Ekologi Mikrobia Laut, Bab 2 - Pola Struktur Komunitas Bakteri dan Archaea Laut

Setelah pengantar singkat yang tertulis di Bab 1 sebelumnya, kali ini saia akan berbagi materi berikutnya mengenai struktur komunitas prokariot di laut. Kenapa prokariot? Well tidak dapat dipungkiri bahwa lautan di bumi ini didominasi oleh kehidupan prokariot, yakni bakteri dan archaea, baik dalam hal jumlah maupun aktivitas. Namun demikian, dalam bab ini saia akan mencoba memfokuskan dari segi keanekaragaman dan faktor-faktor yang meregulasi struktur komunitas terlebih dahulu. Selamat membaca yak.

Struktur Komunitas
Kita akan mulai dengan sebuah definisi. Struktur komunitas merupakan penggambaran atau karakter suatu komunitas ditinjau dari keanekaragaman spesies dalam suatu ruang lingkup dan kemelimpahan relatif masing-masing terhadap komunitas total. Nah apabila kita terapkan pada bakteri dan archaea berarti kita akan berurusan dengan berapa banyak spesies dan kemelimpahannya masing-masing di laut sebagai ruang lingkupnya. Ketika kita berbicara dengan keanekaragaman, artinya kita juga berbcara dengan klasifikasi. Ekologi makro umumnya menggolongkan atau mengklasifikasi organisme ke dalam kelompok-kelompok fungsional seperti produsen, konsumen, dekomposer, dll. Hal tersebut juga berlaku dalam ekologi mikrobia seperti contohnya kelompok foto-lithoautotrof, khemo-litoautotrof, khemo-organoheterotrof, dll. Namun demikian, terdapat suatu pola bahwa beberapa kelompok fungsional ekologis dari bakteri dan archaea ternyata memiliki sejarah evolusi yang mirip. Hal ini membuat dibuatnya suatu pengelompokan komunitas bakteri dan archaea selain berdasarkan fungsi, juga berdasarkan data evolusioner filogenetik.

Keanekaragaman dan Distribusi
Oke, berbicara mengenai keseluruhan spesies bakteri dan archaea yang terdapat dalam komunitas prokariot laut akan membuat tulisan ini terlalu panjang. Dalam kesempatan ini saia akan coba menyinggung mengenai kelompok filogenetik bakteri dominan di perairan laut. Berbagai macam kelompok filogenetik bakteri yang terdapat di laut meliputi filum Proteobacteria, Bacteroidetes, Cyanobacteria, Actinobacteria, dan kelompok green non-sulfur bacteria (GNSB) yang mungkin meliputi filum Chloroflexi. Keanekaragaman archaea di laut juga cukup luas dan meliputi 2 filum, yakni Crenarcheota dan Euryarchaeota. Beberapa bakteri yang diduga sebagai spesies baru pun banyak ditemukan, namun belum dapat teridentifikasi akibat tidak dapat tumbuh dalam medium kultur.

Setelah keanekaragaman spesies, sekarang mari kita berbicara mengenai distribusi dan kemelimpahan. Data mengenai distribusi dan kemelimpahan akan lebih banyak terkait dengan bakteri akibat masih sedikitnya data penelitian mengenai archaea. Berdasarkan data yang terkumpul, diambil sebuah generalisasi bahwa komunitas bakteri cenderung terdistribusi pada zona permukaan hingga kedalaman sekitar 100 meter. Archaea kemudian mulai cenderung terdistribusi pada zona dibawah 100 meter bahkan hingga dasar lautan. Lanjutan mendetail mengenai distribusi dan kemelimpahan komunitas bakteri yang mencakup beberapa kelompok fungsional besar akan dibahas pada bab-bab berikutnya.

Faktor-faktor yang Meregulasi Struktur Komunitas
Struktur suatu komunitas tentunya dipengaruhi atau merespon pada berbagai macam faktor. Dalam kasus komunitas mikrobia, faktor-faktor tersebut dapat dikatergorikan menjadi bottom-up control, top-down control, sideways control, dan 'kill the winner' hypothesis. Selanjutnya, mari kita bahas satu-per-satu.

1. Bottom-up Control
merupakan respon komunitas terhadap nutrien. Lautan merupakan sebuah ekosistem dengan konsentrasi nutrien yang sangat rendah akibat volume air yang sangat besar. Selain itu terdapat juga beberapa jenis nutrien yang bersifat membatasi pertumbuhan populasi kelompok mikrobia tertentu (limiting nutrient). Pengaruh jenis dan konsentrasi nutrien terhadap komunitas mikrobia laut tentunya akan mengakibatkan kompetisi antar mikrobia, sehingga jelas bahwa faktor ini mengatur pola struktur komunitas.

2. Top-down Control
Siapapun yang pernah belajar ekologi pastinya akan langsung terbayang akan hubungan pemangsa-mangsa (predator-prey relationship) apabila melihat faktor ini. Dalam komunitas mikrobia, predator yang dimaksud umumnya berupa kelompok mikrobia eukariotik yang sering disebut sebagai nanoflagelata heterotrofik (HNF / heterotrophic nanoflagellates). Selain kelompok HNF, predator lain juga dapat berupa protozoa yang lebih besar seperti yang terdapat dalam kategori mikroplankton.

3. Sideways Control
Faktor ini cukup unik bagi komunitas mikrobia, khususnya bakteri. Hal ini disebabkan karena adanya interaksi antar spesies bakteri dan interaksi ini turut mempengaruhi kemelimpahan individu bakteri tersebut dalam populasi. Interaksi ini melibatkan co-metabolisme, sintrofi, hingga quorum-sensing.

4. 'Kill the winner' hypothesis
Walaupun masih diasumsikan sebagai hipotesis, namun data penelitian yang membuktikan kebenaran hipotesis ini semakin banyak. Faktor ini terkait dengan parasit pada komunitas bakteri, yakni virus atau phage. Data penelitian menunjukan bahwa adanya sisipan DNA virus turut meregulasi kemelimpahan individu bakteri dalam populasi yang pada akhirnya akan mempengaruhi struktur komunitas secara keseluruhan. Regulasinya terkait dengan aktivasi siklus litik phage pada saat ketika kemelimpahan individu dari suatu spesies bakteri mencapai nilai tertentu. Seperti hal-nya top-down control, faktor "kill the winner' ini turut meregulasi komunitas bakteri dengan cara menguranginya. Selain itu, pengurangan kemelimpahan suatu populasi bakteri tertentu juga membuka niche yang kemudian dapat dikuasai oleh populasi bakteri lainnya, sehingga keduanya dapat co-exist.

Bacaan Lanjutan
Fuhrman, J. A. & A. Hagstrom. 2008. Bacterial and Archaeal Community Structure and Its Patterns. In Microbial Ecology of the Oceans 2nd Ed. Wiley-Blackwell Pub.: USA.

Ekologi Mikrobia Laut, Bab 1 - Sebuah Pengantar

Kali ini saia Chef Victor dengan segala ketidakjelasan dalam tulisannya akan mencoba untuk berbagi sedikit informasi yang telah diperoleh khususnya mengenai Mikrobiologi Laut. Cerita ini merupakan cerita bersambung dalam artikel 'Bukan Tulisan Ilmiah' yang mencakup keanekaragaman mikroorganisme lautan serta perannya dalam ekosistem terbesar di bumi ini. So stay tuned and keep reading :)

Ketika kita berbicara tentang lautan, apa yang dapat kita bayangkan? Well, hal pertama yang terpikir mungkin bahwa lautan merupakan daerah yang terluas di bumi. Luas lautan mencakup sekitar 70% luas permukaan bumi, sehingga tidak mengherankan juga apabila lautan merupakan ekosistem terbesar di bumi. Apabila kita mengkaitkan mikrobia dengan ekosistem laut, kita akan mendapati bahwa mikrobia mampu untuk hidup pada segala jenis habitat di laut. Sebut saja, mulai dari zona pesisir, paparan benua, laut lepas, cerobong panas bawah laut, hingga lautan es di kutub utara dan selatan; mikrobia terdapat di semua tempat itu. Dengan adanya mikrobia sebanyak dan seberagam itu, tentunya akan berkaitan juga dengan pengaruh yang ditimbulkan dari aktivitas-aktivitas mereka terhadap lingkungan sekitar. Nah itulah yang menjadi kajian dari bidang ilmu Ekologi Mikrobia Laut.

Apa itu ekologi mikrobia laut? Berdasarkan definisi dari salah satu pakar di bidang ini, Dr. David L. Kirchman, ekologi mikrobia laut merupakan sub-disiplin ilmu ekologi yang mempelajari mikrobia pada ekosistem laut. Selanjutnya 'mikrobia' disini masih didefinisikan secara klasik, yakni organisme berukuran lebih kecil dari 100 mikrometer (1 milimeter = 1000 mikrometer) yang pada umumnya hanya dapat dilihat menggunakan mikroskop. Dengan demikian kelompok organisme yang disebut mikrobia itu mencakup bakteri, archaea, protista, dan fungi mikroskopik. Namun demikian, fungi didapatkan kurang memberikan kontribusi ekologis di ekosistem laut sehingga kelompok yang satu ini kurang mendapat bahasan. Virus yang bukan merupakan mahluk hidup, juga termasuk dalam kajian ekologi mikrobia laut karena virus memberikan pengaruh besar terkait regulasi kemelimpahan mikrobia dan virus juga termasuk salah satu kelompok mikrobia.

Selain menggolongkan mikrobia secara taksonomis, mikrobia juga digolongkan berdasarkan fungsi/peran nya di ekosistem laut. Pengelompokan berdasarkan peran ini membagi kelompok mikrobia menjadi beberapa kelompok besar, yakni produsen primer, fotoheterotrof, prokariot heterotrofik, grazer, virus, dan mikrobia yang berperan dalam siklus nitrogen. Cukup banyak bukan? Oke, mari kita bahas satu persatu:

1. Produsen primer. Seperti yang telah diketahui dari kuliah ekologi, produsen primer merupakan kelompok mikrobia yang dapat mensintesis senyawa karbon organik dari bahan karbon anorganik seperti karbon dioksida. Kelompok ini sebagian besar meliputi fotoautotrof seperti cyanobacteria dan protista fotosintetik, sedangkan sebagian kecil meliputi kelompok chemolithoautotrof dasar laut dalam yang tidak ada cahaya matahari.

2. Fotoheterotrof. Merupakan kelompok mikrobia yang baru-baru ini ditemukan dan berpotensi memiliki peranan besar dalam siklus karbon laut global. Seperti layaknya kelompok cyanobacteria, kelompok fotoheterotrof ini dapat menggunakan cahaya matahari untuk menghasilkan energi bagi dirinya sendiri namun demikian masih menggantungkan kebutuhan karbon organiknya dari kelompok autotrof. Keunikan aktivitas serta ukuran yang relatif besar dibandingkan dengan bakteri lain pada umumnya memunculkan hipotesis bahwa kelompok bakteri fotoheterotrof ini merupakan penghubung antara jejaring makanan mikrobia (microbial foodweb) dengan jejaring makanan klasik di laut yang berbasis pada plankton besar (classic foodweb).

3. Prokariot Heterotrofik. Ada yang menghasilkan pasti ada yang mengkonsumsi. Ya begitulah makna heterotrofik, yakni kelompok prokariot (bakteri dan archaea) yang menggantungkan kebutuhan karbon dan energi dari produsen primer. Secara proses, kelompok ini mendapatkan sumber karbon dan energi dengan cara menyerap senyawa organik yang terlepas dari sel produsen primer (coba bandingkan prosesnya dengan kelompok grazer).Di dalam piramida makanan mikrobia laut, kelompok ini dapat dipandang sebagai konsumen pertama setelah produsen primer.

4. Grazer. Secara harfia berarti perumput atau yang memakan rumput. Kelompok mikrobia ini juga termasuk heterotrofik namun berbeda dengan kelompok prokariot heterotrofik dalam mendapatkan makanannya. Kelompok grazer merupakan kelompok heterotrof yang mendapatkan sumber karbon dan energinya dari memakan mangsanya. Singkat kata, mereka adalah predator.

5. Virus. Mikrobia yang satu ini telah disepakati sebagai bukan mahluk hidup karena tidak memiliki sel. Kemampuan virus menunjukan ciri hidup terdapat pada asam nukleatnya (DNA / RNA) dan dapat menginfeksi mikrobia sekitar yang cocok dengannya. Peranan virus dalam ekosistem laut mulai dikenal akibat kemampuannya dalam membunuh mikrobia yang terinfeksi olehnya, sehingga virus dikenal sebagai pengendali populasi kelompok mikrobia lain. Jumlahnya yang jauh melebihi bakteri maupun archaea di ekosistem laut juga semakin meningkatkan peranannya di lautan.

6. Mikrobia yang Berperan Dalam Siklus Nitrogen. Senyawa karbon tentunya membutuhkan tambahan atom nitrogen (N) agar dapat membangun enzim yang merupakan mesin kehidupan di bumi ini. Tanpa N, maka tidak akan ada asam nukleat maupun protein dan dengan demikian N itu penting. Kelompok mikrobia yang berperan dalam siklus N terbagi dalam serangkaian proses yang cukup panjang. Namun di pengantar ini hanya akan diceritakan mengenai kelompok mikrobia yang bertanggung jawab dalam proses fiksasi N (diazotrof), mikrobia nitrifikasi (nitrifiers), dan mikrobia denitrifikasi (denitrifiers).

Secara garis besar, keenam kelompok fungsional mikrobia ini merupakan yang berperan besar pada ekosistem laut. Dapat disimpulkan bahwa proses biogeokimia di laut tidak terlepas dari peranan mikrobia yang bergitu besar. Dengan keunikan dan keberagaman aktivitas metabolisme serta kemelimpahannya dalam ekosistem laut yang begitu tinggi, tidak mengherankan apabila mikrobia mendominasi ekosistem laut pada berbagai proses. Lebih lanjut lagi, rincian peranan dan interaksi mereka satu sama lain akan saia jelaskan lagi pada bab-bab berikutnya.

Bacaan Lanjutan

Kirchman, D. L. 2008. Introduction and Overview. In Microbial Ecology of the Oceans 2nd Ed. Wiley-Blackwell Pub.: USA.

Bagaimana Kita Menyikapi Sebuah Definisi Terhadap Biologi

Hoho...kembali bersama saia Chef Victor dengan segala unek-unek anehnya yang terkadang terkesan setengah gila dan setengah tidak waras. Sepertinya untuk tulisan ini akan saia posting di artikel Bukan Tulisan Ilmiah, tepatnya di blog tercinta saia yang sudah lama tidak terima update-an. Yah apalagi kalau bukan biologystuffs.blogspot.com (promosi gituh). Baiklar, pada tulisan kali ini saia akan mengajak teman-teman pembaca sekalian untuk mendefinisikan arti kata Biologi dan mencoba menelusurinya secara panjang, lebar dan dalam. Dalam tulisan ini saia hanya mencoba menyampaikan sebuah pandangan saja menurut pengetahuan yang tersedia dan saia sama sekali tidak bermaksud untuk menghakimi siapapun. Jadi apabila ada yang merasa isi dalam tulisan ini kurang pas di kaki dan di hati, ya segera dicari nomor ukuran yang pas saja yax. Selamat membaca :)

Oke sekarang kita mulai dengan satu pertanyaan, apa itu Biologi? Yaa Biologi itu terdiri dari kata "Bios" yang berarti "kehidupan" dan "Logos" yang berarti "ilmu". Jadinya secara sederhana kita bisa mendefinisikannya sebagai ilmu yang mempelajari kehidupan. Well, beranjak dari Biologi, ternyata kehidupan tidak sesederhana yang kita bayangkan dan nyatanya memang jauh lebih kompleks. Dengan dmeikian kita mengklasifikasi keanekaragaman karakter kehidupan sehingga dapat kita pelajari secara lebih mendalam. Saia mencoba menyimpulkan berdasarkan pengalaman saia bahwa sebagai satu kesatuan, biologi merupakan komponen dari 3 sub-ilmu, yakni Sistematika, Ekologi, dan Biologi Fungsional. Integrasi dari ketiga inilah yang membuat biologi secara keseluruhan.

Sistematika atau yang sering juga disebut sebagai Sistematika & Evolusi merupakan cabang biologi yang mempelajari keanekaragaman organisme serta hubungan antar organisme baik secara kemiripan maupun secara kekerabatan. Proses evolusi yang terjadi seiring berjalannya waktu menjadi landasan dalam hubungan kekerabatan antar organisme tersebut. Ekologi merupakan cabang biologi yang mempelajari interaksi antar sesama organisme maupun antar organisme dengan lingkungannya yang pada akhirnya menentukan distribusi dan kemelimpahannya. Kemudian selanjutnya adalah biologi fungsional yang mempelajar struktur, fungsi, serta perilaku organisme. Nah berdasarkan definisi sederhana yang saia coba buat-buat ini, pola apa yang dapat kita lihat disini? Yup, ketiga cabang ini memiliki hirarki kajiannya sendiri-sendiri yang kemudian bergabung menjadi satu kesatuan yang utuh, tepat sama seperti ketiga istilahnya sendiri yang menyusun biologi.

Kita dapat melihat bahwa pada hirarki terendah, yakni tingkat individu dari suatu spesies, menjadi ruang lingkup kajian biologi fungsional. Kajiannya mempelajari seperti morfologi, anatomi, fisiologi, etologi dari suatu organisme pada level individual. Sedangkan pada hirarki kedua, yakni tingkat populasi, menjadi ruang lingkup kajian sistematika dan evolusi. Kajian dari cabang biologi ini khususnya mempelajari spesies yang pastinya sudah kita ketahui bersama memiliki struktur berupa sebuah populasi. Kemudian pada level komunitas dan ekosistem, tidak dapat diragukan lagi itulah kajian dari bidang ekologi.

Sebagai mahasiswa bidang biologi, kita tentu akan diluluskan sebagai sarjana biologi. Dengan demikian, kita tentunya diharapkan untuk dapat mandiri serta bertanggung jawab terhadap gelar yang kita dapatkan itu. Apabila kita asosiasikan dengan penjabaran saia diatas, sarjana biologi artinya seseorang yang telah memahami biologi baik pada cakupan fungsional, sistematika, dan ekologi. Lebih lanjut lagi, artinya kita telah memahami sekelompok sub-sub disiplin ilmu biologi pada tahapan individual, populasi, komunitas, hingga ekosistem. Hey ini merupakan satu kesatuan dan kita jangan memisahkan cabang ilmu tersebut dengan kedok 'peminatan atau spesialisasi pake telor'. Pada tulisan ini saia ingin menaruh harapan agar teman-teman yang sedang menempuh perjalanan ke-biologi-an dapat dan segera menyadari esensi dari keutuhan suatu bidang ilmu yang dinamakan Biologi.

Saia rasa tidak sedikit kasus atas nama ilmu biologi yang ternyata lebih berpotensi merusak ketimbang memperbaiki dan menjaga kesinambungan kehidupan di bumi ini. Saia hanya bisa berkesimpulan bahwa itu kemungkinan diakibatkan oleh penguasaan biologi yang tidak utuh menyeluruh sehingga asumsi yang dibangun tidak mencakup sebanyak mungkin aspek. Sebagai penutup, marilah kita bersama-sama mencoba untuk menguasai biologi secara menyeluruh dari B hingga I agar di masa depan kita dapat membuktikan diri kita sebagai pejuang di bidang biologi.

Salam Saia
Victor