homeostasis 11042010
advertisement
HOMEOSTASIS UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS BIOLOGI LABORATORIUM FISIOLOGI HEWAN 2010 1 Permasalahan yg dihadapi hewan UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN • Lingkungan (faktor fisika dan kimia) senantiasa berubah sepanjang waktu • Sistem fisiologi dapat terganggu oleh perubahan lingkungan eksternal yang berpengaruh terhadap kondisi internal tubuh hewan dan dapat menyebabkan kematian. • Bagaimana hewan memelihara kondisi internal tubuhnya?? 2 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Udara panas Air plasma turun Kelenjar saliva memasok air Mulut kering Manusia memelihara kesetimbangan cairan tubuhnya Haus Minum 3 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Udara dingin Air plasma berlebih Kelenjar adrenal Aldosteron Manusia memelihara kesetimbangan cairan tubuhnya Retensi Na+ Osmolaritas konstan 4 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Lingkungan Perairan • Perubahan kondisi fisika dan kimia perairan yang terjadi secara terus menerus merupakan ancaman bagi kehidupan organisme yang hidup didalam lingkungan tersebut. • Perairan tawar, payau dan laut memiliki sifat yang tidak sama. Perairan tawar bersifat lebih encer dari konsentrasi cairan internal tubuh internal hewan yang hidup dalam habitat air tawar, sedangkan air laut bersifat lebih pekat dibandingkan cairan tubuh internal. 5 Salinitas, suhu UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN • Kepiting bakau (Scylla serrata) akan hidup dengan baik jika berada dalam kisaran salinitas 14-20 ppt, walaupun dapat toleran pada salinitas 5 ppt dan 25 ppt. • Suhu perairan juga senantiasa berubah dan suhu dalam perairan tertentu dapat menjadi terlalu tinggi atau terlalu rendah bagi proses fisiologi dalam tubuh. • Sifat perairan sebagai kondisi lingkungan eksternal berpengaruh terhadap kondisi lingkungan internal (Claude Bernard menyebutnya milieu intérieur). 6 Homeostasis UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN • hewan air cenderung menjaga stabilitas lingkungan internalnya agar organ, jaringan, sel dan molekul dalam tubuhnya berfungsi normal. • Kecenderungan untuk mengatur dan mempertahankan stabilitas lingkungan internal, menurut Walter Canon (1929) disebut homeostasis. • Stabilitas lingkungan internal hewan air tersebut dijaga dengan sistem pengendalian fisiologis. Meskipun kondisi (fisika & kimia) eksternal fluktuasinya besar, kondisi (fisika & kimia) internal tubuh hewan fluktuasinya kecil dan dijaga agar 7 senantiasa stabil Kondisi eksternal Fluktuasi kondisi eksternal - besar UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Fluktuasi kondisi internal – kecil, stabil Waktu Perubahan variabel fisika-kimia selama waktu tertentu. Sistem regulasi fisiologis menjaga kondisi internal dalam kisaran yang relatif kecil. Meskipun fluktuasi kondisi eksternal besar, kondisi internal relatif konstan (Randall et al., 2002). 8 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Stabilitas lingkungan internal tubuh hewan air harus senantiasa dijaga dalam kisaran yang sempit, agar dapat hidup dengan baik dalam habitatnya. • Sel-sel dalam tubuh hewan air dijaga sedemikian rupa sehingga tidak saja senantiasa berada dalam suhu yang konstan, tetapi pH, konsentrasi gula, tekanan osmotic, konsentrasi ion dan sebagainya juga dalam kondisi konstan. 9 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Jadi, hewan air yang dapat lulus hidup dalam lingkungan yang beragam dan berubah-ubah mencerminkan kemampuan hewan tersebut dalam menjaga stabilitas kondisi lingkungan internalnya • Hewan mampu menjaga homeostasis. 10 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Homeostasis merupakan konsep terpenting dalam sejarah perkembangan biologi. Hal itu memberikan kerangka konseptual guna menginterpretasikan berbagai data fisiologis dalam tubuh hewan. • Evolusi homeostasis dan sistem fisiologis yang memelihara homeostasis tersebut merupakan faktor penting agar hewan dapat hidup baik dalam lingkungan yang sesuai guna mendukung proses fisiologis, maupun dalam lingkungan yang kurang sesuai bagi proses kehidupan. 11 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis Fenomena pemeliharaan lingkungan internal tubuh hewan yang disebut homeostasis ini dilakukan oleh semua spesies hewan, secara terus menerus. 12 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Pemeliharaan lingkungan internal tubuh hewan meliputi mekanisme fisiologi berbagai organ dan mencakup proses fisiologi pada level sel. • Organisme uniseluler yang hidup di habitat perairan juga menunjukkan homeostasis. • Protozoa dapat hidup dalam lingkungan air tawar dan lingkungan lain yang lebih buruk karena konsentrasi garam, gula, asam amino dan bahan terlarut lainnya diregulasi oleh permeabilitas selaput sel, pengangkutan aktif dan mekanisme lainnya. 13 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Permeabilitas selaput, transport aktif memelihara kondisi intraseluler untuk senantiasa berada dalam batas-batas yang sesuai untuk kebutuhan metabolik sel. • Kondisi homeostasis dalam sel dan didalam tubuh organisme multiseluler dijaga dengan proses umpan balik (feedback). 14 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis Umpan balik • Didalam proses umpan balik, informasi indrawi tentang variabel suhu atau pH misalnya, digunakan untuk mengendalikan proses dalam sel dan jaringan serta organ yang berpengaruh terhadap level variabel tersebut. • Homeostasis diregulasi dengan umpan balik negatif. 15 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis Umpan balik negatif • Sebagai gambaran tentang umpan balik negatif adalah dengan mengamati bekerjanya thermostat yang dipasang dalam akuarium untuk menjaga agar suhu air dalam akuarium tersebut berada pada suhu yang diinginkan. • Bilamana suhu air medium lebih rendah dari suhu yang diinginkan, sensor memberikan informasi agar pemanas memanaskan medium. 16 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Jadi pengaturan suhu tubuh membutuhkan “thermostat” yang informasinya harus diberikan pada sistem pengendali suhu. • Jika informasi yang sampai pada sistem pengendali suhu adalah bahwa suhu tubuh lebih rendah dari yang semestinya, maka sistem pengendali akan meningkatkan suhu tubuh sampai kondisi semestinya dan pemanasan berhenti sampai terjadinya penurunan suhu lebih rendah dari yang semestinya. 17 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Pada mamalia yang senantiasa mempertahankan suhu tubuh konstan, meningkatnya suhu tubuh menghasilkan respon yang mengembalikan suhu tubuh sebagaimana kondisi yang semestinya. • Jadi, umpan balik negatif mengarahkan pada stabilitas sistem fisiologis. Hal ini merupakan kebalikan dari sistem umpan balik positif dimana perubahan awal suatu variable menghasilkan perubahan lebih lanjut. 18 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis Umpan balik positif • Peran umpan balik positif dalam pemeliharaan homeostasis sangat kecil. • Contoh umpan balik positif adalah proses pembekuan darah. • Mekanisme umpan balik positif berperan dalam memelihara volume darah yang beredar dalam tubuh agar senantiasa konstan. 19 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Mekanisme umpan balik positif dalam mengendalikan fungsi fisiologis pada hewan dapat berbahaya. • Misalnya, suhu tubuh mamalia meningkat, jika gangguan awal ini kemudian mengalami umpan balik positif maka hasilnya adalah peningkatan suhu tubuh lebih lanjut yang tentunya berbahaya bagi hewan tersebut. 20 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Contoh lain umpan balik positif adalah pada fungsi saraf. • Jika terdapat rangsang pada sel syaraf akan menyebabkan perubahan permeabilitas selaput yang memungkinkan adanya aliran ion sodium (Na+) masuk kedalam neuron. Aliran masuk ion Na+ pada fase awal terjadinya potensial aksi menghasilkan respon depolarisasi yang menyebabkan aliran masuk ion Na+ lebih lanjut. 21 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Sistem umpan balik terdiri atas reseptor, pusat integrasi dan efektor. • Reseptor mendeteksi perubahan lingkungan, baik lingkungan eksternal dimana hewan itu hidup (misalnya perubahan suhu lingkungan) atau lingkungan internalnya (misalnya pH intraseluler). • Reseptor banyak jumlahnya dan masing-masing hanya dapat memantau aspek lingkungan tertentu. • Fungsi reseptor adalah mengkonversi perubahan lingkungan yang terdeteksi menjadi potensial aksi yang dikirim melalui sistem saraf ke pusat integrasi. 22 Feedback system Rangsang Receptor Neuron afferent Pusat integrasi Neuron efferent Effector Response 23 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Pusat integrasi terletak di otak atau sumsum tulang belakang - berperan “membandingkan” informasi tentang suatu variabel yang diterima oleh reseptor dengan tingkat variabel yang semestinya. • Hipotalamus merupakan pusat integrasi pengendalian temperatur tubuh mamalia. Berdasarkan informasi yang diterima oleh reseptor untuk perubahan suhu (termoreseptor), hipotalamus memutuskan respon yang tepat yang harus dimulai untuk mengembalikan suhu tubuh pada level yang semestinya. 24 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis • Respon disebabkan oleh aksi efektor, yang dirangsang melalui jalur saraf motor (efferent). • struktur yang menghasilkan respon biologi adalah efektor. • Respon tersebut dapat meliputi aktivasi otot, saraf dan endokrin. 25 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Feedfroward • Selain mekanisme feedback, metode fisiologis lain yang terpenting untuk mengendalikan kondisi internal hewan adalah feedforward • Untuk mengurangi gangguan fisiologis, hewan menunjukkan perilaku yang mencegah terjadinya gangguan tersebut, jadi feedforward merupakan aktivitas antisipatif. • Contohnya, sambil makan biasanya hewan minum juga. 26 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Feedforward • Masuknya pakan kedalam meningkatkan osmolaritas isi saluran pencernaan yang dapat menyebabkan hilangnya air dari cairan tubuh (melalui osmosis), mengakibatkan dehidrasi dan kesetimbangan osmotik terganggu. • Segera setelah makan atau sambil, umumnya hewan minum air untuk mengurangi gangguan homeostasis cairan tubuh. • Perilaku menghindari makanan yang menyebabkan muntah membantu hewan untuk memelihara homeostasis. 27 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Homeostasis Conformer dan Regulator • Jika hewan air dipaparkan dalam lingkungan yang mengalami perubahan (misalnya perubahan salinitas medium, perubahan kandungan oksigen terlarut, perubahan suhu medium, dll.), maka hewan tersebut dapat memberikan respon konformitas atau regulasi. • Perubahan lingkungan eksternal dapat menginduksi perubahan internal tubuh hewan sesuai dengan kondisi eksternal 28 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Conformer • Hewan yang memungkinkan kondisi internalnya berubah bilamana menghadapi variasi lingkungan eksternal disebut konformer (conformer). • Suhu tubuh ikan akan rendah ketika berada dalam perairan yang dingin dan akan tinggi ketika berada dalam perairan yang hangat. • Jadi, tiap sel dalam tubuh ikan tersebut harus mengatasi pengaruh perubahan suhu eksternal. 29 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Osmoconformer • Berbagai hewan air tidak dapat memelihara konsentrasi osmotik cairan internal tubuhnya jika salinitas mediumnya berubah-ubah. • Bintang laut, Asterias, adalah hewan osmokonformer (osmoconformer) yang cairan internal tubuhnya dengan cepat mencapai kesetimbangan dengan air laut yang mengelilinginya. • Hewan ini meningkatkan konsentrasi cairan tubuh jika berada dalam air bersalinitas tinggi dan menurunkan cairan tubuhnya bilamana berada dalam air bersalinitas rendah. 30 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Oxyconformer • Cacing Annelida yang bersifat oksikonformer (oxyconformer), yakni hewan yang laju konsumsi oksigennya menyesuaikan dengan ketersediaan O2 terlarut di lingkungan eksternalnya. • Jika Annelida berada dalam lingkungan perairan yang kaya akan oksigen, maka konsumsi oksigennya meningkat, • sebaliknya jika hewan tersebut berada dalam lingkungan yang kandungan oksigen terlarutnya rendah, konsumsi oksigennya menurun. 31 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Conformer Batas perubahan eksternal bagi hewan konformer dipengaruhi oleh toleransi jaringan tubuhnya terhadap perubahan internal yang disebabkan oleh adanya perubahan lingkungan eksternal. 32 Nilai variabel lingkungan internal (a) Konformer Garis konformitas (b) Regulator UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Zona stabilitas dimana homeostasis dipertahankan Nilai variable lingkungan eksternal Hewan konformer (a) menyesuaikan kondisi internal tubuhnya dengan kondisi lingkungan eksternal, sedangkan hewan regulator (b) mempertahankan stabilitas internal meskipun kondisi eksternalnya berubah. 33 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Conformer Garis konformitas hubungan antara nilai lingkungan eksternal (misalnya salinitas, kandungan O2 terlarut, dll) dengan nilai internal (garis yang tidak putusputus) berupa garis lurus dengan kemiringan 1. Bilamana hewan tidak dapat menghasilkan respon fisiologi atau respon lain yang diperlukan untuk mengatasi perubahan eksternal, maka nilai internalnya bergantung dengan nilai eksternalnya, menyerupai “garis konformitas” (garis putus-putus). 34 Regulator grafik hubungan antara nilai variable eksternal dengan nilai internal menunjukkan bahwa hewan regulator dapat mempertahankan stabilitas internal dalam kisaran lingkungan eksternal yang luas. Garis konformitas dibuat sebagai pembanding. Pada lingkungan yang ekstrim, hewan regulator tidak dapat meregulasi kondisi internal dan terpaksa menjadi konformer. Lebar zona stabilitas dipengaruhi oleh spesies dan variabel lingkungan yang dihadapinya UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Zona stabilitas dimana homeostasis dipertahankan 35 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Regulator • Hewan air yang termasuk regulator menggunakan mekanisme perilaku, biokimia maupun fisiologis untuk senantiasa menjaga kondisi internal tubuhnya ketika berada dalam kondisi lingkungan eksternal yang berubah, sehingga senantiasa dalam keadaan homeostasis. 36 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Osmoregulator • Hewan yang bersifat osmoregulator memiliki konsentrasi cairan internal tubuh lebih tinggi dari konsentrasi mediumnya ketika berada dalam perairan dengan salinitas rendah, sebaliknya konsentrasi carian tubuhnya lebih rendah dari konsentrasi mediumnya ketika berada dalam salinitas tinggi. 37 UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Oxyregulator • Oksiregulator yang meliputi hampir semua vertebrata senantiasa mempertahankan level konsumsi oksigen walaupun kandungan oksigen terlarut dalam mediumnya mengalami penurunan. • Jika kandungan oksigen terlarut di mediumnya menurun terus sampai batas minimumnya, hewan air dapat teraklimasi menjadi conformer. Setelah teraklimasi, maka konsumsi oksigennya menurun manakala kandungan oksigen terlarut di lingkungan eksternalnya rendah. 38 TERIMA KASIH ATAS PERHATIAN ANDA UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS BIOLOGI LABORATORIUM FISIOLOGI HEWAN 2010 39
