aliran energi dan materi dalam ekosistem alami

BAB I

PENDAHULUAN

2.1 Aliran Energi Dan Materi Dalam Ekosistem Alami

Tenaga atau energi dibutuhkan oleh seluruh organisme untuk melakukan suatu usaha atau aktivitas. Sebagai contoh, tumbuhan membutuhkan energi dari cahaya matahari, hewan dan manusia membutuhkan energi yang dihasilkan dai proses pengolahan makanan di dalam tubuh.

Energi yang terdapat di lingkungan sekitarmu memiliki bentuk yang bermacam-macam, seperti energi cahaya, energi listrik, energi kimia, energi panas, dan sebagainya. Setiap bentuk energi dapat diubah menjadi bentuk energi lainnya. para ilmuwan yang mempelajari perubahan energi tersebut menemukan fenomena bahwa energi tidak dapat diciptakan. Fenomena ini juga berlaku di dalam suatu ekosistem. Setiap organisme mendapatkan energinya dengan cara mengubah energi yang berasal dari lingkungannya, seperti tumbuhan yang bergantung pada cahaya matahari atau hewan dan manusia yang membutuhkan makanan sebagai sumber energinya.

Macam-Macam Aliran Energi :

1.      Tingkat Trofik

Interaksi antara organisme dengan lingkungan dapat terjadi karena adanya aliran energi. Aliran energi adalah jalur satu arah dari perubahan energi pada suatu ekosistem. Proses aliran energi antarorganisme dapat terjadi karena adanya proses makan dan dimakan. Proses makan dan dimakan terjadi antara satu kelompok organisme dengan kelompok organisme lainnya. Setiap kelompok organisme yang memiliki sumber makanan tertentu disebut dengan tingkat trofik. Dalam suatu ekosistem terdapat beberapa macam tingkat trofik seperti produsen, konsumen dan decomposer.

a.      Produsen

Energi memasuki suatu ekosistem dimulai dari energi radiasi (cahaya matahari) yang sebagian diserap oleh tumbuhan, ganggang, dan organisme fotosintetik lainnya. Energi cahaya matahari kemudian diubah menjadi energi kimia melalui proses fotosintetik. Energi kimia tersebut disimpan dalam bentuk senyawa organic seperti molekul glukosa. Molekul glukosa kemudian dipecah dan digunakan sebagai sumber energi untuk melakukan aktivitas seperti tumbuh dan berkembang, bernapas, memperbaiki jaringan yang rusak, dan lain sebagainya. Seluruh organisme berklorofil seperti tumbuhan dan ganggang hijau yang dapat mengolah makanannya melalui proses fotosintesis disebut organisme autotrof atau dalam suatu ekosistem disebut dengan produsen.

b. Konsumen

Organisme seperti hewan membutuhkan makanan berupa organisme lain (tumbuhan atau hewan lain) sebagai sumber energinya. Organisme yang tidak dapat mengolah makanannya disebut organisme heterotrof atau konsumen. Konsumen dalam suatu ekosistem dapat dikelompokkan menjadi beberapa tingkat. Konsumen tingkat we (konsumen primer) adalah kelompok organisme yang secara langsung memakan produsen. Anggota konsumen authority adalah kelompok herbivore atau pemakan tumbuh-tumbuhan, seperti belalang, kelinci, kambing, dan sebagainya.

Konsumen tingkat II (konsumen sekunder) adalah kelompok organisme yang memakan konsumen primer. Konsumen tingkat III (konsumen tersier) adalah kelompok organisme yang memakan konsumen sekunder. Konsumen sekunder dan tersier beranggotakan kelompok karnivora atau pemakan daging seperti singa, elang, ular, serigala dan sebagainya.

Selain itu, konsumen primer, konsumen sekunder, dan seterusnya juga dapat merupakan anggota kelompok omnivore, yaitu organisme yang memakan tumbuhan dan hewan seperti ayam, manusia, dan sebagainya.

c. Dekomposer atau Detritivora

Beberapa organisme mendapatkan energinya dengan cara memakan detritus atau materi organic dari organisme lain. Detritus dapat berupa bangkai, feses, daun busuk, dan lain sebagainya. Organisme yang memakan detritus disebut dengan detritivora. Organisme detritivora seperti cacing tanah, kutu kayu, kepiting, dan siput biasanya banyak terdapat di dalam tanah atau di dasar perairan.

Sisa-sisa materi organic tidak hanya dihancurkan oleh detritivora. Organisme lain seperti bakteri dan jamur juga menggunakan sisa materi organic tersebut sebagai sember energinya. Organisme yang menggunakan sisa-sisa materi organic dan produk terdekomposisi lainnya disebut decomposer atau saprotrof.

2. Rantai Makanan dan Jaring-Jaring Makanan

Rantai Makanan

Dalam ekosistem hanya tumbuhan hijau yang mampu menghasilkan makanan sendiri melalui proses fotosintesis dengan bantuan air, karbondioksida,  klorofil dan cahaya matahari. Bagaimana dengan mahluk hidup lain? Mahluk hidup lain memperoleh makanan dengan melalui proses interaksi dengan mahluk hidup lain melalui pola-pola interaksi tertentu.  Hal ini disebabkan karena mahluk hidup sebagai mahluk sosial tidak dapat hidup tanpa peran makhluk hidup lain.  Salah satu bentuk interaksi antar mahluk hidup tersebut adalah proses makan dan dimakan yang jika disusun secara berurutan akan membentuk suatu rantai makanan.

Rantai makanan adalah peristiwa makan dan dimakan antara makhluk hidup dengan urutan tertentu. Dalam rantai makanan ada makhluk hidup yang berperan sebagai produsen,  konsumen, dan dekomposer.  Berikut adalah contoh sebuah rantai makanan.

Pada rantai makanan tersebut terjadi proses makan dan dimakan dalam urutan tertentu yaitu rumput dimakan belalang, belalang dimakan katak, katak dimakan ular dan jika ular mati akan diuraikan oleh jamur yang berperan sebagai dekomposer menjadi zat hara yang akan dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk tumbuh dan berkembang.

 Tiap tingkat dari rantai makanan dalam suatu ekosistem disebut tingkat trofik. Pada tingkat trofik pertama adalah organisme yang mampu menghasilkan zat makanan sendiri yaitu tumbuhan hijau atau organisme autotrof dengan kata lain sering disebut produsen. Organisme yang menduduki tingkat tropik kedua disebut konsumen  primer (konsumen I). Konsumen I biasanya diduduki oleh hewan herbivora. Organisme yang menduduki tingkat tropik ketiga disebut konsumen sekunder (Konsumen II), diduduki oleh hewan pemakan daging (carnivora) dan seterusnya. Organisme yang menduduki tingkat tropik tertinggi disebut konsumen puncak.

Dengan demikian, pada rantai makanan tersebut dapat dijelaskan bahwa:

1.      Rumput bertindak sebagai produsen.

2.      Belalang sebagai konsumen I (Herbivora).

3.      Katak sebagai konsumen II (Carnivora)>

4.      Ular sebagai konsumen III/konsumen puncak (Carnivora)>

5.      Jamur sebagai dekomposer.

Ada dua tipe dasar rantai makanan:

1.      Rantai makanan rerumputan (grazing food chain). Misalnya: tumbuhan => herbivora => karnivora.

2.      Rantai makanan sisa (detritus food chain). Bahan mati mikroorganisme (detriivora= organisme pemakan sisa) predator.

Jaring-Jaring Makanan

Jaring-jaring makanan adalah kumpulan dari rantai makanan yang saling berhubungan dan membentuk skema mirip jaring. Kelangsungan hidup organisme membutuhkan energi dari bahan organik yang dimakan. Bahan organik yang mengandung energi dan unsur-unsur kimia  transfer dari satu organisme ke organisme lain berlangsung melalui interaksi makan dan dimakan. Peristiwa makan dan dimakan antar organisme dalam suatu ekosistem membentuk struktur trofik yang bertingkat-tingkat.

Setiap tingkat trofik merupakan kumpulan berbagai organisme dengan sumber makanan tertentu. Tingkat trofik pertama adalah kelompok organisme autotrop yang disebut produsen. Organisme autotrof adalah organisme yang dapat membuat bahan organik sendiri dari bahan anorganik dengan bantuan sumber energi. Bila  dapat menggunakan energi cahaya seperti cahaya, matahari disebut fotoautotrof, contohnya tumbuhan hijau dan fitoplankton. Apabila menggunakan bantuan energi dari reaksi-reaksi kimia disebut kemoautotrof, misalnya, bakteri sulfur, bakteri nitrit, dan bakteri nitrat. Tingkat tropik kedua ditempati oleh berbagai organisme yang tidak dapat menyusun bahan organik sendiri yang disebut organisme heterotrof. Organisme heterotrof ini hanya menggunakan zat organik dari organisme lain sehingga disebut juga konsumen. Pembagian konsumen adalah sebagai berikut.

a.   Konsumen Primer

Organisme pemakan produsen atau dinamakan herbivora yang menempati tingkat trofik kedua.

b.   Konsumen Sekunder

Organisme pemakan herbivora yang dinamakan karnivora kecil yang menempati tingkat trofik ketiga.

c.   Konsumen Tersier

Organisme pemakan konsumen sekunder yang dinamakan karnivora besar yang menempati tingkat trofik keempat.

2.2 Proses Aliran Energi dalam Ekosistem

            Aliran energi dalam ekosistem mengalami tahapan proses sebagai berikut:

1)      Energi masuk ke dalam ekosistem berupa energi matahari, tetapi tidak semuanya dapat digunakan oleh tumbuhan dalam proses fotosintesis. Hanya sekitar setengahnya dari rata-rata sinar matahari yang sampai pada tumbuhan diabsorpsi oleh mekanisme fotosintesis, dan juga hanya sebagian kecil, sekitar 1-5 %, yang diubah menjadi makanan (energi kimia). Sisanya keluar dari sistem berupa panas, dan energi yang diubah menjadi makanan oleh tumbuhan dipakai lagi untuk proses respirasi yang juga sebagai keluaran dari sistem.

2)      Energi yang disimpan berupa materi tumbuhan mungkin dilakukan melalui rantai makanan dan jaring-jaring makanan melalui herbivora dan detrivora. Seperti telah diungkapkan sebelumnya, terjadinya kehilangan sejumlah energi diantara tingkatan trofik, maka aliran energi berkurang atau menurun ke arah tahapan berikutnya dari rantai makanan. Biasanya herbivora menyimpan sekitar 10 % energi yang dikandung tumbuhan, demikian pula karnivora menyimpan sekitar 10 % energi yang dikandung mangsanya.

3)      Apabila materi tumbuhan tidak dikonsumsi, maka akan disimpan dalam sistem, diteruskan ke pengurai, atau diekspor dari sistem sebagai materi organik.

4)      Organisme-organisme pada setiap tingkat konsumen dan juga pada setiap tingkat pengurai memanfaatkan sebagian energi untuk pernafasannya, sehingga terlepaskan sejumlah panas keluar dari system.

5)      Dikarenakan ekosistem adalah suatu sistem terbuka, maka beberapa materi organik mungkin dikeluarkan menyeberang batas dari sistem. Misalnya akibat pergerakan sejumlah hewan ke wilayah, ekosistem lain, atau akibat aliran air sejumlah gulma air keluar dari sistem terbawa arus.

2.3 Siklus Biogeokimia

Siklus biogeokimia atau siklus organikanorganik adalah siklus unsur atau senyawa kimia yang mengalir dari komponen abiotik ke biotik dan kembali lagi ke komponen abiotik. Siklus tersebut tidak hanya melalui organisme, tetapi juga melibatkan reaksi-reaksi kimia dalam lingkungan abiotik sehingga disebut siklus biogeokimia. Siklus tersebut antara lain:

1)   Siklus Nitrogen (N2). Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk amonia. Amonia diperoleh dari hasil penguraian jaringan yang mati oleh bakteri. Amonia ini akan dinitrifikasi oleh bakteri nitrit, yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus sehingga menghasilkan nitrat yang akan diserap oleh akar tumbuhan. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah menjadi amonia kembali, dan amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan ke udara. Dengan cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam ekosistem.

2)   Siklus Fosfor. Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh dekomposer (pengurai) menjadi fosfat anorganik. Fosfat anorganik yang terlarut di air tanah atau air laut akan terkikis dan mengendap di sedimen laut. Fosfor dari batu dan fosil terkikis dan membentuk fosfat anorganik terlarut di air tanah dan laut. Fosfat anorganik ini kemudian akan diserap oleh akar tumbuhan lagi. Siklus ini berulang terus-menerus.

3)   Siklus Karbon dan Oksigen. Karbondioksida di udara diimanfaatkan oleh tumbuhan untuj berfotosintesis dan menghasilkan oksigen yang nantinya akan digunakan manusia dan hewan untuk berespirasi. Hewan dan tumbuhan yang mati, dalam waktu yang lama akan membentuk batubara di dalam tanah. Batubara akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang juga menambah kadar CO2 di udara.

2.4 Macam-Macam Bentuk Pola Kehidupan

Makhluk hidup dengan lingkungan tertentu membentuk pola kehidupan yang khas, sehingga ditemukan berbagai pola kehidupan dengan kekhasan masing-masing. Adanya perbedaan lingkungan menyebabkan timbulnya berbagai pola kehidupan.

Pola kehidupan dapat dibagi dalam tiga bagian, yaitu:

a.      Pola Kehidupan Di Darat

Faktor-faktor yang mempengaruhi pola kehidupan di darat, antara lain:

·         Keadaan tanah

·         Suhu

·         Angin

·          Kelembaban udara

·         Curah hujan 

·          Pancaran sinar matahari

Pola kehidupan di darat dapat mengalami perubahan menurut musim, misalnya:

o   Pada waktu musim hujan kelembaban udara cukup tinggi, tanah basah, tumbuhan hidup subur.

o   Pada waktu musim kemarau kelembaban udara menurun, tumbuhan sebagian mati.

b.      Pola Kehidupan di air

Lingkungan hidup di air dapat dibedakan menjadi:

1.         Lingkungan air tawar: sungai, rawa, kolam, parit

2.      Lingkungan air asin: laut

3.      Lingkungan air payau: danau air tawar

Faktor yang penting dalam kehidupan di air adalah sifat-sifat air itu sendiri, misalnya:

1.      Pola kehidupan di air akibat cahaya matahari

ü  Lingkungan air yang tembus cahaya matahari mengakibatkan tumbuhan hijau sebagai produsen dapat mengadakan proses fotosintesis. Proses fotosintesis menghasilkan zat makanan yang berguna bagi tumbuhan air dan merupakan sumber makanan bagi makhluk hidup lainnya di dalam air.

ü  Lingkungan air yang dalam tidak tembus cahaya matahari merupakan daerah yang tidak ada produsen, sehingga hewan yang hidup adalah pemangsa dan pengurai (karnivora dan saprovora), yang mendapat makanan dari bahan-bahan yang mengendap di dasarnya.

ü  Dalam kehidupan air berlangsung perpindahan energi dari sinar matahari ke tumbuhan air ke konsumen.

2.      Pola kehidupan di air akibat zat-zat pelarut

ü  Limbah-limbah industri yang terlarut di dalam air dapat mengakibatkan produsen dalam air tidak berkembang sehingga ikan-ikan kekurangan makanan dan akhirnya mati.

ü  Pemupukan sering dilakukan pada kolam ikan agar tumbuhan air sebagai produsen tumbuh subur sehingga makhluk hidup di dalam air tidak kekurangan makanan.

3.      Pola kehidupan di air akibat gaya tekan ke atas

Karena adanya gaya tekan ke atas oleh air berlainan pada tiap kedalaman air, maka hewan yang hidup di daerah dasar berlainan jenisnya dengan yang hidup di daerah permukaan.

4.      Pola kehidupan di air akibat perubahan suhu

Suhu yang mudah berubah-ubah dapat mempengaruhi kehidupan di dalam air, baik untuk produsen maupun bagi makhluk hidup lainnya.

Pola kehidupan di dalam air di semua lingkungan sebenarnya sama, hanya jenis makhluk hidupnya yang berbeda, hal ini disebabkan oleh sifat khas masing-masing lingkungan air tersebut.

c.       Pola Kehidupan Yang Khas

Hubungan timbal-balik antara komponen-komponen dalam suatu ekosistem merupakan pola kehidupan dalam suatu komunitas.

Pola kehidupan yang khas terbagi atas:

1.      Simbiosis

            Simbiosis adalah cara hidup bersama antara dua makhluk hidup yang berbeda dalam hubungan yang erat.

Jenis-jenis simbiosis yaitu:

a)   Simbiosis mutualisme, adalah cara hidup bersama yang menguntungkan bagi kedua belah pihak, misalnya: kupu-kupu dengan bunga, badak dengan sejenis burung, dan lain-lain.

b)   Simbiosis parasitisme, adalah cara hidup antara dua makhluk hidup yang berbeda, yang satu mendapat keuntungan, yang lainnya dirugikan, misalnya: benalu dengan pohon inang, tali putri dengan tumbuhan inang, kutu buah dengan tumbuhan inang, dan lain-lain.

c)   Simbiosis komensalisme, adalah cara hidup antara dua makhluk hidup yang berbeda, yang satu diuntungkan sedangkan yang lainnya tidak dirugikan, misalnya: ikan hiu dengan ikan-ikan remosa, tumbuhan paku dengan pohon yang tinggi, dan lain-lain.

2. Antibiosis  

Antibiosis atau anti simbiosis adalah persekutuan hidup antara dua jenis makhluk hidup, yang satu menghambat kehidupan makhluk hidup lainnya. Misalnya: Pennicillium dengan jamur dan bakteri tertentu pennicillium dapat menghasilkan penicilin (sejenis antibiotik) dan menghambat pertumbuhan jamur dan bakteri tertentu.

Macam-macam antibiotika yang dihasilkan dari pola kehidupan sebagai antibiosis, antara lain: Penisilin, Streptomisin, Kloromisin, Anreomisin, Teramisin, Tetraksiklin, dan lain-lain.