Senin, 16 Agustus 2010

Bakteri Fototrofik: Si Pemanen Matahari (Part II)


Nah, kembali lagi dan lagi-lagi kembali bersama saia dalam artikel 'Bukan Tulisan Ilmiah' yang akan membahas kelanjutan dari Bakteri Fototrofik: Si Pemanen Matahari. Pada Part II ini saia akan mencoba membahas mengenai keanekaragaman atau macam-macam bakteri fototrofik yang ada di dunia. Emm, sepertinya dari bahasanya agak terlalu muluk yah hehehe...tapi ga apa-apa lah, namanya juga usaha. Selain itu saia juga akan mengajak kita berkenalan dengan nama-nama bakteri yang termasuk dalam kelompok-kelompok tersebut. Yah tak kenal maka tak sayang, begitulah kata tukang nasi goreng (kok lagi2 yah). Lagipula ga asik juga kan kalo melihat dunia mikrobiologi itu hanya tahunya Escherichia coli terus, hehehe. Oke sebelum kita beranjak menuju keanekaragaman semua bakteri tersebut, terlebih dahulu saia ingin membicarakan mengenai istilah yang akan dipakai dalam dunia para bakteri fototrofik ini. Well, enjoy your reading ^^

Pengantar

Keanekaragaman bakteri fototrofik atau yang sering juga disingkat menjadi fototrof dapat dipandang dari banyak sisi. Beberapa diantaranya adalah keanekaragaman proses fototrofi, tempat hidup, hingga kekerabatan antar bakteri. Nah, hal yang perlu dijelaskan disini terkait dengan istilah yang akan digunakan nantinya. Perlu diketahui bahwa fototrofi merupakan kemampuan bakteri dalam menggunakan sinar matahari untuk mendukung kehidupannya. Dalam bahasan nanti akan dikenal dua jenis fototrofi, yaitu fotoautotrofi dan fotoheterotrofi. Istilah autotrof dan heterotrof didasarkan pada bagaimana cara bakteri tersebut membuat senyawa organik. Autotrofi merupakan kemampuan yang dapat membuat senyawa organik dari bahan dasar gas karbon dioksida, sementara heterotrof merupakan kemampuan membuat senyawa organik dari bahan dasar senyawa organik pula. Seiring dengan itu, apabila kita berbicara dengan Cyanobacteria yang mengisi bumi ini dengan oksigen seperti pada cerita sebelumnya, maka terdapat dua macam sifat fototrofi terkait dengan oksigen ini, yaitu fototrofi oksigenik (menghasilkan oksigen) dan fototrofi anoksigenik (tidak menghasilkan oksigen). Setelah itu, kita akan mendefinisikan sedikit mengenai fotosintesis, itu loh yang sering disebut-sebut sebagai memasak makanan dengan sinar matahari. Fotosintesis merupakan proses yang terdiri dari dua tahapan, yaitu fototrofi dan sintesis/perangkaian karbon. Sintesis karbon yang dimaksud adalah proses bagaimana membuat senyawa organik (karbon organik) dari bahan dasar karbon dioksida (karbon anorganik). Kemampuan bakteri dalam proses ini sering juga disebut sebagai autotrofi. Jadi fotosintesis merupakan gabungan dari fototrofi dan autotrofi. Nah gimana? Sudah cukup bingung? Hmm...saia rasa itu saja beberapa istilah yang mungkin akan sering digunakan dalam bahasan berikutnya dan sekarang mari kita tinjau bakteri-bakteri fototrofik tersebut.


Cyanobacteria - Si Hijau Pemberi Kehidupan

Saia rasa memang itulah julukan yang tepat bagi Cyanobacteria, karena perannya dalam mengisi bumi ini dengan oksigen. Beberapa bakteri dari kelompok (Phylum) Cyanobacteria yang perlu kita kenal adalah Synecococcus, Oscillatoria, Nostoc, Anabaena, dan Prochloron. Pada umumnya Cyanobacteria hidup pada permukaan perairan dan memiliki bentuk mulai dari bulat koloni hingga berfilamen seperti benang. Cyanobacteria memiliki pigmen berupa klorofil-a dan fikosianin yang secara berturut-turut berwarna hijau dan biru, salah satu sebab mengapa kelompok ini juga sering disebut alga hijau-biru (blue-green algae, Cyanophyta). Namun sekelompok kecil dari Cyanobacteria yang disebut sebagai prochlorophytes (pro = sebelum; chlorophytes = tumbuhan) memiliki komposisi pigmen berupa klorofil-a dan klorofil-b yang tepat sama seperti tumbuhan hijau, sehingga diduga kuat bahwa mereka merupakan nenek moyang dari tumbuhan darat sekarang ini. Cyanobacteria merupakan bakteri fototrofik oksigenik yang bersifat autotrof, yaitu menghasilkan oksigen dalam proses fototrofiknya dan juga dapat menghasilkan senyawa organik dari karbon dioksida. Penghasilan oksigen sebagai gas buang (waste product) dalam proses fototrofiknya sangat berperan besar dalam menciptakan beragam kehidupan ketika masa awal bumi. Hal ini disebabkan oksigen yang terkumpul di atmosfer kemudian akan membentuk lapisan ozon yang menangkal radiasi ultraviolet matahari yang bersifat mematikan, sehingga memungkinkan adanya kehidupan di daratan yang sebelumnya tidak bisa karena terus terpapar radiasi ultraviolet. Hmm...rasanya enak yah kalau kita punya pigmen seperti klorofil itu, kalau lapar ya tinggal berjemur saja beberapa saat dan langsung kenyang. Selain itu, kita juga bisa menghasilkan oksigen, jadi mengeluarkan gas untuk dihirup kembali, hehehe....Oke sekarang kita beranjak ke masalah autotrofi (sintesis karbon organik). Berbicara mengenai autotrofi, sebagian besar orang biologi pasti mengenal yang namanya siklus Calvin. Ya berkat siklus itulah si tumbuhan bisa memasak makanannya dengan benar dan wuala This is It!!! karbohidrat amilum ala chef Oryza sativa. Yup, proses itulah yang juga dilakukan oleh Cyanobacteria untuk memasak makanannya, tidak heran kelompok ini juga disebut sebagai salah satu produsen primer ekosistem perairan.


Green Sulfur Bacteria (Chlorobi)

Asal mula penamaan berasal dari kemampuan kelompok bakteri ini untuk hidup pada lingkungan dengan kadar asam belerang (H2S) yang tinggi. Contoh bakteri dari kelompok ini adalah Chlorobium dan Prothecochloris. Kelompok green sulfur bacteria (selanjutnya disingkat GSB) memiliki tempat hidup pada lingkungan yang memiliki kadar oksigen rendah namun juga tetap mendapatkan sinar matahari, yaitu pada permukaan sedimen perairan. Kondisi ini ternyata tidak cukup menguntungkan karena sinar matahari yang menembus lapisan perairan akan semakin berkurang seiring dengan kedalaman, sehingga hanya sedikit cahaya yang mencapai dasar perairan. Hal ini sudah diantisipasi oleh kelompok GSB karena mereka memiliki pigmen berupa bakterioklorofil-a, c, d, dan e pada suatu struktur di dalam selnya yang disebut klorosom (chlorosome). Ternyata klorosom tersebut memang sangat efisien dalam menangkap sinar matahari bahkan dalam kadar/intensitas yang rendah, sehingga memungkinkan bakteri tersebut untuk bersifat fototrofik. Dalam proses fototrofi, GSB berbeda dengan Cyanobacteria karena GSB tidak menghasilkan oksigen sebagai gas buangnya, tetapi menghasilkan deposit belerang. Hal ini disebut sebagai fototrofi anoksigenik dan buangan belerang itu menjadi satu keunikan tersendiri dari kelompok GSB, yakni mereka merupakan penimbun belerang, karena mereka dapat mengubah asam belerang menjadi belerang dalam proses metabolismenya. Manusia sih dijamin ga akan bisa deh, mencium bau kentut yang busuk (karena mengandung asam belerang) saja langsung kabur, hehehe...Oya, perlu diketahui juga bahwa GSB itu dapat berfotosintesis juga loh. Nah disini kita harus tahu bahwa bersifat fototrofik saja belum tentu bisa berfotosintesis loh. Proses autotrofi yang dilakukan oleh GSB ternyata berbeda dari Cyanobacteria, alias GSB tidak menggunakan siklus Calvin melainkan suatu proses yang disebut sebagai Reverse Tricarboxylic Acid Cycle (rTCA cycle). Em, saia tidak akan berbicara mengenai detail siklus rTCA ini karena ini kan 'Bukan Tulisan Ilmiah', jadi cukup sekedar tahu saja, hehehe...


Purple Sulfur Bacteria (Proteobacteria)

Seperti halnya GSB, kelompok ini dinamakan demikian karena kemampuannya untuk hidup pada daerah dengan kadar asam belerang (H2S) tinggi. Contoh bakteri yang tergolong dalam kelompok ini adalah Ectothiorhodospira dan Chromatium. Kelompok purple sulfur bacteria (selanjutnya disingkat PSB) umumnya hidup di permukaan sedimen perairan yang mengandung asam belerang tinggi dan terkena sinar matahari. Namun ada satu ciri spesifik dari tempat hidup PSB, yaitu sebagian besar anggotanya merupakan penghuni perairan dengan kadar garam yang tinggi, beberapa bahkan sangat tinggi. Dengan demikian, PSB akan banyak ditemui pada sedimen perairan laut yang memiliki deposit/simpanan asam belerang yang tinggi. Jadi, kalau kita mendengar nama Laut Merah, mungkin itu karena ada banyak bakteri PSB kali yah hehehe. Oke kali ini mengapa kelompok tersebut diberi gelar purple? Yang pasti sih bukan karena bakteri ini sangat berjasa dalam menolong Amerika memenangkan perang sehingga diberi penghargaan Purple Heart kayak di film-film itu loh. Sebenarnya memang bakteri-bakteri PSB itu berwarna ungu karena mengandung dua golongan pigmen dalam sel nya, yaitu pigmen bakterioklorofil-a yang berwarna biru dan karotenoid yang berwarna merah. Jadi kalau merah dicampur biru jadi apa? yaa ungu lah, hehehe. Nah karena PSB hidup di permukaan sedimen, terkadang hanya sedikit sinar matahari yang mencapai dasar perairan yang agak dalam sehingga agak menyulitkan proses fototrofik nya. Namun PSB sudah menanggulangi hal tersebut dengan pigmen bakterioklorofil-a yang sangat efisien dalam menangkap sinar matahari meskipun dalam jumlah/intensitas yang sedikit. Perbedaannya dengan GSB adalah bahwa pigmen bakterioklorofil-a ini tidak terdapat dalam klorosom, melainkan pada membran selnya yang melekuk kedalam (invaginasi membran). Apakah itu? nah bayangkan saja sebuah ban sepeda baru yang lingkaran sempurna dengan ban sepeda yang juga baru.....baru habis tabrakan, dengan lekukan disana-sini. Nah tepatnya pada lekukan seperti itulah pigmen bakterioklorofil itu berada. Selain perbedaan, ada juga persamaan antara PSB dengan GSB, yaitu bahwa keduanya bersifat fototrofik anoksigenik dan juga penimbun belerang. Kelompok PSB memiliki sebagian anggota yang bersifat autotrof via siklus rTCA, namun sebagian besar anggotanya bersifat fotoheterotrof, yaitu melakukan sintesis senyawa organik dari bahan dasar berupa senyawa organik juga.


Green Non-sulfur Bacteria (Chloroflexi)

Nah apa lagi ini? Kok ada yang non-sulfur? Pemberian nama seperti itu berawal dari salah kira para ahli mikrobiologi kita di jaman dahulu kala. Mereka mengira ada sekelompok bakteri yang mirip dengan GSB, namun ternyata justru tidak dapat hidup apabila terdapat asam belerang. Yah sebenarnya sih mereka bisa-bisa saja hidup dengan kehadiran asam belerang itu, namun tidak dalam kadar yang tinggi seperti halnya golongan GSB. Kelompok green non-sulfur bacteria (selanjutnya disingkat GnSB) dicontohkan dengan bakteri bernama Chloroflexus dan Heliothrix. Apabila dipandang dari struktur selnya GnSB terlihat seperti gabungan antara GSB dengan PSB, khususnya dalam pengaturan pigmen fototrofiknya. Dipandang mirip dengan GSB karena memiliki bakterioklorofil-c yang berada dalam klorosom, dan juga dipandang mirip dengan PSB karena memiliki bakterioklorofil-a yang berada pada invaginasi membran. Hmm...bakteri yang tidak konsisten. Data mengenai analisis kekerabatan (atau analisis persaudaraan) antar bakteri menunjukan bahwa golongan GnSB merupakan bakteri yang primitif. Hal ini dibuktikan dengan 'peralatan' serta mekanisme fotosintesis, tempat hidup dan juga analisis terhadap DNA GnSB yang hasilnya serba primitif. Apabila kita meninjau kembali pada Part I yang bercerita mengenai kondisi awal bumi, saat tersebut merupakan saat yang panas sehingga mahluk yang hidup pada zaman tersebut haruslah tetap cool alias tahan panas. Ternyata anggota GnSB memiliki tempat hidup di perairan dengan suhu tinggi, seperti di sumber mata air panas yang suhunya diatas 50C. Nah bayangkan, kita saja yang hidup pada daerah dengan suhu 28-30C sudah sering menulis status 'panas' atau 'memohon hujan' kepada dewa Facebook. Analisis DNA juga menunjukan bahwa golongan GnSB (Phylum Chloroflexi) terletak di bagian bawah 'pohon kehidupan' (Phylogenetic Tree of Life), menandakan bahwa GnSB merupakan bakteri fototrofik paling primitif/kuno sedunia. Golongan GnSB bersifat fototrofik anoksigenik, yaitu tidak menghasilkan oksigen seperti layaknya Cyanobacteria. Proses autotrofi pada GnSB pun lain daripada yang lain, bukan siklus Calvin atau rTCA yang sudah cukup modern, melainkan siklus hydroxypropionate yang juga umum pada bakteri-bakteri autotrof non-fototrof primitif.


Purple Non-sulfur Bacteria (Proteobacteria)

Ada green non-sulfur ya ada purple non-sulfur juga, ga mau kalah gituh. Hmm..bisa dikatakan bahwa kelompok ini merupakan kelompok yang paling besar baik dalam hal daftar keanggotaan maupun keragaman metabolisme dan disatukan atas satu hal seperti yang tertera pada nama golongannya, tidak dapat hidup pada kodisi kadar asam belerang tinggi. Beberapa contoh dari purple non-sulfur bacteria (selanjutnya disingkat PnSB) adalah Rhodospirillum, Rhodobacter, Rhodopseudomonas, Roseobacter, dan Erythrobacter. Tidak seperti golongan bakteri fototrofik lainnya yang memiliki persamaan sifat seluruh anggotanya dalam hal kebutuhan oksigen; seperti Cyanobacteria yang aerob (membutuhkan oksigen untuk hidup) atau GSB, PSB, & GnSB yang anaerob (tidak membutuhkan oksigen untuk hidup); golongan PnSB memiliki anggota yang bersifat aerob dan juga anaerob. Oya, perlu ditekankan disini bahwa definisi aerob dan anaerob dalam konteks bakteri fototrofik adalah terkait dengan sintesis pigmen fototrofiknya. Jadi GSB yang bersifat anaerob bisa saja tetap hidup apabila terkena oksigen, tetapi tidak menghasilkan pigmen bakterioklorofil atau singkatnya tidak berwarna. Hal mengenai aerob dan anaerob ini sepertinya baru disinggung disini, jadi jangan sampai tertukar dengan definisi oksigenik dan anoksigenik (kemampuan menghasilkan oksigen) yah. Berdasarkan sifat ini PnSB terbagi lagi menjadi dua kelompok, yaitu kelompok Anaerobic Anoxygenic Phototroph (AnAP) dan Aerobic Anoxygenic Phototroph (AAP). Keragaman metabolisme dari PnSB yang begitu besar membuat tempat hidup dari golongan ini sangat beragam, mulai dari permukaan perairan, dasar perairan, di dalam tanah, permukaan alga/rumput laut, bahkan hingga hidup di dalam (berasosiasi) dengan protozoa. Sebagian besar anggota PnSB bersifat fotoheterotrof seperti pada PSB. Kemampuan heterotofi (penggunaan senyawa organik) pada PnSB merupakan yang terhebat diantara seluruh bakteri. Golongan PnSB ini dapat memanen sumber karbon (memakan) dari karbohidrat, lemak, protein, hingga pestisida atau senyawa kimia beracun lainnya. Pigmen yang umum dihasilkan oleh golongan PnSB adalah bakterioklorofil-a dan macam-macam karotenoid, sehingga membuatnya menjadi berwarna ungu atau merah. Secara kekerabatan, PnSB bersama dengan PSB termasuk dalam kelompok (Phylum) Proteobacteria yang merupakan phylum terbesar dari Domain Bacteria.


Yah jadi itulah macam-macam golongan bakteri fototrofik yang ada hingga saat ini. Berikutnya pada Part III saia akan mengajak kita untuk mengenal asosiasi antar golongan-golongan tersebut bersama dengan bakteri lainnya di ekosistem perairan dan juga memperkenalkan beberapa potensi dari golongan bakteri ini yang dapat diaplikasikan. Demikianlah akhir dari Part II ini.

Tidak ada komentar: