Ekologi Laut Dalam

EKOLOGI LAUT DALAM

( Ekosistem Ventilasi Hidrotermal )

1. Pengertian

Ekologi adalah ilmu yang mempelajari baik interaksi antar makhluk hidup maupun interaksi antara makhluk hidup dan lingkungannya. Dalam ekologi, kita mempelajari makhluk hidup sebagai kesatuan atau sistem dengan lingkungannya untuk memahami pengertian secara luas tentang lingkungan biologi serta biologi lingkungan. Hubungan- hubungan interaksi dalam ekologi demikian kompleks dan erat sehingga Odum (1971) menyatakan bahwa ekologi adalah “Environmental Biology“

2. Sejarah

Istilah ekologi diperkenalkan pertama kali oleh Ernest Haeckel, seorang ahli biologi Jerman tahun 1869. Asal kata nya Oikos dan Logos, oikos artinya rumah atau tempat tinggal atau habitat dan logos bersifat telaah atau studi atau ilmu. Jadi ekologi adalah ilmu tentang rumah atau tempat makhluk hidup. Ekologi didefinisikan sebagai”Ilmu yang mempelajari hubungan timbal bailik antara makhluk hidup dengan lingkungannya”.Istilah ekologi berkembang pesat setelah tahun 1900 dan sampai sekarang. Istilah ekologi sekarang dikenal dengan Ilmu Lingkungan Hidup (Environmental Sciences) dan Biologi Lingkungan (Environmental Biology). Selanjutnya ekologi dibagi lagi menurut taksonomi makhluk hidup yaitu, ekologi tumbuhan, ekologi hewan, ekologi serangga, ekologi mikroba dan sebagainya. Ekologi menurut habitat yaitu ekologi padang rumput, ekologi hutan, ekologi padang pasir dan sebagainya.
Untuk kelangsungan hidupnya suatu organisme akan bergantung pada kehadiran organisme lain dan sumber daya alam yang ada di sekitarnya untuk keperluan pangan, perlindungan, pertumbuhan, perkembangbiakan dan sebagainya. Para ahli ekologi mempelajari hal berikut :

• Perpindahan energi dan materi dari makhluk hidup yang satu ke makhluk hidup yang lain ke dalam lingkungannya dan faktor-faktor yang menyebabkannya.
• Perubahan populasi atau spesies pada waktu yang berbeda dalam faktor-faktor yang menyebabkannya.
• Terjadi hubungan antarspesies (interaksi antarspesies) makhluk hidup dan hubungan antara makhluk hidup dengan lingkungannya.

Kini para ekolog(orang yang mempelajari ekologi)berfokus kepada ekowilayah bumi dan riset perubahan iklim.

3. Jenis-jenis Ekologi

Karena sifatnya yang masih sangat luas, maka ekologi mempunyai beberapa cabang ilmu yang lebih fokus, yaitu :

• Ekologi Ekosistem - Ekologi Evolusi

• Ekologi Global         - Ekologi Manusia
• Ekologi Populasi      - Ekologi Akuatik
• Ekologi Api              - Ekologi Hutan
• Ekologi Laut            - Ekologi Hutan Mangrove
• Ekologi Laut Tropis  - Ekologi Pangan dan Gizi
• Ekologi Kesehatan   - Ekologi Antariksa
• Ekologi Pedesaan    - Ekologi Serangga
• Ekologi Habitat        - Ekologi Hewan, dsb.

Ekologi Ekosistem
Ekosistem adalah satu cabang kajian dalam ekologi yang merupakan satu proses interaksi antara benda-benda hidup dengan benda-benda bukan hidup dalam alam sekitar. Sebuah ekosistem boleh berskala kecil seperti sebuah kolam atau berskala besar seperti kawasan hutan hujan tropika. Sesebuah ekosistem terdiri daripada dua komponen, yaitu : komponen biotik dan komponen abiotik. Kedua komponen harus dipertahankan dalam kondisi yang stabil dan seimbang (homeostatis) untuk menjamin kesejahteraan alam sekeliling dan manusia.

a. Komponen Biotik

Organisma hidup : tumbuh-tumbuhan, hewan dan manusia.

• Produsen : penghasil senyawa organik yang terdiri atas tumbuhan hijau.
• Konsumen : kelompok organisme yang tidak dapat mengsintesis makanan sendiri (herbivora, karnivora, omnivora)
• Pengurai : mikroorganisme yang menguraikan senyawa organic menjadi senyawa anorganik yang kemudian dapat digunakan lagi oleh produsen. Misalnya : jamur dan bakteri.

Faktor : Suhu, air, kelembapan, cahaya, dan topografi

b. Komponen Abiotik

Bentuk muka bumi, batuan, tanah, air, udara, mineral dan sumber tenaga suria.

Faktor : Makhluk hidup yang terdiri dari manusia, hewan, tumbuhan, dan mikroba

Ekologi juga berhubungan erat dengan tingkatan-tingkatan organisasi makhluk hidup, yaitu populasi, komunitas, dan ekosistem yang saling mempengaruhi dan merupakan suatu sistem yang menunjukkan kesatuan. Interaksi antara komponen biotik dengan abiotik membentuk ekosistem. Hubungan antara organisme dengan lingkungannya menyebabkan terjadinya aliran energi dalam sistem itu. Selain aliran energi, di dalam ekosistem terdapat juga struktur atau tingkat trofik, keanekaragaman biotik, serta siklus materi. Dengan adanya interaksi - interaksi tersebut, suatu ekosistem dapat mempertahankan keseimbangannya. Pengaturan untuk menjamin terjadinya keseimbangan ini merupakan ciri khas suatu ekosistem. Apabila keseimbangan ini tidak diperoleh maka akan mendorong terjadinya dinamika perubahan ekosistem untuk mencapai keseimbangan baru.

4. Piramida Ekologi

Struktur trofik pada ekosistem dapat disajikan dalam bentuk piramida ekologi. Ada 3 jenis piramida ekologi, yaitu piramida jumlah, piramida biomassa, dan piramida energi.
a. Piramida jumlah
Organisme dengan tingkat trofik masing – masing dapat disajikan dalam piramida jumlah, seperti kita Organisme di tingkat trofik pertama biasanya paling melimpah, sedangkan organisme di tingkat trofik kedua, ketiga, dan selanjutnya makin berkurang. Dapat dikatakan bahwa pada kebanyakan komunitas normal, jumlah tumbuhan selalu lebih banyak daripada organisme herbivora. Demikian pula jumlah herbivora selalu lebih banyak daripada jumlah karnivora tingkat 1. Kamivora tingkat 1 juga selalu lebih banyak daripada karnivora tingkat 2. Piramida jumlah ini di dasarkan atas jumlah organisme di tiap tingkat trofik.
b. Piramida Biomassa
Biomassa adalah ukuran berat materi hidup di waktu tertentu. Untuk mengukur biomassa di tiap tingkat trofik maka rata-rata berat organisme di tiap tingkat harus diukur kemudian barulah jumlah organisme di tiap tingkat diperkirakan.Piramida biomassa berfungsi menggambarkan perpaduan massa seluruh organisme di habitat tertentu, dan diukur dalam gram.Untuk menghindari kerusakan habitat maka biasanya hanya diambil sedikit sampel dan diukur, kemudian total seluruh biomassa dihitung. Dengan pengukuran seperti ini akan didapat informasi yang lebih akurat tentang apa yang terjadi pada ekosistem.

c. Piramida energi
Seringkali piramida biomassa tidak selalu memberi informasi yang kita butuhkan tentang ekosistem tertentu. Lain dengan Piramida energi yang dibuat berdasarkan observasi yang dilakukan dalam waktu yang lama. Piramida energi mampu memberikan gambaran paling akurat tentang aliran energi dalam ekosistem.

5. Faktor Biotik dan Faktor Abiotik Pada Prinsip Ekologi

Faktor Biotik

Faktor biotik adalah faktor hidup yang meliputi semua makhluk hidup di bumi, baik tumbuhan maupun hewan. Dalam ekosistem, tumbuhan berperan sebagai produsen, hewan berperan sebagai konsumen, dan mikroorganisme berperan sebagai dekomposer. 

Faktor biotik juga meliputi tingkatan-tingkatan organisme yang meliputi individu, populasi, komunitas, ekosistem, dan biosfer. Tingkatan-tingkatan organisme makhluk hidup tersebut dalam ekosistem akan saling berinteraksi, saling mempengaruhi membentuk suatu sistemyang menunjukkan kesatuan.

Faktor Abiotik

Faktor abiotik adalah faktor tak hidup yang meliputi faktor fisik dan kimia. Faktor fisik utama yang mempengaruhi ekosistem adalah sebagai berikut:

a. SuhuSuhu berpengaruh terhadap ekosistem karena suhu merupakan syarat yang diperlukan organisme untuk hidup. Ada jenis-jenis organisme yang hanya dapat hidup pada kisaran suhu tertentu.

b. Sinar matahari
Sinar matahari mempengaruhi ekosistem secara global karena matahari menentukan suhu. Sinar matahari juga merupakan unsur vital yang dibutuhkan oleh tumbuhan sebagai produsen untuk berfotosintesis.

c. Air
Air berpengaruh terhadap ekosistem karena air dibutuhkan untuk kelangsungan hidup organisme. Bagi tumbuhan, air diperlukan dalam pertumbuhan, perkecambahan, dan penyebaran biji; bagi hewan dan manusia, air diperlukan sebagai air minum dan sarana hidup lain, misalnya transportasi bagi manusia, dan tempat hidup bagi ikan. Bagi unsur abiotik lain, misalnya tanah dan batuan, air diperlukan sebagai pelarut dan pelapuk. 

d. TanahTanah merupakan tempat hidup bagi organisme. Jenis tanah yang berbeda menyebabkan organisme yang hidup didalamnya juga berbeda. Tanah juga menyediakan unsur-unsur penting bagi pertumbuhan organisme, terutama tumbuhan.

e. KetinggianKetinggian tempat menentukan jenis organisme yang hidup di tempat tersebut, karena ketinggian yang berbeda akan menghasilkan kondisi fisik dan kimia yang berbeda.

f. AnginAngin selain berperan dalam menentukan kelembapan juga berperan dalam penyebaran biji tumbuhan tertentu.

g. Garis lintangGaris lintang yang berbeda menunjukkan kondisi lingkungan yang berbeda pula. Garis lintang secara tak langsung menyebabkan perbedaan distribusi organisme di permukaan bumi. Ada organisme yang mampu hidup pada garis lintang tertentu saja.

 

Poster di atas menggambarkan sebuah ekosistem laut dalam. Tujuan dari pembuatan poster diatas dengan tema ekologi laut dalam adalah untuk menggambarkan bagaimana suasana interaksi komponen biotik dan abiotik suatu sistem ekologi di laut dalam dengan suasana yang ekstrim dengan beragam biota yang memiliki ciri khas untuk bertahan hidup di lingkungan yang sangat ektrim tersebut. Penyusun dari suatu ekosistem adalah komponen biotik dan komponen abiotik. Semua makhluk yang hidup atau yang sedang menjalankan kehidupannya di suatu habitat disebut komponen biotik, sedangkan segala sesuatu yang tidak hidup berada di suatu habitat disebut komponen abiotik. Kedua komponen tersebut saling berkaitan dan berhubungan membentuk interaksi. Dalam biologi dijelaskan, yang dimaksud dengan interaksi dalam ekosistem adalah hubungan antara komponen-komponen biotik dan abiotik dalam ekosistem, baik sejenis ataupun berlainan jenis. Interaksi ini dibedakan menjadi beberapa macam antara lain interaksi antarindividu, antarpopulasi, dan antarkomunitas.

Hydrothermal Vents adalah retakan di permukaan planet yang secara geothermal memanaskan perairan. Hydrothermal vents biasa ditemukan di dekat daerah yang aktif secara vukanik, area di mana lempeng tektonik bergerak. Ditemukan di mid Ocean ridge (3000 meter) namun ada juga yang berada di laut dangkal, rentang suhu 5-100ºC,Pancaran asap hitam panas 250-400ºC, suhu sekitar vents 8-35ºC. Ekosistem hydrothermal vents memiliki produktivitas yang cukup tinggi oleh adanya aktivitas kemosintesis bakteri yang hidup bersimbiosis dengan cacing tabung Riftia pachyptila, Karbohidrat yang dihasilkan bakteri berfungsi bagi hewan agar dapat hidup di lingkungan yang ekstrim suhunya, Kemosintesis yang dilakukan memanfaatkan H2S yang tersedia melimpah dari Vents dengan persamaan kimia:

CO2 + 2H2S —> (CH2O) + H2O + 2S

Hydrothermal vents biasa ditemukan di bumi karena bumi secara geologis cukup aktif dan perairan berada di atasnya. Di daratan, Hydrothermal vents dapat berupa fumarol, mata air panas, dan geyser. Di bawah laut, Hydrothermal vents biasa disebut Black Smokers. Di sebagian besar laut dalam, area sekita Hydrothermal vents secara biologis sangatlah subur bagi kehidupan sekitarnya dan menjadi tuan rumah bagi berbagai makhluk hidup yang memanfaatkan bahan kimia terlarut dari lubang Hydrothermal Vents. Archaea kemosintesis membentuk dasar rantai makanan, mensupport berbagai organisme seperti cacing tabung raksasa, udang, dan kerang.

Hubungan dengan Biota
Hubungan hidrotermal vent dan biota di sekitarnya ialah pada lingkungan sumur hidrotermal, hidrogen sulfida berperan sebagai sumber energi dan mikroorganisme kemosistesis berperan sebagai produsen primer. Cacing tabung dan kerang putih raksasa merupakan jenis yang paling berhasil beradaptasi pada lingkungan hidrotermal, karena telah berhasil mengembangkan ke-mampuannya untuk memenuhi sendiri kebutuhannya akan nutrisi (autotrof) dan tidak tergantung pada keberadaan produsen primer. Sifat autotrof ini dimungkinkan dengan hadirnya mikroorganisme kemosintesis yang hidup secara endosimbion dalam tubuh inangnya. Kehadiran organisme endosimbion inilah yang menyebabkan komunitas hidro-termal menjadi sangat khas. Karena pada komunitas lain baik di darat maupun di per-airan, sinar matahari merupakan sumber energi yang dapat menyebabkan berlangsungnya proses fotosintesa pada produsen primer yang memiliki butir hijau daun.
Hidrotermal vent dikatakan mengutungkan karena:

• Keunikan sumur hidrotermal selain sehagai tempat hidup berbagai jenis organisme yang sangat epidemik, juga sangat membantu dalam mekanisme penyebaran larva organisme tersebut.
• Karena larva-larva tersebut menyebar bersama dengan gelembung-gelembung air yang terbentuk pada saat terjadi semburan dari sumur-sumur tersebut. Ekosistem hydrothermal vents memiliki produktivitas yang cukup tinggi oleh adanya aktivitas kemosintesis bakteri yang hidup bersimbiosis dengan cacing tabung Riftia pachyptila.

Sirkulasi Hydrothermal Vent
Sumber utama garam-garaman di laut adalah pelapukan batuan di darat, gas-gas vulkanik dan sirkulasi lubang-lubang hidrotermal (hydrothermal vents) di laut dalam. Bagaimana prosesnya? Kita tahu bahwa laut adalah tempat berkumpulnya semua air; air dari rumah, selokan, sungai, semua air, termasuk air hujan. Kesemuanya mengalir menuju laut, sambil “mencuci” batuan, tanah, semua benda yang dilewatinya, sambil membawa juga ion-ion tadi (semua terjadi dalam proses hidrologis). Belum lagi peristiwa alam seperti letusan gunung api baik yang di daratan maupun di lautan, semua memberi kandungan khlor yang berlimpah bagi lautan. Proses ini terjadi secara terus menerus selama milyaran tahun.
Laut, menurut sejarahnya, terbentuk 4,4 milyar tahun yang lalu, dimana awalnya bersifat sangat asam dengan air yang mendidih (dengan suhu sekitar 100°C) karena panasnya Bumi pada saat itu. Asamnya air laut terjadi karena saat itu atmosfir Bumi dipenuhi oleh Karbondioksida. Keasaman air inilah yang menyebabkan tingginya pelapukan yang terjadi yang menghasilkan garam-garaman yang menyebabkan air laut menjadi asin seperti sekarang ini.

Mekanisme Terjadinya Hydrothermal Vents
Air laut meresap ke dalam lapisan (1-3 km), dan bereaksi dengan basalt cair. Karena suhu air laut meningkat naik menuju lapisan, dapat memicu CaSO₄. Sulfat dalam air laut diubah pada suhu tinggi untuk hidrogen sulfida. Bikarbonat diubah menjadi karbon dioksida dan metana. Magnesium bereaksi dengan basalt untuk fase dari mineral baru melepaskan proton. Beberapa proton dilepaskan terjadi pertukaran dengan basalt dan melepaskan sejumlah logam bekas untuk cairan. Cairan hidrotermal meresap kembali ke permukaan dan keluar, pada suhu rendah (2 – 23ºC) dan suhu tinggi (350ºC). reaksi antara logam dan sulfida dapat terjadi di sepanjang lapisan endapan sulfida. H₂S sebagai senyawa berkurang yang datang dari vent adalah sumber pemberi elektron utama. Hal ini dibentuk oleh pengurangan   dari air laut, ditambah dengan oksidasi Fe²⁺ di basalt untuk Fe³⁺. H₂S juga dapat tercuci dari kristal basalt. Kedua mekanisme telah ditemukan dalam percobaan laboratorium pada 300ºC. konsentrasi HS-(25μm) adalah hampir sama dengan  dalam air laut (28μm). Hal ini menunjukkan bahwa air laut berputar-putar melalui sistem hidrotermal dan bereaksi dengan jumlah batu yang hampir sama dengan massanya sendiri. Karena air laut dapat kehilangan  sebagai CaSO₄ (anhidrit), sedikit air laut  dapat sampai ke bagian panas dari sistem dimana dapat dikurangi. Isotop dari belerang mengolah air vent ini menunjukkan bahwa H₂S terutama berasal dari basalt tersebut.

KEMOSINTESIS

 

Kemosintesis merupakan reaksi anabolisme selain fotosintesis. Kemosintesis adalah konversi biologis satu molekul karbon atau lebih (biasanya karbon dioksida atau metana), senyawa nitrogen dan sumber makanan menjadi senyawa organik dengan menggunakan oksidasi molekul anorganik (contohnya, gas hidrogen, hidrogen sulfida) atau metana sebagai sumber energi. Kemosintesis adalah anabolisme yang menggunakan energi kimia. Energi kimia yang digunakan pada reaksi ini adalah energi yang dihasilkan dari suatu reaksi kimia, yaitu reaksi oksidasi. Organisme autotrof yang melakukan kemosintesis disebut kemoautotrof.
Menurut Campbell et al. (2002), prokariota paling awal adalah organisme kemoautotrof yang mendapatkan energi dari bahan kimia anorganik dan menghasilkan energinya sendiri dan bukannya menyerap ATP. Hal ini disebabkan Hidrogen sulfide (H₂S) dan senyawa besi (Fe²⁺) sangat berlimpah di bumi purbakala, dan sel-sel primitive kemungkinan mendapatkan energi dari reaksi melibatkan senyawa tersebut. Beberapa arkhaea modern saat ini dapat bertahan hidup pada sumber mata air panas yang mengandung sulfur dan melakukan reaksi kimia yang membebaskan energi.

FeS  +  H₂ S  → FeS₂  + H₂   +  energi bebas

Protein membrane pada prokariota awal kemungkinan menggunakan sebagian energi bebas yang dihasilkan untuk memecahkan produk H₂ menjadi proton dan electron serta menghasilkan suatu gradient proton sepanjang membrane plasmanya. Dalam bentuk primitive kemiosmosis, gradient tersebut kemungkinan dapat menyebabkan terjadinya sintesis ATP. Campbell et al. (2002), melaporkan percobaan yang dilakukan oleh Van Niel pada tahun 1930-an untuk mengamati proses fotosintesis pada bakteri yang membuat karbohidratnya dari CO₂ tetapi tidak melepaskan O­_2,  menyimpulkan bahwa pada bakteri tersebut CO₂ tidak terurai menjadi karbon dan oksigen. Satu kelompok bakteri menggunakan hydrogen sulfide (H₂S) dan bukannya air untuk fotosintesis, dan menghasilkan titik sulfur (belerang) warna kuning sebagai produk limbah dengan persamaan kimianya:

CO₂  +  2H₂S  →   CH₂O  +  H₂O  +  2S

Kemampuan melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh beberapa jenis mikroorganisme, misalnya bakteri belerang nonfotosintetik (Thiobacillus) dan bakteri nitrogen (Nitrosomonas dan Nitrosococcus). Banyak mikroorganisme di daerah laut dalam menggunakan kemosintesis untuk memproduksi biomassa dari satu molekul karbon. Dua kategori dapat dibedakan. Pertama, di tempat yang jarang tersedia molekul hidrogen, energi yang tersedia dari reaksi antara CO₂ dan H₂ (yang mengawali produksi metana, CH₄) dapat menjadi cukup besar untuk menjalankan produksi biomassa. Kemungkinan lain, dalam banyak lingkungan laut, energi untuk kemosintesis didapat dari reaksi antara O₂ dan substansi seperti hidrogen sulfida atau amonia. Pada kasus kedua, mikroorganisme kemosintetik bergantung pada fotosintesis yang berlangsung di tempat lain dan memproduksi O₂ yang mereka butuhkan (Isnan, 2007). Bakteri nitrogen, seperti Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi hasil dengan cara mengoksidasi NH₃ yang telah bereaksi dengan CO₂ dan membentuk amonium karbonat ((NH₄)₂CO₃).

(NH₄)₂CO₃  +  O₂   →  2 HNO₂  +  CO₂   +  Energi

Jenis bakteri lain yang mampu melaksanakan kemosintesis antara lain Nitrobacter. Bakteri ini mampu mengoksidasi senyawa nitrit dalam mediumnya. Hasilnya adalah senyawa nitrat dan membebaskan energi yang akan dipergunakan untuk menyintesis senyawa organik.

Ca(NO₂)₂  +  O₂    →     Ca(NO₃)₂   +  Energi

Pada Tumbuhan hijau untuk membuat energi yang membutuhkan bahan organik, bahan organik itudapat dibentuk dengan melakukan asimilasi C atau fotosintesis dengan mengubah bahan anorganikmenjadi bahan organik menggunakan bantuan cahaya sebagai sumber energi perubahnya. begitu pulapada bakteri yang berklorofil seperti ( bakterio purpurin maupun bakterio khlorofil).Dalam pembuatan energi dari bahan anorganik menjadi bahan organik itu ternyata tidak selalumenggunakan energi matahari . ada kelompok organisme yang mampu membuat bahan organik darianorganik itu tanpa menggunakan cahaya tetapi menggunakan energi dari hasil reaksi kimia . lebihmudahnya melakukan anabolisme tanpa energi matahari yaitu dengan menggunakan energi yangberasal dan hasil dari reaksi-reaksi kimia, energi hasil reaksi kimia itu digunakan untuk membentukbahan anorganik menjadi bahan organik , peristiwa biologi tersebut dikenal dengan Kemosintesis. Contoh khemosintesis misalnya pada pembentukan sulfat oleh bakteri sulfur dan pembentukan nitrat oleh bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri NC.NS dan NB.

[wsn]