Biologi Kelas 10 | Daur Biogeokimia dan Dinamika Komunitas - Dewanto, S.Pd.

Konten [Tampil]

Pada ulasan ini, penulis akan menjelaskan terkait mata pelajaran biologi kelas 10 dengan topik daur biogeokimia dan dinamika komunitas. Untuk dapat memahami, simak dengan seksama penjelasan dalam tulisan berikut ini!

Daur Biogeokimia

Istilah biogeokimia berasal dari 3 gabungan kata (bio = hidup; geo = batuan/tanah; dan kimia = senyawa kimia). Jadi, biogeokimia dapat diartikan senyawa kimia yang bergerak dari benda hidup menuju benda tak hidu lalu kembali menuju benda hidup. Pergerakan masing-masing unsur di alam membentuk suatu siklus yang berulang-ulang sehingga dapat disebut sebagai sebuah daur atau siklus. Daur biogeokimia merupakan suatu siklus peredaran unsur-unsur kimiawi dari lingkungan melalui komponen biotik dan kembali lagi ke lingkungan. Siklus tersebut terjadi berulang-ulang dan tak terbatas. Ketika suatu organisme mati, maka akan terurai zat-zat organik dalam tubuhnya lalu diubah menjadi zat-zat anorganik serta kembali ke lingkungan. Unsur-unsur kimiawi di alam dapat dijumpai dalam beberapa bentuk seperti gas, padat, dan cair. Unsur-unsur tersebut dapat dimanfaatkan tumbuhan untik menyintesis karbohidrat, protein, lemak, enzim, nukleoprotein, asam deoksiribonukleat (DNA) maupun asam ribonukleat (RNA). Daur biogeokimia terdiri atas:

Daur Karbon
Daur Nitrogen
Daur Air
Daur Fosfor
Daur Belerang (Sulfur)

Gambar 1. Daur Karbon [Sumber: Siswapedia.com]

Daur Karbon

Karbon merupakan salah satu penyusun kerangka molekul-molekul organik pada semua makhluk hidup. Ketersediaan karbon di alam dalam bentuk anorganik yaitu karbon dioksida (CO₂). Oleh tumbuhan, karbon dioksida dimanfaatkan untuk proses fotosintesis untuk menghasilkan zat-zat organik yang dapat dimanfaatkan oleh organisme heterotrof (manusia, hewan, fungi, protista, dan prokariota heterotrofik lainnya). Ketersediaan karbon di alam dapat dijumpai pada bahan bakar fosil, tanah, sendimen dari perairan, lautan dalam bentuk karbon terlarut, biomassa tumbuhan, hewan, dan manusia, serta di atmosfer dalam bentuk karbon dioksida. Untuk ilustrasinya dapat dilihat pada Gambar 1.

Tumbuhan diserap oleh tumbuhan dan fitoplankton, pengikatan karbon dioksida yang dilakukan oleh komponen autotrof akan digunakan dalam proses fotosintesis. Hasil fotosintesis menghasilkan karbohidrat (energi potensial) dan oksigen. Oksigen dilepaskan ke lingkungan dan energi potensial yang dihasilkan akan dimanfaatkan oleh hewan dan manusia dengan memakan tumbuhan tersebut. Hewan dan tumbuhan yang telah mati akan mengalami pembusukan atau bahkan menjadi fosil yang masih mengandung komponen karbon dalam bentuk anorganik.

Gambar 2. Daur Nitrogen [Sumber: Brainly.com]

Daur Nitrogen

Nitrogen merupakan komponen penting dalam penyusunan asam amino, protein, dan asam nukleat serta seringkali menjadi nutrien pembatas pada tumbuhan. Tumbuhan dapat menggunakan nitrogen anorganik dalam bentuk amonium (NH₄⁺) dan nitrat (NO₃⁻) serta beberapa jenis asam amino. Bakteri fotosintetik dapat menggunakan semua bentuk ditambah dengan bentuk nitrit (NO₂⁻). Berbeda dengan hewan, yang hanya dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk nitrogen organik saja. Nitrogen dapat ditemukan di atmosfer dengan akumulasi 80% dalam bentuk gas nitrogen (N₂), sedangkan sisanya dapat ditemukan di dalam tanah, sedimen danau, sungai, dan lautan (nitrogen terikat), air permukaan tanah dan air tanah (nitrogen terlarut), serta biomassa organisme hidup. Untuk ilustrasinya dapat dilihat pada Gambar 2.

Nitrogen masuk ke dalam ekosistem melalui proses fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen dapat dilakukan secara biologis dan elektrokimia. Fiksasi nitrogen secara biologis dengan mengkonversi gas nitrogen (N₂) oleh bakteri-bakteri penambat nitrogen dan cyanobacteria. Bakteri yang mengikat nitrogen bebas dapat dibedakan menjadi simbiotik dan non-simbiotik. Bakteri simbiotik yang mampu mengikat nitrogen bebas yaitu Rhizobium leguminosarum yang bersimbiosis dengan bintil akar polong-polongan, sedangkan bakteri non-simbiotik yang mampu mengikat nitrogen bebas yaitu Azetobacter. Cyanobacteria yang mampu mengikat nitrogen bebas yaitu Nostoc dan Anabaena.

Nitrogen yang telah diikat akan melalui proses amonifikasi, mendekomposisi nitrogen organik menjadi amonium (NH₄⁺) dan asam amino. Selain itu, tumbuhan dan hewan mati, protein nabati dan hewani, juga kotoran hewan diuraikan akan menjadi amonium (NH₄⁺) dan asam amino oleh bakteri maupun jamur pengurai. Bakteri amonifikasi yang berperan dalam proses tersebut yaitu Bacillus subtilis dan Bacillus mesentericus. Selanjutnya, proses yang akan dilalui yaitu proses nitrifikasi, pengubahan NH₄⁺ menjadi NO₃⁻ oleh bakteri nitrifikasi. Amonium akan diubah menjadi nitrit (NO₂⁻) oleh bakteri nitrit terdiri atas Nitrosococcus dan Nitrosomonas. Nitrit (NO₂⁻) lalu akan diubah menjadi nitrat (NO₃⁻) oleh bakteri nitrat yaitu Nitrobacter. Dalam kondisi anaerobik, bakteri denitrifikasi melakukan metabolisme menggunakan NO₃⁻ sehingga melepaskan gas nitrogen (N₂) kembali ke alam. Proses tersebut disebut dengan denitrifikasi. Bakteri denitrifikasi yang berperan antara lain Pseudomonas denitrificans dan Micrococcus.

Fiksasi nitrogen secara elektrokimia membutuhkan bantuan energi dari halilintar. Energi yang dipancarkan akan menyebabkan nitrogen berikatan dengan oksigen membentuk nitrit. Nitrit yang berinteraksi dengan bulir-bulir air yang mengalami kondensasi menyebabkan perubahan bentuk menjadi nitrat setelah jatuh ke tanah. Nitrat lalu dapat diserap secara langsung oleh tumbuhan, mengalami denitrifikasi, atau menumpuk pada endapan.

Gambar 3. Daur Air [Sumber: Waterpedia.co.id]

Daur Air

Air memiliki peranan yang penting untuk semua organisme. Ketersediaan memengaruhi laju proses-proses ekosistem, terutama produksi primer dan dekomposisi di ekosistem darat. Ketersediaan air di alam sebagian besar dalam bentuk cair, sebagian dalam bentuk padat karena ikut membeku dan sisanya dalam bentuk uap air. Hal ini dapat dilihat, sebanyak 97% air berada di dalam lautan, sekitar 2% terikat dalam gletser dan tudung es kutub, dan 1% sisanya berada di danau, sungai, dan air tanah serta sedikit di atmosfer. Untuk ilustrasinya dapat dilihat pada Gambar 3.

Hal yang sangat penting dalam daur air yaitu adanya sinar matahari. Adanya sinar matahari mempengaruhi evaporasi pada faktor abiotik dan transpirasi pada faktor biotik. Evaporasi merupakan proses menguapnya air yang berada di alam di mana pun berada, sedangkan transpirasi merupakan menghilangnya kadar air pada makhluk hidup dikarenakan menguap. Uap air yang telah menguap secara perlahan ke lapisan atmosfer akan membentuk awan. Pengaruh suhu dan udara, awan mengalami perpindahan dan pengumpalan menjadi satu, saat terpapar udara dingin awan akan mengalami kondesasi menjadi tetes-tetes air dan akan jatuh ke permukaan bumi dalam bentuk hujan (presipitasi).

Air yang telah turun dalam bentuk hujan akan mengalir dari berbagai tingkat sesuai dengan topografinya. Namun, pada hakikatnya air akan mengalir dari permukaan tinggi ke permukaan yang lebih rendah. Air juga akan terserap ke dalam tanah yang disebut dengan proses infiltrasi. Air yang telah masuk ke dalam tanah juga akan terus mengalir ke daerah yang lebih rendah hingga menuju lautan. Pergerakan demikian disebut dengan perkolasi.

Gambar 4. Daur Fosfor [Sumber: Researchgate.net]

Daur Fosfor

Fosfor memiliki peranan penting organisme. Fosfor digunakan sebagai penyusun utama asam nukleat, fosfolipid, ATP, dan molekul penyimpan energi lainnya. Selain itu, fosfor juga sebagai mineral penyusun tulang dan gigi. Fosfor banyak ditemukan dalam bebatuan sendimen yang berasal dari laut. Namun, akumulasinya juga dapat ditemukan di dalam tanah, terlarut dalam air laut, maupun dalam organisme hidup. Bebatuan besar di dataran tinggi akan mengalami pengikisan oleh cuaca secara perlahan. Ini membuat kandungan fosfor yang memiliki peranan penting secara biologi yaitu fosfat (PO₄³⁻) ikut mengalami pengikisan atau pelapukan. Kandungan fosfat akan ikut mengalir bersama aliran air menuju tempat yang lebih rendah. Tentu ini menyebabkan fosfat akan sedikit tidaknya tersebar di setiap tempat yang dialiri air. Oleh tumbuhan, fosfat akan diserap akar dikarenakan sebagai penyusun senyawa organik yang dibutuhkan tumbuhan. Tumbuhan lalu akan dimakan oleh hewan sehingga akan terjadi perpindahan fosfat. Tumbuhan dan hewan mati akan diuraikan oleh dekomposer yang dapat menguraikan menjadi fosfat anorganik kembali. Fosfat akan terus mengalir hingga kelautan hingga membentuk sendimen. Lalu terbentuklah bebatuan yang kaya akan fosfor. Untuk ilustrasinya dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 5. Daur Belerang/Sulfur [Sumber: Siswapedia.com]

Daur Belerang (Sulfur)

Belerang di atmosfer dalam bentuk sulfur dioksida (SO₂) yang berasal dari aktivitas erupsi gunung berapi, asap hasil pembakaran dari industri, asap pembakaran bahan bakar fosil maupun kendaraan. Belerang juga dapat ditemukan dalam bentuk H₂S yang merupakan gas hasil dari pembusukan bahan organik di dalam tanah maupun air yang dilakukan oleh bakteri maupun jamur pengurai. Bakteri yang berperan dalam pelepasan hasil penguraian berupa H₂S yaitu Escherichia, sedangkan jamur yaitu Aspergillus dan Neurospora. H₂S yang dilepas ke udara akan mengalami oksidasi sehingga membentuk sulfat (SO₄⁻). Sulfat yang berinteraksi dengan curah hujan akan terbentuk peristiwa hujan asam. H₂S di dalam tanah juga dapat mengalami oksidasi dan menghasilkan elemen sulfur (S). Sulfur akan teroksidasi dalam tanah menjadi sulfat oleh bakteri Thiobacillus denitrificans dan Thiobacillus thiooxidans. Namun, sulfat dalam tanah juga dapat tereduksi kembali menjadi H₂S oleh bakteri Thiobacillus thioparus. Untuk ilustrasinya dapat dilihat pada Gambar 5.

Dinamika Komunitas

Komunitas merupakan kumpulan dari berbagai populasi yang saling berinteraksi di dalam suatu ekosistem. Komunitas beserta lingkungannya bersifat dinamis dikarenakan menghasilkan berbagai perubahan. Perubahan yang terjadi dapat dalam bentuk perubahan siklis maupun perubahan non-siklis.

Perubahan siklis, terjadi pada periode tertentu tetapi mudah kembali ke keadaan yang hampir sama dengan keadaan sebelumnya. Perubahan ini dapat dilihat pada perubahan komunitas selama musim kemarau dan musim penghujan. Pada musim penghujan, populasi serangga dan katak lebih banyak dibanding musim kemarau.
Perubahan non-siklis, terjadi secara drastis dengan kondisi komunitas berubah secara permanen. Perubahan ini dapat dilihat dalam beberapa tahun bahkan lebih dari satu abad. Perubahan ini berkaitan dengan nilai sejarah (evolusi, migrasi, dan punahnya spesies tertentu).

Referensi

Campbell, N. A., Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Jackson, R. B. (2010). Biologi. Jilid 3. Edisi Kedelapan. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Husodo, T., Rosada, K. K., & Fitriani, N. (2020). Ekologi. Edisi 3. Tangerang Selatan: Universitas Terbuka.
Irnaningtyas (2014). Biologi untuk SMA/MA Kelas X. Kelompok Peminatan Matematika dan Ilmu Alam. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Sjahfirdi, L., Harminto, S., & Nisyawati (2019). Biologi Umum. Tangerang Selatan: Universitas Terbuka.