BIOLOGI UMUM Untuk Rumpun Kesehatan & Rumpun Sains dan Teknologi
BAHAN AJAR
DIKTAT 10 PRINSIP-PRINSIP EKOLOGI
Modul Universitas Indonesia 1
DAFTAR POKOK BAHASAN
10.1
Biosfer: Siklus biogeokimia
10.1.1 Pengertian biosfer 10.1.2 Siklus biogeokimia di alam 10.1.3 Hubungan biosfer dengan siklus biogeokimia 10.2
Ekosistem komunitas, populasi dan individu
10.2.1 Pengertian komunitas, populasi dan individu 10.2.2 Tipe ekosistem di alam 10.3.
Adaptasi makhluk hidup di dalam ekosistem
10.3.1 Konsep homeostasis 10.3.2 Mekanisme homeostasis 10.3.3 Suksesi ekosistem dan adaptasi makhluk hidup tehadap perubahan ekosistem 10.4. Peran ekosistem dalam kehidupan 10.4.1 Faktor biotik dan abiotik 10.4.2 Keseimbangan ekosistem dan pencemaran lingkungan (contoh pencemaran lingkungan (air, tanah, udara, suara) 10.5. Konsep kehidupan berkelanjutan 10.5.1 Dinamika kehidupan makhluk hidup 10.5.2 Eksplorasi dan eksploitasi 10.5.3 Pembangunan berkelanjutan 10.5.4 Pemanasan global 10.5.5 Bioetika
2
10. EKOSISTEM DAN KESEIMBANGAN EKOSISTEM
10.1
Biosfer; siklus biogeokimia
10.1.1 Pengertian biosfer
Ekologi, merupakan ilmu yang mempelajari hubungan antara mahuk hidup dan lingkungannya. Dengan mempelajari ilmu tersebut, mahasiswa akan mengetahui peran makhluk hidup terhadap lingkungannya atau sebaliknya, bagaimana peran lingkungan untuk makhluk hidup termasuk untuk kesejahteraan manusia. Dalam Bahan Ajar 2 telah dijelaskan, bagaimana tingkatan organisasi kehidupan di alam mulai dari bagian yang terkecil yakni partikel subatomik sampai ke biosfer. Hal tersebut menunjukkan ada saling ketergantungan di antara mahluk hidup dalam mendapatkan makanan dan energi. Siste
Individu /
Organ
Atom Jaringa
Sel
Populasi
Biosfer
Komunita s
Ekosiste m
Gambar 10.1 Tingkatan organisasi Biosfer di dalam ekosistem
3
Gambar 10.1 di bawah ini tampak tingkatan organisasi mulai dari atom penyusun sel sampai dengan biosfer di alam. Individu terdiri atas beberapa sistem organ seperti sistem pencernaan; sistem syaraf; sistem reproduksi; sistem pernafasan; sistem sekresi dan sistem panca indera. Sementara setiap sistem organ mengandung sejumlah organ dengan fungsi dan perkembangan masing-masing. Organ memiliki sejumlah jaringan; jaringan tersusun atas ribuan sel dan sel tersusun atas molekul dan molekul mempunyai sejumlah atom. Sementara atom terdiri dari elektron; proton dan neutron. Kumpulan individu merupakan suatu populasi makhluk hidup tertentu, dan sejumlah populasi individu saling berinteraksi membentuk komunitas.Komunitas mendiami suatu daerah tertentu dengan faktor lingkungan biotik dan abiotik tertentu (habitat) dan sejumlah habitat membentuk suatu ekosistem. Sementara beberapa ekosistem membentuk biosfer yakni tempat makhluk hidup di bumi. Di bawah ini tampak alur hubungan faktor lingkungan abiotik dan biotik dalam suatu ekosistem. Faktor abiotik seperti, air; suhu; udara dantanah diperlukan untuk penyediaan nutrisi; pengaturan metabolisme di dalam kehidupan sehingga makhluk hidup dapat tumbuh dan berkembang secara optimal. Lingkungan biotik setiap makhluk hidup yang mendiami bumi saling berinteraksi dalam pemenuhan kehidupannya masing-masing sehingga membentuk suatu aliran energi dan rantai makanan. Ekosistem
Abiotik
Biotik Hubungan antara keduanya
Energi Matahari
Hewan
Temperatur Bebatuan
Tumbuhan
Angin Dimanfaatkan oleh Makhluk hidup
4
Gambar 10.2 Interaksi faktor biotik dan abiotik di dalam suatu ekosistem.
Berdasarkan kebutuhan makhluk hidup dalam mendapatkan makanan; makhluk hidup dikelompokkam ke dalam beberapa kelompok makhluk hidup. Tabel 10..1. di bawah tampak beberapa cara pengambilan nutrisi oleh kelompok beberapa makhluk hidup dan sumber energi yang diperlukan untuk proses metabolisme nutrisi tersebut. Tabel 1.1 Kelompok makhluk hidup berdasarkan kemampuan mengolah nutrisi +
Cara pengambilan makanan
Sumber H
Fotolitotrof
Senyawa anorganik
Cahaya matahari(foton)
Khemolitotrof
Senyawa anorganik
Senyawa anorganik
CO2
Fotoorganotrof
Senyawa organik Senyawa organik
Cahaya
Senyawa organik; CO2 Senyawa organik; CO2
Khemoorganotrof
Sumber energi
Senyawa organik
Sumber Carbon (C) CO2
Contoh makhluk hidup Algae; tumbuhan; bakteri Sulfur hijau; Bakteri Sulfur Ungu H2S : Hidrogomo Nas dan Beggioatoa NH3 : Nitrosomo nas NO2: Nitrobacter Bakteri NonSulfur ungu Bakteri umumnya; Hewan
Berdasarkan tabel tersebut di atas tampak bahwa terdapat makhluk hidup yang dapat memanfaatkan senyawa anorganik yakni foto dan khemo autotrof, yaitu organisme yang dapat menyerap energi cahaya matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia. Sementara makhluk hidup yang hanya dapat menggunakan senyawa organik sebagai sumber nutrisi dikenal dengan heterotrof, disamping penyusun makhluk hidup itu sendiri juga sebagian besar terdiri atas C, H,O,N,S,P 5
.Dengan demikian di dalam ekosistem terjadi siklua baik penggunaan dan pembebasan senyawa kimia yang dikenal dengan siklus biogeokimia.
10.1.2 Siklus biogeokimia di alam Beberapa siklus biogeokimia yang diketahui antara lain siklus karbon (C), siklus oksigen (O2), siklus air(H2O), siklus nitrogen(N), siklus phosphor (P), dan siklus sulfur (S).
Gambar 10.3. Siklus biogeokimia dan aliran energi
Gambar 10.3. menjelaskan hubungan antara siklus biogeokimia dan aliran energi. Siklus biogeokimia merupakan siklus perubahan kimiawi yang ada di bumi ini sebagai akibat aktivitas seluruh komponen makhluk hidup yang mendiami bumi kita. Hubungan antara kedua proses tersebut sebagai berikut: Kelompok detritus (mikrorganisme yang melakukan perombakan secara kimiawi) dan mikroorganisme menghasilkan senyawa anorganik yang dapat diserap 6
oleh tumbuhan. Dengan demikian tumbuhan dapat melakukan pertumbuhan dan perkembangannya, disamping produsen primer melakukan fotosintesis. Produsen primer menghasilkan protein dan lemak nabati, protein tersebut digunakan oleh konsumen primer (herbivore) untuk menghasilkan protein dan lemak hewani. Selanjutnya herbivore dimakan oleh oleh konsumen sekunder (carnivore). Carnivore dimakan oleh omnivore sebagai konsumen tersier, yakni makhluk hidup yang dapat makan tumbuhan maupun hewan. Ke-empat kelompok makhluk hidup tersebut mengalami kematian dan dimanfaatkan kembali oleh detritus untuk dirombak menjadi senyawa organik dan organik. Secara bolak balik, detritus dan mikroorganisme bersama sama dengan detritivores (salah sati ornagisme khemolitrotof) kembali dimanfaatkan oleh tumbuhan. Dalam aliran energi, matahari sebagai sumber energi di bumi dimanfaatkan oleh produsen primer. Produsen primer adalah makhluk hidup yang mampu menangkap foton cahaya dan mengubah energi foton tersebut menjadi senyawa kimia berenergi tinggi(ATP) untuk digunakan untuk menghasilkan karbohidrat serta Oksigen; sebagian lagi keluar sebagai panas. Dengan demikian energi sudah berkurang yang selanjutnya melalui 2 lintasan yang berbeda, energi dimanfaatkan oleh detritus seperti Nitrosomonas; Nitrobacter; Azetobacter; Pseudomonas untuk melakukan kehidupannya dan sebagian lagi keluar sebagai panas. Lintasan lainnya herbivore mengeluarkan panas sehingga sisa energi digunakan oleh carnivore. Melalui siklus biogeokimia kehidupan makhluk hidup mengeluarkan panas. Dengan demikian energi yang dimanfaatkan oleh makhluk hidup sesuai tingkatan aliran energi semakin sedikit.
7
Gambar 10.4 Keterkaitan antar siklus biogeokimia
Gambar 10.4. menunjukkan Siklus Biogeokimia yang terjadi di bumi melalui 3 sumber bahan kimia yang saling berkaitan . Empat sumber bahan kimia tersebut melakukan perubahan bahan kimia baik secara fisik; mekanik maupun biokimiawi. Pertama kali sumber bahan kimia 1 yakni seluruh makhluk hidup mengalami fossilition sehingga terbentuk batu bara; gambut dan minyak sebagai sumber bahan kimia ke-2. Sumber bahan kimia ke-2 tersebut mengalami pelapukan ; pelindian dan pencucian sehingga menjadi sumber bahan kimia ke-3 yang terdapat di atmosfer dan tanah serta air. Sumber bahan kimia ke-3 selanjutnya secara bolak balik dimanfaatkan oleh makhluk hidup untuk melangsungkan kehidupannya seperti fotosintesis dan respirasi, merombak bahan kimia; sementara sebagian lagi mengalami sedimentasi menjadi sumber bahan kimia ke-4., sehingga terbentuk batu-batuan dan mineral.
a. Siklus Oksigen (O2)
8
Gambar 10.5. Siklus Oksigen di alam Berdasarkan gambar 10.3. tampak bahwa dari21% Oksigen dialam; distribusi Oksigen di Atmosfer sebesar 0,05% , litosfer 99,5% sementara di biosfer 0,01%. Siklus Ogsigen diawali dari proses fotolisis hasil peruaraian H2O saat fotosintesis terbentuk O2 dan H+ , selajutnya Oksigen mengalami pelapukan akan kembali ke daratan dan dari daratan juga mengalami pelapukan dan pelindihan menghasilkan O2 lagi. Sebagian besar O2 digunakan selama respirasi seluler oleh makhluk hidup aerob untuk menghasilkan tenaga.
b. Siklus Nitrogen (N) Unsur nitrogen (N) di dalam tubuh makhluk hidup merupakan salah satu komponen senyawa organik seperti protein, asam nukleat, vitamin dan hormon. Sementara itu, N di udara sebanyak 78% dalam bentuk gas N2. Gas N2 tersebut dapat berubah menjadi NH3 baik secara fisik (dengan tekanan yang sangat tinggi/petir atau elektromagnetis ) maupun akibat aktivitas mikroorganisme simbiotik(Rhzobium) dengan tumbuhan legume dan nonsimbiotik (Nostoc dan Anabaena). Gas NH3 dengan adanya gravitasi bumi akan jatuh ke daratan. Selanjutnya gas NH3 akan diserap oleh tumbuhan maupun mikroorganisme untuk 9
membentuk protein. Seperti juga pada siklus karbon,keberadaan herbivor, omnivor dan karnivor, pada gilirannya secara tidak langsung akan membentuk protein hewani dan berarti terjadi siklus nitrogen. Adapun, tahapan yang dilalui yaitu: Di dalam tanah NH3 mengalami nitrifikasi yakni perubahan NH3 diubah menjadi nitrit (NO2). Selanjutnya diubah oleh Nitrobacter menjadi senyawa anorganik yang mengandung nitrat . Kemudian NO3 akan diserap oleh tumbuhan untuk bertumbuh dan berkembang, salah satunya untuk membentuk protein di bawah kendali system DNA dan RNA dii dalam sel. Di sisi lain NO3 dapat berubah kembali menjadi gas N2 kembali ke udara (proses denitrifikasi) akibat aktivitas bakteri denitrifikasi yakni Pseudomonas .Sementara industri pabrik pupuk urea juga merupakan industri yang berperan dalam siklus N di alam karena digunakan oleh tumbuhan sebagai sumber NH3 berdasarkan reaksi kimia: Urea {(NH3)2CO} dengan aktivitas enzim urease diubah menjadi 2NH3 dan CO2.
Gambar 10.5.Siklus N di alam
c. Siklus air (H2O) Berdasarkan gambar 10.3.; siklus air dan siklus karbon( C ) di alam berdampingan karena mempunyai hubungan yang erat atau saling memengaruhi satu sama lain. Siklus air berasal dari laut karena sebagain air yang ada di bumi, 10
70% di antaranya berada di laut dan 30% lagi terdapat di darat. Adanya cahaya matahari menyebabkan suhu bumi meningkat, sehingga air laut akan menguap sebagian. Di atmosfer, uap air akan terakumulasi membentuk awan, dan akhirnya akan turun lagi ke bumi dalam bentuk hujan. Air hujan, selanjutnya akan digunakan oleh makhluk hidup seperti tumbuhan untuk bertumbuh dan berkembang. Tumbuhan pun akan mengalami proses transpirasi yaitu menguapkan air ke atmosfer. Keadaan tersebut akan terjadi secara terus menerus. Selain itu, tanah pun akan menguapkan air (evaporasi). Pada dasarnya, semua organisme memanfaatkan air untuk kelangsungan hidupnya. Diketahui pula bahwa komponen terbesar tubuh organisme adalah air (70-90%), sisanya berupa protein, lemak, dan senyawa kompleks lainnya. Jumlah uap air di udara akan terganggu bila terdapat gas buangan industri seperti CO,NO(x) terlepas ke udara. Keadaan tersebut juga akan menyebabkan perubahan keseimbangan ekosistem.
Gambar 10.6. Siklus air (kiri) dan siklus karbon
d. Siklus Karbon (siklus C) Berdasarkan gambar 10.3 B , tampak bahwa CO2 di atmosfer terdapat dalam kadar 0,03%. Dengan adanya fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan dan makhluk hidup fotosintetik lainnya( Algae; Cyanobakter) dan CO2 udara serta H2O 11
dihasilkan karbohidrat(CxH2x-2 Ox-1)n . Karbohidrat digunakan oleh makhluk hidup tersebut untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Berdasarkan aliran energi (gambar 10.1.) terjadi tingkatan makhluk hidup dimulai dengan tumbuhan sebagai produsen sekunder, sehingga secara tidak langsung semua makhluk hidup menggunakan CO2 udara. Sementara semua makhluk hidup juga melakukan respirasi untuk menghasilkan energi dan sebagai hasil sampingan respirasi adalah CO2 yang akan kembali ke atmosfer. e. Siklus Sulfur (S) Gambar 10.7. dibawah ini, sumber siklus S berasal dari gunung berapi yang mengeluarkan gas H2S yang kemudian menjadi H2SO2 kemudian dapt menjadi (CH3)2 SO2; sebagian lagi berasal dari industri kimia (baik pupuk ZA, bahan pemutih, detergen maupun pabrik kertas) sering kali menghasilkan limbah mengandung S baik yang berupa SO4; SO2 atau S dan H2S. Sementara hasil industri pupuk ammonium sulfat(NH3)2SO4 atau banyak dikenal dengan ZA digunakan sebagai salah satu pupuk anorganik sebagai sumber S untuk tumbuhan. Sebagian lagi sebagian hasil antara pupuk ZA juga dapat membentuk senyawa yang mengandung SO2 yang selanjutnya menjadi senyawa asam H2SO4,. Sementara senyawa anorganik dapat diubah bakteri perombak sulfat. Jika kandungan SO4; SO2 yang banyak dibebaskan ke udara sebagai asap dan bila bercampur dengan air akan terbentuk hujan asam. Sementara senyawa S di dalam makhluk hidup sebagain besar digunakan sebagai bahan asam amino esensiel sistein; sisten dan metionin yang penting sebagai penyusun protein. Seperti dalam siklus S; N dan P , sisa makhluk hidup yang mengalami kematian juga merupakan sumber unsur S di alam akibat aktivitas mikroorganisme perombak. .
12
Gambar 10.7. Siklus S di alam
f.
Siklus Phosphor P) Gambar 10.8. tampak siklus Phosphor di alam erat hubungannya dengan air
dan batuan primer maupun batuan sekunder. Di dalam siklus tersebut terjadi aliran unsur P berasal seluruh binatang antara lain seperti burung menghasilkan kotoran. Kotoran tersebut sebagian dimanfaatkan sebagai sumber industri pupuk kandang maupun industri bahan bakar. Pupuk kandang tersebut mengandung N; P dan K sehingga digunakan sebagai bahan nutrisi tumbuhan . Tumbuhan dimakan oleh herbivore dan sisia tumbuhan dan hewan mengalami pelapukan dan fermentasi menghasilkan senyawa mengandung ion PO4-(ion fosfat). Ion fosfat merupakan salah satu komponen asam nukleat seperti DNA; RNA dan ATP. Ketiga senyawa asam nukleat tersebut penting untuk metabolisme sel. 13
Selanjutnya hewan juga menggunakan senyawa P sebagai bahan pembentuk tulang. Sebagian ion fosfat mengalami sedimentasi mebentuk bahan batuan. Sementara batuan mengalami pelindian dan perombakan oleh mikroorganisme dan akan kembali terbentuk ion fosfat.
Gambar 10.6. Siklus P di alam
g. Aliran energi Semua siklus biogeokimia tersebut di atas sangat berkaitan dengan aliran energi dan rantai makanan .Aliran energi dan rantai makanan tidak dapat dipisahkan satu sama lain. Gambar 10.7 di bawah ini mencantumkan hubungan kedua proses biologis pada ekosistem.
14
Gambar 10.7. Aliran energi di dalam ekosistem
Gambar 10.8. tersebut di atas,menjelaskan bahwa aliran energi di dalam ekosistem matahari sebagai sumber energi utama menghasilkan cahaya matahari(foton) untuk diubah oleh tumbuhan menjadi energi kimia .Energi kimia digunakan untuk membentuk karbohidrat melalui proses fotosintesis.
Sebagian
energi dari matahari tersebut ada yang hilang berupa panas selama proses tumbuhan dan berkembang tumbuhan. Hal ini energi yang dialirkan dari tumbuhan ke konsumen primer (herbivore) semakain berkurang, demikian juga aliran energi ke karnivore yang memakan herbivore semakin sedikit, demikian juga omnivore yang memakan tumbuhan dan hewan. Selanjutnya dekompositor yang merombak sisa makhluk hidup mendapat aliran sisa energi dari matahari yang telah digunakan oleh hewan dan tumbuhan. Pada saat yang sama terjadi dekompositor juga melakukan metabolisme nutrisi untuk sintesis senyawa kimia primer dan sekunder, sehingga dihasilkan senyawa anorganik.Selanjutnya senyawa anorganik digunakan untuk kehidupan tumbuhan.Dengan demikian proses aliran energi berlansung secara siklus terus menerus. . Gambar 10.9 di bawah ini tampak piramida rantai makanan dengan menggunakan tumbuhan sebagai produsen primer karena menggunakan senyawa 15
anorganik. Nutrisi herbivore dan omnivore yakni tumbuhan digunakan untuk kehidupan kedua makhluk hidup tersebut. Selanjutnya karnivor dan omnivore sebagai makhluk hidup dalam posisi puncak dalam piramida makanan dalam ekosistem.
Gambar 10.9 Piramida dari ranati makanan
10.1.3 Hubungan biosfer dengan siklus biogeokimia Berdasarkan komponen penyusun makhluk hidup (C, H, O, P dan N) tampak bahwa semua komponen tersebut akan digunakan oleh seluruh makhluk hidup diawali oleh tumbuhan sebagai produsen primer karena dapat melakukan fotosintesik dengan menggunkanan energi matahari. Produsen primer digunakan sebagai sumber makanan oleh konsumen pertama yakni herbivore; daan herbivore aimanfaatkan oleh konsumen ekunedr o yakni karnovore. Tampak terdapat panas yang dibebasakan oleh setiap maklhuk hidup yang menggunanakn enenrgi. Semakin besar dalam penggunaan energi matahari semakin rendah dalam tam,pilan piramida rantai makanan. Sementara posisi karnivore dalam piramda tersebut semakin tinggi karena telah banyak panas yang dibebaskan selama berlangsung proses rantai makanan. Jika siklus berlangsung dengan baik dan kontinu, kadar CO2 di udara senantiasa stabil atau tetap yakni 0,03%. Namun, jika gas buang CO2 dari industri yang menggunakan batubara atau limbah pabrik urea berlebihan, maka dapat menimbulkan efek rumah kaca, pemanasan global, dan perubahan iklim. Hal 16
tersebut menyebabkan ekosistem berubah, habitat rusak, dan keanekaragaman hayati pun terganggu. 10.2 Ekosistem, komunitas, populasi dan individu Ekosistem merupakan interaksi antara faktor biotik atau makhluk hidup dan abiotik (suhu; cahaya matahari; air; CO2; O2). Contoh ekosistem paling sederhana, ialah akuarium, sawah, kebun, dan contoh lain yang lebih luas lagi misalnya rawa, danau dan gunung. Di alam, makhluk hidup bertempat tinggal dalam kondisi yang tetap untuk dapat berkembang biak secara optimal. Tempat hidup makhluk hidup disebut dengan habitat. Berdasarkan kebutuhan tempat tinggal makhluk hidup, terdapat 2 jenis habitat yakni daratan dan air. Secara lebih perinci lagi di daratan ada habitat padang pasir, pesisir, dan rawa tergantung dari komponen utama habitat tersebut. Tingkatan organisasi dalam menangani kehidupan makhluk hidup sering dinyatakan dengan tingkatan organisasi makhluk hidup. Dimulai yang komponen terkecil adalah sel, kemudian jaringan, organ, individu, populasi, dan paling tinggi adalah komunitas. Organisasi tersebut penting untuk mengetahui fungsi dan struktur masing-masing komponen. Masing-masing makhluk hidup saling berinteraksi baik dalam lingkup antar individu (intraspesies) maupun interspesies( satu jenis mahluk hidup dengan jenis mahluk hidup lainnya). Dalam proses interaksi tersebut, dapat terjadi kompetisi untuk mendapatkan energi maupun makanan. Hal demikian menimbulkan aliran energi dan rantai makanan di alam. Aliran energi dapat pula disebut dengan piramida energi karena gambaran aliran energi berbentuk piramida yang menunjukkan bahwa aliran energi semakin berkurang seiring dengan tingkat penggunaan energi oleh makhluk hidup. Energi yang terbesar bersumber dari matahari, yang digunakan oleh makhluk hidup autotrof (yang dapat menggunakan energi matahari ). Dengan adanya herbivor, omnivor serta makhluk hidup lainnya energi semakin berkurang (dinyatakan dalam satuan energi Joule).
10.2.1 Pengertian komunitas, populasi dan individu
17
Di dalam Bahan Ajar 1 telah digambarkan tingkatan organisasi kehidupan di bumi, dimulai dari molekul sampai dengan biosfer. Biosfer (Bios: kehidupan; sphaiera: globe atau bumi), yaitu zona-zona di bumi yang terdiri dari air, daratan dan atmosfer di mana makhluk hidup mengalami kehidupan. a. Sel: unit terkecil dari individu yang secara otonom dapat tumbuh dan berkembang b. Jaringan: Sejumlah sel yang mempunyai fungsi dan struktur dan bentuk yang sama c. Organ: Sejumlah jaringan yang bersama-sama mempunyai tugas yang sama d. Individu: Sejumlah organ secara otonom dapat tumbuh dan berkembang biak e. Populasi: Kelompok individu sejenis, biasanya membentuk unit pemuliaan, yang pada satu saat tertentu menghuni habitat tertentu. f. Komunitas: Populasi sejumlah jenis organisme yang mendiami suatu habitat yang sama. Dalam ekosistem itu pula terdapat dua proses yang dinamis yakni aliran energi dan siklus mineral atau siklus biogeokimia. Beberapa contoh ekosistem dalam lingkungan makro (gurun, gambut, stepa, savanna, laut mati, laut merah). Dalam setiap ekosistem menimbulkan vegetasi yang berbeda (vegetasi hutan hujan tropis berbeda dengan vegetasi hutan tropis) Interaksi biotik dan abiotik juga tampak dalam rantai makanan baik dimulai dari produsen (organism autotrof) kemudian konsumen. Di dalam konsumenpun terdapat interaksi yang dapat saling merugikan maupun saling menguntungkan tergantung pada hasil dari interaksi tersebut. Kemudian, dikenal ada predator, simbiosis, parasitisme, atau patogenitas, kompetisi maupun komensalisme. Rantai makanan adalah suatu hubungan yang linier antar kelompok makhluk hidup dalam persaingan mendapatkan makanan, sehingga di dalam ekosistem terjadi siapa makan siapa, yang terus menerus terjadi dan akhirnya kembali ke tanah. Di samping itu, di dalam rantai makanan tampak bagaimana menangani sisa makhluk hidup yang mati dan senantiasa stabil atau terkendali.
18
Gambar 10.10. Tingkatan organisasi rantai makanandi dalam biosfer.
10. 2.2 Tipe ekosistem di alam Pola sirkulasi di atmosfer dan permukaaan laut yang berhubungan langsung dengan topografi daratan akan menimbulkan perbedaan suhu dan kelembapan udara di wilayah setempat. Hal tersebut dapat mejelaskan mengapa di wilayah tertentu terdapat gurun pasir, hutan, tundra, atau savana, sedangkan hal itu tidak dijumpai di wilayah lain. Keadaan tersebut menimbulkan suatu fenomena flora dan fauna pada satu tempat (biogeografis) berbeda dengan di tempat lain. Perbedaan itu diakibatkan baik oleh latitude (berdasarkan garis lintang di bumi) maupun altitude (posisi daratan terhadap tinggi permukaan air laut). Setiap wilayah biogeografis dapat dikelompokkan lagi menjadi wilayah yang lebih kecil dan spesifik yang disebut bioma. Bioma adalah suatu wilayah biogeografis yang memiliki berbagai ekosistem dengan ciri utama vegetasi klimaks dan sebagian besar dipengaruhi oleh iklim atau suatu tipe ekosistem regional dengan komunitas biotik yang serupa. Bioma merupakan daerah geografis terestrial/daratan yang luas mengandung komunitas tumbuhan tertentu. Tumbuhan merupakan sebagian besar bioma spesifik karena tumbuhan dapat beradaptasi secara jelas sebagai produsen
19
primer memengaruhi makhluk hidup lainnya seperti mikroorganisme dan dekompositor sebagai bagian bioma. Tumbuhan merupakan kelompok bioma yang sangat jelas dapat mengadaptasi terhadap perubahan terhadap hujan, suhu, cahaya matahari dan angin. Dalam ekosistem terdapat beberapa jenis bioma seperti: 1.Tropical rain forest (Hutan hujan tropis): Hampir setengah dari seluruh jenis makhluk hidup mendiami ekosistem yang mempunyai suhu yang panas. Bioma tersebut terletak di daerah ekuator.Kelembapan di hutan hujan tropis yang dekat dengan daerah tropis Dengan adanya hujan deras di daerah tersebut cenderung banyak nutrisi yang tercuci dari tanah. Peristiwa tersebut menimbulkan suatu dugaan bahwa biomasa hutan yang masih aktiv merupakan sumber nutrisi yang paling besar. 2.Ekosistem padang rumput: Bioma dengan suhu yang cukup panas; ketersediaan air sedikit karena terjadi penguapan yang sangat besar. Padang rumput, ekosistem suatu wilayah yang penuh ditumbuhi rerumputan dan herba. Hewan herbivor baik termasuk insekta dan mamalia sering ditemukan di padang rumput. Secara alami, padang rumput terdapat di beberapa iklim yang relatif kering sepanjang tahun; di daerah dingin di musim dingin atau hujan dan panas di musim panas dan kemarau. Suhu di musim panas atau kemarau sekitar 19 -30o C dan di musim dingin atau hujan sekitar 12-20o C. Berdasarkan ciri-ciri suhu dan iklim setempat maka terdapat padang rumput iklim tropis dan padang rumput iklim sedang. Di Indonesia, padang rumput terdapat di Nusa Tenggra Timur; di negara lain seperti Australia Selatan dan di New Zealand. Di sepanjang katulistiwa pada tiga tempat yang terpisah di dunia ini, terdapat bioma dengan ciri-ciri sebagai berikut: 1. Lokasi berada di antara garis lintang 231/2o LU dan 231/2o LS 2. Suhu rata-rata 25o C dengan intensitas cahaya matahari yang tinggi dengan curah hujan sekitar 2.000 – 4.500 mm/tahun 3. Mempunyai pepohonan yang besar dan berdaun lebar dengan berbagai tumbuhan liana atau merambat, epifit seperti anggrek, bromeliad, paku-pakuan, serta lumut. 20
4. Kelembapan yang tinggi Contoh: Bioma hutan hujan tropis di Amazon, Amerika Selatan, India barat, Thailand, Malaysia, dan Indonesia. Sementara itu contoh Bioma akuatik yaitu, a. Air tawar: danau dan rawa b. Air laut: terumbu karang c. Estuari: Zona di mana air sungai di muara sungai bergabung dengan air laut. d. Keadaan tersebut memengaruhi kehidupan biota di lokasi tersebut. Hewan yang ada di bioma tersebut a.l.ikan, udang, kepiting. e. Terumbu karang (coral reef): merupakan ekosistem yang khas di lautan daerah tropis. Komponen biota yang penting adalah hewan karang batu. Hewan karang batu umumnya merupakan koloni sejumlah individu polip. Bagian dasar dari polip berbentuk mangkuk dengan tepi yang berumbaiumbai (tentakel). Terumbu karang merupakan sumber karang yang mengandung kapur. Polip bersimbiosis dengan baik dengan tumbuhan zooanthella, maupun alga berfilamen. Adapun, faktor abiotik pada terumbu karang antara lain.: 1. Air jernih 2. Suhu sekitar 25 -30o C 3. Toleransi salinitas 27 - 40 0/oo 4. Arus air penting untuk membersihkan endapan-endapan dan mensuplai oksigen. Terumbu karang yang terkenal yakni The Great Barrier Reef di sebelah timur laut Australia yang panjangnya sekitar 2.500 km. Sementara itu, Atol merupakan kelompok terumbu karang membentuk struktur seperti cincin. Atol banyak dijumpai di Taka Bone Rate; laut Flores sebelah tenggara.
10.3 Adaptasi makhluk hidup dalam ekosistem Dalam suatu ekosistem, makhluk hidup memiliki peranan masing-masing. Hal tersebut menyebabkan adanya interaksi karena antara mahkluk hidup yang satu dengan yang lain salin bergantung untuk mempertahnkan hidupnya. 21
Interaksi di dalam makhluk hidup dapat berupa 1. Simbiose mutuatistik:In lnteraksi makhluk hidup yang saling menguntungkan seperti tanaman kacang-kacangan dengan bakteri Rhizobium. Tumbuhan mendapatkan NH3 yang berasal dari Rhizobium. Sementara bakteri mendapatkan energy dari tanaman yang berguna untuk perkembang biakan mikoorganisme tersebut. 2. Sinergisme: Interaksi antara dua makhluk hidup seperti lalat yang hingga di kepala kerbau dan selalu mengikuti kemana kerbau itu pergi karena hewan tersebut memakan kutu yang bersarang di kepala Mamalia tersebut. 3. Kompetisi: Persaingan dua makhluk hidup dalam pemancarian makanan; bersaing dalam penggunaan faktor abiotik yang sama. Beberapa contoh kompetisi seperti alang-alang dengan tanaman pertanian; beberapa ikan air tawar seperti ikan gurame dengan mujahir yang mempunyai sumber nutrisi yang sama. 4. Parasitisme : Interaksi makhluk hidup yang satu merugikan kehidupan makhluk hidup lainnya. Contoh parasitisme di dalam komunitas perairan seperti bangau memakan ikan; ikan dengan udang. Sementara tumbuhan benalu hidup sebagai parasit pada tumbuhan inangnya.
Tabel 10.2.Definisi dan contoh interaksi antara makhluk hidup.
No. 1.
2.
3.
Definisi interaksi antara makhluk hidup Produsen: Organisme autotrof yang mampu membuat atau mensintesis molekul atau senyawa organik kompleks dari senyawa anorganik sederhana yang berasal dari lingkungan Komsumen: Organisme heterotrof yang tidak dapat membuat makanan untuk kebutuhan hidupnya (protein, lemak dan karbohidrat) Predator: organism dalam memenuhi kebutuhan hidupnya
Contoh makhluk hidup yang melakukan interaksi Tumbuhan, bakteri fotosintetik, dan cyanobacter
Hewan; fungi, bakteri
Katak memakan ikan; ular memangsa tikus, katak. 22
dengan cara memangsa hewan lain Parasit: Organisme dalam mendapatkan nutrisi berasal dari jaringan tanaman inang baik dapat menumpang maupun mematikan organism lainnya Dekompositor: beberapa jenis bakteri dan fungi yang mampu merombak sisa organisme yang mati dalam menghasilkan energinya Simbiosis: Hidup bersama antara dua jenis organism dalam memenuhi kebutuhan hidupnya Komensalisme: Hidup bersama tanpa saling menggantungkan kehidupannya masing-masing Saprofit: Mikroorganisme yang hidup di tempat sisa organisme yang membusuk (sampah, kotoran) Kompetitor: Organisme yang bersaing dengan organisme lainnya dalam memenuhi kebutuhan hidupnya atau menghasilkan energi
4.
5.
6
7
8
9.
Benalu
Bakteri tanah; jamur tempe; jamur merang
Bakteri Rhizobium dalam sistem perakaran Legum Kerbau dan lalat yang bertengger di kepala kerbau Bakteri dan fungi tertentu
Gulma dandelion(Taraxacum officinale) tidak dapat tumbuh dengan adanya tanaman tomat
10.4 .Peran ekosistem dalam kehidupan Peran ekosistem dalam kehidupan antara lain sebagai habitat(tempat hidup makhluk hidup), penyedia nutrisi, tempat berteduh (mencegah sengatan sinar matahari), .Gambar 1.11 tampak ciri-ciri Hutan rawa sedikit oksigen, sehingga tumbuhan Avicennia memiliki akar nafas agar mendapatkan oksigen yang cukup . Sementara di dalam komunitas hutan bakau, kehidupan makhluk hidup saling bersinergi.
23
Gambar 10.16 Tanaman mangrove di hutan bakau
Gambar 10.17. Berturut-turut searah jarum jam: Peran ekosisitem padang pasir subtropis;hutan hujan tropis basah, hutan hujan tropis , gurun pasir
10.4.1. Faktor biotik dan abiotik
24
a. Faktor biotik Makhluk hidup mulai dari mikroorganisme sampai hewan tingkat tinggi sangat memengaruhi ekosistem, karena kebutuhan hidup masing-masing makhluk hidup spesifik berbeda dan mempunyai fungsi masing-masing di dalam eksistem. Manusia termasuk hewan Vertebrata yang mempunyai ciri karakteristik tertentu seperti pola piker; intusia s maupun struktur annatomi dan histology yang lebih baik dibandingkan hewan lainnya sangat menetukan kehidupan makhluk hidup lainnya, sementara tumbuhan sebagai produsen primer menyediakan oksigen yang paling banyak dan memanfaatkan CO2 di atmosfer. Dalam memengaruhi ekosistem , makhluk hidup saling berinteraksi. Interaksi makhluk hidup antara lain simbiose; parasitisme; kompetisi serta komensalisme.
b. Faktor abiotik Faktor abiotik dapat berupa air, suhu, cahaya maupun gas-gas penyusun atmosfer juga berperan di dalam ekosistem. Perubahan suhu pada pemanasan global memmengaruhi perubahan iklim di alam. Cahaya matahari yang dimanfaatkan oleh tumbuhan memengaruhi ketersediaan air di alam; juga siklus biogeokimia di dalam ekosistem. Tanah sebagai substrat tumbuhan darat dan penyedia senyawa anorganik dan organik memengaruhi ekosistem. Diketahui pada tanah masam, tumbuhan beradaptasi secara morfologi, anatomi maupun fisiologis. 10.4.2.Keseimbangan ekosistem dan pencemaran lingkungan
a. Pencemaran air Keseimbangan ekosistem disebabkan terutama oleh manusia yang dikenal dengan kerusakan lingkungan. Kerusakan lingkungan baik secara biotic dan abiotik seperti pencemaran logam berat akibat industri logam berat dalam mengolah logam emas dalam upaya memisahkan logam tersebut dengan Hg. Dengan kemajuan teknologi, industri alat transpotasi berkembang cepat, alat transpotasi tersebut di alam akan membebaskan logam Pb yang juga mengganggu kesehatan makhluk 25
hidup. Manusia dalam mengeksplorasi dan mengeksploitasi sumber daya alam. Beberapa contoh kerusakan lingkungan seperti hujan asam dan red-tide.
b. Hujan asam Hujan asam terjadi pada saat hujan di daerah industri dan penggunaan alat transpotasi yang berlebihan menghasilkan bahan mengandung Sulfur. Dengan adanya angin, gas mengandung Sulfur (lihat siklus Sulfur di alam) akan bebas ke udara berupa kabut berwarna abu-abu dan dapat menganggu transpotasi di daerah tersebut. Sementara itu, danau, sungai mengalami keasaman akibat emisi Nitrit dan sulfur hasil buangan pabrik kimia. Sebagian akan mengalami pencucian dan gravitasi ke dalam tanah menjadi air tanah dan akhirnya sampai ke kolom tanah sebagai sumber air di biosfer.
c. Red-tide Red tide atau lapisan berwarna merah atau biru di permukaan laut akibat pertumbuhan alga yang berlebihan.Pertumbuhan alga tersebut karena sampah organik yang sangat banyak berasal dari sungai. Selanjutnya sampah tersebut sampai di muara(pantai) terdapat nutrisi untuk alga yang berlebihan. Ketersediaan nutrisi tersebut menimbulkan pertumbuhan algae menutupi permukaan laut berupa lapisan tipis berwarna merah. Jika ada alga yang beracun seperti Alexandrium, Diophysis dan Ptychodiscus termakan atau tersentuh oleh hewan yang sedang di perairan tersebut, maka syaraf hewan tersebut mengalami kelumpuhan dan akhirnya banyak ikan yang mati dan akan terapung di lautan tersebut. Gambar 10.10. di bawah ini tampak red tide/permukaan laut dalam beberapa warna tergantung alga yang hidup ditempat tersebut. Lapisan merah berarti di tempat tersebut banyak algae merah; sementara permukaan laut berwarna biru menunjukkan pertumbuhan Cyanobacter yang berlebihan. Salah satu contoh red tide di Indonesia yakni di pesisir kepulauan seribu, pada bulan Agustus dan September banyak ikan yang mati dan mengapung di permukaan laut akibat 26
peristiwa tersebut. Oleh penduduk setempat, disarankan para nelayan tidak berada di daerah tersebut agar tidak terkena dampak dari red tide.
Gambar 10.18. Red-tide di pesisir
d. Pencemaran tanah Pencemaran tanah sering terjadi akibat pemberian pupuk, bahan kimia seperti herbisida, insektisida serta produk industri lainnya yang mengendap di dalam tanah. Kondisi tersebut akan memengaruhi kesehatan lingkungan, karena tanah sebagai tempat cadangan air tanah, substrat tumbuhan maupun habitat mikroorganisme. e. Pencemaran suara Alat transpotasi banyak menimbulkan pencemaran suara seperti suara kendaraan bermotor dengan suara knalpot yang cukup memekakkan telinga. Suara pesawat terbang yang dapat membuat burung terganggu hingga akhirnya harus bermigrasi ke tempat yang lebih tenang.
27
10.5. Konsep kehidupan berkelanjutan
10.5.1.Dinamika kehidupan makhluk hidup Kehidupan makhluk hidup senantiasa dinamis berdasarkan kebutuhan hidup yang mengikutiperkembangan ilmu penengetahuan dan teknologi. Dinamika kehidupan tersebut dapat berlangsung di dalam Negara, maupun tingkat regional. Salah satu contoh dari dinamika kehidupan yakni dalam mendapatkan pendidikan yang lebih baik, ada sejumlah orang belajar di Negara yang memiliki perkembangan teknologi yang cepat, sekembalinya di Negara asal orang tersebut akan menerapkan ilmu pengetahuan yang dimilikinya untuk meningkatan pendapatan Negara terutama dalam bidang ekspor. Dengan demikian alih teknologi berjalan seiring peningkatan kesejahteraan, kesehatan menjadi lebih baik dalam pemenuhan kebutuhan hidup yang hakiki. Diharapkan selama penerapan alih teknologi tidak menimbulkan perubahan gaya hidup apalagi budaya tradisional yang selama ini dilakukan. Penemuan sumber energi terbarukan juga perlu ditingkatan dengan memperhatikan kesiapan penduduk setempat sebagai pengguna sumber energi terbarukan.
10.5.2. Eksplorasi dan eksplotasi Eksplorasi dan eksploitasi merupakan suatu tindakan penggunanan sumber daya alam baik mineral, tumbuhan maupun air serta tanah untuk peningktan kesejahteraan manusia. Tindakan tersebut harus tidak berlebihan agar ketersediaan sumber daya alam tidak habis, rusak. Untuk keperluan tersebut eksplorasi dan eksploitasi perlu diikuti upaya pengembalian sumber daya alam di masa datang seperti agar tidak terjadi kepunahan sumber daya alam serta peningkatan di bidang pendidikan dan kesehatan maupun kesejahteraan penduduk setempat. Hal tersebut perlu disertai sarana perundang-undangan yang berlaku di seluruh Negara seperti Protokol Kyoto, sementara perdagangan bebas masih juga berlaku.
28
10.5.3. Pembangunan berkelanjutan Pembangunan berkelanjutan juga merupakan upaya, tindakan maupun strategi Negara dalam pemenuhan kesejahteraan rakyatnya. Saat ini jumlah penduduk di Negara kita cenderung mengalami peningkatan. Salah satu wujud pembangunan berkelanjutan sesuai dengan peningkatan jumlah penduduk antara lain penemuan padi tahan wereng, padi toleran terhadap lahan masam maupun tanaman pertanian lainnya yang dapat hidup pada lahan dengan kadar garam tinggi digunakan untuk meningkatkan produktivitas sumber daya pangan baik secara lokal maupun Negara. Strategi tersebut juga digunakan untuk mengurangi ketergantungan suatu Negara terhadap Negara lain tanpa menimbulkan dampak negative sumber daya alam seperti mutasi gen; mengganggu rantai makanan. Penggunaan obat- obatan tradisional perlu digalakkan yang perlu diikuti penelitian dibidang kesehatan dan keamanan lingkungan sumber daya hayati.
10.5.4. Pemanasan global Pemanasan global yang juga dikenal dengan perubahan iklim secara global akibat industri mineral , energi dan perkayuan kayu tidak memperhatikan pelestarian sumber daya alam Pembakaran lahan juga menimbulkan emisi gas-gas beracun sehingga komponen udara di atmosfer berubah. Seluruh perubahan tersebut menimbulkan suhu maupun iklim di biosfer berubah. Salah satu contoh konkret yakni pembalakan hutan tanpa diikuti reboisasi tanaman sejenis; pengurangan sumber air, penggunaan batu bara yang berlebihan. Kondisi tersebut menambah emisi gas seperti CO2;CO, (NO)xyang bebas ke udara semakin bertambah. Beberapa wujud pemanasan global seperti suhu lingkungan meningkat; es di kutub utara mencair; banjir serta badai dan topan meningkat di beberapa tahun terakhir ini.
10.5.5 Bioetika Bioetika merupakan suatu tindakan manusia dalam kehidupan sehari-hari perlu mempertimbangkan keseimabngan berkehidupan diantara makhluk hidup 29
lainnya. Bioetika ditujuakan menjaga keseimbangan alam berkelajutan di dalam hal ini ekosistem. Diketahui bahwa pola pikir manusia dapat berupa antroposentris(pola pikir maupun tindakan manusia selalu mengutamakan kebutuhan riel manusia) sementara ekosentris merupakan pola pikir manusia yang mengutamakan keseimbangan alam. Jika kedua pola pikir tersebut berjalan secara sinergi yakni mempertimbangkan kehidupan makhluk hidup di masa datang, maka kepunahan makhluk hidup tidak terjadi terlalu cepat. Saat ini kemajuan teknologi menimbulkan masalah dalam kehidupan manusia bermasyarakat seperti di bidang kesehatan( tindakan euthansia; penjarangan kelahiran dengan aborsi, transplantasi organ; transfer gen) dibiarkan tanpa memperhatikan peraturan atau perundang-undang yang membatasi tindakan tersebut. Sementara di bidang kehutanan, eksplorasi dan eksploitasi hutan juga harus memperhatikan kepentingan makhluk hidup selanjutnya. Diketahui bahwa hutan merupakan produsen primer oksigen; sumber daya alam sejati. Keseimbangan ekosistem akan terganggu atau berubah akibat campur tangan manusia dengan mengeksplorasi dan mengeksploitasi secara berlebihan dengan mengabaikan keberadaan makhluk hidup lainnya, sehingga populasi makhluk hidup berubah seperti yang terjadi pada kasus eutrofikasi algae. Hal itu terjadi karena ketersediaan nutrien yang melimpah. Di samping itu akan lebih parah lagi ulah manusia yang dapat menyebabkan limbah B3 (berbahaya, berbau dan beracun) serta polutan, sehingga dapat menimbulkan penipisan lapisan Ozon. Penggunaan CFC pada alat pendingin dapat menimbulkan pemanasan global atau perubahan iklim di bumi. Lubang ozon yang terjadi di Antartika pada tahun 1985, dapat memengaruhi siklus gas di atmosfer.
30
Gambar 10.19. Reaksi CFC di ozon
Gambar 10.20 Kondisi lapisan ozon dari tahun selama 2 dekade
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, N.A. & J.B.Reece.2002. Biology. 6th ed. Pearson Education, Inc., San Fransisco. Brum, G. L. Mc Kane & G.Karp. 1994. Biology: Exploring life. 2nd ed. John Wiley & Sons, New York 31
Johnson,G.B. 1995. The living world. Wm.C.Brown Publisher, Dubuque. Starr, C.& R.Taggart. 1998. Biology: The Unity and diversity of life. 8th ed. Wardsworth Publishing Company, Belmont.
32
