Mengatasi Variasi Lingkungan

Mengatasi Variasi Lingkungan

Catatan Kunci

Kondisi. Faktor-faktor variabel lingkungan dimana organisme tersebut merespons disebut kondisi. Contoh meliputi temperatur, keasaman dan salinitas. Kondisi ini tidak dapat dihapus – kondisi ini tidak digunakan atau dikonsumsi oleh orgnisme.

Sumber daya. Segala sesuatu dimana organisme menggunakan atau menghabiskannya disebut sebagai sumber daya. Nektar adalah sumber daya bagi lebah madu, dan cahaya adalah sumber daya bagi semua tumbuhan hijau.

Variasi lingkungan. Kebanyakan organisme harus mengatasi dengan perubahan lingkungn eksternal yang terus menerus terjadi sepanjang skala waktu. Beberapa faktor-faktor lingkungan yang berubah sepanjang detik atau menit (contoh intensitas matahari ketika terdapat celah di awan) atau yang lainnya yang berubah secara harian atau musiman atau sepanjang periode tertentu (Contoh siklus glasier).

Regulasi internal. Sel-sel biologis tidak dapat berfungsi dengan fluktuasi lingkungan yang kacau dan organisme kemudian mengambil langkah untuk membatasi variasi internalnya.

Homeostasis. Perawatan dari lingkungan internal yang relatif konstan oleh organisme di dalam variabel lingkungan eksternal disebut homeostasis. Semua organisme mengadopsi derajat kontrol homeostatik namun, sebagaimana aturannya, organisme yang lebih besar lebih terpisah dari lingkungan eksternalnya ketimbang organisme yang lebih kecil.

Negative feedback. Kebanyakan mekanisme homeostatik biologis berlangsung dalam jalan yang hampir serupa : jika tingkatan internal faktor saat ini (mis. temperatur atau osmolaritas) adalah terlalu tinggi, mekanisme akan menurunkannya; jika tingkatannya terlalu rendah mekanisme akan meningkatkannya. Proses ini,yang merespons berkebalikan dari sinyalnya, dikenal sebagai negative feedback.

Toleransi. Organisme dapat mengatasi variasi lingkungan eksternalnya (walaupun spesies yang berbeda dapat berbeda pula secara signifikan). Ekstrim atas dan bawah dari kondisi lingkungan dimana anggota dari spesies dapat bertahan hidup adalah toleransi batasan spesies. Biasanya, pertumbuhan akan tidak terjadi pada kondisi ekstrim tetapi pada jarak dari kondisi ekstrim atas dan bawah. Kebugaran akan dapat optimal hanya jarak optimal yang sempit pula.

Bahasan

Kondisi
Kecuali bagi hanya sedikit organisme yang hidup pada lingkungan yang konstan ekstrim (mis. laut dalam), organisme terekspos terhadap faktor-faktor variabel lingkungan yang memiliki dampak langsung terhadap fisiologis dan perilaku. Hal yang paling nyata dan umum dari bahasan ini adalah variasi temperatur, walupun keasaman, salinitas, osmolaritas dan radiasi juga penting bagi sejumlah organisme, begitu pula disturbansi yang disebabkan, sebagai contoh, jatuhan air hujan atau cipratan air sungai. Kondisi tidak digunakan atau dikonsumsi oleh organisme dan karena ini tidak dapat dihabiskan, hal ini berlawanan dengan sumber daya.

Sumber daya
Sumber daya adalah segala sesuatu dimana organisme menghabiskannya. Tidak hanya makanan, tetapi juga cahaya dan nutrien anorganik (bagi tumbuhan) dan, yang penting, ruang (mis. sarang burung great tits, ketika telah digunakan, tidak dapat digunakan lagi oleh burung great tits lainnya). Sumber daya yang sangat penting lainnya adalah radiasi sinar matahari, yang mana sumber energy satu-satunya bagi tumbuhan hijau.
Perlu dicatat bahwa dikotomi antara kondisi dan sumber daya hanya terjadi pada organisme tertentu. konsekuensinya, radiasi sinar matahari adalah kondisi bagi serangga dan menjadi sumber daya bagi tumbuhan. Lebih lanjut, terkadang faktor yang sama dapat menjadi sumber daya dan kondisi. Sebagai contoh, tumbuhan dapat menggunakan air sebagai sumber daya, tetapi hujan deras, yang dapat mematahkan tumbuhan atau menyapu mereka, mewakili sebagai kondisi.

Variasi lingkungan
Kondisi lingkungan berubah secara konstan. Rotasi diurnal bumi dan rotasi tahunan bumi mengelilingi matahari merubah temperatur dan radiasi dan hal-hal ini, bersamaan dengan gerakan sentrifugal planet serta konveksi arus, menyebabkan perubahan klimatik pada skala waktu dari detik ke tahun. Siklus glasiasi (gletser) terjadi sepanjang skala watu yang sangat panjang; zaman pleistosin yang dimulai 1,7 juta tahun yang lalu telah mengalami 18 glasiasi, yang tiap kejadiannya berlangsung sekitar 90.000 tahun dan dipisahkan oleh periode interglasial hangat (seperti yang terjadi sekarang) sepanjang sekitar 10.000 tahun.
Kondisi dapat juga digantikan oleh dampak dari organisme lain. Sebagai contoh, ketiadaan oksigen dalam tanah, maka bakteri heterotrofik akan mereduksi pH tanah (meningkatkan keasaman tanah).

Regulasi internal
Proses biologis pada tingkatan selular lebih sensitif terhadap kondisi lingkungan dan hanya dapat beroperasi diantara jarak yang relatif sempit dari temperatur. pH dan osmolaritas. Sebagai contoh, tubuh manusia harus menjaga temperature internalnya mendekati 370C. Deviasi dari hanya sedikit diatas atau dibawah suhu tersebut akan mengakibatkan kondisi yang fatal. Perawatan dari lingkungan internal yang konstan (homeostasis) membutuhkan monitoring dan pertukaran energi dan material dengan lingkungan eksternal.

Homeostasis
Untuk menjaga lingkungan internal yang relatif konstan pada kondisi lingkungan eksternal yang sangat bervariasi membutuhkan homeostasis. Bahkan organisme yang paling sederhana sekalipun memiliki langkah untuk membatasi variasi internal; sebagai contoh, bakteri dapat meregulasi konsentrasi ion di dalam tubuhnya. Organisme yang lebih besar, karena mereka memiliki area permukaan yang lebih rendah dibandingkan dengan rasio volume, maka lebih terpisahkan dari lingkungannya. Sebagaimana mereka memiliki homeostatis yang lebih maju ketimbang prokariota sederhana, mereka dapat menjaga keseimbangan homeostasis di dalam kondisi yang lebih lebar. Regulasi homeostasis dapat terjadi oleh mekanisme fisologis (sebagaimana contoh yang akan dijelaskan selanjutnya) atau strategi perilaku – sebagai contoh, kadal berjemur sinar matahari pada pagi hari untuk meningkatkan suhu tubuh mereka

Negative feedback
Kebanyakan mekanisme homeostasis bergantung terhadap proses Negative feedback. Segala mekanisme homeostasis memiliki tiga komponen dasar : reseptor, pusat kontrol dan efektor. Resptor mendeteksi perubahan di dalam kondisi kunci internal, sebagai contoh osmolaritas darah dari mamalia. Pusat control memproses informasi ini dan membandingkannya pada poin yang telah ditetapkan atau nilai optimal. JIka variabel ini tidak bertoleransi dekat dengan poin yang telah ditetapkan, maka pusat control akan memberikan respons langsung kepada efektor. Sebagai contoh, hipotalamus bertindak sebagai reseptor dan pusat kontrol bagi monitoring osmolaritas darah. Jika osmolaritas darah terlalu tinggi (darah terlalu pekat konsentrasinya), hipotalamus akan mengeluarkan repons haus, dimana jika telah terpenuhi, akan menyebabkan osmolaritas darah akan turun. Di sisi lain, jika osmolaritas darah terlalu rendah ( darah terlalu encer), maka respons untuk mengurangi air akan diarahkan pada ginjal, yang akan menyebabkan osmolaritas darah naik lagi.

Toleransi
Organisme yang telah berdaptasi dengan lingkungannya dapat mengatasi variasi disekitar wilayah optimal kondisi lingkungannya. Beberapa spesies lebih mampu beradaptasi ketimbang yang lainnya di dalam kebutuhannya. Sebagai contoh, sticky catchfly (Silene viscosa) dapat bergerminasi sepanjang pada suhu 230C, sementara kerabat dekatnya raggeed robin (Lychnis flos-cuculi) hanya bergerminasi pada suhu 130C
Derajat variasi lingkungan dimana suatu spesies dapat mengatasinya adalah jarak toleransi spesies. Organisme akan mempertunjukkan yang terbaik di dalam kondisi lingkungan yang terbaik dan akan berkeinginan untuk bereproduksi hanya pada kondisi mendekati tersebut. Sebagaiman kondisi berdeviasi lebih jauh dari kondisi optimalnya, individu akan menjadi stres untuk dapat bereproduksi, walaupun pertumbuhan dapat terjadi. Ketika kondisi mendekati batas ekstrim atas dan bawah dari kondisi lingkungan dimana suatu individu dapat bertahan (batas toleransi spesies), pertumbuhan tidak dapat terjadi.

Citation :

Mckenzie, Aulay ; Ball, Andy s. ; Virdee, Sonia. 1998. Instant Notes in Ecology. Springer Verlag : New York.

Adaptasi

Adaptasi

Catatan Kunci

Fitness (kebugaran) adalah ukuran kemampuan suatu individu untuk menghasilkan keturunan yang viable dan berkontribusi dalam kelestarian generasi selanjutnya. Individu bervariasi dalam kondisi kebugarannya dan variasi ini disebabkan oleh sebagian perbedaan genetik diantara individu dan sebagian oleh pengaruh lingkungan.

Seleksi alam. Individu di dalam jenis tertentu yang memiliki tingkat kebugaran tertinggi akan berkontribusi disproporsi terhadap generasi selanjutnya. Jika perbedaan kebugaran disebabkan komponen genetik, maka perubahan genetik dari generasi selanjutnya akan digantikan. Proses ini disebut sebagai seleksi alam atau survival dari yang terbaik

Adaptasi. Segala pewarisan sifat yang dimiliki oleh organism yang membantu proses survival atau reproduksi adalah adaptasi. Sifat seperti ini dapat berupa psikologi, morfologi atau perilaku. Adaptasi adalah hasil dari seleksi alam.

Genotip dan fenotip. Genotip adalah komposisi genetic dari individu. Fenotip adalah organism individu, produk dari interaksi antara genotip dan lingkungannya. Kemampuan fenotip untuk berubah terhadap pengaruh lingkungan pada genotipnya disebut sebagai phenotypic plasticity.

Bahasan

Kebugaran

Kebugaran dari suatu individu akan tinggi jika individu tersebut membesarkan banyak keturunan dimana dirinya sendiri berhasil secara reproduktif. Kebugaran akan tidak membutuhkan dengan cara memaksimalkan produksi keturunan – lebih baik untuk memproduksi sedikit saja, keturunan yang lebih besar akan memiliki ketahanan hidup lebih baik. Suatu individu akan memiliki kebugaran lebih tinggi bergantung dengan kepemilikan gen-gen yang memberikan keuntungan. Sebagai contoh hal ini terjadi pada resistensi pestisida. Pada lalat domba Australia, Lucilia cuprina, ketahanan terhadap insektisida malathion organofosfat ditemukan karena terdapat gen Rmal. Lalat homozigot bagi gen ini bertoleransi terhadap malathion tingkat tinggi, yang akan membunuh lalat yang tidak memiliki gen ini. Jelasnya, jika malathion digunakan sebagai agen pengontrol, kita dapat mengantisipasi gen Rmal untuk meningkatkan frekuensi dalam generasi berikutnya.

Kontribusi suatu individu bagi generasi selanjutnya juga akan dipengaruhi oleh faktor-faktor non genetik. Perbedaan lingkungan diantara tiap individu (seperti kualitas makanan bagi binatang selama masa perkembangan) akan mempengaruhi kebugaran. Bagaimanapun juga, jika perbedaan-perbedaan tidak diturunkan kepada keturunan mereka, maka tidak ada adaptasi yang akan dihasilkan. Evolusi hanya dapat terjadi ketika perbedaan-perbedaan di turunkan.

Seleksi alam

Individu-individu diantara populasi yang bertahan hidup dan bereproduksi secara berhasil (misalnya mereka yang memiliki kebugaran tertinggi) akan berkontribusi lebih banyak keturunan bagi generasi selanjutnya dibandingkan dengan individu degan kebugaran yang rendah. Jika perbedaan kebugaran memiliki komponen genetik, maka gen-gen yang paling cocok pada individu akan menjadi yang umum, sementara gen-gen yang paling sedikit cocok pada individu akan menjadi jarang. Hasilnya, perbedaan kebugaran diantara individu menghasilkan perubahan genetik di dalam populasi. Populasi dari lalat Drosophila melanogaster sering ditemukan dengan asosiasi produksi wine, dimana lalat ini terekspos pada etanol tingkat tinggi. Beberapa populasi telah meningkatkan kemampuan detoksifikasi etanol, sebagaimana seleksi alam telah membawa kepemilikan aktivitas enzim alkohol dehidrogenase ke tingkat yang lebih tinggi.

Adaptasi

Segala karakteristik yang diwariskan (salah satu yang mampu ditransmisikan kepada generasi berikutnya), baik itu perilaku, morfologi atau fisiologi, yang membantu ketahanan hidup atau reproduksi dalam lingkungan tertentu adalah adapatasi bagi lingkungan itu. Adpatasi adalah hasil dari seleksi alam yang terjadi pada perbedaan warisan di dalam kebugaran. Dapat diberi catatan bahwa karakteristik yang tidak dapat diturunkan, seperti umur dari suatu individu, dapat mempengaruhi pengaruh ketahanan hidup dan reproduksi, tetapi fenomena ini tidak memiliki pengaruh terhadap evolusi.

Ikan yang terdapat di Amerika Utara, desert sucker (Catostomus clarki), enzim esterase terdapat dalam dua bentuk yang membedakan dalam temperature optimal mereka. Populasi utara memiliki alel yang mengkode enzim temperatur rendah, sementara populasi selatan memiliki alel yang mengkode dominasi enzim temperatur tinggi. Pada ngengat biston, Biston betularia, terdapat perbedaan genetik warna dasar. Individu pucat mendominasi daerah bebas polusi di Inggris dimana mereka berkamuflase dari predator avian diantara pohon yang tertutupi lichens, sementara individu melanik (warna gelap) menempati daerah polusi dimana tidak terdapat lichens dan ranting pohon yang menjadi gelap karena jelaga.

Genotip dan fenotip

Genotip adalah komposisi genetik dari suatu individu. Pada spesies yang dihasilkan dari persilangan, biasanya kebanyakan individunya memiliki genotip yang berbeda-beda. Fenotip adalah organisme individu, produk dari interaksi antara genotipnya dan lingkungannya. Di dalam spesies aseksual (seperti aphid (kutu daun)), kelompok individu dapat membagi genotip, tetapi karena pengaruh perbedaan lingkungan, menghasilkan fenotip yang berbeda. Sebagai contoh, jika kualitas tumbuhan buruk, aphid yang tidak memiliki sayap akan menghasilkan keturunan bersayap, dengan genotip yang sama dengan ibunya.

Kemampuan fenotip untuk bervariasi dalam pengaruh lingkungan pada genotipnya dikenal sebagai plastisitas fenotip. Contoh lain adalah mencoklatnya kulit manusia, tumbuhan berbentuk angin, perbedaan perilaku pada belalang (soliter atau migrasi) yang dipengaruhi oleh temperatur dan kelembapan.

Citation :

Mckenzie, Aulay ; Ball, Andy s. ; Virdee, Sonia. 1998. Instant Notes in Ecology. Springer Verlag : New York.

Sepuluh aturan dalam ekologi

Sepuluh aturan dalam ekologi

Aturan ini membantu untuk menghindari jebakan yang biasa dialami oleh seorang ekolog dalam mengkaji suatu permasalahan.

1. Ekologi adalah ilmu pengetahuan
Ekologi adalah disiplin ilmu murni (sains) yang bertujuan untuk memahami hubungan antara organisme dan lingkungannya yang lebih luas. Penting untuk dipisahkan dampak sosial-politik ekologi dari pandangan sains.

2. Ekologi dapat dipahami dengan teori evolusi
Banyaknya keanekaragaman organisme dan kayanya varietas di dalam morfologi, fisiologi dan perilaku adalah hasil dari jutaan tahun evolusi. Perjalanan evolusi ini telah meninggalkan impresi yang sulit dicerna di tiap-tiap individu. Hal ini hanya mungkin untuk dapat dimengerti dari pola yang kita temukan saat ini melalui teori evolusi.

3. Tidak ada yang terjadi ‘bagi kebaikan spesies’
Kesalahpahaman yang sering terjadi adalah ide bahwa pola di dalam perilaku suatu organisme, timbul karena harga suatu individu untuk memilih demi kebaikan spesiesnya. Hal ini sangat amat salah. Seleksi alam akan memilih gen-gen mana yang terpilih bagi kebanyakan keturunan, walaupun jika gen-gen ini menyebabkan reduksi di dalam ukuran populasi spesies tersebut.

4. Gen-gen dan lingkungan adalah penting keduanya
Lingkungan yang ditemukan organisme itu sendiri memainkan peranan penting dalam menjelaskan pilihan terbuka bagi individu tersebut. Gen-gen yang mendefinisikan organisme juga merupakan fundamental* yang penting. Untuk memahami ekologi, sangat penting untuk memperhatikan fundamental* alami dari kedua faktor ini dan fakta bahwa mereka berinteraksi.

5. Untuk memahami kompleksitas memerlukan sebuah model
Ekologi adalah subjek yang kompleks, dengan variasi yang sangat besar pada hampir di tiap skalanya – jutaan spesies, tiap-tiap spesies dengan variasi genetic, sejumlah variasi dan perilaku yang selalu berubah di dalam lingkungan yang kompleks dan dinamis. Untuk memahami hal-hal tersebut, diperlukan identifikasi secara jelas pertanyaan-pertanyaan spesifik dan kemudian formulasi hipotesis yang dapat diuji. Seringkali sangat berguna untuk membuat kerangka hipotesis di dalam istilah matematika untuk menghindari ambiguitas dan kebingungan yang sering ditemukan di dalam model verbal. Model matematik sangat sering digunakan dalam ekologi.

6. ‘Bercerita’ adalah berbahaya
Di dalam usaha menjelaskan pola atau hubungan ekologis, sangat mudah bagi kita untuk terpeleset dalam membuat percaya orang lain dimana setiap observasi telah siap dijelaskan dengan beberapa pernyataan ad hoc – ‘bercerita’. Godaan untuk meyatakan hipotesis sebagai sebuah fakta harus dihindari bagaimanapun juga.

7. Terdapat hirarki penjelasan
Bagi setiap observasi seringkali terdapat penyebab yang dapat didiagnosa dengan segera. Seringkali penjelasan kausal ini kurang informative dan kita membutuhkan untuk melacak lebih dalam untuk mendapatkan pemahaman mendalam tentang situasi yang terjadi. Bahkan jika sebuah fenomena telah dijelaskan, mungkin saja akan lebih dalam dijelaskan yag memperlihatkan kepada kita gambaran yang seutuhnya.

8. Terdapat hambatan berlipat di dalam organisme
Sementara total keanekaragaman bentuk, fungsi dan elastisitas lingkungan yang ditunjukkan oleh organisme begitu menakjubkan, tiap individu beroperasi diantara batasan sempit diantara hambatan-hambatan. Hambatan secara fundamental dibagi menjadi dua bentuk (i) fisik dan (ii) evolusioner. Evolusi tidak dapat mencapai kesempurnaan karena hamabatan-hambatan ini dan organisme secara esensi teracak oleh sejumlah kompromi.

9. Kesempatan itu penting
Kesempatan memainkan peranan kritis di dalam ekologi. Keterbukaan jarak antara kanopi hutan atau menghilangnya gunungan pasir setelah badai akan memiliki dampak utama terhadap ekologi flora dan fauna local, tetapi keduanya tidak dapat diprediksi baik oleh waktu atau lokasi. Peran kesempatan juga terintegrasi terhadap masa lalu evolusi dari suatu organisme. Pentingnya event kesempatan di dalam ekologi tidak memaksudkan pola ekologi adalah keseluruhan tidak dapat diprediksi, tetapi malah menempatkan batasan terhadap tingkatna potensial dari detil yang preddiktif.

10. Batasan ekologi adalah ada di dalam pikiran ahli ekologi
Ekologi adalah ilmu yang luas, meliputi baik organisme dan lingkungan fisik dan oleh karena itu menghiraukan hal kecil sebagai potensi yang relevan. Matematika, kimia dan fisika adalah alat esensial untuk memahami ekologi.

*Fundamental : 1. Dasar 2. Esensial

Citation :
Mckenzie, Aulay ; Ball, Andy s. ; Virdee, Sonia. 1998. Instant Notes in Ecology. Springer Verlag : New York.