Introduction Diambil dari Campbell et al (2009), Biology 8th
I. Pendahuluan Biologi merupakan ilmu yang memiliki cakupan yang sangat luas dan terus berkembang dengan cepat. Dalam mempelajari dan mengikuti perkembangan tersebut menghafal fakta-fakta saja bukanlah merupakan cara yang tepat. Salah satu pendekatan yang dapat dilakukan adalah dengan menyatukan konsep-konsep ke dalam sekelompok tema biologi yang utuh. Dengan mengelompokkan konsep-konsep biologi ke dalam tema yang cukup luas akan membantu mengorganisir dan memahami seluruh informasi yang dipelajari dalam biologi. Biologi Dasar I akan membahas konsep-konsep biologi dalam struktur dan fungsi sel, hereditas dan mekanisme teori evolusi. Biologi Dasar I juga menekankan pentingnya agar mahasiswa memiliki kompetensi dalam ________________________________________________________________________ 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Mahasiswa mampu menyebutkan tujuh karakter hidup Mahasiswa mampu menyebutkan hirarki biologi Mahasiswa mampu menerangkan proses metode ilmiah Mahasiswa mampu membedakan discovery science dari hypothesis-based science Mahasiswa mampu membedakan induksi dari deduksi Mahasiswa mampu merumuskan hipotesis ilmiah
__________________________________________________________________ 1. Inquiring about the world of life Walaupun telah banyak yang diketahui dalam mempelajari biologi, namun masih banyak pula misteri alam yang belum terungkap. Menanyakan tentang hidup dan mencari jawaban berdasarkan investigasi ilmiah merupakan aktifitas penting dalam biologi. Pertanyaan yang diajukan oleh para ilmuwanpun kadang-kadang tidak mudah untuk dijawab, seperti bagaimanakah satu sel dapat berkembang menjadi seekor katak atau sebatang pohon, bagaimana otak manusia bekerja. Pada prinsipnya, biologi adalah suatu pencarian, suatu investigasi yang terus-menerus. Biologi mampu membantu menjawab pertanyaan yang mempengaruhi kehidupan manusia. Penelitian dalam bidang genetika dan biologi sel telah mengubah dunia pengobatan dan pertanian. Model-model baru dalam bidang ekologi membantu dalam evaluasi isu-isu lingkungan seperti pemanasan global. Hal-hal tersebut selalu terkait dengan hidup. Apakah hidup? Kita mengetahui katak, dan kupu-kupu adalah hidup dan batu adalah tidak hidup, namun fenomena hidup tidak dapat diberikan dalam definisi yang simpel. Kita mengenal hidup melalui pengenalan terhadap hal-hal yang dilakukan oleh makhluk hidup. Figure 1.3 menggarisbawahi beberapa karakter dan proses yang berasosiasi dengan hidup. Beberapa properti hidup meliputi: order (struktur yang sangat teratur); regulation (pengaturan), sebagai contoh, pengaturan aliran darah melalui pembuluh darah telinga jack rabbit membantu menjaga temperatur tubuh hewan ini agarp konstan dengan cara menyesuaikan pertukaran panas dengan lingkungannya. Properti 1
hidup yang lain adalah evolutionary adaptation (adaptasi evolusi). Sebagai contoh, penampilan spesies kuda laut yang berkamuflase membantu penyamaran pada lingkungannya. Adaptasi ini berevolusi dari generasi ke generasi disertai dengan sukses reproduksi organisme yang mewarisi trait (sifat) yang paling sesuai dengan lingkungannya. Energy processing (pemrosesan energi), growth and development (pertumbuhan dan perkembangan), response to the environment (respon terhadap lingkungan), reproduksi merupakan empat karekter lain yang dapat diasosiasikan dengan hidup.
2
3
2. New properties emerge at each level in the biological hierarchy Studi biologi mencakup pengamatan skala mikroskopik tentang molekul dan sel yang menyusun organisme hingga skala global tentang kehidupan pada bumi. Figure 1.4. menyajikan gambaran tentang Levels of Biological Organization.
4
5
Emergent Properties Pada Figure 1.4 dapat dilihat bahwa novel properties (properti baru) muncul dalam setiap level organisasi. Properties yang terdapat pada level tertentu tidak ditemukan pada level yang lain. Properties ini disebut dengan emergent properties, yang muncul sebagai akibat adanya perbedaan rancangan/arrangement (tataletak) dan interaksi antara bagian penyusun pada tiap level organisasi karena meningkatnya kompleksitas organisasi. Sebagai contoh, jika Anda mencampurkan klorofil dan molekul lain yang terdapat dalam kloroplas ke dalam tabung reaksi, fotosintesis tidak akan terjadi. Fotosintesis hanya akan terjadi apabila molekul-molekul tersebut tertata dalam aturan atau urutan tertentu di dalam kloroplas.
3. Scientists use two main forms of inquiry in their study of nature Kata “science” berasal dari kata kerja dalam bahasa latin yang berarti “to know”. Science merupakan suatu cara untuk mengetahui alam. Science berkembang dari rasa ingin tahu manusia tentang bentuk kehidupan yang lain, planet, dan alam semesta. Jantung dari science adalah inquiry, mencari informasi dan penjelasan, dan seringkali terfokus pada pertanyaan yang spesifik. Dalam mencari informasi dan penjelasan, tidak terdapat metode ilmiah tunggal dengan aturan-aturan yang secara ketat harus diikuti oleh para peneliti. Science juga mencakup elemen yang bersifat challenge, adventure, dan luck yang dibarengi dengan perencanaan penelitian yang cermat, rationale, kreatifitas, cooperation, kompetitif, kesabaran, dan persistence dalam memecahkan masalah. Elemen-elemen tersebut menjadikan science memiliki struktur yang tidak kaku. Ilmuwan menggunakan dua tipe scientific inquiry: discovery science dan hypothesis-based science. Discovery science sebagian besar adalah deskripsi alamiah. Hypothesis-based science sebagian besar adalah penjelasan alamiah. Sebagian besar dari scientific inquiry menggunakan kombinasi kedua pendekatan tersebut.
Discovery Science Discovery science (descriptive science) mendeskripsikan struktur alamiah dan prosesnya seakurat mungkin melalui observasi yang cermat dan analisis data. Sebagai contoh, menyusun pemahaman tentang struktur sel dan database genome dari berbagai spesies dilakukan melalui discovery science.
Types of Data Observasi adalah penggunaan indra untuk memeperoleh informasi, secara langsung atau tidak langsung menggunakan bantuan peralatan seperti mikroskop (untuk memperjelas indra). Observasi yang didokumentasikan disebut data. Dengan kata lain, data adalah komponen infromasi yang menjadi dasar dari scientific inquiry. Istilah data memberikan konotasi angka pada sejumlah orang tetapi data juga bersifat kualitatif dalam bentuk rekaman deskripsi dan bukan ukuran dalam angka. Sebagai contoh, Jane Goodall menghabiskan beberapa dekade untuk merekam observasi
6
yang dilakukannya pada tingkah laku simpanse selama penelitian lapangan di hutan Gambia, Africa (Figure 1.23). Jane juga mendokumentasikan observasinya dalam bentuk foto dan film. Bersamaan dengan pengambilan data kualitatif ini, Jane juga mengumpulkan data kuantitatif dalam pengamatan tingkah laku simpanse.
Induction in Discovery Science Discovery science dapat mengarahkan pengambilan kesimpulan berdasarkan logika yang disebut induksi atau inductive reasoning. Melaui induksi, generalisasi diambil berdasarkan sejumlah besar observasi yang bersifat spesifik. Sebagai contoh, “semua organisme tersusun atas sel”, yang generalisasinya didasarkan pada penemuan para biolog selama dua abad terhadap spesimen biologi yang diamati dibawah mikroskop. Observasi yang cermat dan teliti serta analisis data dari discovery science bersama dengan induksi merupakan dasar terhadap pemahaman tentang alam.
Hypothesis-based Science Observasi dan induksi dari discovery science memotivasi pencarian penjelasan dan penyebab terjadinya suatu fenomena alam. Apakah yang menyebabkan akar tanaman tumbuh ke bawah sedangkan batang tumbuh ke atas? Didalam science, inquiry pada umumnya memerlukan penyusunan dan pengujian hipotesis.
7
The Role of Hypothesis in Inquiry Didalam science, hypothesis adalah jawaban tentatif terhadap sebuah pertanyaan yang berkerangka jelas. Hipotesis pada umumnya merupakan dugaan terpelajar yang didasarkan pada pengalaman dan data yang disediakan oleh discovery science. Scientific hypothesis mengarah pada prediksi yang bisa diuji dengan cara melakukan tambahan observasi atau melakukan eksperimen. Kita semua menggunakan hipotesis dalam memecahkan masalah sehari-hari. Sebagai contoh, senter Anda tidak menyala pada saat Anda butuhkan karena terjadi pemadaman listrik pada malam hari (observasi). Pertanyaannya adalah: Mengapa senternya tidak menyala? Terdapat dua hipoteses berdasarkan pengalaman Anda yaitu (1) batu baterai di dalam senter tersebut sudah mati, (2) lampu pada senter sudah mati. Tiaptiap hipotesis ini mengandung prediksi yang bisa diuji dengan percobaan. Hipotesis batu baterai mati memprediksi jika batu baterai diganti maka masalah akan terpecahkan. Figure 1.24 menyajikan diagram dari inquiry senter. Hypothesis-based science berawal dari kecenderungan manusia untuk memecahkan masalah dengan trial dan error.
8
Deduction: The “If....Then” logic of hypothesis based science Suatu tipe logika yang disebut deduksi dibangun didalam hypothesis-based science. Deduksi berlawanan dengan induksi. Dalam deduksi atau deductive reasoning, logika mengalir dari arah yang berlawanan, dari general ke spesifik. Sebagai contoh, apabila seluruh organisme tersusun dari sel-sel (premise 1), dan manusia adalah organisme (premise 2), maka manusia tersusun tas sel-sel (prediksi deduktif tentang kasus spesifik). Didalam hypothesis-based science, deduksi pada umumnya mengambil bentuk prediksi dari hasil suatu eksperimen atau observasi yang akan didapatkan apabila premise yang diajukan benar. Hipotesis kemudian diuji dengan eksperimen atau observasi untuk melihat jika hasilnya seperti yang diprediksikan. Pengujian deduksi ini mengambil bentuk logika “If... Then” (“Jika... Maka”). Dalam kasus senter diatas, hipothesis yang disusun lengkap menjadi: Jika hipotesis batu baterai mati adalah benar dan Anda mengganti batu baterai dengan yang baru, maka senter akan menyala.
Theories in Science “Itu kan hanya teori”. Penggunaan istilah teori sudah sering terdengar dan mengimplikasikan bahwa teori adalah sebuah spekulasi yang tidak teruji. Teori memiliki arti yang berbeda dalam science. Apakah scientific theory? Bagaimakah scientific theory berbeda dari hipotesis dan spekulasi? Pertama, scientific theory memiliki scope yang lebih luas dari pada hipotesis. Kedua, scientific theory bersifat cukup umum sehingga mampu menampung hipotesis baru. Ketiga, dibandingkan dengan hipotesis, sebuah teori pada umumnya didukung oleh banyak sekali bukti-bukti. Teori-teori yang secara luas diterima (seperti teori seleksi alam) mampu menjelaskan hasil-hasil observasi yang beragam dan didukung oleh buktibukti yang sudah banyak terkumpul. Walaupun sebuah teori didukung oleh bukti-bukti ilmiah, para ilmuwan kadangkadang memodifikasi atau menolak sebuah teori jika penelitian yang baru mampu menunjukkan hasil yang tidak sesuai. Sebagai contoh, teori lima kingdom pada diversitas biologi mulai mengikis ketika metode baru untuk membandingkan sel dan molekul digunakan untuk menguji hipotesis kekerabatan antar organisme. Kebenaran dalam science bersifat terbatas, didasarkan pada bukti-bukti dominan yang tersedia.
RINGKASAN Hirarki Biologi tersusun atas biosfer > ekosistem > komunitas > populasi > organisma > sistem organ > organ > jaringan > sel > organel > molekul > atom. Setiap peningkatan hirarki dari atom menuju hirarki di atasnya, terbentuk properti baru karena adanya interaksi diantara komponen pada level yang lebih rendah. Dalam discovery science, ilmuwan melakukan observasi dan descripsi beberapa aspek dan menggunakan induksi untuk menarik kesimpulan Berdasarkan observasi, ilmuwan mengajukan hipotesis yang mengarah pada prediksi dan kemudian menguji hipotesis dengan mengamati apakah prediksinya benar. Deduksi digunakan dalam menguji hipotesis. Hipotesis harus dapat diuji. Teori ilmiah memiliki cakupan yang luas, menghasilkan hipotesis, dan didukung oleh bukti yang banyak.
9
QUIZ 1. Seluruh organisme yang terdapat di kampus Fakultas Biologi membentuk a. ekosistem b. komunitas c. populasi d. kelompok penelitian e. domain taksonomi 2. Pernyataan manakah yang merupakan contoh data kualitatif? a. temperatur turun dari 20 C menjadi 15 C b. tinggi tumbuhan mencapai 25 cm c. ikan berenang dalam gerakan zig-zag d. enam pasang burung menetaskan rata-rata tiga butir telur e. isi lambung dicampur setiap 20 detik 3. Apakah hipotesis? a. Ringkasan terhadap permasalahan yang akan dicari jawaban sementaranya b. Pertanyaan sementara dari suatu prediksi ilmiah c. Jawaban tentatif terhadap sebuah pertanyaan yang berkerangka jelas d. Beberapa jawaban yang diajukan sebagai alternatif induksi e. Dugaan terpelajar yang merupakan ringkasan terhadap permasalahan 4. Sifat hipotesis yang harus dapat diuji memiliki arti a. Harus ada eksperimen yang mampu menunjukkan ide yang diajukan tidak benar b. Harus ada cara untuk mengecek validitas ide yang diajukan dalam hipotesis c. Harus ada perbandingan yang dapat dianalisis dan ditolak atau diterima d. Harus mengandung a dan b e. Harus ada unsur a, b, dan c 5. Apakah perbedaan antara hipotesis dan teori ilmiah? a. Teori memiliki cakupan yang lebih luas dari pada hipotesis b. Teori bersifat umum sehingga mampu menampung hipotesis c. Teori didukung oleh bukti-bukti yang lebih banyak dari pada hipotesis d. Teori mampu menjelaskan hasil observasi yang beragam e. Semua jawab benar
10
