduksi. Kebutuhan dasar tersebut bervariasi antar jenis organisme dan
antar kondisi, bahkan juga dapat bervariasi antar kelompok umur. Kondisi atau kebutuhan
dasar untuk pertumbuhan dan reproduksi tersebut dinamakan faktor pembatas. Faktor
pembatas seringkali kuantitasnya sangat minimum, atau diperlukan dalam jumlah yang
sedikit.
i. Hukum minimum Liebig
Pada sub bagian sebelumnya (potensi biologi) telah dijelaskan bahwa pada dasarnya
suatu organisme memerlukan komponen lain untuk tumbuh. Dalam hubungannya dengan
perpindahan energi antar organisme, maka jelas tidak ada organisme yang secara mutlak
lebih kuat dari organisme lain. Justus Liebig (1840) adalah orang pertama yang mempelajari
pengaruh berbagai faktor pada pertumbuhan tanaman; Liebig berkesimpulan bahwa
keberhasilan panen tanaman pertanian tidak ditentukan oleh nutrien yang diperlukan dalam
jumlah banyak seperti CO2 dan air sebab biasanya nutrient tersebut tersedia dalam jumlah
banyak, melainkan mendapatkan oleh sejumlah unsur yang diperlukan dalam jumlah sedikit
tetapi sangat jarang atau sangat sedikit tersedia di tanah, Liebeig kemudian menyatakan
bahwa pertumbuhan tanaman bergantung pada sekelompok nutrisi yang diperlukan dalam
jumlah minimum (Odum 1971). Pernyataan Liebig tersebut kemudian (oleh para ahli lain)
dikenal dengan Hukum Minimum Liebig. Oleh peneliti lain hukum minimum tersebut
166
kemudian dikembangkan pada berbagai jenis organisme lain dan komponen lain yang
memperngaruhi partumbuhan organisme tertentu, termasuk faktor fisik, kimia, dan biologi.
Penggunaan kata minimum dalam pernyataan Liebig tersebut digunakan untuk menghindari
kerancuan dengan gagalnya suatu organisme untuk tumbuh karena faktor yang diperlukan
tersebut melebihi batas maksimum, keduanya kemudian disatukan menjadi hukum tolerasi.
ii. Hukum toleransi Shelford
Keberadaan atau keberhasilan suatu organisme untuk bertahan hidup bergantung pada
ketersediaan semua kondisi yang diperlukan. Punahnya atau kematian suatu organisme dapat
disebabkan oleh kekurangan atau defisiensi baik secara kualitatif maupun secara kuantitatif,
atau karena kelebihan pada salah satu atau beberapa faktor yang diperlukan. Jadi organisme
memiliki persyaratan minimum dan maksimum untuk dapat bertahan hidup. Konsep ini
menunjukkan adanya batas toleransi bagi setiap makhluk hidup. Konsep batas maksimum
dikemukakan pertama kali oleh V.E. Shelford pada tahun 1913 (Odum 1971), oleh karena itu
hukum toleransi biasanya juga menggunakan nama Shelford.
Contoh nyata batas toleransi ini misalnya suhu air sebagai persyaratan hidup ikan
koki. Pada umumnya ikan koki akan mulai kehilangan aktivitasnya bila suhu air berada di
bawah 12oC; pada suhu ini metabolism dalam tubuhnya tidak berkeja dengan baik atau sangat
rendah sekali sehingga tenaga yang dihasilkan kurang untuk mempertahankan aktivitas
hidupnya, hal ini disebabkan bahwa setiap enzim memiliki kiasaran suhu tertentu untuk dapat
berfungsi sebagai biokatalisator. Tentu saja batas minimum suhu ini dapat bervariasi antar
individu. Sebaliknya bila suhu air mencapai lebih dari 45oC, maka ikan juga akan mati karena
kekurangan oksigen (makin panas suhu air makin mudah oksigen keluar dari air) dan juga
terjadi denaturasi beberapa jenis protein dalam tubuhnya, terutama protein penyusun enzim.
Jadi batas toleransi suhu air untuk ikan koki adalah antara 12oC (batas minimum) dan 45oC
(batas maksimum).
Batas toleransi tidak hanya terjadi pada suhu saja melainkan juga faktor lain seperti
oksigen, kadar garam dan lain lain. Untuk menyebut batas toleransi yang luas digunakan
awalan kata sifat eury, sedangkan untuk yang sempit awalan katanya adalah steno. Misalnya
organisme yang dapat hidup dikisaran panas/suhu yang luas disebut eurythermal sedang yang
kisaran panas/suhu sempit disebut stenothermal; untuk kadar garam sebutannya adalah
euryhaline dan stenohaline. Tidak ada batasan kisaran yang pasti kapan disebut eury dan
kapan steno, keduanya bersifat relatif bila dibandingkan dengan organisme lain. Tentu saja
kalau kisaran toleransi suhunya misalkan antara 15oC – 25oC kita dapat dengan yakin
167
menyebut stenothermal, atau kisarannya mencapai rentang antara 15oC – 50oC jelas dapat
disebut eurythermal. Namun bila kirasan toleransinya misalnya 10o atau 20o kita dapat
menyebut lebih sempit atau lebih luas bila dibandingkan dengan organisme lainnya yang
telah diketahui batas kisaran toleransinya.
Batas minimum dan maksimum meliputi faktor yang bersifat fisik, kimia maupun
biologi. Contoh yang berupa faktor fisik dan kimia telah disampaikan di atas yaitu suhu
(fisik) dan nutrisi (kimia). Sedangkan faktor biologi misalnya adalah jumlah individu yang
berkelompok sebagai tanggapan terhadap pertumbuhan populasi dan untuk mempertahankan
hidup. Jumlah individu yang berkelompok boleh jadi sangat sedikit atau terlalu banyak
sehingga merupakan faktor pembatas untuk kelangsungan hidupnya. Hal ini dikenal dengan
prinsip Alle.
e.
Interaksi Populasi
Di alam suatu organisme, baik di tingkat individu maupun di tingkat populasi tidak
hidup sendiri dan memang tidak dapat hidup sendiri, oleh karena itu pasti terjadi interaksi
antar organisme. Interaksi antar organisme dapat terjadi antar individu
maupun
antar
populasi. Di sini kita hanya membahas interaksi antar dua jenis organisme.
Secara teoretis interaksi antar dua populasi dapat dibagi menjadi enam jenis dengan
sembilan tipe, di antaranya ada yang menguntung ada pula yang merugikan baik untuk salah
satu pihak maupun keduanya. Berikut ini adalah keenam jenis interaksi tersebut sedangkan
rincian disajikan pada Tabel 11.1.
Tabel 11.1. Berbagai tipe interaksi antar dua jenis organisme
No
Tipe interaksi
Pengaruhnya pada
Jenis 1
Jenis 2
1
Netralisme
0
0
2
Kompetisi langsung
-
-
3
Kompetisi tak langsung
-
-
4
Amensalisme
-
0
5
Komensalisme
+
0
6
Parasitisme
+
-
7
Predasi
+
-
8
Protokooperasi
+
+
9
Mutualisme
+
+
168
Keterangan. 0: tidak mendapat keuntungana maupun
kerugian; +: mendapat keuntungan; - : mendapat kerugian
1) Netralisme: tidak ada populasi yang dirugikan maupun diuntungkan
2) Kompetisi: merugikan kedua populasi
3) Amensalisme: salah satu populasi/jenis mendapat kerugian, yang lain tidak
mendapat apapun.
4) Komensalisme: salah satu populasi/jenis mendapat keuntungan, yang lain tidak
mendapat apapun
5) Predasi dan parasitisme: salah satu populasi/jenis mendapat keuntungan yang lain
dirugikan.
6) Mutualisme dan protokooperasi: menguntungkan kedua populasi.
Banyak ahli yang berpendapat bahwa di alam sebetulnya tidak ada bentuk interaksi
netralisme, adanya netralisme mungkin disebabkan oleh kurangnya data interaksi atau
interaksi terjadi melalui kelompok organisme ketiga yang sangat panjang kaitannya.
Contohnya, secara langsung tidak tampak hubungan atau interaksi antara manusia dengan
populasi sejenis ganggang misalnya diatom, atau dengan sejenis rerumputan misalnya rumput
teki, tetapi kedua kelompok organisme tersebut merupakan makanan bagi hewan yang akan
dikonsumsi manusia baik secara langsung atau tidak. Tanpa adanya kedua kelompok
organisme tersebut manusia juga akan kekurangan sumber tenaga sebab populasi hewan yang
menjadi asupan tenaganya berkurang.
Kompetisi pada dasarnya adalah memperebutkan sumber daya yang sama. Perebutan
ini dapat terjadi secara langsung, misalnya dua predator yang memperebutkan mangsa yang
sama pada saat yang sama. Tetapi dapat juga secara tidak langsung sebab waktu makannya
berbeda. Walaupun waktu makan berbeda tetapi sumberdaya yang di makan adalah sama
baik jenis maupun tempatnya maka akan terjadi kompetisi tidak langsung. Kompetisi tidak
harus selalu memperebutkan makanan, tetapi juga tempat. Contohnya, sinar matahari adalah
sumber energi utama bagi tumbuhan dan tersedia dalam jumlah tak terbatas, tetapi dua jenis
tumbuhan dapat saja memperebutkan tempat untuk mendapatkan sinar matahari.
Pada peristiwa amensalisme satu populasi menghambat populasi lain tetapi tidak
mendapat keuntungan, sedang populasi lain jelas mendapat kerugian. Amensalisme biasanya
terjadi karena ada interaksi dengan populasi ketiga. Beberapa jenis plankton mengeluarkan
zat beracun sebagai usaha untuk menghambat pertumbuhan kompetitornya atau melawan
predatornya secara pasif. Tetapi zat beracun ini tidak hanya mematikan atau menghambat
169
pertumbuhan populasi kompetitor dan pemangsanya melain juga menghambat atau
membunuh populasi lain yang samasekali bukan kompetitornya populasi organisme ini
menerima kerugian sedangkan populasi plankton yang mengeluarkan racun tidak mendapat
keuntungan dari populasi tersebut.
Komensalisme memiliki arti makan bersama, tipe interaksi ini termasuk tipe
sederhana dan secara evolusi merupakan tahapan menuju keuntungan bersama. Contoh dari
tipe ini adalah keberadaan ketam kecil yang hidup di dalam cangkang kerang. Ketam kecil ini
mendapat makanan dari air yang masuk ke dalam tubuh kerang, tetapi kerangnya sendiri
tidak mendapat keuntungan apa-apa dari keberadaan ketam tersebut. Dalam beberapa kasus,
setelah diteliti lebih lanjut, ternyata interaksi yang semula diduga komensalisme sebenarnya
merupakan simbiose mutualistik. Misalnya pada kasus interaksi antara beberapa jenis
Crustacea dengan Cnidaraia (golongan hewan bunga karang). Crustacea yang hidup di bunga
karang mendapat makanan dari lendir yang dikeluarkan oleh Cnidaria sebagai alat pertahanan
diri. Crustacea ini semula dianggap tidak memberi manfaat bagi Cnidaria tersebut, sehingga
bentuk hubungan ini semua dianggap sebagai bentuk komensalisme atau bahkan parasitisme.
Kemudian diketahui bahwa Crustacea ini ternyata mengusir Asteroidea yang akan memangsa
bunga karang dengan cara menggigit kaki-tabungnya (kaki ambulakral), jadi peristiwa yang
sesungguhnya adalah saling menguntungkan. Kekurangan data atau ketelitian dapat
menyebabkan peristiwa parasitisme atau mutualisme dianggap sebagai komensalisme.
Predasi dan parasitisme adalah bentuk interaksi yang menguntungkan salah satu pihak
sekaligus merugikan pihak lain. Keberadaan populasi mangsa (prey) jelas menguntungkan
populasi organisme pemangsa (predator), tetapi populasi predator merugikan populasi
mangsa. Parasitisme menguntungkan populasi parasit tetapi merugikan populasi hospes. Baik
predasi maupun parasit keduanya memangsa populasi lain, baik secara keseluruh mapun
hanya sebagian. Perbedcaan predasi dan parasitisme adalah ketergantungan secara fisiologis
kedua populasi yang berinteraksi. Pada peristiwa predasi, populasi predator secara fisik dan
fisiologis tidak bergantung pada populasi mangsa (prey), tetapi pada peristiwa parasitisme
populasi parasit secara fisik dan fisiologis bergantung pada populasi hospes.
Protokooperasi dan mutualisme merupakan bentuk interaksi yang menguntungkan
kedua populasi yang terlibat. Perbedaannya adalah ketergantungan secara mutlak dan tidak.
Pada protokooperasi kedua populasi masih dapat bertahan hidup tanpa populasi lain, tetapi
pada mutualisme ketergantungan tersebut sangat erat sehingga bila tidak ada populasi
simbionnya maka pertumbuhannya menjadi terhambat atau bahkan mati.
170
Prinsip Komunitas
Komunitas dalam kaitannya dengan ekologi adalah kumpulan dari banyak populasi
yang hidup di suatu area atau habitat fisik tertentu. Jadi anggota suatu komunitas adalah
populasi-populasi yang tentu saja tersusun dari individu-individu. Dalam suatu komunitas
terjadi interaksi antar anggotanya terutama dalam hal transformasi hasil metabolisme sebagai
sumber tenaga. Sesungguhnya komunitas itu bukan sekedar kumpulan populasi yang dapat
melakukan transformasi energi, tetapi harus terjadi interaksi sehingga semua jenis organisme
anggota komunitas tersebut memiliki peluang untuk tetap dapat hidup bersama, jadi harus
terjadi interaksi yang menguntungkan semua anggotanya secara terintegrasi. Secara garis
besarnya, anggota suatu komunitas dapat dikelompokkan berdasarkan fungsinya menjadi
empat golongan yaitu produsen, konsumen, detritivor dan saprotrof (pengurai).
Produsen
adalah
kelompok
organisme
yang
memiliki
kemampuan
untuk
menghasilkan energi dengan cara mengasimilasi bahan anorganik dan tenaga yang
terkandung dalam sinar matahari. Dengan kata lain produsen mampu mengubah tenaga kimia
menjadi tenaga biologi. Tenaga yang dihasilkan akan digunakan untuk diri sendiri dan
organisme lain, karena itu disebut produsen. Semua aktivitas asimilasi tersebut dilaksanakan
tanpa bergantung secara langsung pada organisme lain, karena itu disebut autotroph yang
artinya menghasilkan makanan sendiri. Kelompok ini didominasi oleh golongan tumbuhan
dan organisme berklorofil lainnya seperti, alga dan beberapa jenis ptozoa, dan lain lain.
Dalam kaitannya dengan organisasi dalam tingkat komunitasme, produsen menduduki
jenjang pertama atau paling bawah Dalam susunan transfer energi, energi dikonversi dari
makanan, jadi produsen menempatui tingkat trofik pertama.
Konsumen adalah kelompok organisme yang memerlukan organisme lain sebagai
sumber tenaganya. Jadi organisme kelompok ini harus mengkonsumsi organisme lain, karena
itu disebut konsumen. Konsumen ini didominasi oleh hewan. Sumber tenaga atau sumber
makanan konsumen bervariasi ada yang hanya dapat mengkonsumsi tumbuhan yaitu
kelompok yang disebut herbivor, contohnya kerbau, kelinci, burung pemakan buah, serangga
hama tumbuhan; ada pula yang hanya dapat mengkonsumsi hewan lain sebagai sumber
tenaga yaitu kelompok yang disebut karnivor, contohnya harimau, ular, burung elang, dan
beberapa jenis tumbuhan karvivor seperti kantong semar (Asia tenggara) dan venus (di
Amerika). Konsumen yang dapat menggunakan tumbuhan dan hewan sebagai sumber
energinya disebut omnivor. Jadi berdasar jenjangnya dalam transfer energi konsumen dapat
dibagi menjadi beberapa tingkat yaitu konsumen pertama (tingkat I) ditempati oleh herbivor
dan konsumen kedua (tingkat II) diduduki oleh karnivor. Ada hewan yang memakan karnivor
171
lain, misalnya hiu memakan ikan yang lebih kecil yang juga merupakan ikan karnivor. Jadi
dalam rantai transfer energi karnivor sebetulnya dapat dibagi lagi menjadi beberapa
tingkatan. Dalam rantai transfer energi ini manusia menduduki posisi paling atas, dan
biasanya disebut sebagai top carnivore.
Detritivor adalah organisme pemakan detritus. Detritus adalah bagian dari organisme
yang telah mati atau tidak digunakan, termasuk bangkai hewan dan seresah (bagian tanaman
yang mati atau gugur). Detritus pada umumnya masih merupakan bahan organik yang besar.
Contoh hewan golongan detritivor adalah beberapa jenis Crustacea, cacing tanah, dan
beberapa jenis protozoa.
Saprotrof atau organisme pengurai adalah organisme yang dapat mengurai bahan
organik menjadi molekul organik yang sederhana atau molekul anorganik. Hasil kerjanya
dapat digunakan oleh tumbuhan sebagai sumber nutrisinya. Contoh organisme kelompok ini
adalah golongan jamur dan bakteri.
Berdasar pembahasan di atas jelaslah bahwa dalam suatu komunitas ada asupan
tenaga dari luar komunitas berupa tenaga surya dalam bentuk sinar matahari yang digunakan
oleh produsen untuk menghasilkan tenaga; tenaga ini sebagian dimanfaatkan produsen
sebagain dimanfaatkan konsumen; selanjutnya sisa–sisa dari konsumen dan produsen akan
dimanfaatkan sebagai sumber tenaga oleh detritivor dan organisme pengurai yang hasilnya
akan dimanfaatkan oleh produsen untuk membangun tenaga lagi. Jadi dalam suatu komunitas
terjadi daur transfer energi. Daur ini dapat berlangsung bila komponen komunitas lengkap.
Punahnya salah satu komponen yang berupa salah satu jenis organisme dapat mengganggu
permutaran energi dan berati akan mengakibatkan terganggunya asupan energi ke salah satu
komponen komunitas yang masih ada. Dampak hilangnya atau punahnya satu jenis dalam
suatu komunitas dapat sangat membahayakan keberadaan komunitas tersebut.
Salah satu hukum tentang energi adalah hukum termodinamika yang menyatakan
bahwa energi tidak pernah hilang dan bahwa transfer energi tidak pernah efisien 100%. Kalau
diaplikasikan dalam perpindahan energi dalam komunitas maka jelas bahwa energi yang
terkandung dalam produsen tidak dapat digunakan atau ditransfer 100% ke konsumen
pertama, demikian juga dari konsumen pertama ke konsumen ke dua, dan seterusnya. Eneregi
dalam biologi identik dengan biomassa, berdasar hukum termodinaka tersebut maka jumlah
biomassa konsumen tidak akan pernah lebih besar daripada biomassa produsen. Bila konsep
ini diterapkan dalam masalah kependudukan maka biomassa manusia tidak boleh lebih besar
dari biomassa tumbuhan, harus jauh lebih kecil. Ini untuk kelestarian manusia itu sendiri.
172
Jumlah komponen biotik (populasi) yang menjalankan fungsi daur tenaga dapat
berbeda antar komunitas baik jenisnya, jumlah jenisnya maupun jumlah individunya. Suatu
jenis hewan tidak selalu hanya memiliki satu sumber energi (sumber makanan) baik hewan
tersebut herbivor, karnivor, maupun omnivor. Dengan demikian transfer energi bukan
merupakan satu rantai perpindahan energy dari produsen ke top konsumen, melainkan lebih
merupakan suatu jaring–jaring, karena itu daur makanan atau energi ini lebih sering dan lebih
tepat disebut jaring makanan bukan rantai makanan.
Berdasarkan kemampuan suatu komunitas menyelenggarakan fungsinya sehingga
dapat menjamin keberadaan semua anggotanya, komunitas dapat dibagi menjadi dua yaitu
komunitas mayor (mayor community) dan komunitas minor (minor community). Komunitas
mayor adalah suatu komunitas yang cukup besar dan lengkap organisasinya sehingga boleh
dikata tidak bergantung komunitas lain, komunitas ini hanya memerlukan sinar matahari
sebagai sumber utama energinya, kebutuhan lainnya dapat dipenuhi dari dalam komunitas itu
sendiri. Komunitas minor adalah komunitas yang masih memerlukan komunitas lain untuk
menjamin keberadaan anggotanya. Contoh komunitas minor misalnya kalau kita hanya
menyebut komunitas burung di Wonorejo, komunitas serangga dan sebagainya. Telaah
ekologi yang tinjauannya meliputi komunitas disebut synecology, sedangkan bila hanya
menelaah satu populasi saja disebut outecology.
Di atas telah disampaikan bahwa jenis organisme yang menyusun suatu komunitas
berbeda baik dalam jumlah dan jenis maupun jumlahnya individunya. Dengan kata lain
keaneragaman jenis antar komunitas dapat berbeda, demikian juga jenis–jenis yang dominan.
Ada beberapa jenis parameter untuk mendeskripsi suatu komunitas, parameter tersebut
dinyatakan dalam bentuk indeks antara lain yaitu:
1) Indeks diversitas jenis
2) Indeks dominansi
3) Indeks kesamaan antar dua komunitas
Ada berbagai cara untuk mengitung besarnya indeks, saudara akan mempelajari lebih
terperinci dalam matakuliah Ekologi, di sini hanya disajikan masing–masing satu contoh cara
menghitunganya.
f.
Indeks Diversitas Jenis
Indeks diversitas jenis juga sering disebut dengan istilah indeks keanekaragaman
jenis. Indeks ini digunakan untuk menggambarkan tingkat keanekaragaman jenis di suatu
173
komunitas. Salah satu cara menggambarkan keanekaragaman jenis di suatu komunitas adalah
Indeks Shanon, cara menghitungnya dengan rumus 5.
Rumus 5
Keterangan :
H : Indeks Shanon
ni : nilai penting untuk jenis ke I; nilai penting dapat berupa jumlah individu, atau
berat biomassa, atau nilai apapun yang dianggap dapat mewakili fungsi transfer energi
dalam suatu komunitas.
N : total nilai penting dari semua jenis
Pi = ni/N
g.
Indeks Dominansi
Suatu komunitas setidaknya memiliki dua komponen yaitu produser dan komsumer,
Namun konsumer biasanya lebih dari satu, baik setara atau pun consumer 1 dan consumer 2.
Dalam masing–masing kelompok tersebut tentu ada salah satu jenis atau sekelompok jenis
yang paling dominan dalam mengontrol aliran energi, yaitu jenis atau kelompok jenis yang
sangat berpengaruh terhadap komunitas tersebut, ini adalah jenis yang dikatakan memiliki
dominansi ekologi. Untuk menentukan jenis atau kelompok jenis yang dominan secara
ekologi digunakan indeks dominansi. Besarnya indeks ini dihitung dengan rumus 6.
Rumus 6 :
c = Σ(ni/N)2
Keterangan :
Notasi ni dan N sama artinya dengan notasi pada rumus 6. Tentu saja kalau hanya
ingin mengetahui jenis yang dominan maka tanda Σ dihilangkan, sebaliknya bila ingin
mengetahui sekelompok jenis maka yang dijumlah adalah semua jenis dalam
kelompok tersebut.
174
h.
Indeks kesamaan
Indeks kesamaan atau indeks similaritas digunakan untuk mengetahui tingkat
kesamaan di antara dua komunitas berdasar jenis organisme yang menyusunnya. Indeks
kesamaan dihitung dengan menggunakan rumus 7.
Rumus 7
Keterangan :
A = Jumlah jenis di komunitas A
B = Jumlah jenis di komunitas B
C = = Jumlah jenis yang di komunitas A maupun B.
Ekosistem
Setiap organisme tidak dapat dipisahkan dari lingkungan abiotiknya dan setiap
organisme pasti melakukan interaksi
dengan lingkungan fisiknya sehingga terjadi daur
tenaga dan elemen-elemen abiotik antar keduanya. Jadi suatu komunitas akan menyatu
dengan lingkungan abiotiknya membentuk sistem ekologi yang disebut ekosistem.
Sebagaimana disebutkan di atas bahwa dalam suatu komunitas terdapat komponen aututrof
dan heterotrof, kedua komponen biotik ini selain memerlukan komponen organik juga
memerlukan komponen anorganik, bahkan beberapa komponen anorganik seperti komponen
fisik dapat merupakan faktor pembatas yang mengkontrol keberadaan organisme. Dengan
demikian dalam suatu ekosistem akan terdapat komponen–komponen berikut ini :
1) Bahan anorganik (C, N, CO2, air, dan sebagainya).
2) Komponen organik (protein, karbohidrat, lemak, humus dan sebagainya).
3) Iklim (suhu, dan faktor fisik lainnya).
4) Produser.
5) Konsumer, yang meliputi makrokonsumer (hewan-hewan besar) dan
mikrokonsumer (saprotrof).
Kelima komponen tersebut saling berinteraksi membentuk suatu sistem yang disebut
ekosistem. Komponen 1, 2, dan 3 merupakan komponen abiotik, sedangkan komponen 4 dan
5 merupakan komponen biotik. Komponen 3, yaitu bahan organik merupakan komponen
yang menghubungkan komponen abiotik dan biotik.
175
Dengan demikian dalam suatu
ekosistem akan terjadi daur unsur kimia yang melewati dan melibatkan komponen biotik dan
abiotik, karena itu daur yang terjadi dalam suatu ekosistem juga sering disebut dengan istilah
daur biogeokimia. Daur biogeokimia melewati organisme, bumi, dan atmosfer.
Suatu ekosistem memiliki kemampuan memelihara dan mengatur dirinya sendiri. Jadi
suatu ekosistem memiliki kemampuan melakukan mekanisme homeostasis, yaitu kemampuan
seperti yang terjadi pada sistem biologi untuk menanggapi perubahan yang terjadi baik
internal maupun eksternal sehingga kondisinya tetap stabil dalam arti fungsi yang
disandangnya tetap dapat berlangsung. Tentu saja sebagaimana sistem kehidupan yang lain,
ekosistem juga memiliki batas toleransi. Bila oleh karena sesuatu hal daur biogeokimia
terganggu maka ekosistem akan menanggapi perubahan tersebut dengan berbagai cara
termasuk mengubah komposisi keanekaragamannya. Bila sudah di luar batas toleransi maka
boleh jadi akan ada komponen yang harus dikorbankan supaya daur biogeokimia tetap dapat
berlangsung.
Penambahan bahan tertentu ke dalam ekosistem, baik berupa komponen biotik
maupun abiotik dapat mengubah alur perpindahan energi. Walaupun ekosistem biasanya
dibatasi pada habitat tertentu saja, seperti ekosistem muara, hutan tropis, mangrove, padang
pasir, tetapi sesungguhnya bumi ini adalah merupakan satu ekosistem, sebab komponen–
komponen yang ada di bumi saling mempengaruhi tanpa melihat batas area geografi. Hal ini
terutama disebabkan oleh menyatunya komponen fisik bumi seperti iklim, air, dan udara.
Pencemaran adalah masuknya salah satu bahan ke suatu ekosistem sehingga mengganggu
daur biogeokimia atau setidaknya mengganggu alur perpindahan energi. Peristiwa ini yang
akan ditanggapi oleh suatu ekosistem yang mungkin saja akibatnya merugikan manusia
sebagai salah satu komponen dalam suatu ekosistem.
11.7.
Ringkasan
1. Istilah “Ekologi” pertama kali dikenalkan oleh ahli biologi bangsa Jerman bernama Ernst
Haeckel pada tahun 1869. Kata ekologi ekologi dapat diartikan sebagai: mempelajari
organisme di tempat hidupnya.
2. Banyak ahli yang memberi berbagai macam batasan tentang ekologi, meskipun demikian
pada dasarnya selalu berkaitan dengan organisme dan lingkungannya. Salah satu batasan
yang sering digunakan sekarang ini adalah: hubungan timbal balik antara organisme dan
lingkungannya secara menyeluruh.
3. Permasalahan ilmiah utama dalam ekologi sebetulnya adalah menjelaskan keberadaan
organisme di suatu habitat.
176
4. Pada dasarnya penjelasan tentang suatu fenomena ekologi dapat dibagi menjadi tiga jenis
yaitu, deskriptif, fungsional, dan evolutif. Penjelasan deskriptif pada dasarnya adalah
menjawab pertanyaan dengan kata tanya: ada apa; penjelasan fungsional untuk
menjawab pertanyaan dengan kata tanya: bagaimana; sedangkan penjelasan evolutif
untuk menjawab pertanyaan dengan kata tanya: mengapa.
5. Habitat suatu organisme adalah tempat organisme tersebut hidup, atau tempat dapat
ditemukannya organisme tersebut. Secara umum habitat hanya ada dua macam yaitu
terestrial atau darat, dan akuatik atau perairan. Bentuk-bentuk habitat yang lain adalah
bagian dari kedua macam habitat tersebut.
6. Mikrohabitat adalah bagian yang sangat khusus dari suatu habitat.
7. Setiap organisme harus memiliki adaptasi khusus untuk dapat bertahan hidup di habitat
pilihannya.
8. Relung ekologi (ecological niche) memiliki arti lebih inklusif daripada habitat, relung
ekologi tidak hanya merujuk pada tempat keberadaan organisme secara fisik melainkan
juga menunjukkan fungsinya dalam sistem ekologi atau ekosistem.
9. Ekivalen ekologi atau kesamaan ekologi digunakan untuk menunjukkan dua jenis
organisme atau lebih yang memiliki relung sama tetapi berada di daerah geografi yang
berbeda.
10. Populasi adalah kumpulan organisme sejenis, ini adalah batasan yang pokok tentang
populasi. Dalam ekologi batasan populasi sering kali ditambahi dengan daerah atau
habitat dan waktu yang sama sehingga batasannya dalam ekologi menjadi:
Populasi adalah kumpulan individu sejenis yang mendiami daerah atau
habitat yang sama dalam waktu yang sama.
11. Setiap populasi memiliki karakter yang khas, karakter ini biasanya digunakan untuk
menggambarkan populasi dan biasanya juga disebut parameter populasi. Parameter
populasi tersebut adalah natalitas, mortalitas, pola pertumbuhan populasi, densitas, pola
distribusi, potensi biotik.
12. Natalitas dan mortalitas merupakan parameter utama yang menentukan keberadaan
populasi. Bila angka kelahiran sama besarnya dengan angka kematian maka jumlah
individu dalam populasi tersebut akan stabil atau ukuran populasi akan tetapi sama, inilah
konsep dari zero population growth (ZPG). Jadi dalam konsep ZPG tidaklah berarti tidak
ada kelahiran sama sekali, melainkan tingkat kelahiran sama dengan tingkat kematian.
Bila tidak ada kelahiran sama sekali populasi tersebut juga akan punah disebabkan oleh
usia.
177
13. Migrasi adalah perpindahan individu dari satu populasi ke populasi lain. Imigrasi adalah
masuknya individu ke suatu populasi, sedangkan emigrasi adalah keluarnya atau perginya
individu dari suatu populasi.
14. Densitas sering pula disebut dengan istilah kepadatan. Untuk menentukan besarnya
kepadatan populasi suatu organisme ada dua metode dasar yaitu metode sensus, dan
metode sampling.
15. Kemampuan suatu area atau habitat menyediakan sumberdaya untuk menunjang
keberadaan suatu populasi dinamakan daya dukung lingkungan (carrying capacity) dari
area atau daerah tersebut.
16. Pertumbuhan populasi memiliki pola atau bentuk, dan pola pertumbuhan populasi
merupakan salah satu karakter populasi. Ada dua pola dasar partumbuhan populasi yaitu
bentuk J, dan bentuk S atau sigmoid. Tetapi pola pertumbuhan suatu populasi dapat
merupakan kombinasi antar keduanya.
17. Pertumbuhan bentuk J biasanya terjadi pada lingkungan yang daya dukungnya sangat
besar atau boleh dikata tak terbatas untuk populasi tersebut. Bentuk pertumbuhan ini juga
dapat terjadi pada masa awal-awal pertumbuhan populasi yaitu ketika jumlah individunya
masih jauh di bawah batas daya dukung lingkungan. Pola pertumbuhan bentuk J bersifat
eksponensial.
18. Pola petumbuhan S terjadi bila faktor pembatas pertumbuhan populasi diperhitungkan,
misalnya faktor daya dukung lingkungan. Ketika jumlah individu mendekati batas daya
dukung lingkungan maka pertumbuhan akan semakin melambat dan secara teoritis
pertumbuhan akan sama atau mendekati (limit) 0, populasi tidak tumbuh. Pola
pertumbuhan bentuk S bersifat aritmatik.
19. Populasi akan berfluktuasi di atas dan di bawah daya dukung lingkungan. Fluktuasi ini
dapat terjadi di lingkungan yang sangat stabil sekalipun. Dalam keadaan normal dan di
bawah lingkungan yang stabil fluktuasi populasi akan terus mengecil mendekati batas
daya dukung lingkungan.
20. Perubahan ukuran populasi dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu perubahan ukuran
populasi yang disebabkan perubahan musim dan, fluktuasi periodik yang dikontrol oleh
adanya faktor eksternal atau oleh faktor dari dalam populasi itu sendiri yang biasanya
disebut sebagai dinamika populasi.
21. Ada dua jenis faktor yang berperan dalam mekanisme kontrol populasi yaitu density
dependent dan density independent. Walaupun tidak selalu pada umumnya faktor biotik
yang bereaksi terhadap perubahan ukuran populasi merupakan density dependent,
178
sedangkan faktor fisik lingkungan yang bekerjanya tidak bergantung pada kepadatan
populasi disebut density indepent.
22. Pola distribusi internal adalah pola penyebaran individu dalam suatu populasi. Ada tiga
jenis pola dasar penyebaran atau distribusi individu dalam populasi yaitu teratur,
berkelompok, dan random. Distribusi random bila semua komponen memiliki peluang
yang sama untuk terjadi. Dalam kenyataannya kondisi lingkungan yang homogen boleh
dikatakan tidak ada di alam ini, hanya mungkin terjadi di laboratorium yang semua
kondisinya dapat diatur.
23. Setiap individu dari setiap jenis organisme tersusun dari suatu masa biologi yang
merupakan simpanan energi bagi organisme lain, inilah yang disebut sebagai potensi
biologi yang secara umum lebih dikenal dengan istilah biomassa. Satuan biomassa adalah
berat yang kemudian dapat diubah menjadi satuan tenaga yang disebut kalori. Dalam
beberapa hal, mengukur biomassa suatu populasi jauh lebih informatif daripada
menghitung jumlah individu, terutama dalam kaitannya dengan aliran energi dalam suatu
sistem ekologi atau ekosistem.
24. Kondisi atau kebutuhan dasar untuk pertumbuhan dan reproduksi dinamakan faktor
pembatas. Faktor pembatas seringkali kuantitasnya sangat minimum, atau diperlukan
dalam jumlah yang sedikit.
25. Hukum Minimum – maksimum dan Hukum tolerasi. Hukum minimum pertama kali
dikemukukan oleh Liebig. Keberhasilan hidup suatu organisme seringkali tidak
ditentukan oleh nutrien yang diperlukan dalam jumlah banyak melainkan oleh sejumlah
unsur yang diperlukan dalam jumlah sedikit tetapi sangat jarang atau sangat sedikit
tersedia. Dalam hukum maksimum dinyatakan bahwa punahnya atau kematian suatu
organisme dapat disebabkan oleh kekurangan atau defisiensi baik secara kualitatif
maupun secara kuantitatif, atau karena kelebihan pada salah satu atau beberapa faktor
yang diperlukan. Jadi organisme memiliki persyaratan minimum dan maksimum untuk
dapat bertahan hidup. Konsep ini menunjukkan adanya batas toleransi bagi setiap
makhluk hidup. Konsep batas maksimum dikemukakan pertama kali oleh V.E. Shelford
pada tahun 1913, oleh karena itu hukum toleransi biasanya juga menggunakan nama
Shelford.
26. Jumlah individu yang berkelompok boleh jadi sangat sedikit atau terlalu banyak sehingga
merupakan faktor pembatas untuk kelangsungan hidupnya.
prinsip Alle.
179
Hal ini dikenal dengan
27. Interaksi antar dua populasi dapat dibagi menjadi enam jenis yaitu, netralisme; kompetisi;
amensalisme; komensalisme; predasi dan parasitisme; mutualisme dan protokooperasi.
28. Komunitas adalah kumpulan dari banyak populasi yang hidup di suatu area atau habitat
fisik tertentu. Komunitas itu bukan sekedar kumpulan populasi yang dapat melakukan
transformasi energi, tetapi harus terjadi interaksi sehingga semua jenis organisme anggota
komunitas tersebut memiliki peluang untuk tetap dapat hidup bersama. Secara garis
besarnya, anggota suatu komunitas dapat dikelompokkan berdasarkan fungsinya menjadi
empat golongan yaitu produsen, konsumen, detritivor dan saprotrof (pengurai).
29. Berdasar kemampuan suatu komunitas menyelenggarakan fungsinya komunitas dapat
dibagi menjadi dua yaitu komunitas mayor (mayor community) dan komunitas minor
(minor community).
30. Ada beberapa jenis parameter untuk mendeskripsi suatu komunitas, parameter tersebut
dinyatakan dalam bentuk indeks antara lain yaitu, indeks diversitas jenis; indeks
dominansi; indeks kesamaan antar dua komunitas.
31. Komunitas yang menyatu dengan lingkungan abiotiknya membentuk sistem ekologi yang
disebut ekosistem. Dengan demikian dalam suatu ekosistem akan terdapat komponen
bahan anorganik, komponen organik, iklim dan faktor fisik lainnya, produser, consumer.
Kelima komponen tersebut saling berinteraksi membentuk suatu sistem yang disebut
ekosistem.
32. Suatu ekosistem memiliki kemampuan memelihara dan mengatur dirinya sendiri. Jadi
suatu ekosistem memiliki kemampuan melakukan mekanisme homeostasis, yaitu
kemampuan seperti yang terjadi pada sistem biologi untuk menanggapai perubahan yang
terjadi baik internal maupun eksternal sehingga kondisinya tetap stabil dalam arti fungsi
yang disandangnya tetap dapat berlangsung.
33. Penambahan bahan tertentu ke dalam ekosistem, baik berupa komponen biotik maupun
abiotik dapat mengubah alur perpindahan energi.
34. Pencemaran adalah masuknya salah satu bahan ke suatu ekosistem sehingga mengganggu
daur biogeokimia atau setidaknya mengganggu alur perpindahan energi. Peristiwa ini
yang akan ditanggapi oleh suatu ekosistem yang mungkin saja akibatnya merugikan
manusia sebagai salah satu komponen dalam suatu ekosistem.
7.
BAHAN DISKUSI DAN LATIHAN
1. Dalam hubungannya dengan prinsip-prinsip biologi, jelaskan prinsip apa saja terdapat
dalam topic perkuliahan ekologi ini.
180
2. Jelaskan perbedaan antara habitat dan relung ekologi
3. Apakah batasan populasi itu?
4. Bahaslah apakah manusia yang hidup di dunia ini merupakan satu populasi atau bukan.
Berikanlah penjelasan atas pendapat Saudara tersebut.
5. Apakah kumpulan dari beberapa jenis organisme selalu dapat disebut satu komunitas?
Jelaskan jawaban Saudara tersebut.
6. Di kebun binatang (misalnya Kebun Binatang Surabaya) terdapat berbagai macam hewan
dan tumbuhan, juga terdapat komponen abiotic. Apakah kebun binatang tersebut dapat
disebut sebagai suatu ekosistem? Jelaskan pendapat Saudara.
KEPUSTAKAAN
Boitani, L., dan Bartoli, S. 1982. Simon & Schuster‟s Guide to Mammals.Simon and
Schuster, New York.
Irawan, B., dan Soegianto, A. 2007. Changes (2001-2007) in the Population Structure of
Charybdis affinis (Decapoda, Brachyura, Portunidae) in the Sea at Gresik East Java.
Proceeding of International Conference and Workshop on Basic and applied Sciences.
UNAIR-RuG-KNAW-UTM, hal 82-86.
Irawan, B. 2013. Karsinologi; dengan penjelasan deskriptif dan fungsional. AUP, Surabaya.
Odum, E.P. 1971. Fundamentals of Ecology, 3rd ed. W.B. Saunders Company, Philadelphia.
Udvardy, M. D. F. 1975. A classification of the biogeographical provinces of the world.
IUCN Occasional Paper no. 18. Morges, Switzerland: IUCN
181