A. BIOSFER DAN MAHLUK HIDUP
1. Biosfer
Biosfer adalah zona tipis di bumi dan di atas permukaan bumi yang tidak lebih dari 20 km tebalnya. Sampai saat ini, bumi merupakan satu-satunya tempat di alam dunia yang diketahui terdapat kehidupan dan tempat makhluk hidup melangsungkan segala aktivitas hidupnya. Makhluk hidup itu selalu berinteraksi dengan lingkungannya, yang terdiri dari lingkungan tak hidup (abiotik) dan lingkungan hidup (biotik).
Biosfer terdiri dari sebagian lapisan atmosfer dan lapisan kulit bumi. Lapisan atmosfer adalah merupakan lapisan udara di atas bumi membungkus bumi dengan gas-gas dan terdiri dari 3 lapisan utama yaitu lonosfer, stratosfer, dan troposfer
Seperti diketahui, makhluk hidup tinggal dan beraktivitas di kedua lapisan kulit bumi tersebut. Jadi makhluk hidup hanya dapat beraktivitas pada lapisan troposfer dari atmosfer, hidrosfer dan litosfer. Oleh karena itu, ketiga lapisan tersebut disebut dengan lapisan biosfer.
2. Sel Sebagai Unit Kehidupan
Sel merupakan unit kehidupan, baik dari segi struktural, pertumbuhan, reproduksi, hereditas dan fungsional. Sel sebagai unit struktural maksudnya adalah sel merupakan satuan terkecil penyusun tubuh organisme. Organisme multiseluler, tubuhnya dibangun oleh banyak sel yang diperoleh dari pembelahan mitosis berulang-ulang sebuah sel tunggal (monoseluler) yang disebut zigot. Akibatnya organisme mengalami pertumbuhan. Oleh karena itu dikatakan sel sebagai unit pertumbuhan. Zigot dihasilkan dari peleburan sel kelamin (sel benih) jantan dan betina. Karena dari sel kelamin dapat dihasilkan individu baru, sel dikatakan juga sebagai unit produksi. Masing-masing sel kelamin (sel kelamin jantan dan sel kelamin betina) membawa materi genetik (genom) sebagai penentu sifat (karakter) yang akan diwariskan kepada turunannya (individu baru). Sifat oleh karena itu sel dikatakan juga sebagai unit hereditas. Di dalam masing-masing sel penyusun tubuh makhluk hidup terselenggara semua aktivitas kehidupan, baik pada organisme uniseluler, organisme yang selnya bergabung membentuk koloni dan pada organisme uniseluler. Pada organisme uniseluler, seluruh aktivitas hidup dilaksanakan oleh sel tersebut. Pada organisme yang berbentuk koloni belum tampak diferensiasi fungsi yang jelas dari masing-masing sel penyusun koloninya. Sedangkan organisme multiseluler terdapat diferensiasi fungsi untuk menjalankan aktivitas kehidupan. Komposisi kimiawi sel yang spesifik, kemampuan melaksanakan metabolisme, reproduksi, tumbuh menjadi besar, tanggap terhadap rangsang dan berdaur hidup adalah hal-hal yang membedakan organisme dengan benda mati.
B. ASAL MULA KEHIDUPAN DAN EVOLUSI MAKHLUK HIDUP DI BUMI
1. Hipotesis tentang Asal Mula Kehidupan
Pertanyaan mengenai bagaimana kehidupan pertama dimulai di bumi masih menjadi pendebatan dari dahulu sampai sekarang. Aristoteles 3,5 abad sebelum masehi mengemukakan teori abiogenesis yang menyatakan bahwa makhluk hidup muncul secara spontan dari benda mati (generatio spontanea). Penemuan jasad renik oleh Anthonie Van Leeuwenhoek abad ke 17 pada air rendaman jerami dianggap oleh pendukungnya sebagai bukti pendukung teori abiogenesis. Teori ini ditentang oleh Francesco Redi, Lazzaro Spallanzani dan Louis Pasteur dengan teori biogenesis, yang meyakini bahwa makhluk hidup berasal dari makhluk hidup yang telah ada sebelumnya. Hasil penelitian yang mereka lakukan mengungkapkan bahwa: setiap kehidupan berasal dari telur (omme visum ex ovo), setiap telur berasal dari kehidupan sebelumnya (omne ovum ex vivo), dan setiap kehidupan berasal dari kehidupan sebelumnya (omne vivum ex vivo).
Skenario hipotesis, organisme pertama merupakan produk suatu evolusi kimiawi yang terdiri dari tahapan-tahapan berikut:
- Sintesis abiotistas hidup dan akumulasi molekul organik kecil atau monomer seperti asam amino dan nukleoida.
- Penyatuan monomer-monomer menjadi polimer, termasuk protein dan asam nukleat (DNA dan RNA).
- Segregasi molekul-molekul tersebut menjadi droplet (tulisan) yang disebut dengan protobion.
- Protobion asal mula hereditas untuk menjalankan fungsi kehidupan.
Evolusi kimia ini didukung dengan postulat dari Oparin dan J.B.S. Haldane, bahwa bumi primitif mendukung terjadinya reaksi kimia untuk mensintesis senyawa organik yang berasal dari prekursor organik yang terdapat pada atmosfer dan lautan purbakala. Atmosfer pereduksi (penambah elektron) semacam itu meningkatkan penggabungan molekul sederhana untuk membentuk moleku komplek.
Pada tahun 1953 Stanley Miller dan Harold Urey menguji hipotesis Oparin-Haldane dengan percobaan di laboratorium. Keadaan percobaan dibuat sesuai dengan keadaan bumi purbakala. Atmosfer dalam model Miller-Urey terdiri dari H2O, H2, CH4 (metana) dan NH3 (amoniak), yang diyakini banyak terdapat di dunia purbakala. Percobaan mereka menghasilkan berbagai jenis asam amino dan senyawa organik lainnya.
Banyak laboratorium mengulangi percobaan Miller-Urey dengan menggunakan berbagai jenis campuran sebagai susunan atmosfer. Banyak pula saintis yang meragukan bahwa kondisi atmosfer purbakala berperan penting dalam reaksi kimia purbakala.
Banyak diantara ahli biologi sekarang membayangkan suatu “dunia RNA”, suatu periode awal dalam evolusi kehidupan ketika molekul RNA berfungsi sebagai gen yang belum sempurna dan sebagai katalis organik. Beberapa saintis telah menguji beberapa hipotesis mengenai RNA yang bereplikasi sendiri. Polimer pendek ribonukleotida telah dihasilkan secara abiotik dalam percobaan di dalam laboratorium.
Protobion tumbuh dan membelah membagikan salinannya kepada keturunan, keturunannya akan beranekaragam karena adanya mutasi dalam penyalinan RNA. Evolusi dalam pengertian Darwinian yang sesungguhnya keberhasilan reproduktif yang berbeda pada individu yang berbeda, agaknya mengumpulkan banyak perbaikan pada metabolisme primitif dan pewarisan. Salah satu tren mengarah ke RNA sebagai materi hereditas. Pada mulanya, RNA dapat menyediakan cetakan tempat perakitan nukleotida DNA. Akan tetapi DNA merupakan tempat penyimpanan informasi genetik yang lebih stabil dari RNA, dan begitu DNA muncul, molekul RNA menulis peranan barunya sebagai perantara dalam translasi (perterjemahan) kodegenetik. “Dunia RNA” membuka jalan bagi “dunia DNA”.
Perdebatan mengenai asal mula kehidupan di bumi sangat banyak, dengan cara apapun bahan kimia prebiotik berakumulasi membentuk polimer dan akhirnya bereproduksi di bumi, lompatan dari satu kumpulan molekul menjadi sel-sel prokariotik yang paling sederhana merupakan suatu peristiwa yang sangat besar dan perubahan pastilah telah terjadi dalam banyak tahapan evolusi yang lebih kecil. Kita mengetahui melalui bukti fosil bahwa prokariotik sudah mulai mengalami pertumbuhan sekitar 3,5 miliar tahun silam dan semua garis keturunan muncul dari prokariotik kuno tersebut.
2. Proses Evolusi Makhluk Hidup di Bumi
Beberapa episode utama dalam sejarah kehidupan yang penentuan waktu kejadiannya berdasarkan pada bukti fosil dan analisis molekuler menunjukkan perubahan makhluk hidup dari bentuk yang sederhana ke bentuk yang lebih kompleks dan bervariasi terjadi karena DNA mengalami perubahan kode genetik (mutasi). Kode genetik yang paling sesuaid keadaan lingkungan akan mendapat peluang yang lebih baik untuk berkembang. Organisasi yang dapat bertahan hidup di lingkungan tertentu disebut dengan adaptasi. Makhluk hidup yang mampu beradaptasi terhadap lingkungan hidupnya dapat mengembangkan populasinya, sedangkan yang tidak mampu beradaptasi akan punah inilah yang disebut dengan seleksi alamiah (natural selection).
Kehidupan dimulai sangat dini dalam sejarah bumi, dan organisme pertama merupakan nenek moyang dari keanekaragaman biologis yang kita lihat saat ini. Organisme makroskopis dan multiseluler terutama tumbuhan dan hewan serta manusia berasal dari organisme mikroskopis dan uniseluler (bersel tunggal).
Dari sejarah kehidupan di bumi, diperkirakan bumi dibentuk 4,5 milyar tahun silam. Kehidupan di bumi diperkirakan bermula antara 3,5 – 4.0 miliar tahun silam. Setelah bumi cukup dingin muncul kehidupan pertama sekitar 3,8 miliar tahun silam yang dibuktikan dengan isotop karbon hasil aktivitas metabolis organisme dalam batuan yang berumur 3,8 miliar tahun silam di Greenland (tanah hijau di kutup Utara), yang diperkirakan oleh saintis adalah organisme prokariotik. Organisme prokariotik berfilamen berumur 3,5 miliar tahun silam, fosilnya ditemukan di Afrika Selatan dan Australia Barat. Kehidupan prokariotik purba ini ditemukan pada batuan yang disebut stromatolit (bahasa Yunani: stroma = tempat tidur, dan lithos = batu). Stromatolit adalah kubah bergaris-garis yang tersusun dari batuan sedimen. Fosil tersebut saat ini merupakan fosil organisme hidup tertua yang diketahui. Namun demikian fosil yang terdapat di Australia Barat tampak seperti organisme fotosintetik, yang mungkin merupakan organisme penghasil oksigen. Jika demikian halnya, maka mungkin kehidupan telah berkembang jauh sebelum organisme ini hidup, kemungkinan sekitar 4,0 miliar tahun silam.
Sekitar 2,5 miliar tahun silam produksi oksigen (O2) oleh prokariotik primitif dan menciptakan atmosfer aerob yang memulai suatu tahapan untuk evolusi kehidupan aerob. Sementara evolusi prokariotik terus berlanjut, beberapa organisme mampu menggunakan oksigen untuk metabolisme makhluk organik atau (siano bakteri fotosintetik). Sekitar 1,7 miliar tahun silam sel eukariotik telah berevolusi dari komunitas prokariota. Organisme multiselule muncul sebelum hewan tertua muncul di sekitar 500 juta tahun silam dan evolusi terus terjadi seiring dengan pergeseran benua. Zaman keemasan reptil, tumbuhan berbunga dan mamalia ada pada zaman mesozoikum dan awal senozoikum. Akhirnya, makhluk hidup dengan segala kompleksitas struktur tubuh dan beranekaragam spesies seperti yang kita lihat sekarang ini diduga terjadi akibat proses evolusi dalam waktu yang sangat panjang. Manusia berada pada puncak evolusi makhluk hidup.
C. KEANEKARAGAMAN MAHLUK HIDUP
1. Penyebab Keanekaragaman Makhluk Hidup
Tidak ada makhluk hidup di alam ini yang persis sama satu dengan yang lain jika dilihat dari sifat atau karakter yang tampak maupun dari sifat atau karakter yang tidak tampak. Masing-masing individu dalam suatu jenis (spesies) memperlihatkan perbedaan bentuk tubuh, warna, ukuran, kecerdasan, dan lain-lain. Bahkan individu-individu yang berasal dari induk yang sama, juga menunjukkan perbedaan sifat. Apalagi jika dibandingkan individu yang berbeda jenisnya. Semua ini menunjukkan adanya keanekaragaman makhluk hidup. Pertanyaan yang muncul adalah: Mengapa terjadi keanekaragaman makhluk hidup? Apakah makhluk hidup yang beranekaragam ini berasal dari nenek moyang yang sama? Para ahli telah mencoba mencari jawaban atas pertanyaan tersebut. Bahkan telah mencoba pula menyusun hipotesis tentang bagaimana munculnya makhluk hidup yang beranekaragam tersebut.
Menurut para ahli, keanekaragaman makhluk hidup seperti yang kita lihat sekarang ini terbentuk dari proses evolusi. Ketika bumi baru saja terbentuk, yang terjadi adalah proses evolusi yang lebih besar, yang kemudian memunculkan sel pertama (ancestor cell). Setelah dalam waktu yang cukup lama dalam sejarah evolusi, dari sel pertama ini kemudian memunculkan organisme multiseluler pada awal era Paleozoikum. Proses evolusi makhluk hidup berlanjut seiring dengan perubahan iklim dan pergeseran benua. Pada akhirnya sebagai hasil proses evolusi, bermunculanlah beranekaragam makhluk hidup. Zaman keemasan Reptilia, Tumbuhan Berbunga, dan Mammalia terjadi pada akhir era Mesozoikum (Mesozoic) dan awal era Senozoikum (cenozoic).
Walaupun Charles Robert Darwin mencetuskan evolusi sebagai suatu teori yang menyebabkan makhluk hidup berubah dan menjadi beraneka ragam melalui proses seleksi alam dalam waktu yang sangat lama, namun ia belum mengetahui tentang DNA dan mekanisme pewarisannya. Namun demikian diketahui bahwa variasi yang ada pada individu bersifat genetis. Kemudian diketahui bahwa sumber terjadinya variasi adalah mutasi, yaitu perubahan susunan kimiawi DNA yang berlangsung sedikit demi sedikit dan memakan waktu lama. Mutasi memodifikasi DNA dan menyebabkan terjadinya spesies baru (spesiasi). Jadi mekanisme evolusi adalah akumulasi perubahan secara bertahap dalam kurun waktu lama, sampai suatu kelompok organisme cukup nyata berbeda dari kelompok asalnya sehingga dapat disebut sebuah spesies baru. Hal tersebut dapat terjadi bila ada penghalang fisik yang memisahkan suatu populasi induknya (yang akan menghasilkan spesiasi alopatrik), atau gene pools mereka menjadi terpisah akibat adanya variasi lingkungan (yang akan menghasilkan spesiasi parapatrik). Pola evolusi dikenal dengan evolusi divergen (bila dua atau lebih spesies berevolusi dari sebuah leluhur yang sama), dan evolusi konvergen (bila evolusi organisme yang berasal dari leluhur yang berbeda, beradaptasi pada lingkungan hidup yang sama).
Keanekaragaman makhluk hidup menunjukkan totalitas variasi gen, jenis dan ekosistem yang dijumpai di suatu daerah. Keanekaragaman makhluk hidup menyatakan terdapatnya berbagai macam variasi bentuk, penampilan, jumlah, dan sifat-sifat lain yang terlihat pada tingkat yang berdeda-beda. Keanekaragaman makhluk hidup meliputi berbagai macam aspek seperti ciri-ciri morfologi, anatomi, fisiologi, dan tingkah laku makhluk hidup yang selanjutnya akan menyusun suatu ekosistem tertentu. Keanekaragaman makhluk hidup tidak hanya terjadi antar jenis tetapi juga di dalam satu jenis. Keanekaragaman antar jenis misalnya antara bawang merah dengan bawang putih, sedangkan keanekaragaman dalam satu jenis misalnya antara varietas padi, padi Jawa, padi Cianjur dan lain-lain.
2. Pengelompokan (Klasifikasi Makhluk Hidup)
Untuk mengetahui ciri-ciri morfologi, anatomi, fisiologi, perilaku atau ciri-ciri lainnya dari makhluk hidup, langkah pertama yang harus dilakukan adalah identifikasi yaitu menentukan nama ilmiah dan kelompok makhluk hidup sesuai dengan Kode Tata Nama Internasional. Identifikasi merupakan kegiatan utama klasifikasi, dengan klasifikasi keanekaragaman hayati makhluk hidup dapat dipelajari dan dipahami dengan lebih mudah dan utuh.
Klasifikasi makhluk hidup dapat dilakukan melalui 3 cara yaitu sistem buatan (artifisial), sistem alamiah dan sistem filogenetik. Sistem buatan yaitu pengelompokan makhluk hidup yang didasarkan lebih banyak kepada ciri-ciri morfologi atau habitatnya, tetapi penggunaan ciri-ciri alami masih terbatas sehingga kelompok-kelompok yang dihasilkan juga terbatas. Contoh:
Klasifikasi oleh Aristoteles yang mengelompokkan tumbuhan berdasarkan habitat dan perawakannya menjadi 4 kelompok, yaitu; gulma atau liana, semak, perdu, dan pohon.Klasifikasi oleh Carolus Linnaeus yang mengelompokkan tumbuhan menurut jumlah benang sari, yaitu: monandrie (1 benang sari), diandrie (2 benang sari) dan seterusnya.
Sistem alam menghendaki terbentuknya takso-takson yang alami, takson yang terbentuk mencakup anggota-anggota yang sewajarnya dikehendaki alam. Dasar yang digunakan adalah banyak sedikitnya persamaan sifat/ciri morfologi, selanjutnya sifat anatomi, fisiologi atau sifat-sifat lainnya.
Sistem filogenetik (pertengahan abad 19), selain menunjukkan persamaan-persamaan ciri-ciri morfologi, anatomi atau sifat-sifat lain (seperti pada sisem alam). Klasifikasi juga mencerminkan perkembangan (dari sederhana ke yang lebih maju) serta jauh dekatnya hubungan kekerabatan antar takson. Takson adalah tingkatan dalam klasifikasi makhluk hidup. Urutan takson tertinggi sampai kepada takson terendah adalah: Kingdom, Filum (untuk hewan) atau Divisio (untuk tumbuhan), Kelas, Ordo, Famili, Genus, Spesies. Pada awalnya makhluk hidup hanya dikelompokkan ke dalam 2 kingdom saja, yaitu Animalia (hewan) dan Plantae (tumbuhan). Tetapi sekarang, sejalan dengan perkembangan ilmu pengetahuan dalam biologi, makhluk hidup dikelompokkan menjadi 5 kingdom, Yaitu: Monera, Protista, Fungi, Plantae dan Animalia. Kingdom monera terdiri dari organisme prokariotik, yaitu kelompok makhluk hidup bersel satu (uniseluler) dan tidak memiliki inti yang nyata (nukleus). Contohnya adalah bakteri dan alga biru. Kingdom Protista meliputi organisme bersel tunggal yang inti (nukleus) sudah nyata. Contohnya adalah protofita (mikroalga) dan protozoa. Kingdom fungi adalah kelompok makhluk hidup eukariotik yang mirip dengan tumbuhan tetapi tidak mampu melakukan fotosintesis (non-fotosintetik). Kelompok Fungi terdiri atas mikrofungi (fungi uniseluler) dan makrofungi (fungi multiseluler). Contoh dari mikrofungi adalah khamir atau ragi (yeast). Kapang (mold) dan cendawan (mushroom) adalah contoh makrofungi. Kadang-kadang Fungi bersimbiosis dengan Algae membentuk lutut kerak (lichens). Kingdom Plantae adalah organisme eukariotik multiseluler yang mampu melakukan fotosintesis karena memiliki zat hijau daun (klorofil). Ke dalam kelompok Plantae termasuk makroalgae, lumut, paku, dan tumbuhan berbiji. Diduga kelompok Plantae berevolusi dari algae hijau berfilamen yang menyerbu daratan sekitar 400 juta tahun yang lalu. Kingdom Animalia merupakan kelompok hewan dengan ciri-ciri tubuh bersel banyak dan eukariotik yang tidak mampu mengolah makanan sendiri dari bahan anorganik. Oleh karena itu sangat tergantung kepada tumbuhan, sehingga kelompok ini disebut heterotrof.
D. SEJARAH PERKEMBANGAN MAKHLUK HIDUP PERSEBARANNYA
Biogeografi adalah ilmu yang mempelajari tentang persebaran organisme di muka bumi. Studi tentang penyebarn spesies menunjukkan, spesies-spesies berasal dari suatu tempat, namun selanjutnya menyebar ke berbagai daerah. Organisme tersebut kemudian mengadakan diferensiasi menjadi subspesies baru dan spesies yang cocok terhadp daerah yang ditempatinya. Persebaran organisme di bumi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya:
- Faktor Lingkungan
- Faktor Sejarah Geologi
- Faktor Penghambat Fisik
- Persebaran Tumbuhan dan Hewan
Evolusi berarti perubahan pada sifat-sifat terwariskan suatu populasi organisme dari satu generasi ke generasi berikutnya. Perubahan-perubahan ini disebabkan oleh kombinasi tiga proses utama: variasi, reproduksi, dan seleksi. Sifat-sifat yang menjadi dasar evolusi ini dibawa oleh gen yang diwariskan kepada keturunan suatu makhluk hidup dan menjadi bervariasi dalam suatu populasi. Ketika organisme bereproduksi, keturunannya akan mempunyai sifat-sifat yang baru. Sifat baru dapat diperoleh dari perubahan gen akibat mutasi ataupun transfer gen antar populasi dan antar spesies. Pada spesies yang bereproduksi secara seksual, kombinasi gen yang baru juga dihasilkan oleh rekombinasi genetika, yang dapat meningkatkan variasi antara organisme. Evolusi terjadi ketika perbedaan-perbedaan terwariskan ini menjadi lebih umum atau langka dalam suatu populasi.
Evolusi didorong oleh dua mekanisme utama, yaitu seleksi alam dan hanyutan genetik. Seleksi alam merupakan sebuah proses yang menyebabkan sifat terwaris yang berguna untuk keberlangsungan hidup dan reproduksi organisme menjadi lebih umum dalam suatu populasi - dan sebaliknya, sifat yang merugikan menjadi lebih berkurang. Hal ini terjadi karena individu dengan sifat-sifat yang menguntungkan lebih berpeluang besar bereproduksi, sehingga lebih banyak individu pada generasi selanjutnya yang mewarisi sifat-sifat yang menguntungkan ini. Setelah beberapa generasi, adaptasi terjadi melalui kombinasi perubahan kecil sifat yang terjadi secara terus menerus dan acak ini dengan seleksi alam. Sementara itu, hanyutan genetik merupakan sebuah proses bebas yang menghasilkan perubahan acak pada frekuensi sifat suatu populasi. Hanyutan genetik dihasilkan oleh probabilitas apakah suatu sifat akan diwariskan ketika suatu individu bertahan hidup dan bereproduksi.
