Mekanisme Anti-Beku Pada Amfibi Yang Ber-hibernasi

Mekanisme Anti-Beku Pada Amfibi Yang Ber-hibernasi

by: Arief Rachman

Pendahuluan

Oke. Setelah bos Viktor membuat artikel mengenai ikan paus dan bakteri pemanen sinar matahari, giliran saya yang membuat sebuah artikel. Kali ini temanya adalah hibernasi. Sebelum mulai, saya yakin kalian tahu sedikit mengenai hibernasi. Secara sederhana hibernasi adalah mekanisme 'tidur' yang dilakukan oleh hewan-hewan yang hidup di negara 4 musim, yaitu pada musim dingin. Secara lebih detail, hibernasi merupakan serangkaian proses yang memungkinkan hewan-hewan endotermik (berdarah panas) dan ektotermik (berdarah dingin) untuk bertahan hidup selama kondisi suhu ekstrim dingin.

Mekanisme hibernasi bervariasi antara hewan ektoterm dan endoterm. Tapi pada umumnya, yang terjadi selama hibernasi adalah:

- laju metabolisme menurun

- laju respirasi dan peredaran darah juga menurun

- suhu tubuh turun seiring dengan menurunnya laju metabolisme

Bagi hewan endotermik yang mampu menghasilkan panas tubuh sendiri, hibernasi merupakan usaha untuk menurunkan laju metabolisme pada tangan dan kaki. Pada saat yang sama, suhu pusat (organ dalam, terutama jantung, paru-paru, dan otak) dijaga agar tetap stabil dan masih memungkinkan untuk masih bisa bekerja. Selama bahan bakar metabolisme berupa lemak masih tersedia saat hibernasi, organisme endotermik dapat terus hidup. Kecuali suhu lingkungan turun terlalu jauh dibawah batas toleransi mereka.

Pada hewan endotermik ini, hibernasi hanya sebatas menurunkan laju metabolisme dan fungsi organ-organ tubuh, seperti yang sudah saya jelaskan sebelumnya. Selain hibernasi, sebagian besar organisme endotermik masih bisa beraktivitas pada musim dingin karena punya adaptasi lain, seperti bulu tebal, lapisan lemak tebal, hingga memiliki otot dengan mitokondria yang berlebihan (sebagai penghasil panas).

Nah, berbeda dengan organisme endotermik, organisme ektotermik (seperti katak yang akan saya jelaskan nanti) bergantung pada suhu lingkungan untuk melakukan metabolisme. Sehingga mekanisme hibernasi mereka berbeda dengan mekanisme hibernasi pada hewan endotermik. Salah satu mekanisme hibernai hewan ektotermik yang sangat menarik adalah 'membeku' pada suhu sangat rendah. Mekanisme ini tidak ditemukan pada organisme endotermik.

Masalah Yang Dihadapi Hewan Yang Membeku

Oke. Sekarang kita mulai masuk pada pembahasan utama, yaitu hibernasi pada amfibi, contohnya katak dan kodok (hayo! kalian tahu beda antara katak dan kodok kan??).

Saya yakin sebagian besar dari kita tidak pernah merasakan dinginnya musim dingin, apalagi melihat katak yang berubah jadi 'katak beku' saat musim dingin. Tapi bagi yang pernah membaca buku, nonton Discovery Channel, atau baca artikel di internet, atau yang mengerjakan tugas fisiologi atau ekofisiologi hewan ヾ(´^ω^)ノ♪pasti tahu deh mengenai fenomena ini.

Ya! Membiarkan tubuhnya membeku adalah salah satu metode hibernasi ekstrim yang dilakukan oleh amfibia. Contohnya adalah spesies Rana sylvatica (wood frog). Spesies katak ini mengalami hibernasi ekstrim hingga tubuhnya lebih mirip katak beku daripada katak yang sedang hibernasi.Nah, mungkin kalian ada yang mulai bertanya.

Kok bisa sih katak yang dibekukan kayak gitu hidup lagi?

Tentu bisa. Hewan ini punya mekanisme 'super' yang membuat para ilmuwan sampai saat ini cuma bisa bertanya-tanya sambil gigit jari. Dalam ilmu ekofisiologi hewan, mekanisme ini dikenal sebagai antifreeze strategy. Sebelum masuk ke pembahasan mengenai antifreeze strategi ini, ada bagusnya saya jelaskan sedikit mengenai masalah yang dihadapi hewan yang membeku.

Saya yakin kita semua tahu. Kalau suhu air turun dibawah 4 derajat celcius C, air akan mulai membeku, dan pada suhu 0 derajat celcius, air akan membeku sepenuhnya. Hukum fisika ini juga berlaku dalam tubuh organisme.

Terus masalahnya apa?

Ingat bahwa sebagian besar komponen tubuh hewan adalah air. Pembekuan air dalam sel dan jaringan akan:

- menyumbat pembuluh darah,

- merusak jaringan atau komponen sel, dan

- menghambat reaksi metabolisme sel.

Kalau pembekuan ini berlanjut, maka hewan akan mati karena metabolisme tubuhnya berhenti. Berhentinya metabolisme sel bisa diakibatkan oleh:- kerusakan organel atau komponen sel, - berubahnya permeabilitas membran sel, atau - terhambatnya reaksi enzimatis dalam sel.

Nah. katak yang kita bahas ini bisa mengatasi masalah-masalah tersebut dengan strategi anti beku-nya.

Mekanisme Antifreeze Pada Rana sylvatica dan Para Amfibi Lainnya

Baiklah, bagian ini agak sedikit rumit bagi yang kurang paham Biologi, tapi bertahanlah (*'ー')ﾉ~~ .

Secara garis besar, semua mekanisme antifreeze yang terjadi pada amfibi berkaitan dengan mekanisme untuk mencegah terjadinya pembekuan air di dalam sel. Bisa berupa freeze tolerance: yaitu membiarkan tubuhnya membeku, tapi mencegah sitoplasma selnya membeku, atau freeze avoidance: yaitu membiarkan beberapa jaringan membeku (umumnya tangan dan kaki), tapi mencegah pembekuan terjadi pada organ vital (jantung, paru-paru, dan otak).

Bagaimana caranya?

Mereka menghasilkan senyawa-senyawa cryoprotectant agents dan antifreeze protein dalam sel mereka. Senyawa anti-beku yang disebut sebagai antifreeze protein adalah sejenis protein khusus yang dihasilkan sel untuk: mengontrol proses pembekuan air, atau menghasilkan efek supercooling (penurunan titik beku air, sehingga air tidak membeku pada suhu 0 derajat celcius). Sama seperti antifreeze protein, cryoprotectant agents juga senyawa yang dihasilkan sel untuk mencegah kerusakan akibat pembekuan. Bedanya: cryoprotectant agents biasanya adalah senyawa non-protein, umumnya berupa polyols seperti gliserol, sorbitol, manitol, trehalosa, dan glukosa. (Nah loh, pusing kan? (~__~)'a )

Secara umum, baik cryoprotectant agents dan antifreeze protein digunakan bersama-sama dalam mekanisme antifreeze pada amfibia. Walaupun bentuk molekulnya sangat berbeda, tapi mekanisme kerja kedua jenis senyawa anti beku itu hampir sama.

Dalam mekanisme anti-beku, kedua jenis senyawa tersebut disintesis dalam konsentrasi sangat tinggi di dalam sel. Beberapa jenis senyawa akan mengikat air dan mencegah terbentuknya kristal-kristal es, sementara senyawa lainnya akan menggantikan air sebagai komponen utama sitoplasma. Konsentrasi senyawa cryoprotectant agents dan antifreeze protein yang tinggi dalam sel, akan menurunkan titik beku air dan menciptakan efek supercooling. Pada kondisi ini, air dalam sel tidak akan membeku meski suhu sudah mencapai 0 derajat celcius. Senyawa anti-beku juga seringkali dikeluarkan dari sel untuk melindungi jaringan lainnya agar tidak mengalami kerusakan akibat pembekuan air.

Mekanisme ini memang menakjubkan, tapi tetap ada batasannya. Bila suhu turun hingga jauh dibawah 0 derajat celcius, maka mekanisme anti-beku ini tetap akan gagal mempertahankan metabolisme sel, sehingga sitoplasma sel akan membeku. Pada akhirnya, katak beku ini benar-benar jadi katak beku, dan pada akhirnya akan berakhir di meja makan restoran swike (hehehehe....). Ngomong-ngomong, berhubung katak beku menghasilkan cryoprotectant agent yagn sebagian besar merupakan golongan karbohidrat. Kalau nanti katak beku dijadikan swike, rasanya pasti lebih manis (^ o ^). Sebuah strategi hebat untuk meningkatkan penjualan swike...nyahahaha....

Antifreeze Strategy Sebagai Dasar Cryopreservation

Nah, tadi saya sempat bilang kalau mekanisme antifreeze pada amfibia bikin para ilmuwan gigit jari.

Kenapa? Emang jarinya enak digigit-gigit ya?

Jelas ga lah! Karena mekanisme antifreeze ini adalah mekanisme impian yang hingga saat ini masih diteliti untuk perjalanan ke luar angkasa. Bagi yang doyan baca dan nonton serial science fiction (atau main game), pasti pernah dengar istilah cryopreservation atau cryonic. Cryopreservation adalah usaha untuk membekukan organisme, jaringan, atau sel, untuk kemudian dihidupkan kembali setelah beberapa waktu. Potensi cryonic sangat besar di bidang medis dan perjalanan antariksa.

Di bidang medis, cryopresevation sangat berguna untuk mengawetkan organ yang akan ditransplantasi dalam waktu yang lama. Cryopreservation juga berguna untuk membekukan pasien dengan penyakit yang belum ada obatnya, untuk kemudian dihidupkan kembali saat obat penyakit itu sudah ditemukan.

Di bidang perjalanan antariksa, teknik ini bisa diaplikasikan untuk menghindari masalah umur karena perjalanan ke planet yang sangat jauh (dengan catatan teknologi warp, teleport, atau hyperspace belum ditemukan). Dengan teknik cryopreservation ini, awak wahana antariksa bisa 'tidur' selama puluhan tahun, dan baru akan bangun bila sudah mencapai planet tujuan.

Saat ini penelitian cryonic masih terus dilakukan dan setahu saya, masih belum berhasil pada mamalia (karena pada dasarnya mamalia tidak punya mekanisme antifreeze). Mamalia yang dibekukan pada suhu sangat rendah, menggunakan larutan cyroprotectant agent masih menunjukkan tanda-tanda kerusakan jaringan dan organ ketika dihidupkan kembali.

Penutup

Nah, setelah saya menjelaskan agak panjang kali lebar kali tinggi, saya berharap kalian sedikit paham mengenai proses yang terjadi pada hibernasi amfibia pada musim dingin.

Yah, kalau masih belum paham, silahkan bertanya pada orang yang paham, baca buku, baca artikel di internet, atau silahkan meneliti mengenai prosesnya (^___^). Kalau ada yang penasaran dengan katak beku, silahkan cari artikelnya di internet, atau langsung aja terbang ke negeri 4 musim pas musim dingin (jangan lupa oleh-olehnya ya (*'ー')ﾉ~~ )

P.S. :

Kalau kalian suka dengan artikel ini, klik Thanks, Like This!, atau boleh ngasih Cendol pada saya. Saya ga bakalan nolak kok ＼(^ω^＼)( /^ω^)/ Kalau kalian tidak suka, atau ada yang salah, mohon diperbaiki saja (PM atau kirim message ke saya, biar nanti saya perbaiki). Berhubung saya ini masih manusia, dan ilmu saya belum tinggi-tinggi amat, harap maklum kalau ada kesalahan. Jadi saya mohon jangan dilempar Bata atau di Infract ya o(>< )o o( ><)o

Sumber: Dari berbagai sumber