RUANG LINGKUP BIOLOGI
Struktur
keilmuan biologi salah satunya adalah yang didefinisikan oleh Biological
Science Curriculum Study (BSCS) . Secara umum mata pelajaran biologi
ditinjau dari 3 sudut pandang yaitu: Obyek Biologi, Tema Persoalan Biologi, dan
Tingkatan organisasi Kehidupan. Ketiga sudut pandang ini diterapkan secara
bersama-sama sebagai sebuah satu kesatuan (Depdiknas, 2003).
1. Obyek Biologi
Objek atau
kajian dalam biologi adalah berupa makhluk hidup. Makhluk hidup yang ada di
bumi ini sangatlah luas dan beraneka ragam, sehingga untuk mempermudah dalam
mempelajarinya, para ahli mengelompokkan/mengklasifikasikan menjadi beberapa
kelompok (kingdom/ kerajaan).
Perkembangan Sistem Klasifikasi
Makhluk Hidup.
Semula para
ahli hanya mengelompokkan makhluk hidup menjadi 2 kerajaan, yaitu kerajaan
tumbuhan dan kerajaan hewan. Dasar para ahli mengelompokkan makhluk hidup
menjadi 2 kerajaan adalah :
Kenyataan
bahwa kelompok tumbuhan memiliki dinding sel yang tersusun dari selulosa.
Tumbuhan
memiliki klorofil sehingga dapat membuat makanannya sendiri melalui proses
fotosintesis dan tidak dapat berpindah tempat dan hewan tidak memiliki dinding
sel sementara hewan tidak dapat membuat makanannya sendiri, dan umumnya dapat
berpindah tempat.Namun ada tumbuhan yang tidak dapat membuat
makanannya sendiri, yaitu jamur (fungi). Berarti, tumbuhan berbeda dengan
jamur. Maka para ahli taksonomi kemudian mengelompokkan makhluk hidup menjadi
tiga kelompok, yaitu Plantae (tumbuhan), Fungi (jamur), dan Animalia (hewan).
Setelah para
ahli mengetahui struktur sel (susunan sel) secara pasti, makhluk hidup
dikelompokkan menjadi empat kerajaan, yaitu Prokariot, Fungi, Plantae, dan
Animalia, Pengelompokan ini berdasarkan ada tidaknya membran inti sel. Sel yang
memiliki membran inti disebut sel eukariotik sedangkan sel yang tidak memiliki
membran inti disebut sel prokariotik
Pada tahun
1969 Robert H. Whittaker mengelompokkan makhluk hidup menjadi lima kingdom,
yaitu Monera, Protista, Fungi, Plantae, dan Animalia. Pengelompokan ini berdasarkan
pada susunan sel, cara makhluk hidup memenuhi makanannya, dan tingkatan makhluk
hidup. Makhluk hidup yang dimasukkan dalam kerajaan Monera memiliki sel
prokariotik. Kelompok ini terdiri dari bakteri dan ganggang hijau biru
(Cyanobacteria). Makhluk hidup yang dimasukkan dalam kerajaan Protista
rnemiliki sel eukariotik. Protista memiliki tubuh yang tersusun atas satu sel
atau banyak sel tetapi tidak berdiferensiasi. Protista umumnya memiliki sifat
antara hewan dan tumbuhan. Kelompok ini terdiri dari Protista menyerupai hewan
(Protozoa) dan Protista menyerupai tumbuhan (ganggang), dan
Protista
menyerupai jamur. Fungi memiliki sel eukariotik. Fungi tak dapat membuat
makanannya sendiri. Cara makannya bersifat heterotrof, yaitu menyerap zat
organik dari lingkungannya sehingga hidupnya bersifat parasit dan saprofit.
Kelompok ini terdiri dari semua jamur, kecuali jamur lendir (Myxomycota) dan
jamur air (Oomycota). Tumbuhan memiliki sel eukariotik. Tubuhnya terdiri dari
banyak sel yang telah berdiferensiasi membentuk jaringan. Tumbuhan memiliki
kloroplas sehingga dapat membuat makanannya sendiri (bersifat autotrof).
Kelompok ini terdiri dari tumbuhan lumut, tumbuhan paku, tumbuhan berbiji
terbuka, dan tumbuhan berbiji tertutup. Hewan memiliki sel eukariotik. Tubuhnya
tersusun atas banyak sel .yang telah berdiferensiasi membentuk jaringan. Hewan
tidak dapat membuat makanannya sendiri sehingga bersifat heterotrof. Kelompok
ini terdiri dari semua hewan, yaitu hewan tidak bertulang belakang
(invertebrata) dan hewan bertulang belakang (vertebrata).
Ada lagi yang
mengelompokkan menjadi enam kingdom (virus, monera, protista, fungi, plantae,
dan animalia), atau (archaebacteria, eubacteria, protista, fungi, plantae,
animalia). Ada juga yang mengelompokkan menjadi tujuh kingdom, yaitu (virus,
archaebacteria, eubacteria, protista, fungi, plantae, animalia).
Berdasarkan
struktur keilmuan menurut BSCS (Biological Science Curricullum Study, Mayer
1980) bahwa ruang lingkup biologi meliputi obyek biologi berupa kingdom
(plantae, animalia, protista, fungi, archebacteria, eubacteria).
Dari
keterangan di atas menunjukkan bahwa terdapat beberapa pandangan jumlah
pengelompokan makhluk hidup, tetapi pada hakekatnya adalah sama, hanya
perbedaan dasar pengelompokan saja.
2. Tema Persoalan Biologi
-
Persoalan biologi menurut BSCS meliputi 9 tema
dasar yaitu :
-
Biologi (sains) sebagai proses inkuiri.
-
Sejarah konsep biologi
Evolusi
-
Keanekaragaman dan keseragaman
-
Genetika dan kelangsungan hidup
-
Organisme dan lingkungan
-
Perilaku (etologi)
-
Struktur dan fungsi
-
Regulasi (sistem pengaturan)
-
Sejalan dengan perkembangan ilmu pengetahuan,
obyek dan persoalan biologi terus berkembang melalui penelitian ilmiah.
3. Struktur Organisasi Kehidupan
Organisme yang
terdiri atas satu sel disebut juga uniseluler dan yang terdiri atas banyak sel
disebut multiseluler. Pada organisme uniseluler segala fungsi hidupdijalankan
oleh sel itu sendiri. Karena fungsi hidup tidak hanya satu, maka terjadilah
suatu sistem yang terdiri atas subsistem-subsistem.makin banyak subsistem
yang menyusun organisme maka semakin kompleks organisme tersebut.
Bagan Struktur organisasi kehidupan
a. Organisasi Tingkat Molekul dan
Sel
Tubuh
organisme hidup tersusun atas molekul organik, yaitu molekul yang mengandung
atom karbon (C), hidrogen (H), dan aksigen (O). Molekul organik ini ada 4 macam
atau golongan yaitu:
Molekul lipid.
Molekul ini mengandung sejumlah besar atom karbon, hidrogen, serta oksigen, dan
kadang kala ditambah Nitrogen dan Posfor. Di dalam sel terdapat bermacam jenis
lipid, diantaranya adalah lemak, fosfolipid dan steroid.
Molekul
karbohidrat. Molekul ini mengandung atom karbon, hidrogen dan oksigen. Contoh
karbohidrat adalah glukosa. Glukosa ini merupakan sumber energi atau bahan
bakar terpenting bagi organisme hidup.
Molekul
protein. Molekul ini adalah makro molekul yang polimer (dibangun oleh asam
amino sebagai monomernya) dan tidak bercabang. Tersusun dari unsur-unsur karbon
(C), hidrogen (H) oksigen (O) dan nitrogen (N), dan kadang-kadang disertai
unsur sulfur (S), dan posfor (P). Kira-kira 50% dari berat kering organisme
hidup adalah protein. Protein dalam organisme hidup ini ada yang berperan
sebagai enzim, sebagai sumber energi misalnya untuk pergerakan otot, ada yang
bertanggung jawab atas pengangkutan materi melalui peredaran darah misalnya
hemoglobin dan zat anti bodi, ada pula yang berperan sebagai persediaan makanan
misalnya ovalbumin pada putih telur dan kasein pada susu. Protein juga
merupakan bahan untuk perbaikan, pertumbuhan dan pemeliharaan struktur sel dari
organ tubuh. Terdapat 20 macam asam amino yang membentuk berbagai macam protein
dalam tubuh organisme hidup.
Molekul asam
nukleat. Molekul ini merupakan satu-satunya molekul yang membawa informasi
genetik organisme hidup. Terdapat 2 golongan besar asam nukleat yaitu asam
deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA).
Pada organisme
hidup, atom-atom berikatan membentuk molekul. Molekul-molekul ini tersusun ke
dalam sistem interaksi yang kompleks yang kemudian membentuk sebuah sel. Dengan
kata lain, molekul-molekul organik tersebut bergabung membentuk organel-organel
sel, kemudian berbagai organel tersebut saling berinteraksi membentuk satu
kesatuan terkecil dari makhluk hidup/organisme yang disebut Sel.
Dari uraian di
atas, dapat disimpulkan bahwa sebuah sel dibangun oleh komponen-komponen
berikut: air, ion-ion anorganik, makromolekul (protein, lipid, asam nukleat,
dan karbohidrat/polisakarida), dan mikromolekul (asam amino, asam lemak,
nukleotida, dan glukosa).
Sel sebagai unit fungsional dan unit struktural terkecil pada organisme
multiseluler akan selalu memperlihatkan ciri-ciri hidup, diantaranya adalah:
-
Mampu bereproduksi atau menghasilkan keturunan
melalui pembelahan diri secara mitosis atau meiosis.
-
Mampu memperoleh atau menghasilkan energi untuk kehidupannya
melalui serangkaian proses respirasi sel di dalam mitokondria, energi ini
berbentuk adenosin triphosphat (ATP).
-
Mampu memberikan respons/tanggapan terhadap
stimulus/rangsang.
-
Mampu melakukan pencernaan intra seluler
(digestive) dan pengeluaran (ekskresi) melalui serangkaian proses.
-
Mampu bertumbuh dan berkembang bahkan
berdiferensiasi. Sel-sel anak hasil pembelahan sel (mitosis) akan tumbuh hingga
mencapai ukuran tertentu, kemudian mulai berkembang, berdiferensiasi atau
berspesialisasi (berubah bentuk menurut fungsi-fungsi tertentu). Sebagai
contoh; di dalam tubuh manusia terdapat bermacam-macam sel yang berdiferensiasi
menyusun suatu jaringan.
b. Organisasi Kehidupan Tingkat
Jaringan dan Organ, Sistem Organ
Organisasi
kehidupan tingkat ini tidak dimiliki oleh organisme uniseluler, tetapi hanya
dimiliki oleh organisme multiseluler. Karena seluruh aktivitas hidup pada
organisme uniseluler dilaksanakan oleh sel itu sendiri. Sedangkan pada
organisme multiseluler aktivitas hidup dilaksanakan oleh banyak sel yang
terorganisasi atau teratur dan saling berhubungan dengan baik hingga menjadi
satu kesatuan fungsi membentuk satu tubuh individu. Organisasi kehidupan
setelah tingkat molekul dan sel adalah tingkat jaringan dan organ. Apakah yang
dimaksud dengan jaringan dan organ?
Jaringan
adalah kumpulan sel-sel yang bentuknya sama untuk melaksanakan suatu fungsi
tertentu. Sedangkan Organ adalah kumpulan beberapa jaringan yang mampu
melaksanakan satu fungsi tertentu. Pada dunia hewan tingkat tinggi dan manusia
terdapat 5 macam jaringan dasar penyusun tubuhnya. Kelima jaringan tersebut
adalah jaringan: epitelium, otot, ikat, tulang dan saraf. Sedangkan pada dunia
tumbuhan terdapat 7 macam jaringan dasar penyusun tubuh. Ketujuh jaringan dasar
tersebut adalah jaringan: epidermis, parenkima, kolenkima, sklerenkima,
endodermis, xilem dan floem.
Contoh
jaringan pada hewan dan manusia adalah jaringan saraf. Jaringan saraf ini
tersusun oleh sel-sel saraf (neuron), yang bertugas menghantarkan impuls. Dan
contoh jaringan pada tumbuhan tingkat tinggi adalah jaringan xilem yang
tersusun oleh sel-sel xilem, yang bertugas membawa air dan garam mineral dari
tanah sampai ke daun.
Organ pada hewan dan manusia meliputi usus, jantung, paru-paru, hati, lambung,
mata, dan sebagainya. Usus halus tersusun oleh beberapa macam jaringan yang
masing-masing mempunyai fungsi tertentu, yaitu jaringan: epitelium, ikat, otot
polos, dan saraf. Jaringan epitelium berfungsi membungkus villi, mensekresikan
mukus dan mengabsorpsi air serta zat-zat gizi makanan. Jaringan ikat yang dalam
hal ini berupa pembuluh darah bersama dengan epitelium berfungsi mengangkut
sari makanan. Jaringan otot berfungsi untuk melakukan gerak peristaltis dibawah
stimulus saraf otonom. Dan jaringan saraf berfungsi mengorganisir kerja ketiga
jaringan tadi. Struktur kompleks usus halus ini mempunyai satu fungsi yakni
untuk mencerna dan menyerap sari-sari makanan, sehingga membentuk sistem organ
(sistem pencernaan).
c. Organisasi Kehidupan Tingkat
Individu, Populasi dan Komunitas
Sistem organ
tersebut saling berinteraksi, saling menunjang atau saling berpengaruh dan
membentuk satu tubuh yang dikenal dengan istilah individu. Apabila terjadi
gangguan pada salah satu sistem organ pada individu maka sistem organ yang lain
juga mengalami gangguan. Oleh karena itu, menjaga keseimbangan fungsi suatu
sistem organ berarti menjaga keselarasan kerja antara sistem organ, dan dapat
menjadikan tubuh tetap sehat. Jadi individu merupakan satu organisme yang
tubuhnya tersusun oleh berbagai sistem organ yang saling berhubungan. Di
lingkungan yang lebih luas, individu diartikan sebagai satuan makhluk hidup
tunggal, misalnya seekor burung, seekor sapi, sebatang pohon kelapa, sebatang
tanaman padi, seorang anak, seorang ibu, dan sebagainya.
Kata individu
berasal dari bahasa Latin, yaitu Individuum yang artinya ‘tidak dapat dibagi’.
Individu tinggal pada suatu tempat (habitat). Di lingkungan habitatnya individu
tentu tidak sendiri. Ia akan hidup bersama dengan individu lain, baik yang
jenisnya sama maupun yang jenisnya berbeda. Individu-individu dikatakan sejenis
atau satu species jika mampu melakukan perkawinan dan menghasilkan keturunan
yang fertile, contohnya ayam betina dan ayam jantan merupakan satu
jenis/species.
Perhatikanlah
contoh berikut; dalam sebidang kebun teh, tumbuhan yang hidup di sana tentu
bukan hanya sebatang tanaman teh, melainkan tentu ada ratusan tanaman teh. Di
sana tentu juga hidup beberapa jenis hewan, misalnya kodok, cacing tanah,
bekicot, ular, ulat, tikus, belalang, capung, dan semut yang jumlahnya lebih
dari satu.
Kumpulan dari
individu sejenis yang secara bersama-sama menempati suatu habitat disebut
populasi. Jadi, seluruh tanaman teh pada sebidang kebun tersebut merupakan
populasi tanaman teh, seluruh cacing tanah pada sepetak kebun tersebut
merupakan populasi cacing tanah, dan seterusnya. Sedangkan kumpulan populasi
yang tinggal bersama pada suatu areal tertentu, dimana terjadi suatu bentuk
hubungan atau interaksi, baik antara individu sejenis (intraspecies) maupun
antara jenis yang berbeda (antarspecies) disebut komunitas. Contoh : Sepetak
sawah, sebuah kolam ikan, sebidang kebun, dan sebagainya.
Keadaan
populasi di dalam suatu komunitas selalu berubah-ubah atau bersifat dinamis.
Dinamika populasi ini dipengaruhi oleh 3 faktor yaitu kelahiran, kematian, dan
perpindahan. Sesungguhnya banyak persoalan yang dapat dipelajari dari tingkatan
populasi hingga komunitas ini.
d. Organisasi Kehidupan Tingkat
Ekosistem, Bioma, dan Biosfer
Ekosistem
adalah tingkatan organisasi kehidupan yang mencakup organisme dan lingkungan
tak hidup, dimana kedua komponen tersebut saling mempengaruhi dan berinteraksi.
Pada ekosistem, setiap organisme mempunyai suatu peranan, ada yang berperan
sebagai produsen, konsumen, dekomposer maupun detritivor. Produsen terdiri dari
organisme-organisme berklorofil (autotrof) yang mampu memproduksi zat-zat
organik dari zat-zat anorganik (melalui fotosintesis). Zat-zat organik ini
kemudian dimanfaatkan oleh organisme-organisme heterotrof (manusia dan hewan)
yang berperan sebagai konsumen. Sebagai konsumen, hewan ada yang memakan
produsen secara langsung, tetapi ada pula yang mendapat makanan secara tidak
langsung dari produsen dengan memakan konsumen lainnya. Karenanya konsumen
dibedakan menjadi beberapa macam yaitu konsumen I, konsumen II, dan seterusnya
hingga konsumen puncak. Konsumen II, III, dan seterusnya tidak memakan produsen
secara langsung tetapi tetap tergantung pada produsen, karena sumber makanan
konsumen I adalah produsen. Peranan makan dan dimakan di dalam ekosistem akan
membentuk rantai makanan bahkan jaring-jaring makanan. Perhatikan contoh sebuah
rantai makanan ini : daun berwarna hijau (Produsen) ―→ ulat (Konsumen I) ―→ayam
(Konsumen II) ―→ musang (Konsumen III) ―→ macan (Konsumen IV/Puncak).
Dalam ekosistem
rantai makanan jarang berlangsung dalam urutan linier seperti di atas, tetapi
membentuk jaring-jaring makanan (food web).
Peran
dekomposer ditempati oleh organisme yang bersifat saprofit, yaitu bakteri
pengurai dan jamur saproba. Keberadaan dekomposer sangat penting dalam
ekosistem. Oleh dekomposer, hewan atau tumbuhan yang mati akan diuraikan dan
dikembalikan ke tanah menjadi unsur hara (zat anorganik) yang penting bagi
pertumbuhan tumbuhan. Aktivitas pengurai juga menghasilkan gas karbondioksida
yang penting bagi fotosintesis. Detritivor merupakan organisme yang memakan
detritus (hancuran organisme mati).
Pada
hakikatnya dalam organisasi kehidupan tingkat ekosistem terjadi proses-proses
sirkulasi materi, transformasi, akumulasi energi, dan akumulasi materi melalui
organisme. Ekosistem juga merupakan suatu sistem yang terbuka dan dinamis.
Keluar masuknya energi dan materi bertujuan mempertahankan organisasinya serta
mempertahankan fungsinya. Zat-zat anorganik dalam suatu ekosistem tetap konstan
atau seimbang, karena unsur-unsur kimia esensial pembentuk protoplasma beredar
dalam biosfer melalui siklus biogeokimiawi. Contoh siklus biogeokimiawi adalah
siklus carbon, siklus oksigen, siklus nitrogen, siklus fosfor, dan siklus
sulfur. Maka dari itulah keseimbangan dalam ekosistem sangat penting untuk
selalu terjaga.
Namun
keseimbangan ekosistem dapat terganggu jika komponen-komponen penyusunnya rusak
atau bahkan hilang. Apakah yang menjadi penyebab rusaknya keseimbangan
ekosistem? selain karena bencana alam, ekosistem dapat rusak akibat perbuatan
manusia. Contoh kerusakan ekosistem akibat bencana alam adalah letusan gunung
berapi, dimana lahar panasnya dapat mematikan organisme (hewan dan tumbuhan)
dan mikroorganisme yang dilaluinya. Contoh kerusakan ekosistem karena perbuatan
manusia adalah penggundulan hutan, serta pencemaran air, tanah dan udara.
Anda telah
ketahui bahwa antara faktor abiotik dengan faktor biotik dalam ekosistem dapat
saling mempengaruhi. Namun ada faktor abiotik yang tidak dapat dipengaruhi oleh
faktor biotik. Faktor abiotik ini berada pada lingkup yang lebih luas, bahkan
sangat menentukan jenis biotik baik tumbuhan ataupun hewan yang mampu hidup di
dalamnya. Faktor abiotik tersebut adalah iklim regional atau iklim suatu tempat
di permukaan bumi, yang dapat menentukan jenis Bioma. Tahukah Anda apakah Bioma
itu?
Istilah Bioma
berhubungan dengan kumpulan species (terutama tumbuhan) yang dapat hidup di
tempat tertentu di muka bumi, tergantung pada iklim regionalnya. Jadi Bioma
adalah kumpulan species (terutama tumbuhan) yang mendiami tempat tertentu di
bumi yang dicirikan oleh vegetasi tertentu yang dominan dan langsung terlihat
jelas di tempat tersebut. Oleh karena itu biasanya Bioma diberi nama
berdasarkan tumbuhan yang dominan di daerah tersebut. Di permukaan bumi ini
terdapat 7 macam bioma, yaitu: tundra, taiga (targe), gurun (padang pasir),
padang rumput, savana, hutan hujan tropis, dan hutan decidous.
Jenis Bioma, Ciri dan Karakteistik
Tundra
Terdapat di
daerah kutub, tumbuhan dominannya adalah lumut kerak (Lichenes),
lumut Sphagnum, rumput dan tumbuhan pendek lainnya yang biasanya hanya
berumur 4 bulan. Hewan yang hidup di bioma ini adalah rusa, serigala dan
beruang kutub. Taiga Bioma ini disebut pula bioma dengan hutan berawa atau hutan
boreal. Tumbuhan dominannya adalah konifer atau tumbuhan berdaun jarum (pinus).
Hewan yang hidup di sini adalah ajax, beruang hitam, dan serigala.
Bioma Padang pasir atau Gurun
Terdapat di
daerah kering dengan curah hujan sedikit. Tumbuh-tumbuhan yang tumbuh adalah
tumbuhan yang teradaptasi dengan keadaan kering, misalnya tubuhnya ditutupi
oleh kutikula yang tebal dan akar yang panjang. Juga tumbuhan sukulen atau
kaktus, yang menyimpan banyak air pada batangnya dan daunnya menyempit menjadi
duri. Hewan yang hidup pada bioma ini adalah unta, tikus,ular, kadal,
kalajengking, dan semut
Bioma Padang Rumput
Pada bioma ini
terdapat cukup curah hujan, tetapi tidak cukup untuk menumbuhkan hutan.
Tumbuhan dominannya adalah rumput, sedangkan pohon dan semak terdapat di sepanjang
sungai di daerah tersebut. Macam padang rumput adalah prairi rumput pendek,
prairi rumput tinggi dan padang rumput tropis. Prairi adalah padang rumput yang
luas tanpa pohon.
Bioma Savana
Savanna
merupakan padang rumput yang diselingi dengan sebaran pohon yang tumbuh jarang.
Hewan yang hidup pada bioma padang rumput dan savana adalah bison, gajah,
jerapah, zebra, domba, biri-biri, harimau, cheetah, serigala dan ular.
Bioma Hutan Hujan Tropis (hutan
basah)
Terdapat di
daerah tropis yang banyak turun hujan. Vegetasinya tumbuh sangat rapat. Jenis
tumbuhan pada bioma ini sangat beraneka ragam/heterogen, mulai dari tumbuhan
pendek yang hidup di dasar hutan hingga tumbuhan yang berukuran tinggi. Juga
ada tumbuhan epifit (tumbuhan yang tumbuh pada pohon yang mempunyai
naungan/kanopi, seperti anggrek) dan liana (tumbuhan yang memanjat pada
tumbuhan lain, seperti rotan). Hewan-hewan yang hidup pada hutan ini antara
lain monyet, macan kumbang, harimau, tapir, gajah, dan bermacam-macam burung
Hutan decidous (Hutan Gugur)
Terdapat di
daerah yang memilki 4 musim (musim semi, panas, gugur dan dingin). Tumbuhan
yang dominan adalah tumbuhan berdaun lebar, seperti pohon oak, elm, maple dan
beech. Pohon-pohon di hutan ini menghijau pada musim panas, dan menggugurkan
daunnya pada musim gugur, dan pada musim dingin daunnya ‘habis’. Memasuki musim
semi pohon-pohon tersebut mulai menumbuhkan daunnya.
Selanjutnya
interaksi antar bioma di permukaan bumi membentuk lapisan makhluk hidup di bumi
yang disebut Biosfer. Seluruh bioma di permukaan bumi ini pada hakikatnya
terdiri atas produsen, konsumen dan dekomposer, dimana di dalamnya terjadi
aliran materi dan energi yang selalu dimulai dari tumbuhan hijau.