Pintar Biologi | Blog Pembelajaran Biologi Terlengkap

Pintar Biologi

Blog Pembelajaran Biologi Terlengkap

Struktur Sel dan Virus serta Keanekaan dalam Keragaman

Struktur Sel dan Virus serta Keanekaan dalam Keragaman

Struktur Sel dan Virus serta Keanekaan dalam Keragaman | Dengan berkembangnya mikroskop cahaya, terlebih setelah dikembangkannya mikroskop elektron, pengkajian terhadap sel semakin tumbuh berkembang pula.

Sayatan organ hewan maupun tumbuhan bila diamati dengan mikroskop terlihat bahwa terdiri atas sejumlah sel. Sel-sel tersebut ada yang terkemas rapat satu dengan lainnya, ada pula yang terpisahkan oleh senyawa yang disebut substansi antarsel atau matriks ekstrasel (MES) Gambar 1.10. Umumnya setiap sel memiliki garis tengah antara 5–20 mikrometer. Struktur internal sebuah sel sulit diamati.

Berdasarkan indeks biasnya dapat diketahui bahwa sel terdiri atas dua daerah, yaitu:

  1. Suatu pembatas antara sel dengan lingkungannya disebut membran (selaput) sel.
  2. Di sebelah dalam membran plasma terdapat substansi jernih disebut sitoplasma. Di bagian tengah sitoplasma terdapat bentukan bulat disebut nukleus. Dengan perbesaran kuat, tampak bahwa di dalam sitoplasma terdapat komponen yang berbeda. Setiap komponen dibatasi oleh suatu membran. Komponen-komponen ini bersama-sama dengan nukleus disebut organel.

Membran pembatas sel disebut membran sel, sedangkan membran pembatas komponen-komponen di dalam sitoplasma disebut membran interna atau membran sitoplasmik. Tidak semua sel memiliki organel maupun nukleus. Sel yang tidak memiliki nukleus maupun organel digolongkan ke dalam prokaryota. Selebihnya digolongkan ke dalam eukaryota.

A. STRUKTUR SEL

1. Prokaryota

Prokaryota: (pro=sebelum, caryo=nukleus), mencakup dua gugus besar yaitu bakteri dan sianobakteri (ganggang biru). Pada prokaryota, selaput plasma hanya merupakan selaput sel yaitu bagian terluar sel. Bahan pembawa warisan (informasi genetik = sifat menurun) kelompok prokaryota berbaur dengan sitoplasma. Pada prokaryota yang sudah cukup berkembang, bahan pembawa warisan, terkumpul di suatu daerah yang disebut nukleoid. Walaupun tidak berbaur dengan sitoplasma, daerah ini tidak memiliki pembatas yang berupa selaput (Gambar 1.11).

Perbandingan sel prokaryota; sel hewan dengan sel tumbuhan

Ukuran sel-sel prokaryota pada umumnya kecil, dengan panjang hanya beberapa mikrometer, sedangkan diameternya satu mikrometer atau kurang. Hampir semua sel prokaryota memiliki dinding sel dan kapsula. Dinding sel bersifat kaku berada di permukaan luar selaput sel. Kapsula berupa cairan sangat kental dan bersifat kenyal. Dinding sel dan kapsula berperan sebagai pelindung sel.

Selaput sel prokaryota memiliki beragam peran. Peran yang terpenting adalah mengatur lalu-lintas senyawa yang melewatinya. Selain itu, sebagian besar sistem molekuler yang memecah bahan bakar untuk menjadi tenaga, juga berada di selaput sel. Pada bakteri fotosintetis dan sianobakteri, molekul-molekul penyerap dan pengubah cahaya menjadi tenaga kimia, berada pula di selaput sel beserta turunannya yang berupa lipatan-lipatan disebut mesosom. 

Pada selaput sel terdapat protein-protein yang berperan sebagai reseptor dan pengikat molekul-molekul khas yang berada di sekitarnya. Pengikatan molekul-molekul tersebut memicu terjadinya reaksi-reaksi interna yang memungkinkan sel memberi tanggapan pada lingkungannya. Selaput sel prokaryota, berperan pula pada proses replikasi dan pembelahan senyawa pembawa warisan.

Nukleoid prokaryota, berada di sitoplasma tanpa dibatasi oleh suatu selaput. Bentuk nukleoid tidak teratur. Nukleoid berisi sejumlah serabut yang sangat halus. Ketebalan serabut tersebut berkisar antara 3 sampai 5 nanometer. Nukleoid berisi sebuah molekul DNA besar yang berbentuk lingkaran. Pada Escherichia coli panjang DNA adalah 1360 mikrometer, sedangkan pada beberapa bakteri lainnya berkisar antara 250–1500 mikrometer. Molekul DNA sepanjang ini terkemas di dalam sebuah sel yang berukuran antara 1–2 mikrometer.

Sitoplasma yang memiliki nukleoid, pada umumnya terlihat berwarna pekat di elektromikrograf. Kenampakan tersebut disebabkan oleh kehadiran ribosom dalam jumlah besar. Ribosom merupakan zarah kecil berbentuk membulat dengan diameter 20–30 nanometer. Pada bakteri, ribosom terdiri atas 50 macam protein dan beberapa macam RNA. Badan-badan kecil yang rumit tersebut merupakan tempat perakitan asam amino menjadi protein. Pada beberapa prokaryota yang lebih berkembang, selain ribosom terdapat pula vesikuli atau vakuola. Isi vakuola bervariasi sesuai jenisnya.

Kesederhanaan struktur sel-sel prokaryota merupakan kesederhanaan semu. Sebagian bakteri dari sianobakteri mempunyai sistem molekuler yang rumit. Sistem tersebut mampu menggunakan berbagai macam senyawa untuk sumber tenaga dan mensintesis semua molekul-molekul organik yang diperlukan, dari senyawa anorganik yang sederhana, misalnya: air, karbon dioksida, sumber nitrogen anorganik, fosfor, dan sulfur. Pada dasarnya kegiatan biokimiawi sel-sel prokaryota lebih bervariasi daripada sel-sel eukaryota.

2. Eukaryota

Sebelumnya telah diuraikan bahwa sel memiliki membran pembatas disebut membran sel dan membran sitoplasmik yang membagi sitoplasma menjadi organel-organel. Cairan yang berada di sekeliling organel disebut sitosol.

a. Sitosol

Berupa cairan yang penuh berisi molekul-molekul besar maupun kecil. Hal ini menyebabkan sitosol berupa cairan kental. Sitosol merupakan zalir yang tidak berbentuk, terdiri atas campuran berbagai macam molekul dan polimer. Beribu-ribu jenis enzim terlibat dalam proses metabolisme intermedia terlarut di dalamnya. Salah satu contoh metabolisme intermedia adalah proses glikolisis dan glikoneogenesis (Gambar 1.12). Selain itu, cairan tersebut dipenuhi oleh ribosom, mRNA maupun tRNA, yang aktif mensintesis protein. Sekitar 50% protein hasil sintesis yang dilakukan ribosom, ditentukan tetap berada di dalam sitosol.

Sebagian dari protein yang berada di sitosol, berbentuk benang-benang halus disebut filamen. Filamen-filamen ini teranyam membentuk rerangka, diberi nama rerangka sel atau sitoskelet. Rerangka sel memberi bentuk pada sel, mengatur dan menimbulkan gerakan sitoplasmik yang beruntun dan berkaitan, serta membentuk jaring-jaring kerja yang membantu mengatur reaksi-reaksi enzimatis. Filamen terhalus penyusun sitoskelet adalah aktin. Filamen ini berada di dalam semua sel eukaryota terutama sel otot. 

Di dalam sel ini aktin berperan sebagai penggerak kontraksi. Filamen paling tebal adalah mikrotubulus, disebut demikian sebab berupa tabung halus. Mikrotubulus tampak jelas pada saat sel membelah, pada saat itu mikrotubulus membentuk gelendong mitosis. Filamen yang ukurannya berada di antara mikrofilamen dengan mikrotubulus adalah filamen intermedia. Filamen ini pemberi kekuatan mekanis kepada sel. Tiga tipe filamen tersebut bersama-sama dengan protein terkait membentuk sistem yang memberi kekuatan mekanis, mengatur gerakan sel dan bentuk sel (Gambar 1.13).

Bagan alir Glikolisis
Filamen-filamen pembentuk sitoskelet

b. Organel

Terdiri atas nukleus, mitokondria, kloroplas, retikulum endoplasma, aparatus Golgi dan vesikuli, lisosom serta peroksisom. Di dalam sel eukaryota, terdapat 2 kelompok organel berdasarkan membran yang dimilikinya. Nukleus, mitokondria, dan kloroplas adalah organel yang termasuk dalam kelompok organel bermembran ganda. Retikulum endoplasma, aparatus Golgi, vesikuli, lisosom dan peroksisom termasuk dalam kelompok organel bermembran tunggal.

1) Nukleus

Nukleus merupakan organel yang paling tampak jelas di dalam sel eukaryota (Gambar 1.14). Nukleus dibatasi membran rangkap yang diberi nama selubung nukleus. Zalir yang dikelilingi oleh selubung nukleus disebut nukleoplasma, atau matriks nukleus. Zalir ini terdiri atas beberapa macam senyawa. Di dalam matriks terdapat serabut halus yang terlipat-lipat secara tidak teratur. Serabut yang berdiameter antara 10–30 nanometer ini terdiri atas DNA dan dua macam protein, yaitu histon dan nonhiston. 

Pada eukaryota, perbandingan berat protein: DNA, mendekati 2 : 1, sedangkan pada prokaryota, protein: DNA kurang dari satu. Histon merupakan protein struktural yang bersama DNA menjadi kromatin. Protein nonhiston berperan sebagai pengatur kegiatan gen. Benang-benang kromatin menjadi kromosom pada saat sel akan membelah. DNA, selain menjadi benang-benang kromatin juga berperan sebagai pembawa informasi genetik.

Nukleus merupakan pusat pengatur kegiatan-kegiatan sel. Informasi pada kromatin yang diperlukan untuk sintesis protein disandikan ke DNA. Setiap penggalan DNA berisi informasi untuk membuat sebuah molekul protein disebut gen. Informasi yang terdapat di dalam gen disalin menjadi mRNA (RNA duta) yang dikeluarkan ke sitoplasma melewati kompleks celah yang terdapat di selubung nukleus. Di dalam sitoplasma, mRNA digunakan oleh ribosom sebagai pemandu sintesis protein. DNA yang terdapat di nukleus berisi sandi-sandi (kode) untuk beribu-ribu macam protein. Selain mRNA, DNA juga disalin menjadi rRNA dan tRNA.

Fungsi penting lain nukleus adalah tempat proses replikasi yaitu penggandaan kromatin dan DNA. Sesaat sebelum pembelahan sel, semua komponen kromatin digandakan. Selama pembelahan sel, setiap kembaran kromosom dipisahkan dan dibagi ke sel anakan, sehingga sel anakan tersebut menerima 1 kemasan gen lengkap.

Diagram nukleus

2) Mitokondria

Selain nukleus, organel yang tampak jelas di dalam sitoplasma adalah mitokondria. Struktur organel ini sangat khas. Pengamatan dengan mikroskop elektron menunjukkan bentuk mitokondria mirip sosis dengan ukuran panjang sekitar 7 mikrometer dan diameter antara 0,5–1 mikrometer. Pada mikrograf elektron tampak bahwa mitokondria memiliki membran rangkap. 

Di antara membran luar dengan membran dalam terdapat ruangan sempit yang disebut ruang antarmembran. Cairan yang berada di mitokondria disebut matriks mitokondria. Membran dalam terlipat-lipat membentuk lekukan ke arah matriks. Lekukan-lekukan ini disebut krista(e) (Gambar 1.15.).

Struktur mitokondria

Analisis secara biokimia memberikan hasil bahwa mitokondria merupakan pembangkit tenaga kimia untuk sel. Tenaga kimia yang diperoleh, ATP, merupakan hasil oksidasi makanan terutama karbohidrat. Pada kegiatan di atas, mitokondria menggunakan oksigen dan menghasilkan karbondioksida, oleh karena itu proses tersebut diberi nama respirasi selular

Tanpa mitokondria, hewan, tumbuhan maupun fungi tidak mampu menggunakan oksigen untuk memperoleh tenaga maksimal dari makanan. Organisme yang menggunakan oksigen untuk pengubahan tenaga disebut organisme aerobik, sedangkan organisme yang tidak dapat hidup di lingkungan beroksigen disebut anaerobik.

Keistimewaan lain mitokondria adalah memiliki DNA, dan dapat memperbanyak diri dengan jalan membelah. Mengingat bahwa mitokondria memiliki banyak persamaan dengan bakteri, banyak ahli mengatakan mitokondria berasal dari bakteri yang ditelan oleh tetua sel eukaryota yang ada sekarang (Gambar 1.16).

Asal terbentuknya mitokondria

3) Kloroplas

Hanya berada di sel tumbuhan dan alga. Berbentuk lensa dengan diameter 2–6 mikrometer dan tebal 0,5–1 mikrometer. Struktur kloroplas rumit seperti struktur mitokondria. Seperti halnya mitokondria, kloroplas juga bermembran rangkap. Antara membran luar dengan membran dalam terdapat ruang antarmembran. Lumen kloroplas beserta isinya disebut stroma. Di dalam stroma terdapat tumpukan-tumpukan kantung pipih. Setiap kantung disebut tilakoid (Gambar 1.17). Pada membran tilakoid terdapat pigmen berwarna hijau disebut klorofil.

Struktur kloroplas

Hewan maupun tumbuhan dua-duanya memerlukan tenaga untuk hidup, tumbuh dan berkembang biak. Hewan dapat memperoleh tenaga hanya dari makanan yang berasal dari organisme lain. Tumbuhan dapat memperoleh tenaga langsung dari matahari. Kloroplaslah organel yang memungkinkan tumbuhan dapat melaksanakan hal tersebut. Kloroplas, seperti halnya mitokondria memiliki tugas penting. 

Kloroplas melakukan fotosintesis, yaitu menggunakan cahaya matahari (foton) untuk pembentukan molekul gula. Proses pembentukan tersebut dilakukan dengan bantuan klorofil. Hasil proses selain gula juga oksigen dan limbah. Seperti halnya sel hewan, sel tumbuhan juga mampu mengubah tenaga kimia tersimpan ini dengan jalan oksidasi menggunakan mitokondria.

Di dalam stroma kloroplas juga dijumpai DNA. Hal ini menyebbkan kloroplas dapat memperbanyak diri dengan jalan membelah. Kloroplas diduga berasal dari bakteri fotosintetik yang ditelan oleh sel eukaryota awal (Gambar 1.18).

Asal terbentuknya kloroplas

4) Retikulum Endoplasma

Organel-organel yang memiliki membran tunggal, mempunyai fungsi khas, yaitu memasukkan bahan-bahan baku dan mengeluarkan zat hasil sintesisnya bersama-sama dengan limbah. Organel yang bermembran tunggal ini terbentuk akibat invaginasi membran sel.

Di antara organel bermembran tunggal, yang terbesar adalah retikulum endoplasma (RE). RE bersama-sama dengan aparatus Golgi dan lisosom membentuk suatu sistem yang disebut sistem membran sitoplasmik atau sistem membran interna (Gambar 1.19).

Sistem membran sitoplasmik

Retikulum endoplasma bukan organel statis, melainkan merupakan komponen dari suatu sistem selaput yang dinamis. Sistem membran ini mencakup semua membran organel yang berada di dalam sel. Lima puluh persen dari semua membran yang terdapat dalam sebuah sel adalah selaput RE (Tabel 1.2).

Selaput sitoplasmik dua jenis sel hewan

Membran RE, merupakan lembaran utuh yang sangat terlipat-lipat mengelilingi suatu ruangan disebut lumen RE atau sisterna RE yang berbentuk labirintin. Volume sisterna RE hampir 10% volume sel (Tabel 1.3).

Volume beberapa organel hepatosit

Dari mikrograf elektron terlihat bahwa, terdapat dua daerah RE yang berbeda secara fungsional. Daerah ini diberi nama retikulum endoplasma granular (REG) yaitu daerah yang permukaan sitosolik selaputnya ditempeli ribosom, sedangkan retikulum endoplasma agranular (REA) secara fisik merupakan sebagian dari selaput yang sama, tetapi pada permukaan sitosoliknya tidak terdapat ribosom. Kedua daerah ini juga berbeda dalam bentuk susunan. REG merupakan tumpukan kantung-kantung pipih yang disebut sisterna, sedang REA berupa anyaman saluran-saluran halus (Gambar 1.20).

Struktur Retikulum Endoplasma

Ribosom tidak pernah dijumpai pada permukaan lumenal selaput RE. Hal ini menunjukkan bahwa fungsi selaput RE tidak simetris. Perlu diingat, bahwa tidak simetrisnya selaput RE bukan karena ada tidaknya ribosom.

Selain itu, terlihat bahwa membran RE lebih tipis daripada membran sel. Hal ini disebabkan komposisi molekulnya. Perbandingan protein dengan lipida membran RE lebih tinggi daripada selaput sel, sedangkan kadar kolesterolnya lebih rendah. Hal ini menyebabkan sifat selaput RE lebih stabil dan kental. 

Namun, perlu diingat bahwa rantai asam lemak fosfolipid membran RE lebih pendek dan banyak yang tidak jenuh. Hal ini menyebabkan perpindahan molekul ke arah lateral lebih mudah daripada selaput sel, sehingga selaput RE dinyatakan lebih dinamis daripada selaput sel. RE merupakan tempat sintesis sebagian besar komponen membran plasma maupun senyawa, terutama protein, yang dikeluarkan dari sel.

Analisis kimia selaput RE yang diisolasi dari hepatosit memberikan hasil bahwa sebagian besar protein selaput RE berupa gliprotein. Analisis lebih lanjut menyatakan bahwa protein-protein tersebut berupa enzim-enzim dan rantai molekul-molekul pembawa elektron. Semua enzim selaput ini sangat bervariasi, antara lain: hidrolase, terutama glukosa-6-fosfatase dan nukleosida-fosfatase; enzim-enzim yang berperan dalam metabolisme asam lemak, sintesis fosfolipid, dan steroid; glikosil-transferase yang berperan sebagai katalisator dalam proses sintesis glikolipid dan glikoprotein. Dua rantai pengangkut elektron masing-masing diwakili oleh sitokrom P450 dan sitokrom b5, keduanya adalah suatu hemoprotein.

RE merupakan pusat biosintesis sel. Protein transmembran dan lipid dari selaput RE, aparatus Golgi, lisosom, selaput sel, dan selaput organel yang lain, awal sintesisnya berada di RE. Begitu juga, protein yang disintesis dan direncanakan untuk berada di lumen RE, sisterna Golgi, lumen lisosom, maupun yang akan disekresikan, berasal dari RE. Beberapa proses yang terjadi di RE adalah:

a) biosintesis protein, fosfolipid, kolesterol, proses glikosilasi, dan

b) detoksifikasi.

5) Aparatus Golgi

Aparatus Golgi disebut juga badan Golgi, kompleks Golgi atau diktiosom merupakan setumpuk kantung pipih (sisterna) yang masing-masing bersalut membran agranular. Setiap kantung pipih disebut sakulus. Sebuah diktiosom memiliki dua daerah yaitu daerah cis atau pembentukan, yang erat hubungannya dengan daerah peralihan REG, dan daerah trans atau pemasakan. Pada sel-sel sekretoris daerah trans erat hubungannya dengan membran sel (Gambar 1.21).

Struktur Aparatus Golgi

Di sekitar diktiosom terdapat dua kelompok vesikuli (bola-bola kecil). Kelompok pertama terdiri atas vesikuli kecil yang berdiameter sekitar 200Ao. Vesikuli ini terdapat di antara daerah cis dan RE, disebut vesikuli peralihan. Kelompok kedua terdiri atas vesikuli berukuran antara 400–800Ao terletak di tepi daerah trans, disebut vesikuli sekretoris. Dalam sistem ini, aparatus Golgi berperan sebagai pabrik pengemas. Di Golgi ini senyawa yang disintesis di RE diubah secara kimia.

Dari kajian histokimiawi terlihat bahwa, diktiosom merupakan organel polar. Setiap sakuli dari diktiosom merupakan sisterna yang berbeda, dengan masing-masing enzimnya. Molekul-molekul protein dimodifikasi dalam tahapan berturutan pada saat mereka berpindah dari sakulus yang satu ke sakulus yang lain.

Pengamatan morfologis dan sitokimia insitu, serta kajian biokimiawi menunjukkan bahwa, aparatus Golgi terlibat dalam sejumlah besar kegiatan sel antara lain: perakitan protein dan lipida berkarbohidrat tinggi atau lebih dikenal dengan proses glikosilasi, pemulihan selaput sel, sekresi, dan sebagainya.

6) Lisosom

Organel berupa kantung berbentuk tidak teratur, bersalutkan membran tunggal. Sekitar 40 jenis enzim hidrolase yang bekerja pada pH rendah (<6) berada di dalam lisosom. Tabel 1.4. menunjukkan beberapa jenis enzim yang terdapat di lisosom. Lisosom dijumpai pada semua sel eukaryota hewan maupun tumbuhan. 

Ditinjau dari segi fisiologis terdapat dua kategori lisosom, yaitu lisosom primer yang hanya berisi enzim-enzim hidrolase dan lisosom sekunder yang berisi selain enzim hidrolase, juga substrat yang sedang dicerna. Lisosom primer merupakan vesikuli dengan diameter berkisar antara 250Ao–0,1 mikrometer. Termasuk ke dalam lisosom sekunder adalah vakuola pencernaan yang terbentuk dari peleburan fagosom atau endosom dengan lisosom primer (Gambar 1.22).

Keanekaragaman kenampakan organel ini mencerminkan betapa bervariasinya pencernaan yang dilakukan oleh enzim-enzim hidrolase tersebut. Pada umumnya pencernaan berlangsung di dalam sel. Bila bahan yang dicerna dari luar sel proses pencernaan disebut proses heterofagi, sedangkan bila berasal dari dalam sel disebut otofagi.

Pada proses heterofagi bahan dari luar sel masuk ke dalam sel dengan jalan endositosis sehingga terbentuk endosom. Pada peleburan antara lisosom primer dengan endosom, enzim lisosom tertuang ke vakuola leburan lisosom primer dengan endosom sehingga pencernaan dapat berlangsung. Leburan antara lisosom dengan endosom menjadi lisosom sekunder atau hetero fagosom. Berbeda dengan proses heterofagi bahan yang menjadi substrat bagi hidrolase lisosom berasal dari dalam sel.

Diagram beberapa jenis lisosom

Beberapa jenis enzim lisosom
Beberapa jenis enzim lisosom

7) Peroksisom

Organel berbentuk kantung dengan diameter sekitar 0,5 mikrometer (mikron), bersalutkan selaput tunggal (Gambar 1.23). Lumen vesikuli berisi enzim-enzim oksidase, yang pada hepatosit terdiri atas oksidase D-asam amino, oksidase asam urat, dan katalase. Dengan pewarnaan 3,3’-diaminobenzidin (DAB) akan tampak peroksisom memberikan endapan pada elektron sehingga terlihat hitam pada mikrograf elektron.

Pada sel tumbuhan, peroksisom selalu terdapat berdampingan dengan kloroplas. Di dalam peroksisom terdapat enzim yang menggunakan oksigen untuk menghilangkan atom hidrogen dari suatu substrat dengan reaksi oksidatif sebagai berikut.

RH2 + O2 ------------> R + H2O2

Katalase menggunakan H2O2 yang timbul untuk mengoksidasi berbagai jenis substrat, misalnya fenol, asam formiat, formaldehida, dan alkohol. Reaksi peroksidatif ini berlangsung sebagai berikut.

H2O2 katalase>> R’ + H2O2

Apabila kadar R’H2 di dalam sel rendah, reaksi berlangsung sebagai berikut.

2H2O2 katalase>> 2H2O + O2

Peroksisom

Reaksi terakhir ini digunakan sebagai pelindung untuk mencegah tertimbunnya H2O2. Membran peroksida bersifat sangat permeabel, sehingga ion-ion anorganik, senyawa berberat molekul rendah sampai ke ukuran sukrosa, dapat dengan bebas masuk ke peroksisom. Begitu juga, protein lumenal maupun membran peroksisom berasal dari sitosol.

Peroksisom merupakan organel yang sangat beragam. Kandungan enzimnya juga sangat bervariasi, walaupun peroksisom tersebut berada di dalam satu jenis sel. Selain itu peroksisom merupakan organel yang sangat adaptif. Contoh: sel ragi, yang tumbuh pada media bergula memiliki peroksisom kecil-kecil, sedangkan yang tumbuh di media bermetanol atau berasam lemak, memiliki peroksisom besar.

Pada tumbuhan, peroksisom memegang peran penting. Terdapat dua jenis peroksisom. Pertama, terdapat di daun, peroksisom berperan sebagai katalisator dalam oksidasi hasil samping reaksi fiksasi karbondioksida. Proses ini disebut fotorespirasi. Kedua, jenis lain peroksisom terdapat di biji yang sedang tumbuh. 

Dalam hal ini, peroksisom berperan dalam proses perombakan asam lemak yang tersimpan di dalam biji menjadi gula yang diperlukan untuk tumbuh. Mengingat bahwa pengubahan lemak menjadi gula melibatkan serangkaian reaksi disebut siklus glioksilat, maka nama peroksisom diganti menjadi glioksisom. Siklus glioksilat tidak terjadi pada sel-sel hewan. Oleh sebab itu, hewan tidak dapat mengubah asam lemak menjadi karbohidrat.

Glioksisom tidak hanya berisi enzim spesifik untuk daur glioksilat (yaitu isositrat liase dan malat sintetase) tetapi juga berisi beberapa enzim penting dari siklus Krebs. Nama “glioksisom” lebih diutamakan daripada “peroksisom”, bila enzim daur glioksilat terdapat dalam badan mikro.

3. Virus

Virus, merupakan “perbatasan” antara makhluk hidup dan tidak hidup. Virus bukanlah sel seperti mikroba-mikroba yang lain. Walaupun virus tidak dapat digolongkan ke dalam sel, struktur virus akan dibahas juga dalam modul ini. Bila dibandingkan dengan bakteri, virus mempunyai ukuran lebih kecil, yaitu 20–30 nanometer (nm) dan mempunyai struktur lebih sederhana pula. 

Selain itu virus dapat menanamkan dirinya melalui materi genetik suatu sel dan mampu menimbulkan kerusakan parah sel tersebut. AIDS disebabkan oleh virus human immunodeficiency (HIV). Penyakit flu, herpes, polio, dan hepatitis merupakan penyakit yang disebabkan oleh virus. Pada tumbuhan, virus menyebabkan penyakit tobacco mosaic. 

Tidak seperti sel, virus hanya memiliki satu jenis asam nukleat, yaitu RNA atau DNA yang bersalutkan selubung protein. Karena virus miskin akan komponen-komponen yang penting untuk melakukan metabolisme dan reproduksi maka virus dapat “memperbanyak” diri hanya pada sel hidup.

Setelah virus memasuki suatu sel, baik tumbuhan, hewan, ataupun mikroorganisme, virus memiliki kemampuan untuk memaksa “mesin genetik” sel inang membuat banyak salinan virus tersebut. Bentuk virus terlihat pada Gambar 1.24.

Virus

B. KEANEKAAN DAN KERAGAMAN

Para ahli biologi sel menyebut sel tanpa dengan spesialisasinya, contoh sel hati, sel darah, dan lain sebagainya, seakan-akan semua sel itu seperti sama. Pada hal kenyataannya tidak demikian. Misalnya: bakteri, sel-sel tubuh anggrek, belalang dalam hal apa mereka sama dan dalam hal apa pula mereka berbeda?

1. Keanekaan

Sel memiliki keanekaan dalam kenampakan dan fungsinya. Variasi kenampakan sel dapat terlihat dari antara lain dari ukuran dan bentuknya.

a. Ukuran

Bakteri berukuran beberapa mikrometer, telur ayam yang juga sel tunggal berukuran panjang sekitar 6 cm dan diameter sekitar 4 cm.

b. Bentuk

Bentuk sel juga sangat beraneka ragam, misalnya: sel saraf dengan akson dan dendritnya, epidermis daun, spermatozoa dengan flagelanya dan masih banyak lagi. Selain itu, gerakan sel pun juga sangat bervariasi seperti Paramaecium dengan menggunakan silianya bergerak seperti baling-baling, sedang Macrophagus bergerak dengan membentuk kaki semu (pseudopodia).

Berbagai macam bentuk sel

Beberapa sel hanya bersalutkan membran plasma, sedangkan beberapa yang lain membentuk pembungkus berupa lendir dan ada pula yang membuat dinding kaku, atau berada di substansi bermineral.

Sel juga membutuhkan zat-zat kimia yang sangat berbeda, demikian pula kegiatannya. Beberapa sel memerlukan oksigen untuk hidup, sedangkan untuk beberapa sel yang lain, oksigen merupakan racun. Selain itu, beberapa sel memerlukan bahan baku berupa udara, sinar matahari dan air; dan sel yang lain memerlukan campuran molekul-molekul yang dihasilkan sel lain. Beberapa sel berperan sebagai pabrik untuk menghasilkan zat-zat khusus, misalnya: hormon, pati, lateks atau pigmen. Ada pula sel yang berperan sebagai mesin, misalnya sel otot.

Beberapa spesialisasi begitu banyak mengubah sel sehingga tidak mirip lagi dengan sel induknya. Spesialisasi seperti itu tidak berguna bagi organisme bersel tunggal. Pada organisme multisel terdapat pembagian tugas antara sel-sel penyusun tubuhnya. Salah satu di antaranya adalah tugas menurunkan informasi genetik dari generasi ke generasi berikutnya. Sel pengemban tugas ini adalah sel telur (ovum) dan spermatozoon.

2. Keragaman

Walaupun terdapat begitu banyak variasi dalam tumbuhan maupun hewan, organisme ini tetap memiliki persamaan sehingga mereka dapat dikatakan hidup. Dengan adanya mikroskop, secara jelas mudah diketahui bahwa tumbuhan maupun hewan merupakan kumpulan sel-sel. Sel dapat berdiri sendiri sebagai organisme. Walaupun mudah mengetahui bahwa sesuatu itu hidup, tetap sulit untuk menyatakan bahwa yang hidup itu sama. Sudah cukup lama diketahui bahwa semua yang hidup itu dapat tumbuh, berkembang biak, mengubah tenaga dari bentuk yang satu ke bentuk lainnya, dan sebagainya. 

Di antara semua itu yang utama adalah bahwa materi pembawa sifat menurun yang disebut gen tersimpan di DNA. Materi tersebut tertulis sebagai kata-kata sandi (kode) sama, yang terdiri atas senyawa-senyawa kimia sama, disalin dan diterjemahkan dengan cara yang sama pula. DNA mengatur pembuatan molekul-molekul protein menjadi sangat bervariasi. 

Protein-protein tersebut ada yang berperan sebagai protein struktural, katalisator, motor, dan sebagainya. Di dalam sel terdapat 20 macam asam amino yang dapat dirangkai menjadi berbagai macam protein. Urutan asam amino dalam rangkaian sangat bervariasi sehingga protein yang terbentuk pun berbeda-beda.

Sel berkembang biak dengan jalan menggandakan DNA lebih dulu sebelum membelah menjadi dua. Materi pembawa informasi genetik yang berada di DNA dibagikan sama rata ke dua sel anakan yang terbentuk. Namun demikian, pembuatan salinan tidak selalu sempurna, begitu pula perintah kadang-kadang tidak diteruskan semua. Hal ini mengakibatkan sel anakan tidak selalu sama dengan sel induk. Peristiwa ini dikenal dengan istilah mutasi. 

Perubahan dalam DNA dapat mengakibatkan turunan menjadi kurang baik, atau menjadi lebih baik, dalam arti kurang mampu menyesuaikan diri atau lebih mampu menyesuaikan diri. Selain itu, ada turunan yang tidak kurang baik dan tidak lebih baik. Turunan yang kurang baik akan punah, sedang yang lebih baik dapat berkembang sedangkan yang di tengah-tengah dapat hidup pada batas-batas tertentu.

Sel tubuh organisme multisel dapat sangat berbeda, misalnya sel darah, sel saraf, sel otot, dan sebagainya terlihat sangat berbeda. Sel-sel ini terdiferensiasi selama perkembangan embrional. Sel-sel tersebut berasal dari sebuah zygote yaitu sebuah sel telur yang dibuahi. 

Semua sel-sel ini memiliki kopi DNA identik. Dari satu sudut pandang sel-sel tersebut sangat berbeda, dari sudut pandang yang lain mereka sama. Hal ini disebabkan setiap sel melaksanakan perintah genetik mereka masing-masing. Sel-sel yang berbeda mengekspresikan gen-gen mereka berbeda-beda pula ditentukan oleh pengaruh lingkungan terhadap sel-sel induknya.

C. RANGKUMAN

Prokaryota, mencakup: bakteri dan mikoplasma, dengan bentuk: umumnya bola dan batang, dan memiliki matra (dimensi): berkisar antara 0,01 sampai 2 mikrometer.

Struktur morfologi prokaryota secara berurutan dari luar ke dalam meliputi dinding sel, selaput sel, yang berlipat-lipat di beberapa daerah. Lipatan itu disebut mesosom. Di dalam sitoplasma terdapat nukleoid dan ribosom.

Komponen-komponen penyusun sel prokaryota berperan, di antaranya pertama, dinding sel untuk pelindung; kedua, selaput sel untuk mengatur ke luar masuknya senyawa. Mesosom digunakan untuk mengatur pembelahan, tempat pertukaran gas, oleh karena itu disebut pula kondroid. Bagi bakteri fotosintetik, mesosom merupakan tempat terjadinya fotosintesis. Ribosom untuk sintesis protein. Terakhir, nukleoid merupakan kumpulan bahan informasi genetik.

Eukaryota, berbeda dengan kelompok prokaryota, sel-sel eukaryota memiliki nukleus sejati. Eukaryota, mencakup: sel tumbuhan dan sel hewan, dengan bentuk bervariasi, dan mempunyai ukuran berkisar antara 6 mikrometer sampai dengan 1 meter.

Struktur morfologi eukaryota secara berturutan dari luar ke dalam adalah membran sel, sitoplasma yang terdiri atas organel-organel dan sitosol. Organel terdiri atas nukleus, mitokondria, RE, aparatus Golgi, lisosom, dan peroksisom. Pada sel tumbuhan terdapat dinding sel dan kloroplas.

Struktur sel hewan dan sel tumbuhan sangat mirip. Perbedaannya terletak pada sel tumbuhan memiliki kloroplas, dinding sel serta vakuola besar, tetapi tidak memiliki sentriola.

Sel bervariasi berdasarkan bentuk, ukuran, struktur maupun fungsi. Sel-sel tersebut sama dalam hal materi pembawa informasi genetik.

Sumber: Modul Kuliah Biologi UT

Teori Sel, Protoplasma, dan Senyawa Penyusunnya

Teori Sel, Protoplasma, dan Senyawa Penyusunnya

Teori Sel, Protoplasma, dan Senyawa Penyusunnya | Biologi Sel berkembang tahap demi tahap sejak ditemukan pertama kali pada abad ke-17. Pada periode itu, pengamatan biologi sel sebagian besar hanya mengenai bentuk dan struktur.

Penggabungan biologi sel, genetika, fisiologi, dan biokimia terjadi sekitar tahun 1930. Sejak saat itu, pengamatan biologi sel bergeser dari pengamatan bentuk dan struktur ke kajian biokimia dan pendekatan molekuler.

A. PERKEMBANGAN TEORI SEL

Istilah sel pertama kali dikemukakan oleh Robert Hooke (1665), pada saat mengamati sayatan gabus menggunakan mikroskop. Ia melihat adanya ruangan kecil yang disebut cella yang berarti kamar kecil (Gambar 1.1). 

Kemudian Purkinye tahun 1839 melihat bahwa di dalam cella terdapat zalir (zat mengalir=fluid) yang memiliki tanda-tanda hidup. Dujardin pada tahun 1855 menemukan bahwa di dalam cella tersebut, terdapat cairan kental. Senyawa inilah yang dikenal dengan nama protoplasma. Lebih kurang 15 tahun kemudian Dutrochet, Mathias von Schleiden, dan Schwan menemukan hal yang serupa.

Struktur mikroskopis gabus

Teori sel dikembangkan oleh Schwann dan Mathias von Schleiden. Hasil kerja dua orang peneliti ini membuahkan dua di antara tiga postulat teori sel, yaitu: 1. semua makhluk hidup terdiri atas sebuah atau lebih, sel yang bernukleus; 2. sel merupakan kesatuan fungsi yang terkecil. Laporan Schwann dan Schleiden tersebut, kecuali memberi formulasi teori sel, juga memberi perhatian khusus pada nukleus yang ditemukan beberapa tahun sebelumnya oleh Robert Brown, sebagai struktur yang mempunyai peranan penting dalam hubungannya dengan fungsi sel.

Postulat mereka segera dilengkapi oleh postulat ke-3, sehingga lengkaplah teori tersebut. Postulat terakhir ini dicetuskan pada tahun 1855 oleh Rudolf Virchow, seorang ahli patologi berkebangsaan Jerman. Virchow menyatakan bahwa semua sel berasal dari sel yang ada sebelumnya dengan jalan pembelahan. Pernyataan ini berbunyi: Omnie cellula e cellula.

B. PROTOPLASMA

Protoplasma yang ditemukan oleh Purkinye dan Dujardin merupakan zalir pertama yang memiliki tanda-tanda hidup. Zalir ini tidak berwarna, kental dan terdapat di semua sel. Dari segi morfologi, protoplasma merupakan substansi kental seperti agar-agar berwarna kehijauan. Protoplasma dapat berada dalam dua keadaan yaitu sol (encer) dan gel (kental)

Kekentalan protoplasma sangat beraneka sesuai selnya, serta keadaan fisiologis sel tersebut. Kekentalan protoplasma sangat dipengaruhi oleh tekanan hidrostatik, panas, dan muatan listrik. Sifat-sifat ini sangat berpengaruh pada proses-proses kehidupan.

Protoplasma terus menerus bergerak. Gerakan protoplasma ini ditentukan oleh ukuran molekul dan tenaga di dalamnya. Gerakan itu disebut gerakan brown dan gerakan amuboid.

1. Gerakan Brown

Gerakan ini ditemukan oleh Robert Brown (1828). Beliau melihat gerakan yang sangat cepat dari molekul-molekul di dalam protoplasma akibat dari saling bentur. Gerakan ini ditentukan oleh ukuran molekul dan tenaga kinetiknya. Selama profase gerakan brown bertambah cepat sesuai dengan kenaikan suhu (temperatur). Bersamaan dengan ini kekentalan proplasma menurun.

2. Gerakan Amuboid

Gerakan ini merupakan gerakan massa protoplasma yang berlangsung dengan teratur. Gerakan ini akibat perubahan terus menerus dari keadaan gel ke sol dan sebaliknya dari sol ke gel.

Hasil analisis kimia protoplasma menunjukkan bahwa protoplasma terdiri atas air, senyawa organik yang meliputi: protein, asam nukleat, lipid dan sakarida, serta senyawa anorganik yang berupa garam-garam.

a. Air

Air merupakan senyawa yang sangat penting untuk kehidupan dan merupakan salah satu komponen penyusun protoplasma. Reaksi kimia di dalam sel terjadi karena adanya air. Selain berperan sebagai tempat terjadinya reaksi-reaksi, air merupakan pelarut. Air juga berperan dalam proses hidrolisis dan dehidrasi. 

Protoplasma mengandung lebih kurang 60% air dan selebihnya zat padat. Di dalam cairan atau larutan, keberadaan air dapat berupa air bebas yang berperan sebagai pelarut,dapat pula berupa air terikat atau air intramolekul.

Dua atom H setiap molekul air terikat pada atom O dengan ikatan kovalen. Dua ikatan tersebut sangat polar, karena atom O sangat menarik elektron, sedangkan atom H daya tariknya lemah. Akibatnya di dalam molekul air penyebaran elektron tidak seimbang, dengan kecenderungan muatan positif berada pada dua atom H, dan muatan negatif berada pada atom O (Gambar 1.2). 

Apabila bagian muatan positif sebuah molekul air berdekatan dengan muatan negatif molekul air yang lain, daya tarik listrik mereka menimbulkan ikatan hidrogen. Ikatan ini lebih lemah daripada ikatan kovalen dan mudah putus oleh gerakan termal akibat tenaga panas molekul-molekul tersebut.

Rumus dan sifat-sifat molekul air

Molekul-molekul misalnya alkohol mudah larut di dalam air. Hal ini disebabkan alkohol merupakan molekul polar. Molekul yang mudah larut dalam air disebut hidrofilik. Gula, DNA, RNA, dan beberapa protein merupakan molekul hidrofilik. Molekul-molekul yang tidak mudah larut dalam air disebut hidrofobik. Molekul-molekul ini nonpolar sehingga tidak dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air, contohnya hidrokarbon.

b. Protein

Hampir sepuluh persen dari protoplasma merupakan protein. Protein merupakan kelompok molekul dengan berat molekul tinggi. Protein terdiri atas unsur-unsur C, O, H, dan N, namun sering kali terdapat pula unsur S dan P. Protein tersebut merupakan polimer asam amino, ikatan antara dua buah asam amino disebut ikatan peptida (Gambar 1.3). 

Pada dasarnya perbedaan setiap organisme terletak pada protein-protein yang mereka miliki. Molekul protein bersifat amfoter, yaitu dapat mengion sebagai basa dan asam. Ciri utama yang dimiliki molekul protein adalah urutan asam aminonya. Terdapat 20 macam asam amino, seperti tertera di Tabel 1.1. Kombinasi 20 asam amino dengan berbagai urutannya, menghasilkan berbagai macam molekul protein.

Macam Asam Amino
Rumus umum asam amino dan ikatan peptida


Berdasarkan hasil hidrolisis, molekul protein dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu protein sederhana dan protein majemuk. Albumin dan globulin yang merupakan penyusun penting sitoplasma adalah contoh dari protein sederhana. Contoh protein sederhana lain, yaitu glutinin, oryzein, zein, dan lainnya yang berasal dari tumbuhan, sedangkan yang berasal dari hewan antara lain keratin, elastin dan kolagen.

Protein majemuk adalah protein yang berkaitan dengan molekul organik lain. Contoh: glikoprotein, lipoprotein, kromoprotein, dan nukleoprotein, yang disebut terakhir terutama dijumpai di nukleus.

Protein juga diklasifikasikan berdasarkan beberapa faktor. Pembagian berdasarkan susunan molekulnya terdapat:

  1. protein fibrosa, molekul penyusunnya teruntai membentuk suatu serabut. Contoh: kolagen, fibrin, aktin, dan myosine.
  2. protein globular, molekul penyusunnya teruntai kemudian terlipat-lipat, sehingga membentuk sesuatu mirip bola. Contoh: hemoglobin, mioglobin, dan enzim-enzim.

Contoh-contoh protein fibrosa

Berdasarkan perannya protein terbagi dalam kelompok:

  1. protein struktural, terdiri atas protein struktural intrasel dan ekstrasel. Beberapa contoh protein struktural ekstrasel: kolagen pada jaringan ikat, tulang rawan, dan tulang. Demikian pula keratin pada kuku dan rambut. Protein struktural intrasel antara lain aktin, myosin, dan mikrotubulus (Gambar 1.4).
  2. protein dinamis, merupakan protein yang terlibat langsung dalam proses metabolisme, mudah terurai dan terakit kembali. Contoh: beberapa enzim, hormon, dan pigmen darah.

Senyawa protein merupakan molekul pekerja. Mereka berperan dalam berbagai kegiatan sel, yaitu:

  1. sebagai katalisator berbagai reaksi kimia;
  2. memberi kekuatan struktural;
  3. memantau permeabilitas selaput dan kegiatan gen;
  4. mengatur kadar metabolit yang diperlukan dan menyebabkan terjadinya gerakan.

c. Asam nukleat

Asam nukleat merupakan untaian atau polimer nukleotida. Molekul nukleotida terdiri atas cincin bernitrogen yang berikatan dengan gula beratom C lima buah. Gula ini dapat berupa ribosa atau deoksiribosa. Gugus fosfat terdapat pula dalam molekul ini (Gambar 1.5). Nukleotida dengan gula ribosa disebut ribonukleotida, sedangkan yang memiliki gula deoksiribosa disebut deoksiribonukleotida. Cincin bernitrogen umumnya disebut basa nitrogen. Senyawa tersebut dibagi menjadi dua kelompok yaitu kelompok purin mencakup guanine (G) dan adenine (A); sedangkan kelompok pirimidin mencakup cytosine (C), thymine (T), dan uracil (U).

Nukleotida dapat berperan sebagai pembawa tenaga kimia yang disebut adenosin trifosfat (ATP) (Gambar 1.6). Senyawa ini berperan serta dalam pemindahan tenaga pada reaksi-reaksi kimia seluler. Pembentukan ATP dipicu oleh tenaga hasil oksidasi makanan.

Peran utama nukleotida adalah sebagai bahan baku pembentukan asam nukleat. Senyawa tersebut merupakan polimer nukleotida dan berperan sebagai penyimpan informasi genetik. Jenis asam nukleat ada dua, yaitu DNA (asam deoksiribosa nukleat) dan RNA (asam ribosa nukleat). Basa N yang berada di DNA adalah A, G, C, dan T sedangkan yang berada di RNA adalah A, G, C, dan U. RNA di dalam sel berupa untaian tunggal nukleotida, DNA merupakan untaian ganda yang tersusun sejajar (paralel).

Rumus molekul dan fungsi nukleotida
Molekul ATP sebagai pembawa tenaga dalam sel

d. Lipid

Lipid mencakup lemak netral, asam lemak, minyak, fosfolipid, lilin, dan steroid. Lipid di dalam protoplasma sangat bervariasi. Unsur utama penyusun lipid adalah C, H, dan O. Padanya dapat terikat unsur-unsur K, Na, Ca, Mg, dan ion klorida, bikarbonat, fosfat, dan sulfat. Lipid penyusun protoplasma pada umumnya berupa gliserida. Lipid terdiri atas gliserol dan asam lemak.

Lemak, lilin, dan steroid bersama-sama berperan dalam mempertahankan keberadaan air di dalam tubuh. Lemak merupakan molekul kaya tenaga. Lemak dapat diubah menjadi karbohidrat dan sebaliknya karbohidrat dapat diubah menjadi lemak. Lemak juga merupakan senyawa penyimpan cadangan makanan.

Asam lemak memiliki dua daerah: (Gambar 1.7.)

  1. rantai hidrokarbon yang bersifat hidrofobik, tidak terlarut di dalam air dan kurang reaktif.
  2. gugus asam karboksilat yang bersifat hidrofilik, terlarut di dalam air, mengion di dalam larutan dan mudah bereaksi membentuk ester. Gliserol, asam lemak dan ion fosfat dapat berikatan membentuk fosfolipid yang merupakan struktur dasar selaput plasma.

Rumus asam lemak dan derivatnya

Kemampuan fosfolipid membentuk membran merupakan akibat sifat amfipatik (mengikat air dan lemak) yang dimiliki. Pada permukaan air, fosfolipid akan meluas membentuk selapis molekul-molekul fosfolipid dengan kepala hidrofilik berikatan dengan air dan ekor hidrofobik menjauhi air (Gambar 1.8.).

Sifat asam lemak

e. Karbohidrat

Senyawa ini disebut sakarida. Molekul terkecil sakarida disebut monosakarida. Berdasarkan jumlah monosakarida yang menyusun sakarida tersebut dikenal adanya: disakarida, oligosakarida, dan polisakarida. Proses polimerisasi monosakarida yang merupakan pembentukan disakarida dapat dilihat pada Gambar 1.9. Polisakarida dapat dikelompokkan menjadi:

1) polisakarida struktural, beberapa contoh sakarida struktural, yaitu: selulosa, pembentuk dinding sel tumbuhan; asam hialuronat, yang merupakan salah satu komponen substansi antarsel jaringan ikat.

2) polisakarida nutrien, contoh: amilum, glikogen, dan paramilum. Karbohidrat yang berikatan dengan protein disebut glikoprotein dan proteoglikan sedangkan yang berikatan dengan lipid disebut glikolipid.

Pembentukan disakarida

Berdasarkan ciri dan sifat setiap komponen penyusun protoplasma, terutama lipid, segumpal protoplasma tersekat-sekat menjadi beberapa bentukan disebut organel. Protoplasma semula dinyatakan sebagai suatu cairan kental yang homogen ternyata merupakan cairan kental yang berstruktur sangat rumit. Berdasarkan kerumitan struktur protoplasma, terdapat 2 kelompok sel yaitu prokaryota dan eukaryota.

C. RANGKUMAN

Pengertian sel yang kita ikuti sekarang, bukanlah pengertian sel yang disajikan oleh Robert Hooke di tahun 1665. Sel yang ditemukan pada abad 17 oleh Robert Hooke ternyata berisi zalir kental yang merupakan campuran berbagai macam senyawa. Zalir ini disebut protoplasma, yaitu zalir pertama yang memiliki tanda-tanda hidup ditemukan oleh Purkinje pada tahun 1839.

Bagian terluar protoplasma membentuk lapisan tipis yang merupakan pembatas antara protoplasma dengan lingkungan tempat beradanya. Selaput tipis itu pulalah yang menyebabkan protoplasma berbentuk. Unsur penyusun protoplasma adalah karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Unsur-unsur tersebut membentuk air, protein, asam nukleat, lipid, dan karbohidrat. Selain unsur-unsur tersebut dijumpai pula kalsium, kalium, natrium, dan sulfur.

Protoplasma berupa substansi yang dapat berada pada dua keadaan yaitu sol dan gel, serta dapat melakukan gerakan-gerakan yang ditentukan oleh molekul dan tenaga yang ada. Gerakan tersebut adalah gerakan brown dan amuboid.

Saat ini terdapat beberapa batasan mengenai sel, pertama: sel adalah segumpal protoplasma yang memiliki bentuk; dan kedua: sel adalah kesatuan (unit) terkecil dari suatu struktur, fungsi, dan pewarisan.

Sumber: Modul Kuliah Biologi UT

Petunjuk Praktikum Ekosistem Perairan

Petunjuk Praktikum Ekosistem Perairan

PELAKSANAAN PRAKTIKUM I

MENGUKUR SUHU AIR

I. Bahan dan Alat yang Digunakan:

Thermistor

II. Cara Kerja:

a. Pengukuran suhu air harus dilakukan secara seri.

b. Untuk danau yang kedalamannya kurang dari 2 meter, pengukuran dilakukan di permukaan dan di dasar danau.

c. Untuk air dengan kedalaman lebih dari 2 meter, maka pengukuran dilakukan setiap dua meter ke bawah atau kalau perlu bahkan setiap 0,5 meter pada daerah-daerah tertentu.

d. Ulangi beberapa kali dan ambil rata-ratanya.

e. Dalam pengukuran suhu secara lebih objektif, usahakan lokasi dan kedalaman harus tepat sehingga dapat benar-benar mewakili tingkatan suhu yang terukur sesuai dengan keberadaan organismenya. Misalnya, pengukuran tidak boleh dilakukan dekat dengan sumber yang dapat mengganggu pembacaan secara tepat, seperti lubang saluran pembuangan limbah. Begitu pula dengan kedalaman yang harus tepat.

Dalam pengukuran suhu, tidak ada patokan secara khusus yang menyatakan bahwa dengan kedalaman perairan tertentu suhunya harus tertentu pula. Semuanya tergantung dari kondisi dan keberadaan perairan, serta musim/iklim yang sedang berlangsung.


MENGUKUR KEKERUHAN

1. Bahan dan Alat:

Cakram Secchi

II. Cara Kerja:

Untuk pembacaan dengan cakram Secchi dilakukan langkah-langkah sebagai berikut.

a. Turunkan alat di tempat permukaan air yang teduh, sampai mulai menghilang (tidak terlihat).

b. Ukur kedalaman jarak ini.

c. Naikkan alat sampai mulai tampak lagi, dan ukur kedalaman jarak ini.

d. Cari rata-rata dari kedua hasil pengukuran.

e. Ulangi percobaan sampai 3 kali atau lebih, dan ambil rata-ratanya.

f. Kondisi permukaan dan warna air perlu dicatat. Jika diperoleh pembacaan rendah, misalnya 65 cm maka air banyak mengandung bahan suspensi. Jika amat dalam, misalnya 600 cm, maka air itu amat bening dan relatif bebas dari bahan suspensi. Hasil baca Secchi dapat berbeda dari tempat ke tempat, waktu ke waktu, dan bergantung pada kondisi air. Karena itu lakukanlah pengukuran untuk beberapa bulan sehingga dapat diperoleh hasil yang lebih tepat.

Pengukuran dengan Cakram Secchi, hasilnya amat relatif untuk masing-masing pengukur karena mengandalkan pengukuran secara visual saja (tergantung kemampuan mata dari orang yang mengukur). Belum lagi faktor cuaca yang dapat saja mempengaruhi kemampuan pembaca untuk mengukur batas kejernihan Cakram Secchi. 

Untuk itu disarankan, pengukuran di lapangan dilakukan pada waktu cuaca yang mendukung untuk pembacaan. Tidak diperkenankan melakukan kegiatan pengukuran di bawah naungan tajuk pohon. Oleh karena hasil pengukuran masih sangat relatif, untuk lebih validnya (akurat) pada sampel air dilakukan pengukuran di laboratorium melalui Spektrofotometer yang mempunyai nilai dan skala tersendiri, sekaligus memeriksa apakah suspensi yang terlarut merupakan partikel terlarut ataukah organisme yang terlarut.


MENGUKUR KECEPATAN ARUS/ALIRAN

I. Bahan dan Alat yang digunakan:

Pengukuran kecepatan aliran mempergunakan stopwatch, tali dengan panjang tertentu (n meter), dan objek yang dapat mengapung, misalnya bola karet. Pengukuran dimulai dengan berdiri di tengah arus.

II. Cara Kerja

a. Pasang dan letakkan bola di ujung tali.

b. Begitu bola menyentuh air (pada titik A), pasanglah stopwatch sampai ujung tali terasa tegang karena bola sudah terbawa arus melewati acuan (titik B) sampai sejauh panjang tali (titik C).

c. Usahakan tangan pemegang tali selalu dekat dengan permukaan air.

d. Buat pengukuran kecepatan dengan rumus perbandingan jarak tempuh per waktu.

e. Ulangi pekerjaan ini 3 - 4 kali dan ambil rata-ratanya, seperti terlihat pada gambar berikut ini.

Pengukuran kecepatan aliran

PELAKSANAAN PRAKTIKUM

Petunjuk Pelaksanaan Praktikum

1. Setiap 10 mahasiswa membentuk satu kelompok praktikum.

2. Setiap kelompok mengerjakan praktikum yang pembagiannya ditentukan oleh Instruktur.

Petunjuk Penulisan Laporan Praktikum

A. Laporan dibuat sesuai format sebagai berikut.

I. Pendahuluan

II. Tinjauan Pustaka

III. Alat, Bahan, dan Cara kerja

IV. Hasil dan pembahasan

V. Kesimpulan

VI. Daftar Pustaka

B. Laporan diketik di atas kertas ukuran kuarto dengan jarak 1 ½ spasi.

C. Laporan dikumpulkan kepada instruktur sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.


PELAKSANAAN PRAKTIKUM II

PRODUKTIVITAS PRIMER KOLAM

I. Bahan dan Alat yang digunakan:

Dalam melakukan kegiatan pengukuran diperlukan sejumlah alat dan bahan, antara lain berikut ini.

1. Beberapa buah botol bersih tidak tercemar dengan kapasitas 500 ml.

2. Kertas alumunium.

3. Perangkat uji lengkap dari DO (Dissolved Oxygen).

II. Prosedur/Cara Kerja Pengujian

1. Tentukan lokasi-lokasi yang dianggap cocok untuk pengambilan sampel, baik untuk titik pengambilan maupun kedalaman.

2. Tentukan DO suatu kolam pada lokasi yang telah dipilih tadi. Catat hasilnya.

3. Isi 2 botol air untuk setiap lokasi. Amati dan jika miskin akan phytoplankton dan zooplankton tambahkan tumbuhan air ke dalam setiap botol. Usahakan agar tumbuhan yang ditambahkan tadi sama besarnya. Tutup botol itu semuanya.

4. Bungkus salah satu botol tadi dengan kertas alumunium, dan usahakan agar tidak terlepas. Kemudian, dipasangkan dengan botol satunya lagi.

5. Gantungkan setiap pasangan botol pada setiap lokasi yang dipilih dan kedalamannya.

6. Setelah periode tertentu, misalnya 1 sampai 24 jam. Tentukan DO akhir dan bandingkan dengan DO awal.

7. Lakukan beberapa kali pengulangan atau perbanyak titik sampel, dan ambil rata-ratanya agar data lebih valid.

Catatan

Pasangan botol sebaiknya digantungkan pada kedalaman air yang masih terkena cahaya, memungkinkan adanya fotosintesis. Harus dapat diupayakan, pengambilan air pada kedalaman yang dituju, jangan sampai terjadi membandingkan hasil pada sampel air dengan kedalaman berbeda.

Produksi oksigen total

Indeks produktivitas primer adalah produksi 11,0 ppm oksigen dalam satuan waktu atau 11,0 mg oksigen per liter air dalam beberapa jam (tergantung dari lamanya waktu penggantungan pasangan botol sampel). Dari hasil nilai pengujian, semakin besar nilainya, maka semakin tinggi indeks produktivitas primer yang semakin pula menjamin pola kehidupan organisme perairan.

Dalam mengukur indeks produktivitas primer perairan, sulit sekali mencapai nilai validitas terbesar, mengingat pengukuran indeks ini masih banyak dipengaruhi oleh banyak faktor, antara lain suhu, arus, dan bahan kandungan garam biogenik, untuk itu akan lebih baik lagi kalau pengukuran juga menyertakan hasil dari faktor-faktor tadi.

Sumber: Modul Kuliah Biologi UT

Produktivitas Primer Kolam

Produktivitas Primer Kolam

Produktivitas Primer Kolam | Dalam mempelajari setiap ekosistem, seseorang ahli ekologi selalu bermula dari mencari sumber energi ekosistem tersebut. Tidak mungkin adanya suatu kolam dengan segala kehidupannya tanpa ada energi di dalamnya. Dengan adanya energi dan arus energi dapat menjamin keberlangsungan kehidupan organisme yang ada.

Berbicara mengenai produktivitas, berarti kita membicarakan makhluk hidup yang dianggap mampu atau dapat menghasilkan makanannya sendiri (yang identik dianggap sebagai energi). Makhluk hidup tersebut adalah tumbuhan. Dengan kemampuannya, tumbuhan dapat membuat makanannya sendiri sehingga dikenal dengan istilah autotrop, seperti terlihat dalam reaksi berikut ini.

Skema Proses Fotosintesis pada Tumbuhan

Pada suatu kolam alam, secara alami pula kita akan mendapati tumbuhan yang berakar pada dasar kolam yang bagian atasnya ke luar dari permukaan air, seperti teratai (Nymphaea sp.), eceng gondok (Eichornia crassipes) dan Cyperaceae (seperti Scirpus grossus). Eceng gondok adalah tumbuhan yang mula-mula berakar pada dasar kolam, namun kemudian sebagian lepas dari substratnya, dan mengapung di air. Sering pula kita melihat tumbuhan yang terapung selamanya di permukaan air, seperti kiambang (Azolla pinnata) dan semanggi (Marsilea crenata). Seperti terlihat pada Gambar 1.5, tumbuhan-tumbuhan ini hanya dapat hidup di permukaan air yang cukup mengandung mineral.

Penampang Melintang Kolam Alam

Sementara itu di dalam air juga sering kita temukan tumbuhan tingkat tinggi yang berakar pada dasar kolam, umpamanya Hidrila (Hydrilla verticilata). Ada juga tumbuhan yang hidup melayang-layang di dalam air, seperti Ceratophylum, seperti terlihat pada Gambar 1.6.

Masih dalam kolam yang sama, juga akan dijumpai adanya ganggang/alga sebagai penghuni alam. Keberadaan alga ini apalagi dalam jumlah yang banyak sering ditandai dengan warna air kolam yang agak berbeda seperti berwarna agak kemerahan, coklat, hijau, dan sebagainya tergantung dari jenis dominan alga/ganggang yang ada.

Ganggang yang biasa terdapat pada kolam terutama dari Diatomae, antara lain adalah Navicula dan Pinnularia, alga hijau seperti Spirogyra, Oedogonium, Cladophora, dan Hydrodictyon, maupun alga biru seperti Nostoc, seperti terlihat pada Gambar 1.7.

Beberapa Jenis Tumbuhan Kolam

Beberapa Alga sebagai Produsen Kolam

Beberapa macam alga/ganggang ini merupakan produsen penting bagi kolam. Meskipun demikian, alga dan semua tumbuhan air yang disebutkan di atas tadi bukanlah produsen utama bagi ekosistem perairan.

Apabila diperhatikan dari air kolam yang sama, ternyata masih ada kelompok makhluk hidup yang melayang-layang di dalam air, hampir tidak terlihat dengan mata biasa karena ukurannya yang kecil sekali, tetapi dapat terlihat dengan bantuan mikroskop. Kelompok ini dinamakan plankton, yang terdiri dari sebagian besar tumbuhan (dikenal sebagai phytoplankton), sebagian Protista, dan sebagian lagi hewan (dikenal sebagai zooplankton). 

Dari sejumlah penelitian diketahui bahwa produksi makanan di kolam dan di perairan lainnya adalah terutama hasil fotosintesis organisme plankton ini sehingga plankton dianggap sebagai penyumbang produsen utama terbesar dari perairan. Namun, secara keseluruhan, baik dari tumbuhan air, ganggang, maupun plankton dapat dianggap sebagai produsen utama perairan. Jumlah spesies yang membentuk plankton dari satu perairan ke perairan yang lain adalah bervariasi tergantung keberadaan dan kandungan material perairan.

Dapat dibayangkan dengan sejumlah organisme penghuni kolam yang berfotosintesis, akan membentuk sejumlah gula glukosa (dapat dianggap sebagai cadangan makanan) dan oksigen yang terlarut di dalam air. Besarnya kemampuan seluruh organisme yang ada untuk dapat menggunakan energi lingkungan guna membentuk senyawa organik dengan kegiatan fotosintesis, dikenal dengan istilah Produktivitas Primer (dalam hal ini kolam). 

Atau dapat pula dinyatakan sebagai indeks kemampuan penggunaan cahaya matahari sebagai sumber energi, yang dapat dipakai/menunjang kegiatan metabolisme organisme (dalam hal ini fotosintesis). Dengan semakin besarnya produktivitas primer ini, maka semakin besar kemampuan ekosistem (kolam) untuk dapat menjaga kesinambungan kehidupan biota yang telah terbentuk atau ada sebelumnya.

Seberapa pun besarnya oksigen terlarut, umumnya masih dapat diimbangi dengan sebesar pemakaiannya oleh biota-biota penggunanya, seperti ikan dan kerang. Ketersediaan oksigen, seperti telah diungkap sebelumnya juga ikut dipengaruhi secara langsung oleh luasnya permukaan air, besarnya arus, kandungan zat organik, dan suhu. Sedangkan turbiditas dan intensitas cahaya secara tidak langsung dapat mempengaruhi ketersediaan oksigen terlarut.

CARA MENGUKUR PRODUKTIVITAS PRIMER

Untuk dapat mengetahui dan mengukur tingkat produktivitas primer dalam suatu perairan tak mengalir (lotik), misalnya kolam, dapat kita buat perkiraan kasar sebelumnya dengan melihat kekeruhan dan warna airnya. Kalau kekeruhan tinggi akibat adanya biota (yang ditandai dengan rendahnya kejernihan cakram Secchi) ditambah lagi warna air yang tidak lazim akibat blooming dari suatu ganggang maka dapat diperkirakan tingginya tingkat produktivitas primer dari kolam tersebut. Namun, untuk mendapatkan hasil lebih akurat lagi harus dilakukan serangkaian tes yang memang khusus digunakan bagi pengukuran produktivitas primer perairan.

Seperti diketahui bahwa produktivitas primer suatu ekosistem air adalah laju penggunaan energi lingkungan untuk membentuk senyawa organik dengan kegiatan fotosintesis. Dalam kawasan perairan, proses sebenarnya dari kegiatan fotosintesis adalah sebanding dengan laju respirasi organisme, intensitas cahaya, fotoperiode, iklim, turbiditas, suhu, dan faktor-faktor lainnya. Untuk memperoleh indeks produktivitas perlu diukur jumlah oksigen yang diproduksi oleh bagian sistem tadi. Jadi yang dicari adalah indeks produktivitas dari ekosistem tersebut.

Sumber: Modul Kuliah Biologi UT

Faktor-faktor Pembatas Ekosistem Perairan

Faktor-faktor Pembatas Ekosistem Perairan

PENGANTAR EKOSISTEM PERAIRAN

Bumi kita yang terdiri sebagian besar dari lingkungan aquatik, mempunyai pengaruh sangat besar terhadap lingkungan daratan terutama yang berbatasan langsung. Di samping itu, lingkungan aquatik diketahui pula mempunyai peranan penting dalam siklus materi kimia. Kehidupan dan pola-pola peri kehidupan yang ada di dalamnya pun berbeda sangat mendasar dengan keunikan tersendiri dibanding dengan lingkungan daratan. Oleh karena alasan mendasar itulah kita harus mencoba memahami lingkungan aquatik dan organisme yang ada di dalamnya, yaitu ekosistem aquatik.

Setelah melaksanakan praktikum ini Anda diharapkan dapat menjelaskan prinsip dan konsep ekologi serta menerapkannya dalam pengelolaan lingkungan. Sedangkan secara khusus setelah melaksanakan praktikum ini Anda diharapkan dapat:

  1. mengukur faktor-faktor pembatas air tawar;
  2. mengukur produktivitas primer perairan.

Dalam bagian ini akan diuraikan secara mendasar bagaimana suatu keadaan atau kondisi, baik secara minimum maupun maksimum yang bertindak sebagai faktor pembatas bagi kehidupan suatu organisme aquatik, baik untuk lingkungan aquatik tawar maupun aquatik laut. Dijelaskan pula hal yang mendasar dari perbedaan keduanya. Dengan demikian, dapat dikatakan setiap lingkungan mempunyai karakteristik tersendiri.

A. EKOSISTEM PERAIRAN TAWAR

Yang dimaksud dengan ekosistem perairan tawar adalah lingkungan perairan yang terdapat di daratan. Perairan darat adalah perairan yang terdapat di permukaan daratan dan umumnya letaknya lebih tinggi dari permukaan laut. Perairan darat ini pula mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang lebih rendah, sampai setinggi air di permukaan taut. Di samping itu perairan darat biasanya hanya sedikit mengandung larutan mineral dibanding perairan laut meskipun pada ulasan kali ini tidak secara khusus akan dibahas.

Secara umum perairan darat dengan berbagai cara akan dipengaruhi oleh sifat daratan yang ada di sekelilingnya sehingga pada perairan darat tertentu dapat mempunyai ciri-ciri khusus yang khas. Oleh karena keberadaannya di daratan, ekosistem ini masih terpengaruh oleh iklim daratan, seperti halnya musim hujan, kemarau, angin, dan lain-lain. Keadaan-keadaan inilah yang bertindak sebagai salah satu pendorong terjadinya perbedaan mendasar dari kehidupan dan peri kehidupan yang ada di dalamnya.

Perairan darat dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu perairan tergenang (lotik) dan perairan mengalir (lentik). Perbedaan mendasar dari keduanya adalah adanya aliran air yang terdapat di dalamnya. Kolam, danau, waduk adalah sebagian contoh dari perairan tergenang meskipun masih ada aliran masuk dan aliran ke uar, tetapi karena relatif kecil dibanding kapasitasnya masih dikategorikan tergenang. Sedangkan sungai, parit merupakan contoh dari perairan mengalir. Walaupun demikian, antara keduanya tidak mempunyai batas yang jelas.

Faktor-faktor pembatas yang cukup penting pada ekosistem air tawar akan dibicarakan cukup mendalam pada tiap pembahasan.

Faktor-faktor pembatas tersebut adalah berikut ini.

1. Suhu

Air mempunyai sifat sebagai stabilisator karena sifatnya yang secara bersama-sama mengurangi perubahan suhu sampai tingkat minimal sehingga perbedaan suhu dalam air lebih kecil dan perubahan yang terjadi lebih lambat dibandingkan di udara. Dengan adanya keadaan inilah jarang sekali kita mendapatkan adanya perbedaan fluktuasi suhu yang mencolok pada perairan. 

Diketahui pula daerah perairan yang lebih luas biasanya lebih dapat mempengaruhi kecilnya fluktuasi suhu. Walaupun temperatur/suhu air kurang bervariasi, tetap saja suhu merupakan faktor pembatas karena organisme air yang ada umumnya bersifat stenothermal (toleransinya sempit).

Cara mengukur suhu perairan

Adanya perubahan berupa kenaikan suhu dapat menyebabkan kenaikan tingkat metabolisme organisme yang ada di dalamnya sehingga diperlukan adaptasi lebih lanjut, di samping juga akan mendorong terjadinya perubahan pola sirkulasi stratifikasi dan gas terlarut. Selanjutnya, akan mempengaruhi kehidupan di dalam air. Suhu air paling baik dan efisien diukur dengan menggunakan sensor elektronis, seperti thermistor. Pembacaan dan pencatatan langsung dari thermistor akan lebih memudahkan mahasiswa pemula untuk mengambil profil suhu dari habitat aquatik.

Secara umum suhu/temperatur sangat berpengaruh terhadap organisme yang berada dalam perairan, terlebih lagi organisme air baik hewan maupun tumbuhan yang tergolong dalam kelompok stenothermal (kisaran suhu yang sempit). Adanya perbedaan suhu meskipun tidak terlalu besar sudah cukup mengganggu metabolisme organisme air.

Untuk daerah perairan yang tidak terlalu besar dan tidak terlalu dalam, suhu perairan lebih mudah dipengaruhi oleh sinar matahari maupun angin yang berhembus. Tetapi untuk perairan dalam dan luas, secara umum tidak begitu terpengaruh. Kalaupun ada hanya pada tingkat lebih ke arah permukaan saja. Untuk itu, pada perairan dengan tipe seperti ini wajar bila kita temukan jenis-jenis organisme tertentu sesuai dengan kedalaman tertentu pula.

2. Turbiditas/Kekeruhan

Penetrasi cahaya sering sekali dipengaruhi oleh zat terlarut dalam air. Akibat penetrasi yang terbatas, akan ikut pula membatasi habitat aquatik tertentu yang masih merupakan zona fotosintesis. Kekeruhan, terutama bila disebabkan oleh lumpur dan partikel yang dapat mengendap, sangat mungkin dianggap sebagai faktor pembatas. 

Dengan tingkat penetrasi yang terbatas menjadikan semakin terbatas pula organisme untuk melakukan fotosintesis sehingga kurangnya fotosintesis ini akan mengakibatkan berkurangnya jumlah oksigen terlarut. Di samping itu, kekeruhan yang terlalu tinggi menyebabkan metabolisme organisme menjadi terganggu. Sebaliknya, apabila kekeruhan disebabkan oleh organisme (terutama yang dimaksudkan adalah plankton maupun jenis alga tertentu), ukuran kekeruhan merupakan indikasi produktivitas yang cukup tinggi.

Cara mengukur kekeruhan

Kekeruhan dapat diukur dengan alat yang amat sederhana yang disebut Cakram Secchi (diambil dari nama seorang penemunya yang berbangsa Italia), berupa lempeng cakram putih dengan garis tengah ± 20 cm dengan dua bagian berwarna putih dan dua bagian lagi berwarna hitam, yang digantungkan, kemudian dimasukkan ke dalam air sampai tidak terlihat dari permukaan. 

Kejernihan air dapat diukur antara beberapa cm pada air yang keruh sampai kedalaman puluhan meter pada perairan yang sangat jernih. Batasan kedalaman antara 0 meter sampai dengan Cakram Secchi tidak terlihat lagi disebut Kejernihan Cakram Secchi. Secara umum batas kejernihan ini menandai bahwa pada kedalaman tersebut masih merupakan zona fotosintesis meskipun dalam tingkat yang paling minimum. Lebih dalam dari batas kejernihan cakram Secchi, tumbuhan tidak akan, ditemui karena tidak dapat melakukan fotosintesis, yang berakibat kurangnya kandungan oksigen terlarut.

Cakram Secchi untuk Penentuan Kejernihan Air

Cakram Secchi dan Thermistor adalah 2 alat yang sederhana dan murah yang dapat digunakan oleh mahasiswa pemula untuk mendapatkan gambaran kasar dari hubungan suhu dan cahaya yang amat penting di perairan.

3. Cahaya

Cahaya yang dimaksud di sini adalah cahaya yang dapat digunakan untuk proses fotosintesis. Seperti sudah diketahui sebelumnya bahwa daya tembus cahaya ke dalam air dipengaruhi oleh partikel terlarut dan yang tersuspensi. Semakin ke dalam cahaya yang menembus air akan makin berkurang intensitasnya dan berubah komposisi spetrumnya. Misalkan, spektrum cahaya merah hanya dapat menembus sampai kedalaman 4 m, sedangkan spektrum cahaya biru dapat menembus sampai 70 m.

Dengan semakin terbatasnya cahaya matahari yang mampu menembus kedalaman air, semakin terbatas pula kemampuan tumbuhan sejalan dengan kedalaman tersebut. Berarti semakin terbatas pula kandungan oksigen terlarut. Secara otomatis organisme yang berada di kedalaman tersebut harus menyesuaikan diri terhadap keterbatasan oksigen terlarut. Inilah yang mendasari cahaya juga bertindak sebagai faktor pembatas perairan, khususnya pada perairan dalam.

Cara mengukur penetrasi cahaya di dalam perairan

Pengukuran cahaya dapat dilakukan dengan Light Meter, namun karena penggunaannya tidak praktis dan merepotkan; biasanya cukup dilakukan dengan pengujian tingkat kekeruhan dan digunakan pula perhitungan tertentu tentang kemampuan spektrum cahaya dan bias air untuk dapat mewakili pengukuran cahaya.

4. Arus

Arus dapat merupakan faktor pembatas yang penting terutama pada perairan yang arusnya cukup tinggi, seperti sungai. Keberadaan arus yang cukup tinggi akan memaksa organisme yang ada di dalamnya menggunakan gerakan-gerakan tubuh tertentu untuk dapat bertahan ataupun melawan arus. Keadaan inilah yang menjadikan tubuh organisme tertentu yang biasa ditemui di air berarus, mempunyai karakteristik tersendiri, dengan bentuk yang dikenal streamline guna memudahkan bergerak dalam air, dibanding bentuk organisme yang biasa berada di air yang tergenang.

Begitu pula dengan tumbuhannya, pada tempat berarus, keanekaragamannya lebih sedikit, yang umumnya apabila berdaun agak lebar, tidak mempunyai batang, dan tidak menancap di dasar (terbawa oleh arus) ataupun apabila mempunyai batang yang menancap di dasar, berdaun kecil, dengan tubuh yang menjulur mengikuti arus. Sebaliknya, pada tumbuhan di air tergenang, berdaun lebar dengan batang panjang yang bahkan dapat sepanjang batas antara dasar dengan permukaan air.

Dengan adanya gerakan-gerakan air, arus juga dapat mempengaruhi distribusi gas terlarut, garam, suhu makanan, serta organisme dalam air. Dengan kondisi seperti ini, semakin jelas bahwa adanya arus dapat mempengaruhi keberadaan organisme perairan. Penelitian mengenai populasi tidaklah lengkap jika tidak menentukan faktor kecepatan aliran.

5. Gas Terlarut dalam Air

Keadaan umum yang mempengaruhi kelarutan gas dalam air adalah berikut ini.

  • Temperatur/suhu.
  • Konsentrasi garam terlarut (dapat mengurangi kelarutan gas dalam air).
  • Kelembaban udara (kelarutan gas besar pada udara kering).
  • Derajat kejenuhan.
  • Gerakan air (makin cepat gerakan air, larutan gas makin besar).

Dengan kondisi seperti di atas, memperlihatkan adanya pengaruh tidak langsung antara kandungan gas-gas terlarut terhadap keberadaan organisme perairan.

a. Konsentrasi gas pernapasan

Konsentrasi oksigen terlarut dan kebutuhan oksigen biologis merupakan faktor fisik yang paling penting dalam wilayah perairan karena konsekuensi keberadaannya berhubungan erat dengan keberadaan biota sehingga dapat dianggap sebagai indeks produktivitas perairan. Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa konsentrasi gas pernapasan berhubungan erat dengan arus, cahaya, dan kekeruhan. Konsentrasi gas pernapasan, antara lain berikut ini.

1) Oksigen terlarut (Dissolved Oxygen/DO)

Sumber oksigen terlarut adalah udara melalui difusi dan agitasi air, dan juga fotosintesis yang dipengaruhi oleh densitas (kerapatan) tanaman, banyak cahaya, dan lama penyinaran. Dalam air terdapat oxygen pulse (perbedaan kandungan oksigen) karena adanya perbedaan kecepatan fotosintesis siang dan malam. Sedangkan pengurangan oksigen terlarut dapat dipengaruhi oleh respirasi organisme, penguraian zat organik oleh mikroorganisme, banyaknya oksigen yang dipakai mikroorganisme untuk oksidasi senyawa organik dalam air yang dapat diketahui dengan melakukan uji BOD (Biochemical Oxygen Demand), reduksi oleh gas lain, pelepasan oksigen terlarut secara otomatis yang dipengaruhi temperatur dan derajat kejenuhan, dan adanya zat besi maka oksigen akan dipakai untuk oksidasi.

2) Karbondioksida (CO2) terlarut

Karbondioksida terlarut dalam air berasal dari udara (meskipun sangat sedikit), air tanah, dekomposisi zat organik, dan respirasi organisme air. Sedangkan reduksi (berkurangnya) kandungan karbondioksida dalam air dapat disebabkan oleh adanya fotosintesis tanaman air, agitasi air, adanya penguapan ataupun hilang bersama dengan gelembung gas dalam air.

Pengukuran konsentrasi DO, BOD, dan COD jarang sekali dilakukan di lapangan, tetapi dengan membawa sampel air yang akan dianalisis di laboratorium.

Catatan:

Jika diperlukan dan memungkinkan untuk dilakukan pengukuran DO, BOD dan COD dapat Anda lakukan dengan kesepakatan antara kelompok dan Instruktur tempat Anda praktikum.

b. Konsentrasi garam biogenik dalam air

Hampir pada semua ekosistem air tawar, senyawa nitrat dan fosfat merupakan faktor pembatas. Na dan K biasanya terdapat dalam konsentrasi kecil. Sedangkan kalsium (Ca) yang banyak dalam bentuk karbonat, dan magnesium (Mg) yang penting dalam pembentukan klorofil, merupakan ion-ion terbanyak dalam air tawar. 

Kadar garam yang rendah merupakan ciri dari perairan darat, yang menjadikan fisiologis tersendiri karena konsentrasi garam dalam cairan tubuh atau sel lebih besar daripada lingkungan air tawar (yaitu yang disebut cairan hipertonik) maka air cenderung untuk masuk ke dalam tubuh secara osmosis bila selaputnya (membran) dapat ditembus air/permeable atau kadar garam akan tinggi bila membran relatif tidak permeable seperti terlihat pada gambar berikut ini.

Adaptasi Sel terhadap Kadar Garam di Perairan Tawar

B. EKOSISTEM PERAIRAN LAUT

Yang dimaksud dengan ekosistem perairan laut adalah lingkungan perairan yang memisahkan daratan. Hampir 70% dari permukaan bumi ini terdiri dari perairan laut sehingga ciri utama dari perairan laut ini adalah habitatnya yang tidak terisolasi dan berhubungan satu sama lain. Dengan keadaan ini penyebaran organisme yang ada di dalamnya menjadi tidak terbatas. Walaupun demikian, pada wilayah-wilayah tertentu mempunyai karakteristik tersendiri sebagai faktor pembatas organisme yang ada.

Faktor-faktor pembatas pada perairan laut umumnya masih sama dengan faktor pembatas yang ada pada perairan darat, tetapi yang terpenting adalah adanya kadar garam yang lebih tinggi dibanding dengan perairan darat. Kadar garam yang berbeda inilah yang menyebabkan terjadinya osmoregulasi (pengaturan tekanan osmosis) pada biota yang ada di dalamnya, seperti terlihat pada gambar berikut ini.

Adaptasi Organisme Air
Sumber: Modul Kuliah Biologi UT
Pembahasan materi Jaringan Meristem: Macam, Letak, Ciri dan Contohnya Lengkap

Pembahasan materi Jaringan Meristem: Macam, Letak, Ciri dan Contohnya Lengkap

Jaringan Meristem


Pada awal perkembangan tumbuhan, seluruh sel memiliki kemampuan membelah, pada tahap selanjutnya pembelahan sel terjadi hanya di bagian-bagian tertentu. Jaringan yang masih memiliki kemampuan membelah ( bersifat embrionik) disebut meristem.

Pembelahan sel sebenarnya masih dapat terjadi pada jaringan lain tetapi jumlahnya terbatas.

Letak Jaringan Meristem


Berdasarkan letak nya dalam tumbuhan, meristem terbagi menjadi :
1. meristem apeks, adalah meristem yang berada di ujung batang dan ujung akar
2. meristem lateral, adalah meristem yang menyebabkan organ bertambah lebar ke arah lateral
3. meristem interkalar, adalah meristem yang berada diantara jaringan yang sudah berdiferensiasi, misalnya pada ruas-ruas tumbuhan Graminae.

Berdasarkan asalnya, meristem terbagi menjadi meristem primer dan meristem primer.
1. meristem primer, adalah meristem yang berkembang langsung dari sel embrionik.
2. meristem primer, adalah meristem yang berkembang dari jaringan yang telah mengalami diferensiasi.

Pada meristem apeks primer dapat dibedakan antara promeristem dan daerah meristematis dibawahnya dimana sel telah mengalami diferensiasi sampai taraf tertentu.

Promeristem terdiri dari pemula-pemula apeks bersama dengan sel derivatnya yang masih berdekatan dengan pemula. Daerah meristematik di bawahnya yang telah sebagian terdiferensiasi terdiri dari :

1. protoderm yang menghasilkan epidermis
2. prokambium yang membentuk jaringan pembuluh primer
3. meristem dasar yang membentuk jaringan dasar seperti parenkim.

Ciri-Ciri Jaringan Meristem

Jaringan meristem, memiliki ciri-ciri dinding sel tipis, bentuk sel isodiametris dibanding sel dewasa, jumlah protoplasma sangat banyak. Biasanya protoplas sel meristem tidak memiliki cadangan makanan dan kristal, sedangkan plastida masih pada tahap pro plastida. Pada Anggiospermae sel meristem memiliki vakuola kecil yang tersebar diseluruh protoplas.

Meristem Apikal


1. Meristem apeks pucuk : Apeks pucuk adalah bagian yang tepat di atas primordium daun yang paling muda yang bersifat meristematis. Bentuk apeks pucuk dari arah memanjang, pada umumnya sedikit cembung dan dapat berubah-ubah.

Berbagai bentuk meristem apeks pucuk pada berbagai kelompok tumbuhan adalah sebagai berikut :

A. Pteridophyta :
- terdiri dari 1 sel disebut sel apical
- terdiri dari lebih dari 1 sel disebut initial apikal

B. Gymnospermae
a. Type Cycas : terdapat meristem permukaan dengan bidang pembelahan antiklinal dan periklinal
b. Type Ginkgo : terdapat sel induk sentral, meristem tepi (perifer) dan meristem rusuk ( meristem tengah)

C. Anggiospermae
Teori Histogen oleh Hanstain (1868), menyatakan bahwa terdapat tiga daerah di apeks pucuk (Gambar 1), yaitu :
a. Dermatogen (I) menjadi epidermis
b. Pleurom (III) akan menjadi silinder pusat
c. Periblem (II) akan menjadi korteks

Gambar 1. meristem apeks pucuk pada anggiospermae
Gambar 1. meristem apeks pucuk pada anggiospermae

Teori yang dianut hingga sekarang adala Teori Tunica Corpus oleh Schmidt (1924), yang menyatakan bahwa terdapat 2 daerah pada meristem apeks pucuk yaitu :.
1. Tunika pada lapisan terluar yang membelah antiklinal akan berdiferensiasi menjadi epidermis
2. Corpus dibawah tunica , membelah ke segala arah dan membentuk semua jaringan selain epidermis.

Gambar 2. Meristem apeks pucuk pada Coleus
Gambar 2. Meristem apeks pucuk pada Coleus

2. Meristem apeks akar

a. Pteridophyta
- terdiri dari satu atau lebih sel ( 3-5 sel)
- berupa kumpulan sel
a. Anggiospermae dan Gymnospermae
seperti teori Hanstein pada apeks pucuk, meristem apeks akar terdiri dari: Protoderm, meristem korteks, dan meristem silinder pembuluh (Gambar 3 dan 4).

meristem apeks akar dan pucuk

Meristem Lateral


Meristem ini termasuk kambium pembuluh dan kambium gabus yang menyebabkan pertumbuhan menebal dan melebar jauh dari apeks, umum ditemukan pada Dicotyledoneae dan Gymnospermae.

Pertumbuhan yang dihasilkannya disebut pertumbuhan sekunder.

1. Kambium pembuluh

Ialah meristem sekunder yang berfungsi membentuk ikatan pembuluh (xylem dan floem) sekunder. Bentuk selnya seperti pipa atau berkas-berkas memanjang sejajar permukaaan batang atau akar.

Meristem ini adalah meristem lateral karena terdapat di daerah lateral akar dan batang. Ciri-ciri sel nya agak berbeda dengan ciri sel meristem apeks. Dari segi morfologi dapat dibedakan menjadi 2 tipe sel kambium, yaitu :

a. Sel fusiform : bentuk memanjang dengan ujung meruncing, letak memanjang sejajar dengan sumbu, fungsinya membentuk jaringan pembuluh sekunder
b. Sel jari-jari empulur : bentuk sel membulat kecil, tersusun kearah radial membentuk jari-jari empulur

Berdasarkan susunan sel fusiform, dapat dibedakan :

a. Kambium bertingkat
Sel initial tersusun berjajar letak ujung sel sama tinggi

b. Kambium tidak bertingkat
Sel initial saling tumpang tindih tidak membentuk deretan

2. Kambium gabus

Kambium gabus atau felogen adalah meristem yang menghasilkan periderm. Periderm adalah jaringan pelindung yang terbentuk secara sekunder dan menggantikan epidermis pada batang dan akar yang menebal karena pertumbuhan sekunder. Periderm mencakup felogen (cambium gabus) yaitu meristem yang menghasilkan periderm, felem ( gabus) yaitu jaringan pelindung yang dibentuk kea rah luar oleh felogen dan feloderm yaitu jaringan parenkim hidup yang dibentuk oleh felogen ke arah dalam(Gambar 5).

Sel felogen terdiri dari satu macam sel saja. Pada penampang melintang felogen terlihat seperti sel empat persegi panjang yang memipih pada arah radial. Pada arah memanjang sel felogen berbentuk empat persegi panjang atau bersegi banyak dan kadang-kadang agak tidak teratur.. Sel felogen biasanya tersusun rapat tanpa ruang antar sel . Sel dewasa tidak hidup dan dapat beroso zat padat ataiu cairan. Sel gabus ditandai oleh adanya zat gabus (suberin) dalam dinding sel nya