0 Mekanisme Terjadinya Evolusi (Seleksi Alam Mutasi Gen)

By Ilmu sekolah | At 06:58 | Label : Biologi | 0 Comments

Seleksi Alam

Seleksi alam menyatakan bahwa makhluk hidup yang lebih mampu menyesuaikan diri (beradaptasi) dengan kondisi alam habitatnya akan mendominasi dengan cara memiliki keturunan yang mampu bertahan hidup. 

Sebaliknya, makhluk hidup yang tidak mampu beradaptasi akan punah. Sebagai contoh sekelompok rusa yang hidup di bawah ancaman hewan pemangsa (seperti macan, harimau, singa, dan citah), secara alamiah rusa-rusa yang mampu berlari kencang dapat bertahan hidup dan berketurunan. Sebaliknya, rusa yang lemah, sakit-sakitan, dan tidak dapat berlari kencang akan mati dan tidak melanjutkan keturunan.

Seleksi alam sebenarnya merupakan proses alamiah yang telah dikenal ahli biologi sebelum Darwin. Para ahli biologi waktu itu mendefinisikan seleksi alam sebagai mekanisme yang menjaga agar spesies tidak berubah tanpa menjadi rusak. Namun, Darwinlah orang pertama yang mengemukakan bahwa seleksi alam mempunyai kekuatan evolusi. Selanjutnya, Darwinmengemas teori Evolusi melalui seleksi alam dalam bukunya The Origin of Spesies, by Means of Natural Selection yang diterbitkan pada tahun 1859.

Darwin menyatakan bahwa seleksi alam merupakan faktor pendorong terjadinya evolusi. Pernyataannya itu didasarkan pada pengamatannya terhadap populasi alami dunia. Dia mengamati adanya beberapa kecenderungan berikut: jumlah keturunan yang terlalu besar (over reproduction), jumlah populasi yang selalu konstan (tetap), adanya faktor pembatas pertumbuhan populasi, dan perbedaan keberhasilan berkembang biak.

Setiap spesies mempunyai kemampuan untuk menghasilkan banyak keturunan setelah dewasa. Melalui proses reproduksi, populasi makhluk hidup dapat meningkat secara geometrik. Setiap individu hasil perkawinan memungkinkan mempunyai variasi warna, bentuk, maupun kemampuan bertahan diri di lingkungan. Varian yang adaptif akan tetap hidup dan berkembang, tetapi spesies yang tidak adaptif akan punah.

Beberapa faktor pembatas di alam yang mempengaruhi populasi di antaranya adalah makanan, air, cahaya, tempat hidup, dan sebagainya. Akibatnya, makhluk hidup harus berkompetisi dengan makhluk hidup lain untuk mendapatkan sumber daya yang terbatas tersebut. Beberapa faktor pembatas lainnya yang cukup serius pengaruhnya terhadap pertumbuhan populasi yaitu predator, organisme penyebab penyakit, dan cuaca yang tidak menguntungkan.

Tingkat kesuksesan perkembangbiakan juga menentukan pertumbuhan populasi makhluk hidup dan merupakan kunci dalam seleksi alam. Makhluk hidup yang paling adaptif adalah individu yang berhasil dalam perkembangbiakan. Sebaliknya, yang tidak berhasil akan mati prematur atau menghasilkan sedikit keturunan.

Lebih jauh dalam bukunya itu, Darwin mengemukakan bahwa individu-individu yang beradaptasi pada habitat mereka dengan baik akan mewariskan sifat-sifat unggul kepada generasi berikutnya. Darwin menyatakan bahwa sifat-sifat unggul atau menguntungkan ini lama-lama terakumulasi dan mengubah suatu kelompok individu menjadi spesies yang sama sekali berbeda dengan nenek moyangnya. Berdasarkan proses inilah akan terbentuk spesies baru.

Suatu contoh proses seleksi alam paling terkenal pada masa itu adalah mengenai populasi ngengat (Biston betularia) selama revolusi industri di Inggris. Pada awal revolusi industri di Inggris, kulit batang pohon di sekitar Manchester berwarna cerah. Hal ini mengakibatkan ngengat (Biston betularia) berwarna cerah yang hinggap pada kulit batang tidak mudah tertangkap burung pemangsa. Itulah sebabnya pada awal revolusi industri, populasi ngengat berwarna cerah lebih banyak daripada ngengat berwarna gelap. Keadaan itu berubah 180° setelah terjadi revolusi industri. Mengapa terjadi demikian?

Lima puluh tahun kemudian, kulit batang pohon menjadi lebih gelap akibat polusi udara. Keadaan itu sangat menguntungkan ngengat berwarna gelap karena saat hinggap di pohon tidak terlihat oleh burung pemangsanya. Sebaliknya, ngengat berwarna cerah mudah dilihat oleh burung pemangsa. Hal ini mengakibatkan populasi ngengat berwarna gelap lebih besar daripada ngengat berwarna cerah.

Mutasi Gen

Peristiwa mutasi gen dapat tidak menyebabkan perubahan pembentukan asam amino sehingga tidak menimbulkan efek yang berarti. Namun, jika mutasi gen menyebabkan perubahan pembentukan asam amino maka fungsi gen tersebut juga berubah. Perubahan fungsi ini dapat diamati melalui kelainankelainan yang terjadi pada individu yang mengalami mutasi.

Bagaimana peristiwa mutasi dapat menyebabkan terjadinya evolusi? Setiap sel makhluk hidup dapat mengalami mutasi setiap saat, tetapi tidak semua mutasi dapat diwariskan pada keturunannya. Mutasi yang terjadi pada sel soma (sel tubuh) tidak akan diwariskan. Setelah individu yang mengalami mutasi meninggal maka mutasi yang terjadi juga akan menghilang bersamanya. 

Sementara itu, mutasi yang terjadi pada sel-sel kelamin akan diwariskan pada keturunannya. Adanya bahan-bahan mutagen dalam gonad dapat menyebabkan terjadinya mutasi pada sel kelamin jantan (sperma) dan sel kelamin betina (ovum). Dengan demikian, gen yang bermutasi akan selalu ada dalam setiap sel keturunan.

Setiap spesies makhluk hidup memiliki sifat genotip dan fenotip (fisik) yang berbeda. Gen-gen yang menentukan fenotip individu tersimpan di kromosom dalam nukleus. Gen-gen sendiri tersusun dalam DNA (asam deoksiribonukleat). Sementara itu, DNA disusun oleh nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen, gula deoksiribosa, dan fosfat. Perubahan yang terjadi pada susunan kimia DNA dapat mengakibatkan perubahan sifat individu. Perubahan ini disebut mutasi gen.

Sebagian besar mutasi bersifat merugikan karena mutasi dapat mengubah atau merusak posisi nukleotida-nukleotida yang menyusun DNA. Perubahan-perubahan akibat mutasi banyak menyebabkan kematian, cacat, dan abnormalitas, seperti yang dialami penduduk Hiroshima, Nagasaki, dan Chernobyl.

Kadang-kadang mutasi pada sel kelamin dapat mengakibatkan timbulnya sifat baru yang menguntungkan. Bila sifat baru tersebut dapat beradaptasi dengan lingkungannya maka individu tersebut akan terus hidup dan mewariskan mutasi yang dialaminya kepada keturunannya. Berdasarkan anggapan bahwa terdapat mutasi yang menguntungkan, muncullah teori Evolusi baru yaitu Teori Evolusi Sintetis Modern. Pada intinya teori ini memasukkan konsep mutasi pada teori Seleksi Alam Darwin. Oleh karena itu, teori ini juga dikenal sebagai Neodarwinisme. Teori ini berkembang pada 1930–1940.

Jika mutasi selalu terjadi pada sel kelamin dari generasi ke generasi dapat menyebabkan susunan gen dalam kromosom generasi pendahulu sangat berbeda dengan generasi berikutnya. Peristiwa itu memungkinkan timbulnya individu atau spesies baru yang sangat berbeda dengan generasi pendahulunya. Menurut pendapat beberapa ilmuwan (evolusionis), perubahan pada struktur kromosom yang bersifat menguntungkan akan mengakibatkan munculnya spesies baru.

Kemunculan spesies baru yang lebih baik ini tergantung dari angka laju mutasi. Angka laju mutasi adalah angka yang menunjukkan jumlah gen yang bermutasi yang dihasilkan oleh suatu individu dari suatu spesies. Besarnya angka laju mutasi sebuah alel gen sebesar 1–10 untuk setiap 100.000 pembelahan sel.

Frekuensi Gen dalam Populasi

Frekuensi gen adalah frekuensi kehadiran suatu gen pada suatu populasi dalam hubungannya dengan frekuensi semua alelnya. Dalam genetika, populasi berarti kelompok organisme yang dapat saling kawin dan menghasilkan keturunan yang fertil.

Misalnya dalam suatu populasi terdapat gen dominan (A) dengan alel gen resesif a. Perkawinan antara induk galur murni AA dengan aa, menghasilkan keturunan F1 dengan genotip Aa. Pada keturunan F2 menghasilkan perbandingan genotip atau keseimbangan frekuensi gen dalam populasi (F2) = AA (homozigot dominan) : Aa (heterozigot) : aa (homozigot resesif) = 25% : 50% : 25% atau 1 : 2 : 1. Pada keturunan berikutnya (F3) ternyata menghasilkan perbandingan genotip seperti keturunan F2, yaitu AA : Aa : aa = 1 : 2 : 1. 

Jadi, apabila setiap individu dari berbagai kesempatan melakukan perkawinan yang sama, yang berlangsung secara acak serta setiap genotip mempunyai viabilitas yang sama, perbandingan antara genotip yang satu dengan yang lainnya dari generasi ke generasi tetap sama.

Perbandingan frekuensi gen dapat mengalami perubahan sehingga perbandingan frekuensi gen tidak dalam keadaan seimbang. Perubahan perbandingan frekuensi gen di dalam suatu populasi dapat disebabkan oleh mutasi, seleksi alam, emigrasi dan imigrasi, rekombinasi dan seleksi, isolasi reproduksi, dan domestikasi.

Variasi genetik dalam populasi alamiah sempat membingungkan Darwin. Hal ini terjadi karena reproduksi sel belum dikenal. Akan tetapi, pada tahun 1908 kebingungan itu terjawab oleh G.H. Hardy seorang matematikawan Inggris dan G. Weinberg seorang fisikawan Jerman. Hardy dan Wienberg menyatakan bahwa dalam populasi besar di mana perkawinan terjadi secara random dan tidak adanya kekuatan yang mengubah perbandingan alela dalam lokus, perbandingan genotip alami selalu konstan dari generasi ke generasi.

Pernyataan tersebut dikenal dengan hukum Perbandingan Hardy-Weinberg. Adanya perubahan keseimbangan frekuensi gen dalam suatu populasi memberi petunjuk adanya evolusi. Hukum Hardy-Weinberg berlaku jika memenuhi beberapa persyaratan berikut.

a. Tidak terjadi mutasi.

b. Terjadi perkawinan secara acak.

c. Tidak terjadi aliran gen baik imigrasi maupun emigrasi.

d. Populasi cukup besar.

e. Tidak ada seleksi alam

Secara matematis hukum Hardy-Weinberg dirumuskan sebagai berikut.

(p + q)2 = p2 + 2pq + q2 = 1

Sebagai contoh alela gen A dan a, maka menurut persamaan di atas:

p2 = frekuensi individu homozigot AA

2pq = frekuensi individu heterozigot Aa

q2 = frekuensi individu homozigot aa

Bagaimana penerapan persamaan tersebut dalam menjawab permasalah genetika populasi? Perhatikan contoh berikut.

Misalnya dalam sebuah desa terdapat populasi 100 orang, 84% penduduk lidahnya dapat menggulung dan 16% lidahnya tidak dapat menggulung. Tentukan berapa jumlah penduduk yang heterozigot dan homozigot jika genotip penduduk yang lidahnya dapat menggulung Rr atau RR dan lidah yang tidak dapat menggulung bergenotip rr.

Penyelesaian:

RR = p2, Rr = 2pq, dan rr = q2

Frekuensi gen r

Rumus: p2 + 2pq + q2 = 1

r2 = q2 = 16% = 0,16

Oleh karena frekuensi untuk seluruh alela harus 1, maka p + q

= 1 sehingga frekuensi alela dominan (p) dapat dihitung:

p = 1 – 0,4 = 0,6 => p2 = 0,36

Selanjutnya 2pq = 2 × 0,6 × 0,4 = 0,48

Jadi, perbandingan antara genotip dominan homozigot (RR),

heterozigot (Rr), dan resesif homozigot (rr) adalah 36 : 48 : 16,

sedangkan frekuensi gen R = 0,6 dan gen r = 0,4. 

Hubungan Waktu dengan Perubahan Sifat Organisme

Di depan telah dijelaskan bahwa evolusi terjadi melalui beberapa mekanisme, yaitu seleksi alam dan mutasi gen. Menurut teori Evolusi, pada awalnya makhluk hidup tercipta tidak sempurna atau dalam kondisi primitif. Seiring dengan berjalannya waktu, makhluk hidup purba itu mengalami kemajuan-kemajuan. Kemajuan-kemajuan itu diperoleh karena adanya variasi genetik dalam populasinya. 

Variasi itu diperoleh melalui proses perkawinan. Individu-individu yang kebetulan mewarisi sifat unggul dari induknya akan tetap hidup dan dapat melangsungkan kehidupannya. Sebaliknya, individu yang tidak mewarisi sifat unggul akan tersisih dalam persaingan. Akibat paling parah dari individu ini akan mati dan akhirnya punah. Hal ini menunjukkan bahwa faktor seleksi alam sangat menentukan keberlangsungan hidup suatu individu.

Umur bumi diperkirakan hingga saat ini berkisar 5.000-an juta tahun. Selama itu pula di muka bumi terjadi perkembangan berbagai populasi dari berbagai jenis makhluk hidup. Berbagai jenis makhluk hidup itu diperkirakan berasal dari satu individu sebagai nenek moyang. Melalui proses evolusi, suatu populasi mengalami perubahan sifat (misalnya variasi genetik dan mutasi) sehingga dicapai bentuk makhluk hidup seperti sekarang.

Berdasarkan Gambar disamping, di depan tampak bahwa Deuterostoma merupakan nenek moyang Chordata yang diperkirakan muncul pada periode Cambrian di zaman Paleozoikum (544 juta tahun yang lalu). Seperti telah Anda pelajari di kelas X, bahwa filum Chordata memiliki ciri khas adanya notochord atau chorda dorsalis yang memanjang di sepanjang tubuh sebagai sumbu tubuhnya.

Diagram filogeni Chordata

Diperkirakan, pada awalnya Deurostoma berkembang menjadi Urochordata, Cephalochordata, Agnatha, dan Placodermi (sekarang telah punah). Perkembangan ini terjadi pada periode Cambrian dari tahun 544 sampai 505 juta tahun yang lalu. Bahkan Urochordata tidak mengalami perkembangan sejak zaman Cambrian hingga saat ini.

Klasifikasi Primata Ordo Primata dibedakan menjadi 13 familia berikut.1. Cheirogaleidae2. Lemuridae (lemur)3. Indriidae4. Daubentoniidae5. Lorisidae6. Galagidae7. Tarsiidae (Tarsius)8. Callitrichidae9. Cebidae (kera dunia baru)10. Cercopithecidae (kera dunia lama)11. Hylobatidae (gibon)12. Pongoidae (orang utan)13. Hominidae (gorila, simpanse, dan manusia)

Pada periode Ordovician masih di era Paleozoikum, garis perkembangan Chordata bercabang menjadi dua yaitu menjadi ikan bertulang rawan (Chondrichthyes) dan ikan bertulang sejati (Osteichthyes). Perubahan sifat yang mencolok pada kedua kelompok ini adalah adanya insang atau derivat insang pada Osteichthyes. 

Selanjutnya, pada akhir periode Silurian (438–408 juta tahun yang lalu), muncul kelompok hewan yang mempunyai kaki yaitu kelompok Reptilia. Kelompok ini berkembang dari garis ikan bertulang sejati (Osteichthyes). Pada akhir periode Carboniferous dari garis Amphibia muncul hewan berambut yaitu kelompok Mammalia. 

Masih dari garis Mammalia, pada periode Jurassic muncul kelompok baru hewan berbulu yaitu Aves. Hewan-hewan yang kita temui pada masa lampau (purba), tentu saja berbeda dengan hewan-hewan yang kita jumpai sekarang, walaupun hewan-hewan itu berasal dari kelompok yang sama. Perhatikan beberapa rekonstruksi hewan-hewan Reptilia yang diperkirakan hidup pada periode Jurassic. Bandingkan hewan-hewan tersebut dengan hewan-hewan modern.

Jadi, selama penciptaan makhluk hidup di bumi telah terjadi proses evolusi dalam waktu yang lama. Proses itu menyebabkan terbentuknya spesies-spesies baru yang berbeda sama sekali dengan nenek moyangnya, seperti yang kita lihat pada saat ini. Diagram filogeni Chordata (lihat halaman sebelumnya) belum menampakkan adanya spesies manusia, padahal manusia tersebar di seluruh dunia sebagaimana hewan dan tumbuhan. Bagaimanakah spesies manusia muncul? Manusia diperkirakan baru muncul sekitar 10 juta tahun yang lalu. Nenek moyang manusia diduga merupakan kelompok Primata yang muncul sekitar 60 juta tahun yang lalu. Perhatikan diagram filogeni Primata berikut.

Berdasarkan gambar di samping, spesies manusia berada satu garis dengan kemunculan orangutan sekitar 15 juta tahun yang lalu. Selanjutnya, sekitar 10 juta tahun yang lalu garis orang utan bercabang menjadi tiga yaitu kelompok gorila, simpanse, dan manusia. Perlu diketahui bahwa gorila, simpanse, dan manusia dikelompokkan dalam satu familia yaitu Hominidae.

Para ilmuwan mencoba mencari jawaban atas pertanyaan tersebut melalui penggalian fosil dan analisis terhadap fosil-fosil yang ditemukan. Fosil-fosil yang ditemukan dari beberapa lokasi penggalian diduga berasal dari salah satu anggota Primata yaitu dari familia Hominidae. Berikut merupakan tabel penemuan fosil-fosil yang diduga merupakan nenek moyang manusia.

Berdasarkan ciri-ciri fisik bangsa Indonesia, diperkirakan hasil pewarisan dari bangsa Australomelanesid. Bangsa ini keturunan dari Homo wajakensis.

Penemuan Fosil yang Diduga Anggota Familia Homidae

No.	Nama Fosil	Umur/Rentang Hidup	Tinggi Tubuh	Lokasi Penemuan
1	Australopithecus ramidus	4,4 juta tahun	1,30 – 1,55 m	Ethiopia
2	Australopithecus afarensis	3,18 juta tahun	1,05 – 1,50 m	Ethiopia
3	Australopithecus africanus	3 juta tahun	1,14 – 1,32 m	Afrika Selatan
4	Australopithecus boisei	2,5 – 1,7 juta tahun		Afrika
5	Australopithecus robustus	2,2 – 1,6 juta tahun		Afrika
6	Homo habilis	2,5 – 1,4 juta tahun	1,17 – 1,32 m	Afrika
7	Homo erectus	1,8 – 300 ribu tahun	1,60 – 1,78 m	Afrika, Asia, Eropa
8	Homo sapiens neanderthal	120 – 35 ribu tahun	1,55 – 1,65 m	Eropa, Asia Tengah
9	Homo sapien cro-magnon	30 ribu tahun	1,60 – 1,75 m	Prancis

Berdasarkan hasil penelitian, fosil manusia dapat dibedakan menjadi dua, yaitu manusia primitif dan manusia modern. Fosil Australopithecus sp. dan Homo erectus merupakan jenis manusia  primitif, sedangkan Homo sapiens merupakan jenis manusia modern. Manusia modern merupakan hasil evolusi dari manusia primitif, sedangkan manusia primitif sendiri merupakan hasil evolusi dari simpanse. 

Meganthropus palaeojavanicus merupakan manusia berukuran besar yang hidup di Jawa pada zaman kuno. Meganthropus mempunyai ciri berahang besar dan bergigi. Pakar Palaeontropologi, Prof. Dr. Teuku Jacob berpendapat bahwa Meganthropus melakukan evolusi adaptasi agar bisa tetap hidup di lingkungannya.

Manusia primitif umumnya mempunyai ciri-ciri berjalan menggunakan empat kaki, (kecuali Homo erectus yang mulai berjalan tegak menggunakan dua kaki), tengkorak lebih menyerupai kera, volume otak kecil (500–1.100 cc), dan belum mampu berbicara. Sementara itu, manusia modern sudah berjalan dengan dua kaki (bipedal), volume otak lebih besar (>1.200 cc), dapat berbicara, dan memiliki seni dan budaya.

Demikian materi "Mekanisme Terjadinya Evolusi (Seleksi Alam Mutasi Gen)", semoga bermanfaat.

0 Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan Tumbuhan

By Ilmu sekolah | At 23:59 | Label : Biologi | 0 Comments

Pernahkah Anda memperhatikan pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan yang berada di daerah berbeda. Walaupun tumbuhan tersebut satu jenis, pertumbuhan dan perkembangannya menunjukkan perbedaan. Permasalahan tersebut umum kita temukan di bidang pertanian.

Meskipun pada prinsipnya pohon kelapa dapat tumbuh di mana saja, tetapi hasil yang diperoleh akan bervariasi jika ditanam bertahap mulai dari daerah pantai (dataran rendah) hingga ke daerah pegunungan (dataran tinggi). Iklim yang sesuai diperlukan oleh tumbuhan agar dapat mengolah makanannya secara optimal dan didukung oleh kondisi tanah yang merupakan sumber makanan selama hidupnya.

Faktor lingkungan yang mendukung, ditambah dengan potensi dari dalam tubuh tumbuhan merupakan kombinasi yang mengoptimalkan produktivitas tumbuhan. Dengan demikian, ada dua hal yang berpengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan, yaitu:

1. faktor internal, contohnya hormon yang mengontrol pertumbuhan dan perkembangan;

2. faktor eksternal, contohnya kondisi fisik kimia lingkungan, seperti panjang pendeknya hari, temperatur, sumber nutrisi, dan pencahayaan. 

Jadi, dapat dikatakan bahwa pertumbuhan dan perkembangan adalah hasil dari interaksi antara faktor internal (potensi genetik) dengan faktor eksternal (kondisi lingkungannya). Hilangnya pertumbuhan suatu organ atau jaringan makhluk hidup dapat disebabkan oleh salah satu faktor di atas saja atau dapat disebabkan oleh kedua-duanya.

Secara genetis, tumbuhan memiliki kloroplas. Akan tetapi, jika tidak Kata Kunci ada cahaya, kloroplas tersebut tidak akan terbentuk. Tidak terbentuknya kloroplas dapat disebabkan oleh faktor genetis dan faktor lingkungan. Kloroplas pada tumbuhan dapat tidak terbentuk karena tidak diproduksinya enzim yang diperlukan dalam pembentukan kloroplas atau karena lingkungan tidak menyediakan cahaya atau mineral yang penting dalam pembentukan kloroplas.

1. Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan Tumbuhan Secara Internal

Faktor internal dipicu oleh serangkaian proses yang terjadi dalam sel, seperti pembelahan, pemanjangan, dan diferensiasi. Umumnya, faktor-faktor internal yang ada di dalam tubuh ini berupa senyawa biokimia, seperti hormon dan enzim.

Hormon merupakan senyawa kimia yang diproduksi dalam konsentrasi yang kecil oleh tubuh yang akan memengaruhi sel atau organ target. Pada bahasan ini, kita akan mengenal beberapa hormon pada tumbuhan yang membantu dalam proses pertumbuhan dan perkembangan.

a. Auksin

Pada 1800-an, Charles Darwin mengamati pertumbuhan rumput yang selalu menuju arah datangnya cahaya matahari. Seorang ahli pertanian, Ciesielski, juga mengamati perkembangan akar yang membelok menuju arah bumi. Kedua kejadian ini menghasilkan pertumbuhan ujung-ujung tumbuhan yang berbelok. Hal ini baru dimengerti setelah ditemukan hormon auksin yang bertanggung jawab dalam pemanjangan sel (batang) serta gerakan tropisme (gerakan sel bagian tumbuhan sesuai dengan arah datangnya rangsangan) pada tumbuhan. 

Auksin sangat mudah terurai oleh cahaya sehingga menimbulkan gerakan fototropisme (gerakan yang disebabkan oleh rangsang cahaya). Auksin yang tidak terurai oleh cahaya dapat menimbulkan pertumbuhan yang cepat di tempat gelap atau disebut etiolasi.

Auksin didominasi oleh senyawa golongan IAA (Indol Asetic Acid). Dalam konsentrasi sangat sedikit (10-5 M), auksin dapat memengaruhi tumbuhan, di antaranya:

1) dapat memicu pembelahan sel dan pemanjangan sel;

2) memengaruhi dalam pembentukan pucuk atau tunas baru dan jaringan yang luka.

b. Giberelin

Giberelin ditemukan secara tidak sengaja oleh seorang peneliti Jepang bernama Fujikuro di tahun 1930-an. Ketika itu, ia sedang mengamati penyakit Banane pada tumbuhan padi. Padi yang terserang oleh sejenis jamur memiliki pertumbuhan yang cepat sehingga batangnya mudah patah. Jamur ini kemudian diberi nama Gibberella fujikuroi yang menyekresikan zat kimia bernama giberelin.

Giberelin ini kemudian diteliti lebih lanjut dan diketahui banyak berperan dalam pembentukan bunga, buah, serta pemanjangan sel tumbuhan. Kubis yang diberi hormon giberelin dengan konsentrasi tinggi, akan mengalami pemanjangan batang yang mencolok. Beberapa fungsi dari hormon giberelin adalah:

1) berperan dalam dominansi apikal, pemanjangan sel, perkembangan buah, perbungaan, dan mobilisasi cadangan makanan dari dalam biji;

2) ikut berpengaruh terhadap pembentukan akar tumbuhan karena giberelin umum terdapat di bagian meristematik pada akar.

c. Sitokinin

Aktivitas sitokinin pertama kali teramati ketika pembelahan sel oleh Folke Skoog dari Universitas Wisconsin, Amerika Serikat. Sitokinin, sesuai dengan namanya (sito= sel, kinin= pembelahan) berperan dalam pembelahan sel, pemanjangan sel, morfogenesis, dominansi apikal, dan dormansi.

d. Asam absisat

Asam absisat ditemukan oleh peneliti yang bekerja pada penelitian tentang dormansi pohon. Zat kimia yang diambil dari dedaunan sebuah pohon ternyata memengaruhi pertumbuhan pucuk dan menginduksi pembentukan tunas. Asam absisat berperan dalam penuaan, dormansi pucuk, perbungaan, memacu sintesis etilen, dan menghambat pengaruh giberelin.

e. Etilen

Fenomena gas etilen pertama kali diamati oleh ilmuwan mulai abad ke 19. Pada masa itu, sumber penerangan lampu jalanan yang digunakan berasal dari pemanasan oleh batubara. Pepohonan yang berada di sekitar pembuangan gas pembakaran diketahui menggugurkan daunnya secara tidak wajar. Pada tahun 1901, sekelompok peneliti dari Rusia menemukan adanya gas etilen pada pembakaran tersebut dan menyebabkan daun berguguran. Kini, etilen telah secara luas digunakan sebagai zat pengatur tumbuh pada tumbuhan. Pengaruh etilen ini adalah sebagai berikut.

1) Hormon ini akan menghambat pembelahan sel, menunda perbungaan, dan menyebabkan absisi atau pengguguran daun.

2) Buah terlebih dahulu akan mengalami pematangan sebelum mengalami pengguguran. Jadi, etilen membantu dalam proses pematangan buah.

2. Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan Tumbuhan Secara Eksternal

Faktor-faktor eksternal yang berpengaruh terhadap pertumbuhan tumbuhan di antaranya adalah cahaya, temperatur, kandungan air, dan kesuburan tanah.

a. Makanan (Nutrisi)

Semua makhluk hidup membutuhkan makanan (nutrisi) untuk sumber energi. Unsur yang diperlukan tumbuhan dalam jumlah besar yang disebut elemen makro atau unsur makro. Elemen makro terdiri atas karbon, oksigen, hidrogen, nitrogen, sulfur, fosfor, kalium, dan magnesium. Selain itu, ada elemen yang disebut elemen mikro atau unsur mikro seperti besi, klor, tembaga, seng, molibdenum, boron, dan nikel. Elemen mikro adalah unsur yang diperlukan tumbuhan dalam jumlah sedikit

Keadaan fisiologis berupa kekurangan elemen makro atau mikro disebut defisiensi. Defisiensi yang terjadi pada tumbuhan akan berpengaruh terhadap proses pertumbuhan. Contohnya, daun tumbuhan akan menguning jika kekurangan besi (Fe), karena Fe berfungsi dalam pembentukan klorofil. Selain itu, besi merupakan salah satu unsur yang diperlukan pada pembentukan enzim-enzim pernapasan yang mengoksidasi karbohidrat menjadi karbondioksida dan air. Contoh lainnya, jika tumbuhan kekurangan unsur fosfor, tepi daunnya akan menggulung. 

Jadi, media tanam untuk tumbuhan harus memenuhi elemen-elemen yang dibutuhkan tumbuhan. Pemupukan merupakan salah satu cara penambahan nutrisi yang dibutuhkan tumbuhan. Pengaruh nutrisi tumbuhan dapat terlihat jika bercocok tanam menggunakan hidroponik. 

Hidroponik adalah istilah yang digunakan untuk bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai media tanam. Media tanam dapat berupa air, kerikil, pecahan genting, dan gabus putih. Media kultur yang sering digunakan adalah kultur air. Tumbuhan ditanam pada air yang telah dicampurkan berbagai mineral untuk menyuplai kebutuhan tumbuhan. Jika tumbuhan yang ditanam pada kultur air kekurangan nutrisi, tumbuhan tidak akan tumbuh baik.

b. Cahaya

Cahaya merah, biru, hijau, dan biru violet berperan sebagai sumber energi dalam proses fotosintesis. Makanan hasil fotosintesis yang terdapat pada tumbuhan akan digunakan untuk pertumbuhan. Biji yang ditanam dan ditempatkan di tempat teduh akan tumbuh cepat, tetapi abnormal (tubuh lemah). Peristiwa dinamakan etiolasi.

Cahaya dapat mengubah leukoplas menjadi kloroplas. Tersedianya cahaya yang memadai akan meningkatkan pembentukan kloroplas. Pada tumbuhan yang sama, tetapi hidup pada tempat yang berbeda pencahayaannya akan menimbulkan perbedaan ukuran daun.

Daun dari tumbuhan yang berada di tempat yang cukup mendapatkan cahaya memiliki ukuran yang lebih sempit, tetapi jaringan mesofilnya lebih tebal daripada daun dari tumbuhan yang berada di tempat yang kurang mendapatkan cahaya. Tinggi tumbuhan pada tempat yang kurang cahaya, lebih tinggi daripada tumbuhan yang hidup pada tempat cukup cahaya. 

Hal ini disebabkan pada tumbuhan yang hidup pada tempat yang kurang mendapatkan cahaya, transpirasinya rendah sehingga kandungan air lebih tinggi. Tingginya kandungan air memacu pembelahan sel dan pelebaran sel. Akan tetapi, berat tumbuhan menjadi lebih rendah karena aktivitas fotosintesis rendah. Stomata pada tumbuhan yang berada di tempat yang kurang mendapatkan cahaya memiliki jumlah lebih sedikit, tetapi ukurannya besar.

Tumbuhan yang berada pada tempat yang mendapatkan cahaya cukup, memiliki jumlah stomata lebih banyak dengan ukuran yang kecil. Sistem perakaran tumbuhan yang hidup pada tempat yang cukup mendapatkan cahaya lebih lebat dibandingkan dengan sistem perakaran tumbuhan yang berada pada tempat kurang mendapatkan cahaya.

Adanya perbedaan letak geografis menyebabkan perbedaan lamanya pencahayaan yang diterima oleh tumbuhan. Pada daerah yang memiliki empat musim, kadang-kadang waktu siang lebih lama daripada waktu malam atau waktu malam lebih lama daripada waktu siang. 

Respons tumbuhan terhadap lama pencahayaan dinamakan fotoperiodisme. Respons tumbuhan yang dimaksud adalah pertumbuhan, perkembangan, dan produksi. Fotoperiodisme dikendalikan oleh fitokrom yang ditemukan oleh Sterling B. Hendrik. Fitokrom adalah suatu protein berwarna biru pucat yang terdistribusikan pada jaringan tumbuhan dengan konsentrasi rendah serta mampu menerima cahaya merah (λ = 660 nm) dan infra merah (λ = 730 nm).

Berdasarkan respon tumbuhan terhadap waktu terang atau waktu gelap, tumbuhan dapat dibedakan menjadi tumbuhan hari pendek (short-day plant), tumbuhan hari panjang (long-day plant), dan tumbuhan hari netral (neutralday plant). Penggolongan ini sebenarnya bergantung waktu gelap.

Tumbuhan hari pendek adalah tumbuhan yang membentuk bunga jika lamanya waktu malam lebih panjang daripada waktu siang. Tumbuhan yang tergolong hari pendek adalah kedelai, tembakau, stroberi dan Chrysanthemum indicum.

Tumbuhan hari panjang adalah tumbuhan yang membentuk bunga jika lamanya waktu malam lebih pendek daripada waktu siang. Tumbuhan yang termasuk long-day plant adalah gandum, bit, dan bayam. Tumbuhan hari netral adalah tumbuhan yang berbunga jika lamanya waktu siang sama dengan waktu malam. Tumbuhan yang tergolong neutralday plant adalah jagung, kacang merah, mentimun, dan kapas.

c. Temperatur

Temperatur sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan tumbuhan. Hal ini karena berkaitan dengan aktivitas enzim dan kandungan air dalam tubuh tumbuhan. Semakin tinggi temperatur, semakin besar pula transpirasi. Akan tetapi, kandungan air dalam tubuh tumbuhan akan semakin rendah sehingga proses pertumbuhan akan semakin lambat. 

Temperatur yang rendah dapat memecahkan masa istirahat pucuk atau biji. Perlakuan temperatur yang rendah akan memacu pembentukan ruas yang lebih panjang daripada ruas dari tumbuhan yang tumbuh di daerah bertemperatur tinggi. Perlakuan dengan temperatur dapat merangsang perkecambahan biji, peristiwa ini dinamakan vernalisasi.

Termoperiodis adalah perbedaan temperatur antara siang dan malam, yang dapat berpengaruh terhadap pertumbuhan suatu jenis tumbuhan. Tumbuhan tomat akan tumbuh baik jika temperatur siang mencapai 26°C dan temperatur malam mencapai 20°C. Pembentukan buah terjadi jika temperatur malam mencapai 15°C. Akan tetapi, buah tidak terbentuk jika temperatur malam mencapai 25°C.

d. Air

Air merupakan senyawa yang sangat penting bagi tumbuhan. Air berfungsi membantu reaksi kimia dalam sel. Selain itu, air menunjang proses fotosintesis dan menjaga kelembapan. Kandungan air yang terdapat dalam tanah berfungsi sebagai pelarut unsur hara sehingga unsur hara tersebut mudah diserap oleh tumbuhan. Selain itu, air memelihara temperatur tanah yang berperan dalam proses pertumbuhan. Pertumbuhan akan berlangsung lebih aktif pada malam hari daripada siang hari karena pada malam hari kandungan air dalam tubuh tumbuhan lebih tinggi daripada siang hari.

e. pH

Derajat keasaman tanah (pH tanah) sangat berpengaruh terhadap ketersediaan unsur hara yang diperlukan oleh tumbuhan. Pada kondisi pH tanah netral unsur-unsur yang diperlukan, seperti Ca, Mg, P, K cukup tersedia. Adapun pada pH asam, unsur yang tersedia adalah Al, Mo, Zn, yang dapat meracuni tubuh tumbuhan.

f. Oksigen

Keadaan kadar oksigen yang terdapat dalam tanah selalu berlawanan dengan kadar air dalam tanah. Jika kandungan air tinggi, kandungan udara akan rendah. Kandungan oksigen dalam tanah sangat penting untuk respirasi sel-sel akar yang akan berpengaruh terhadap penyerapan unsur hara.

Demikian materi "Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan Tumbuhan", semoga bermanfaat.

0 Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan

By Ilmu sekolah | At 06:02 | Label : Biologi | 0 Comments

Pertumbuhan mengandung pengertian pertambahan ukuran, dapat berupa volume, massa, tinggi, dan ukuran lainnya yang dapat dinyatakan dalam bilangan atau bentuk kuantitatif. Adapun perkembangan mengandung pengertian bertambah dewasanya suatu individu.

Makhluk hidup dikatakan dewasa jika alat-alat reproduksinya telah berfungsi. Tumbuhan akan berbunga dan hewan akan menghasilkan sel-sel kelamin. Ada pula yang mengartikan perkembangan sebagai perubahan akibat proses diferensiasi yang menyebabkan perbedaan struktur dan fungsi organ-organ makhluk hidup sehingga semakin kompleks. Dengan demikian, perkembangan merupakan perubahan kualitas suatu individu.

1. Pertumbuhan

Secara harfiah, pertumbuhan diartikan sebagai perubahan yang dapat diketahui atau ditentukan berdasarkan sejumlah ukuran atau kuantitasnya. Pertumbuhan meliputi bertambah besar dan bertambah banyaknya sel-sel pada jaringan. Proses yang terjadi pada pertumbuhan adalah suatu kegiatan yang irreversible (tidak dapat kembali ke bentuk semula). 

Akan tetapi, pada beberapa kasus, proses tersebut dapat reversible (terbalikkan) karena pada pertumbuhan terjadi pengurangan ukuran dan jumlah sel akibat kerusakkan sel atau dediferensiasi sel. Sebagai contoh, jika Anda akan memperbanyak tumbuhan melalui cara vegetatif, bagian manakah yang akan Anda pakai? Bunga, buah, ataukah batang? Pilihannya tentu akan jatuh pada batang. 

Walaupun semua organ tersebut memiliki aktivitas pembelahan sel, semuanya disusun oleh jenis sel yang berbeda. Bunga dan buah merupakan organ reproduksi yang disusun oleh sel-sel reproduktif atau embrionik, sedangkan cabang atau batang disusun oleh sel-sel tubuh atau somatik. 

Sel-sel tubuh (somatik) memiliki potensi untuk tumbuh kembali membentuk jaringan yang sama, sedangkan sel embrionik tidak. Dengan aktivitas perbanyakan sel tersebut, akan dihasilkan kembali sel-sel meristematis yang akan menjadi batang, akar, daun, dan bagian reproduktif.

Adapun sel embrionik akan mati karena tidak ada sokongan sel lainnya. Selama proses tumbuhnya akar, batang, ataupun daun pertumbuhan dapat dikuantifikasi dalam bentuk panjang akar, jumlah daun, tinggi tumbuhan, atau bahkan berat total tumbuhan. Berdasarkan gambaran tersebut, dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa pertumbuhan merupakan perubahan kuantitatif dari ukuran sel, organ, atau keseluruhan organisme.

2. Perkembangan

Perkembangan makhluk hidup lebih tepat diartikan sebagai suatu perubahan kualitatif yang melibatkan perubahan struktur serta fungsi yang lebih kompleks. Seperti yang telah Anda ketahui, organ kulit pada manusia tumbuh bersamaan dengan bertambahnya ukuran tubuh. Akan tetapi, ketika mencapai kedewasaan, hanya pada bagian tertentu dari tubuh kita mulai bermunculan rambut tambahan. 

Selain itu, organ-organ tertentu mulai tumbuh membesar, seperti bagian dada pada perempuan dan jakun pada laki-laki. Mengapa semua itu hanya tumbuh pada masa tertentu saja, tidak bersamaan dengan pertumbuhan organ lainnya? Suatu hal yang patut kita pahami dalam perkembangan adalah adanya diferensiasi sel.

Diferensiasi dapat diartikan sebagai perubahan sel menjadi bentuk lainnya yang berbeda baik secara fungsi, ukuran, maupun bentuk. Contoh mudah mengenai diferensiasi dapat ditemukan pada pembentukan bunga. Amati dari mana bunga tersebut berasal. Apakah sama dengan awal mulanya tumbuh tunas? Mengapa pada bagian tersebut yang tumbuh justru bunga? 

Diferensiasi juga terjadi pada bagian tubuh manusia, yakni pada pembentukan sel-sel kelamin (gonad) ketika embriogenesis. Contoh lainnya pada proses pembentukan anak ayam dari embrio dalam telur. Pada proses diferensiasi, dapat terjadi dua hal penting, yakni perubahan struktural yang akan mengarah pada pembentukan organ, serta perubahan kimiawi yang dapat meningkatkan kemampuan sel.

Dapatkah Anda menghitung perkembangan yang terjadi, baik dalam jumlah maupun ukuran? Tentu akan sulit, karena semua proses tersebut terjadi secara kualitatif dan hanya dapat dibandingkan secara subjektif tanpa ukuran yang tepat. Proses perkembangan banyak berkaitan dengan faktor internal yang terjadi pada waktu yang tidak bersamaan. Oleh karena itu, perkembangan dapat didefinisikan sebagai suatu proses perubahan yang diikuti oleh pendewasaan dan kematangan sel, serta diiringi oleh spesialisasi fungsi sel.

3. Macam-Macam Pertumbuhan dan Perkembangan

 

Pertumbuhan pada tumbuhan ada yang berupa pertumbuhan primer, ada pula yang berupa pertumbuhan sekunder. Kedua pertumbuhan ini sebenarnya berasal dari jaringan yang sama, yakni meristem. Meristem merupakan suatu jaringan yang memiliki sifat aktif membelah. Pertumbuhan primer berasal dari meristem primer, sedangkan pertumbuhan sekunder berasal dari meristem sekunder. Adakah perbedaan lain di antara kedua macam pertumbuhan tersebut?

a. Pertumbuhan Primer

Pertumbuhan yang terjadi selama fase embrio sampai perkecambahan merupakan contoh pertumbuhan primer. Struktur embrio terdiri atas tunas embrionik yang akan membentuk batang dan daun, akar embrionik yang akan tumbuh menjadi akar, serta kotiledon yang berperan sebagai penyedia makanan selama belum tumbuh daun.

Jika biji berkecambah, struktur yang pertama muncul adalah radikula yang merupakan bakal akar primer. Radikula adalah bagian dari hipokotil dan merupakan struktur yang berasal dari akar embrionik. Pada bagian ujung atas, terdapat epikotil, yakni bakal batang yang berasal dari tunas embrionik.

Tahap awal pertumbuhan pada tumbuhan monokotil berbeda dengan dikotil. Pada monokotil, akan tumbuh koleoptil sebagai pelindung ujung bakal batang. Begitu koleoptil muncul di atas permukaan tanah, pucuk daun pertama akan muncul menerobos koleoptil. Biji masih tetap berada di dalam tanah dan memberi suplai makanan kepada kecambah yang sedang tumbuh. Perkecambahan seperti ini dinamakan perkecambahan hipogeal

Bagaimanakah perkecambahan pada tumbuhan dikotil? Pada dikotil tidak muncul koleoptil. Dari dalam tanah, kotiledonnya akan muncul keatas permukaan tanah bersamaan dengan munculnya daun pertama. Kotiledon akan memberi makan bakal daun dan bakal akar sampai keduanya dapat mengadakan fotosintesis. Itulah sebabnya, lama-kelamaan kotiledon menjadi kecil dan kisut. Perkecambahan yang kotiledonnya terangkat ke permukaan tanah dinamakan perkecambahan epigeal.

Pada ujung pucuk dan ujung akar, terdapat jaringan yang bersifat meristematik. Jaringan meristem yang terletak di ujung akar menyebabkan pemanjangan akar. Pertambahan panjang akar pada jagung mencapai 1 cm per hari. Ujung akar akan menghasilkan tudung akar. Tudung akar akan menghasilkan lendir yang dapat mempermudah akar menembus tanah. Menurut Hopson (1990: 475), pada ujung akar terdapat tiga daerah pertumbuhan berturut-turut dari ujung ke pangkal, yakni daerah pembelahan, daerah pemanjangan, dan daerah diferensiasi.

Sel-sel di daerah pembelahan akan membelah secara mitosis sehingga selnya bertambah banyak. Daerah pemanjangan akan membentuk bakal epidermis ke arah luar. Pada daerah diferensiasi, sel-selnya akan berdiferensiasi membentuk komponen pembuluh angkut, epidermis, dan bulu-bulu akar. 

Ujung pucuk juga merupakan jaringan meristematik. Jaringan ini akan berdiferensiasi menjadi epidermis, floem, xilem, korteks, dan empulur. Meristem ini dilindungi oleh primordium daun. Letak primordium daun pada batang mengikuti pola berhadapan atau pola bergantian yang nantinya akan membentuk rangkaian daun sesuai dengan pola tersebut.

b. Pertumbuhan Sekunder

Semakin tua, batang tumbuhan dikotil akan semakin membesar. Hal ini disebabkan adanya proses pertumbuhan sekunder. Pertumbuhan sekunder ini tidak terjadi pada tumbuhan monokotil. Bagian yang paling berperan dalam pertumbuhan sekunder ini adalah kambium dan kambium gabus atau felogen. 

Ke arah dalam, kambium akan membentuk pembuluh kayu (xilem), sedangkan ke arah luar kambium akan membentuk pembuluh tapis (floem). Kambium pada posisi seperti ini dinamakan kambium intravaskular. Sel-sel parenkim yang terdapat di antara pembuluh, lama-kelamaan berubah menjadi kambium. Kambium ini dinamakan kambium intervaskular.

Kedua macam kambium tersebut lama-kelamaan akan bersambungan. Posisi kambium yang semula terpisah-pisah, kemudian akan berbentuk lingkaran. Kedua macam kambium ini akan terus berkembang membentuk xilem sekunder dan floem sekunder sehingga batang menjadi semakin besar.  Akibat semakin besarnya batang, diperlukan jalan untuk mengangkut makanan ke arah samping (lateral). Untuk keperluan tersebut, dibentuklah jari-jari empulur. 

Aktivitas kambium bergantung pada keadaan lingkungan. Pada musim kemarau, kambium tidak aktif. Walaupun aktif, kambium hanya akan membentuk sel-sel xilem berdiameter sempit. Ketika air berlimpah, kambium akan membentuk sel-sel xilem dengan diameter besar. Perbedaan ukuran diameter ini akan menyebabkan terbentuknya lingkaran-lingkaran pada penampang melintang batang. Lingkaran ini dikenal dengan lingkaran tahun, yang dapat digunakan untuk memperkirakan umur tumbuhan.

Sementara itu, kambium gabus atau felogen juga melakukan aktivitasnya. Felogen ini akan membentuk lapisan gabus. Ke arah dalam, felogen membentuk feloderm yang merupakan sel-sel hidup dan ke arah luar membentuk felem (jaringan gabus) yang merupakan sel-sel mati. Lapisan gabus perlu dibentuk karena fungsi epidermis sebagai pelindung tidak memadai lagi.

Hal ini diakibatkan oleh pertumbuhan sekunder yang dilakukan kambium mendesak pertumbuhan ke arah luar. Hal tersebut mengakibatkan rusaknya epidermis sehingga kulit batang menjadi pecah-pecah. Adanya lapisan gabus mengakibatkan batang menjadi lebih terlindungi dari perubahan cuaca. Zat suberin pada sel-sel gabus dapat mencegah penguapan air dari batang. Agar pertukaran gas tetap berjalan lancar, di beberapa bagian dari permukaan batang terdapat lentisel.

 

Demikian materi "Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan", semoga bermanfaat.