EKOSISTEM AKUATIK

Ekosistem Akuatik adalah ekosistem yang komponen abiotiknya sebagian besar terdiri atas air, yang merupakan habitat dari berbagai makhluk hidup (komponen biotik). Ekosistem Akuatik dibedakan menjadi dua macam, yatu ekosistem air tawar dan ekosistem air laut.

A.  Ekosistem Air Tawar

Ekosistem air tawar memiliki ciri ciri antara lain memiliki kadar garam (salinitas) yang rendah, bahkan lebih rendah dari pada cairan yang ada dalam sel makhluk hidup, variasi suhu tidak menyolok, penetrasi cahaya kurang dan terpengaruh oleh iklim dan cuaca.

Hampir semua golongan tumbuhan terdapat pada ekosistem air tawar, tumbuhan tingkat tinggi (Dikotil dan Monokotil), tumbuhan tingkat rendah (jamur, ganggang biru, ganggang hijau) dan Hampir semua filum dari dunia hewan terdapat pada ekosistem air tawar, misalnya protozoa, spans, cacing, molluska, serangga, ikan, amfibi, reptilia, burung, mammalia. Ada yang selalu hidup di air, ada pula yang ke air bila mencari makanan saja. Hewan yang selalu hidup di air mempunyai cara beradaptasi dengan lingkungan yang berkadar garam rendah.

Berdasarkan dari keadaan airnya, Ekosistem Air Tawar dapat dibagi menjadi dua macam yaitu :

a.  Ekosistem air tawar lentik (tenang), adalah Ekosistem dimana airnya tidak mengalir. Contohnya adalah danau, rawa, dan kolam

b.  Ekosistem air tawar lotik (mengalir), adalah Ekosistem dimana airnya berarus, berarti airnya senantiasa mengalir. Contohnya adalah sungai.

Danau sebagai salah satu contoh Ekosistem Air Tawar

Sedangkan, berdasarkan intensitas cahaya matahari yang menembus air, Ekosistem Air Tawar dibagi menjadi beberapa zona (daerah), yaitu sebagai berikut :

a.  Zona litoral(daerah tepi) merupakan daerah dangkal yang dapat ditembus cahaya matahari hingga ke dasarnya

b.  Zona Limnetik, merupakan daerah yang terbuka yang jauh pada dari tepian sampai kedalaman yang masih dapat ditembus cahaya matahari

c.  Zona profundal, adalah daerah dalam dan tidak dapat ditembus cahaya matahari. Daerah ini dihuni oleh hewan pemangsa dan organisme pengurai dan tidak ditemukan organisme produsen.

B.  Ekosistem Air Laut

Ekosistem Air laut memiliki ciri ciri antara lain memiliki kadar garam (salinitas) yang tinggi, tidak dipengaruhi oleh iklim dan cuaca, memiliki arus laut yang pergerakannya dipengaruhi oleh arah angin, air, suhu, tekanan air perbedaan densitas (massa jenis) gaya gravitasi, bahkan gaya tektonik, memiliki variasi dari perbedaan suhu pada daerah bagian permukaan dengan daerah laut dalam. Pada Ekosistem Air Laut habitatnya Makhluk hidupnya saling berhubungan antara laut satu dengan laut yang lainnya.

Kadar garam yang terdapat di Ekosistem Air Laut yaitu sekitar 55% namun kadar garam ini bervariasi, ada yang tinggi (contohnya daerah tropika) dan ada yang rendah (laut beriklim dingin).

Berdasarkan intensitas cahaya matahari yang menembus air, ekosistem air laut dapat dibagi dalam zona antara lain sebagai berikut :

a.  Zona fotik merupakan daerah yang dapat ditembus cahaya matahari yaitu kedalaman air kurang dari 200 meter.

b.  Zona twilight merupakan daerah dengan kedalaman air antara 200 - 2.000 meter.

c.  Zona afotik merupakan daerah dengan kedalaman lebih dari 2000 meter, daerah ini tidak dapat ditembus cahaya matahari.

Di Dunia terdapat berbagai macam Ekosistem Air Laut. Berikut beberapa diantaranya :

a.  Ekosistem Laut Dalam

Ekosistem ini terdapat pada laut yang dalam dimana merupakan daerah yang senantiasa gelap karena tidak bisa ditembus oleh cahaya matahari. Pada daerah ini tidak ditemukan Produsen dan organisme yang dominan adalah predator dan ikan. Ikan pada daerah ini telah beradaptasi dengan lingkungan yang gelap dimana penutup kulitnya memiliki kandungan fosfor sehingga dapat bercahaya di tempat yang gelap sekalipun.

b.  Ekosistem Terumbu Karang

Ekosistem terumbu karang terdapat di laut yang dangkal dengan air jernih. Biasanya Ekosistem ini terletak pada laut tropis. Organisme yang terdapat pada Ekosistem Terumbu karang adalah hewan-hewan terumbu karang (Coelenterata) sebagai penghasil kapur (CaCO₃), yang hidup bersama-sama dengan hewan-hewan lainnya seperti ikan, hewan spons (Porifera), Mollusca (kerang, siput), dan ganggang.

Ekosistem Terumbu Karang

c.  Ekosistem Estuari

Ekosistem Estuari biasanya terdapat pada muara sungai yang semi tertutup yang berhubungan dengan laut. Jadi, ekosistem ini merupakan daerah percampuran air laut dengan air sungai. Salinitas air di estuari lebih rendah daripada air laut, tetapi lebih tinggi daripada air tawar, yaitu sekitar 5 – 25 ppm.

d.  Ekosistem Hutan Mangrove

Ekosistem Hutan Mangrove dikenal juga sebagai Hutan pantai, Hutan pasang surut air laut, Hutan payau, atau Hutan bakau. Ekosistem ini terdapat di daerah tropis hingga subtropis. Ekosistem ini biasanya berada di sepanjang pantai atau muara sungai yang dipengaruhi oleh pasang surut air laut.

Ekosistem Hutan Mangrove didominasi oleh tanaman bakau (Rhizophora sp.), kayu api (Avicennia sp.), dan bogem (Bruguiera sp.). Tumbuhan bakau memiliki akar yang kuat dan rapat untuk bertahan di lingkungan berlumpur yang mudah goyah oleh hempasan air laut. Akar napasnya berfungsi untuk mengambil oksigen langsung dari udara. Tumbuhan bakau memiliki buah dengan biji vivipari yang sudah berkecambah dan berakar panjang saat masih di dalam buah sehingga langsung tumbuh ketika jatuh ke lumpur. Hewan-hewan yang hidup di ekosistem ini, antara lain burung, buaya, ikan, biawak, kerang, siput, kepiting, dan udang.

Ekosistem Hutan Mangrove

e.  Ekosistem Pantai Pasir

Ekosistem Pantai Pasir kebanyakan berada di dekat muara sungai yang terdiri dari hamparan pasir yang selalu terkena deburan ombak air laut. Di kawasan ini angin bertiup kencang dan cahaya matahari bersinar kuat pada siang hari. Vegetasi atau tumbuhan yang dominan adalah formasi pes-caprae dan formasi barringtonia. Formasi pes-caprae terdiri atas tanaman berbatang lunak dan berbiji (terna), Contoh tumbuhan pada formasi pes-caprae yaitu Ipomoea pes-caprae, Vigna marina, dan Spinifex littoreus. Sedangkan contoh tumbuhan pada formasi barringtonia terdiri atas perdu dan pohon, misalnya Barringtonia asiatica, Terminalia catappa, Erythrina, Hibiscus tiliaceus, dan Hernandia. Hewan yang hidup di ekosistem ini dari jenis Crustacea, dan Burung.

f.  Ekosistem pantai batu

Ekosistem Pantai Batu terbentuk karena banyaknya bongkahan batu besar maupun batu kecil yang menyebabkan organisme yang hidup pada ekosistem ini sedikit berbeda dengan ekosistem pantai lainnya. Organisme yang dominan yaitu ganggang cokelat, ganggang merah, siput, kerang, kepiting, dan burung.

g.  Ekosistem Pantai Berlumpur

Ekosistem pantai lumpur terbentuk dari pertemuan antara endapan lumpur sungai dengan laut yang berada di muara sungai dan sekitarnya. Apabila sungainya besar, lumpur tersebut membentang luas sampai menjorok ke laut.

FOTOSINTESIS

Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi.

Gambaran proses Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses tumbuhan-tumbuhan secara biokimia untuk menghasilkan nutrisi atau energi dengan bantuan energi cahaya matahari. Fotosintesis juga dapat di artikan proses penyusunan zat organik (glukosa) dan zat anorganik (karbon dioksida dan air) yang dilakukan oleh klorofil dengan bantuan energi cahaya. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu (tidak kelihatan).

Reaksi fotosintesis sebagai berikut:

6CO₂ + 12H₂O + energi cahaya -------------> C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

Tumbuhan mengeluarkan oksigen yang berasal dari air.  Kloroplas menguraikan air menjadi hidrogen dan oksigen. Fotosintesis terdiri dari dua proses yang terdiri dari reaksi terang dan siklus Calvin.

Reaksi terang adalah tahap fotosintesis yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Kloroplas menyerap cahaya dan cahaya menggerakkan transfer elektron dan hidrogen ke penerima yaitu NADP⁺ (nikotinamida adenine dinukleotida fosfat).  Pada proses ini, air terurai.  Reaksi terang pada fotosintesis ini melepaskan O₂.  Pada reaksi terang, tenaga matahari mereduksi NADP⁺ menjadi NADPH dengan menambahkan sepasang elektron  bersama dengan nukleus hidrogen.  Pada reaksi terang juga terjadi fosforilasi yang mengubah ADP menjadi ATP.  Jadi energy cahaya diubah menjadi energi kimia dengan pembentukan NADPH: sumber dari elektron berenergi, dan ATP; energi sel yang serba guna.

Siklus Calvin adalah tahap kedua dari proses fotosintesis yang berawal dari pemasukan CO₂ ke dalam molekul organik yang telah disiapkan di dalam kloroplas.  Proses ini disebut fiksasi karbon.  Siklus Calvin mereduksi karbon terfiksasi menjadi karbohidrat melalui penambahan elektron.  Energi untuk mereduksi berasal dari NADPH.  Siklus Calvin mengubah CO₂ menjadi karbohidrat dengan menggunakan ATP hasil dari reaksi terang.  Siklus Calvin disebut juga reaksi gelap atau reaksi tak bergantung cahaya karena tidak memerlukan cahaya secara langsung.

Pada fotosintesis cahaya diserap oleh pigmen, dimana pigmen yang berbeda menyerap panjang gelombang yang berbeda. Klorofil a bukanlah satu-satunya pigmen yang penting dalam kloroplas. Tetapi hanya klorofil a yang dapat berperan secara langsung dalam reaksi terang. Pigmen lain dalam membran tilakoid dapat menyerap cahaya dan mentransfer energinya ke klorofil a. Salah satunya adalah klorofil b. Jika foton cahaya matahari diserap oleh klorofil b, energi kemudian disalurkan ke klorofil a yang beraksi seolah-olah klorofil inilah yang menyerap energi tersebut.

Dalam membran tilakoid, klorofil tersusun bersama protein dan molekul organik lainnya menjadi fotosistem.  Fotosistem memiliki kompleks antena yang terdiri dari klorofil a, klorofil b dan karotenoid.  Jumlah dan keragaman pigmen membuat fotosistem dapat menyerap spectrum yang lebih luas.  Saat molekul antena menyerap foton, energi disalurkan ke klorofil a yang terletak pada pusat reaksi.  Molekul yang bersama-sama menggunakan pusat reaksi dengan klorofil a adalah akseptor elektron primer.

Pada membran tilakoid terdapat fotosistem I dan fotosistem II.  Fotosistem I memiliki pusat klorofil P700 karena pigmen ini paling baik menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang 700 nm.  Pusat reaksi fotosistem II memiliki klorofil yang disebut P680 karena paling baik menyerap cahaya pada panjang gelombang 680 nm.  Adanya protein yang berbeda menjadi penyebab adanya perbedaan sifat penyerapan cahaya.

Aliran Elektron non-siklik

Aliran elektron non-siklik dimulai ketika fotosistem II menyerap cahaya , dan elektron yang dieksitasi ke tingkat yang lebih tinggi dalam P680 diterima oleh akseptor electron primer.  Klorofil yang dioksidasi menjadi agen pengoksidasi yang sangat kuat.  Elektron diekstraksi dari air dan dikirimkan ke P680 menggantikan elektron yang keluar dari klorofil. Air diuraikan menjadi hidrogen dan oksigen. Elektron yang terfotoeksitasi mengalir dari akseptor elektron primer ke fotosistem I melalui rantai transport elektron yang terdiri dari satu pembawa elektron yaitu plastokinon (Pq), suatu kompleks yang terdiri atas dua sitokrom , dan protein yang mengandung tembaga yang disebut plastosianin (Pc). Elektron yang menuruni rantai, eksergoniknya berada ke tingkat energi yang lebih rendah dan digunakan oleh tilakoid untuk menghasilkan ATP.  Pmbentukan ATP disebut fosforilasi karena digerakkan oleh energi cahaya.

Elektron selanjutnya mencapai pusat P700 yang telah kehilangan elektronnya, karena energy cahaya menggerakkan electron dari P700 ke akseptor electron primer pada fotosistem I.  Selanjutnya elektron ditransfer melalui transfer elektron . disalurkan ke feredoksin (Fd).  NADP⁺ reduktase menyalurkan electron dari Fd ke NADP⁺. NADP⁺ berubah menjadi NADPH.

Aliran Elektron siklik

Elektron yang terfotoeksitasi dapat melalui jalur khusus yaitu aliran electron siklik.  Aliran ini menggnakan fotosistem I saja.  Elektron kembali dari feredoksin ke kompleks sitokrom dank e klorofil P700. NADPH tidak diproduksi tetapi menghasilkan ATP.  Proses pembentukan ATP ini disebut fosforilasi siklik.

Siklus Calvin

Siklus Calvin dibagi menjadi tiga tahap yaitu :

1.  Fiksasi karbon.  Molekul CO₂ diikat pada ribulosa bifosfat (RuBP) dengan bantuan RuBP karboksilase atau Rubisco.  Reaksi ini menghasilkan dua molekul 3-fosfogliserat.

2.  Reduksi.  Tiap molekul 3-fosfogliserat menerima gugus fosfat baru dari ATP menghasilkan 1,3-difosfogliserat. Selanjutnya 1,3 difosfogliserat direduksi oleh sepasang electron dari NADPH menjadi gliseraldehid 3-fosfat (G3P).  G3P merupakan gula.  Setiap 3 molekul CO₂ terdapat 6 molekul G3P, tetapi hanya 1 molekul G3P yang dihitung sebagai selisih perolehan karbohidrat. Satu molekul keluar siklus dan digunakan oleh tumbuhan, sedangkan 5 molekul didaur ulang untuk menghasilkan 3 molekul RuBP.

3.  Regenerasi akseptor CO₂.  Lima molekul G3P disusun ulang dalam langkah terakhir siklus Calvin menjadi 3 molekul RuBP yang siap menerima CO₂ kembali.

Tumbuhan C4

Tumbuhan C4 memfiksasi karbon dengan membentuk senyawa berkarbon empat sebagai produknya. Tergolong tumbuhan C4 yang penting dalam pertanian adalah tebu, jagung, dan famili rumput.  Dalam tumbuhan C4 terdapat dua jenis sel fotosintetik : sel seludang-berkas pembuluh dan sel mesofil.  Sel seludang berkas pembuluh tersusun menjadi kemasan yang padat di sekitar berkas pembuluh. Di antara seludang-berkas pembuluh dan epidermis daun terdapat sel mesofil.  Siklus Calvin terbatas pada kloroplas seludang-berkas pembuluh.  Siklus ini didahului oleh masuknya CO₂ ke dalam senyawa organik dalam mesofil.

Tahap pertama adalah penambahan CO₂ pada fosfoenolpiruvat (PEP) untuk membentuk oksaloasetat (memiliki empar karbon).  Enzim karboksilase menambahkan CO₂ pada PEP.   Setelah memfiksasi CO₂, sel mesofil mengirim keluar produk berkarbon empat ke sel seludang-berkas pembuluh melalui plasmodesmata.  Dalam seludang-berkas pembuluh, senyawa berkarbon empat melepaskan CO₂ yang diasimilasi ulang ke dalam materi organik oleh rubisko dan siklus Calvin.

Sel mesofil tumbuhan C4 memompa CO₂ ke dalam seludang-berkas pembuluh, mempertahankan konsentrasi CO₂ dalam seludang-berkas pembuluh cukup tinggi agar rubisko dapat menerima CO₂ bukan O₂.  Fotosintesis C4 meminimumkan fotorespirasi dan meningkatkan produksi gula.

Tumbuhan CAM

Tumbuhan lain seperti tumbuhan sukulen (penyimpan air) seperti kaktus, nenas memiliki adaptasi fotosintesis yang lain. Tumbuhan ini membuka stomata pada malam hari dan menutup pada siang hari. Stomata yang menutup pada siang hari membuat tumbuhan menghemat air tetapi mencegah masuknya CO₂.  Saat stomata terbuka pada malam hari, tumbuhan mengambil CO₂ dan memasukkannya ke berbagai asam organic.  Metabolisme ini disebut crassulacean acid metabolism (CAM).  Sel mesofil tumbuhan CAM menyimpan asam organik yang dibuatnya selama malam hari di dalam vakuola hingga pagi hari.  Pada siang hari saat reaksi terang menyediakan ATP dan NADPH untuk siklus Calvin, CO₂ dilepas dari asam organik yang dibuat pada malam hari itu  sebelum dimasukkan ke dalam gula dalam kloroplas.

MEMBRAN SEL

Membran sel dikenal juga sebagai Plasmalema disebut sebagai batas kehidupan karena membatasi sel. Membran sel berupa selaput tipis dengan tebal antara 5-10 nm (1nm = 1.10^-9 m). Apabila diamati dengan mikroskop cahaya tidak terlihat jelas, tetapi keberadaannya dapat dibuktikan pada waktu sel mengalami plasmolisis. Bahan penyusun utama membran adalah lipid dan protein. Membran sel merupakan lapisan ganda (bilayer) yang terdiri dari lipid dan protein. Model yang digunakan untuk penyusunan molekul-molekul membran sel adalah model mosaik fluida. Pada model ini protein membran terdispersi dan secara individual disisipkan ke dalam bilayer fosfolipid dan hanya daerah-daerah hidrofiliknya yang menonjol cukup jauh dari bilayernya yang dipaparkan ke air. Membran merupakan mosaik molekul protein yang terapung pada bilayer fluida yang terdiri dari fosfolipid-fosfolipid sehingga diistilahkan dengan model mosaik fluida.

Gambar Struktur Membran Sel

Terdapat dua populasi utama protein membran. Protein integral umumnya merupakan protein transmembran dengan daerah hidrofobik yang seluruhnya membentang sepanjang interior hidrofobik membran tersebut. Daerah hidrofobik protein integral terdiri atas satu atau lebih rentangan asam amino nonpolar yang biasanya bergulung menjadi heliks-α. Ujung hidrofilik molekul ini dipaparkan ke larutan aqueous pada kedua sisi membrane. Protein peripheral tidak tertanam dalam lipid bilayer. Protein ini terikat secara longgar pada permukaan membrane atau pada bagian protein integral yang terpapar. Membran sel menjaga komponen-komponen sel tetap terisolasi dari lingkungan luar. Membran sel juga berfungsi sebagai media komunikasi antara sel dengan lingkungan. Membran biologi membatasi organel-organel. Di dalam sel, retikulum endoplasma, kompleks golgi, lisosom, vesicles dan vakuola dikelilingi oleh membran biologi tunggal. Mitokondria dan nukleus dikelilingi oleh dua lapis membran. Membran sel terlibat dalam pengaturan aliran material ke dalam dan keluar sel dan memediasi komunikasi interselular, adhesi dan fungsi-fungsi lain.

Karbohidrat pada membran

Pengenalan sel dilakukan dengan cara memberi kunci pada molekul permukaan. Molekul tersebut seringkali berupa karbohidrat pada membran plasma. Karbohidrat membran biasanya berupa oligosakarida bercabang dengan kurang dari 15 satuan gula. Beberapa oligosakarida secara kovalen terikat dengan lipid dan membentuk glikolipid. Sebagian besar oligosakarida terikat secara kovalen dengan protein dan disebut glikoprotein.

Membran sel bersifat permeable terhadap ion dan molekul polar spesifik. Substansi hidrofilik menghindari kontak dengan bilayer lipid dengan cara melewati protein transport yang melintangi membran.

Berikut beberapa fungsi protein pada membran sel :

1.  Protein yang membentang membrane memberikan suatu saluran hidofilik melintasi membrane yang bersifat selektif untuk zat terlarut tertentu. Hidrolisis ATP dilakukan oleh beberapa protein transport untuk memompa bahan melintasi membrane secara aktif.

2.  Protein yang berada di dalam membrane mungkin berupa enzim dengan sisi aktifnya yang dipaparkan ke zat-zat pada larutan sebelahnya.

3.  Protein membran mungkin memiliki tempat pengikatan dengan bentuk spesifik yang sesuai dengan bentuk-bentuk mesenjer kimiawi, seperti hormone. Sinyal dapat menyebabkan perubahan konformasi protein yang menyalurkan pesan ke bagian dalam sel.

4.  Protein membran dari sel-sel bersebelahan mungkin dikaitkan bersama-sama dalam berbagai bentuk junction.

5.  Beberapa glikoprotein berfungsi sebagai label identifikasi yang secara khusus dikenali oleh sel lain.

6.  Mikrofilamen atau elemen lain sitoskeleton mungkin terikat ke protein membran. Hal ini merupakan suatu fungsi yang membantu memperahankan bentuk sel dan menetapkan lokasi protein membrane tertentu. Protein yang mendekat ke matriks ekstraseluler dapat mengkoordinasikan perubahan ekstraseluler dan intraseluler.

Difusi merupakan suatu peristiwa akibat gerak termal. Gerak termal adalah energi kinetik intrinsik yang dimiliki molekul. Pada difusi dalam ketiadaan gaya-gaya lain, suatu substansi akan berdifusi dari tempat yang konsentrasinya tinggi ke tempat yang konsentrasinya lebih rendah. Setiap substansi akan berdifusi menuruni gradient konsentrasinya. Peristiwa difusi desebut transport pasif, karena sel tidak harus mengeluarkan energi. Gradien konsentrasi itu sendiri merupakan energi potensial yang mengarahkan difusi. Larutan hipertonik adalah larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang lebih tinggi. Sedangkan larutan dengan zat terlarut lebih rendah disebut hipotonik. Larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang sama disebut isotonik. Difusi air melintasi membran permeable selektif merupakan suatu peristiwa osmosis. Air berdifusi melewati membran dari larutan hipotonik ke larutan hipertonik.

Sebagian protein transport dapat memindahkan zat terlarut melawan gradient konsentrasinya melintasi membrane plasma dari satu sisi yang konsentrasi zat terlarutnya kurang ke sisi yang konsentrasi zat terlarutnya lebih tinggi. Proses ini memerlukan energy dan disebut transport aktif. Kerja transport aktif dilakukan oleh protein spesifik yang tertanam dalam membran. ATP menyediakan energy untuk sebagian besar transport aktif. ATP mentransfer gugus fosfat terminalnya langsung ke protein transport. Hal ini menyebabkan protein mengubah konformasinya agar bisa mentranslokasikan suatu zat terlarut yang terikat pada protein ini melintasi membran.