Paper Jam Biologi : Irama Kehidupan Disusun Oleh : Adzwin Azhari (3415070188), Ihda Akrimah(3415072005), Mahrawi(3415070182), Siti Qadarsih(3415071992) PBR07 Kita mengenal banyak perwujudan dari ukuran jam biologi. Nampaknya semua organisme eukariot dan paling tidak beberapa organisme prokariot mempunyai jam biologi. Jam biologi dan berbagai irama terjadi pada semua eukariot yang telah dipelajari dengan seksama termasuk protista, fungi, tumbhan dan hewan. Tumbuhan terbukti merupakan subjek yang baik untuk kajian mekanisme karena mudah diamati pada tingkat sel dan tingkat biokimia, yaitu tempat berlangsungnya pengaturan waktu. Organisme pasti mengalami perubahan lingkungan seperti kecepatan angin berubah nyata hampir setiap detik, Suhu, tingkat cahaya dan kelembaban kadang mungkin setiap 5 atau 6 jam. Semua perubahan tersebut diperjelas dengan adanya daur harian(diurnal), daur cuaca, dan daur pasang. Daur cuaca lazimnya berlangsung beberapa hari misalnya satu musim panas selang waktu antara terjadinya suatu badai dengan badai berikutnya adalah antara 10 samapai 22 hari, dengan rerata sekitar 13 hari. Selang waktu antara hari-hari yang sangat cerah adalah antara 5 samapai 14 hari, dengan rerata sekitar 10 hari. Penyimpangan daur cuaca itu selalu diperbesar dalam daur tahunan musim. Daur pasang(bulan) mempengaruhi lingkungan wilayah pasang dan juga mungkin lainnya. Kecenderungan cuaca mungkin berkaitan dengan daur iklim jangka-panjang seperti pada penyebab abad es yang terjadi dalam rentang waktu ratusan sampai ribuan tahun. Daur-daur tersebut berkaitan dengan mekanika sistem matahari. Dengan adanya perubahan lingkungan menyebabkan organisme untuk memperkirakan dan menyesuaikan diri agar mendapat keuntungan dari perubahan lingkungan yang ada. Organisme memerlukan mekanisme jam dan berbagai mekanisme lain yang terkait, waktu semestinya memiliki paling sedikit dua kumpulan sifat, yaitu 1. Sistem waktu harus tepat, tidak boleh dipengaruhi oleh faktor tak terduga dari lingkungan organisme. Faktor yang tidak dapat diperkirakan secara tepat adalah : suhu, tingkat cahaya siang hari, kecepatan angin, kelembaban dan sebagainya. Namun, tanpa adanya sistem mekanik dan elektronik arloji kita, jam biologi tidak seiring dengan perubahan lingkungan sehingga tidak berguna bagi organisme, Akan tetapi cara lain untuk menjadikannya tepat yaitu jam biologi mungkin diatur berulang-ulang atau diselaraskan secara teratur oleh beberapa sifat yang dapat diandalkan dari lingkungan organisme. Pengatur ulangan pada fajar atau petang dapat mempertahankan kedudukanjam agar selaras dengan lingkungan walaupun akan kehilangan atau memperoleh beberapa jam dalam satu hari. 2. Harus ada mekanisme perangkai yang memungkinkan organisme memperoleh keuntungan dari penyesuaian waktu Contohnya tumbuhan dapat menghemat energi jika mampu mengatur dan menyatukan sumber daya yang tersedia untuk mekanisme fotosintesis pada siang hari dan untuk metabolik pada malam hari dan pada malam hari tumbuhan mengatur suhu optimalnya agar sesuai bagi proses metabolisme.

Androsthenes, seorang ahli sejarah pada masa Aleksander Agung mengadakan pengamatan , seperti pada gambar dibawah ini:

Cocklebur Bunci s Cocklebur

Bunci s Berdasarkan gambar diatas, daun pada cocklebur(bagian atas) dan buncis(bagian bawah) mengalami gerak yang disebut gerak nasti, daun yang berbeda memperlihatkan satu posisi yang datar pada siang hari dan posisi tegak pada malam hari. Jean Jacques dOrtour de Mairan ingin mengetahui apakah gerak tidur dalam tumbuhan diatur oleh perubahan dalam lingkungan atau sistem pengukuran waktu dalam tumbuhan. Jika daun bergerak hanya akibat proses luar, pengaturan tersebut bersifat eksogen dan jika akibat respons terhadap jam dalam, maka pengaturan bersifar endogen. Ia mengamati tumbuhan yang peka (Mimosa pudika) saat dipindahkan ke tempat teduh, terdapat adanya gerakan yang berarti gerak tumbuhan tidak memerlukan cahaya matahari yang terik selama daur 24 jam. Jadi gerak dikendalikan secara endogeus. Akan tetapi, butuh waktu 30 tahun untuk membuktikannya dan 250 tahun untuk dikenal secara umum. Kemudian Wilhelm Pfeffer pada awalnya ragu dan akhirnya yakin bahwa memang terdapat jam endogen seperti itu, namun ia tidak mendapatkan data yang cukup untuk meyakinkan para penentangnya, lalu Rose Stoppel melanjutkan penelitiannya, ia mengikatkan batang dan tangkai daun buncis ke tongkat bambu dan dengan menggunakan benang ditempelkannya helalain daun ke yang berhubungan dengan tong yang bergerak dilapisi jelaga lampu. Dari percobaan itu, diperoleh bahawa bila gerak daun diukur paling tegak terjadi pada waktu yang sama setiap hari. Namun karena tumbuhan berada pada tempat gelap dan pada suhu tetap maka cahaya dan suhu bukan merupakan faktor dalam mengatur ulang jam setiap harinya. Stoppel menamakannya faktor X. Lalu bunning dan Stern mengindentifikasikan faktor X tersebut adlah cahaya merah yang digunakan oleh Stoppel saat menyiram tanamannya. Irama adalah kejadian berulang dari beberapa fungsi, sedangkan periode irama adalah selang waktu antara kejadian-kejadian berulang yang dialami suatu titik yang dikenal pada daur itu(misalnya posisi tegak). Periode sinambung adalah periode suatu irama yang berlangsung terus pada kondisi lingkungan yang tetap. Karena periode sinambung melebihi 24 jam, tampaknya tidak ada pilihan selain jam endogen. Karena irama menyimpang dari siang dan malam, oleh karena itu irama diatur ke daur alamiah, mungkin dengan adanya fajar dan petang. Apabila irama yang sinambungnya sekitar 24 jam tetapi tidak tepat 24 jam disebut sirkadian.

Walaupun berbagai upaya untuk menemukan irama di prokariot belum berhasil atau hanya ditemukan irama dengan periode yang singkat, namun irama yang nyata dapat dilihat dalam proses fotosintesis dan penambatan nitrogen telah dilaporkan terjadi pada ganggang biru hijau. Penambatan nitrogen dihambat oleh oksigen yang dihasilkan dalam fotosintesis. Jadi irama memastikan kedua proses tersebut berlangsung pada waktu yang berbeda pada siang hari meskipun matahari bersinar terus. Banyak fenomena irama di luar gerak daun yang telah diamati pada tumbuhan tingkat tinggi antara lain gerak kelopak bunga, laju tumbuh berbagai organ, konsentrasi pigmen dan hormon, pembukaan dan penutupan stomata, keluarnya aroma dari bunga, waktu pembelahan sel, aktivitas metabolik dan bahkan volume inti. Beberapa spesies akan berbunga jika suhu selama daur yang bisanya berlangsung malam lebih rendah dari suhu siang. Jadi, jam dapat mengatur metabolisme tumbuhan utnuk menyamakan degnan lingkungannya yang berdaur. Dengan mengetahui daur dan irama, maka sering membantu organisme untuk menyesuaikan diri terhadap lingkungannya. Klasifikasi irama berdasarkan panjang periode: 1. Irama ultradian (periode kurang dari 20 jam).Contoh: Gerak membelit pucuk. 2. Sirkadian (periode dari 20-28 jam) 3. Periode Infradian( lebih lama dari 28 jam) Selain itu irama juga diklasifikasikan berdasarkan sesuai atau tidaknya dengan daur lingkungan, contoh irama yang sesuai adalah haria, pasang dan sebagainya, ciri umumnya yaitu periode tidak peka terhadap perubahan suhu. Periode irama yang tidak cocok dengan periodisitas lingkungan biasanya sangat berbeda pada suhu yang berbeda. Beberapa spesies seperti bambu (Phyllosyachys bambusoides) dikenal juga adanya daur beberapa tahun atau disebut infratahunan. Pembungaan spesies ini dengan periode 30 sampai 40 tahun atau lebih.

Terdapat tiga ciri irama, yaitu : 1. Periode, Periode adalah waktu antara titiktitik yang sebanding dalam daur yang berulang. Fase digunakan dalam pengertian khusus sebagai tiap titik dalam daur yang dapat dikenal oleh keterkaitannya dengan titik-titik lain dalam daur itu. Fase maksimum dalam daur disebut akrofase 2. Rentang, Rentang adalah perbedaan antara nilai maksimum dan mininum dan amplitudo sama dengan setengah rentang atau perbedaan jarak respons yang diamati dari nilai rtaan. 3. Pola daur

Beberapa pigmen fotoreseptor menyerap cahaya dan karena itu mengalami perubuahan dan ini menyebabkan pemajuan atau penundaan jam. Senyawa kimia mungkin dapat menjelaskan mekanisme kerja dan memahami kerja jam biologi. Akan tetapi sulitnya pengujian dan penafsiran dari percobaan senyawa kimia dapat terjadi kesalahan dalm menafsirkannya. (Salisbury, 1995). Salah satu petunjuk paling awal mengenai bagaimana tumbuhan mendeteksi perkembangan musim berasal dari suatu varietas hutan tembakau yang dipelajari oleh W.W. Garner dan H.A. Allard pada tahun 1920. varietas ini, yang dinamai Marylind Mammoth, tumbuh luar biasa tingginya akan tetapi gagal berbunga selama musim panas, pada saat tumbuhan tembakau normal berbunga. Akhirnya tanaman tersebut berbunga dalam rumah kaca pada bulan Desember (Campbell, 2003). Fotoperiodisme merupakan fenomena yang tersebar luas dialam. Dalam tulisannya, Garner dan Allard (1920) telah mengemukakan bahwa migrasi burung mungkin dikendalikan oleh fotoperiode, dan segera fotoperiodisme pada burung dibuktikan. Sejak itu, banyak respon hewan terhadap fotoperiode telah didokumentasikan, termasuk beberapa perubahan perkembangan pada serangga, perubahan bulu, serta peningkatan reproduksi pada serangga reptilian, burung dan mamalia. Pada dasarnya semua aspek pertumbuhan dan perkembangan tanaman dipengaruhi oleh fotoperiode (Salisbury, 1995). Pertama-tama, perkecambahan biji tertentu dipengaruhi oleh fotoperiode yang diterapkan pada tanaman tetua. Perkecambahan biji dewasa spesies tertentu juga dipengaruhi oleh fotoperiode. Terdapat biji-biji hari panjang dan biji hari pendek dalam hal perkecambahan, dan ini merupakan efek fotoperiodisme sejati dengan memperoleh respon hari panjang melalui interupsi pada periode gelap yang panjang (Salisbury, 1995). Garner dan Allard menemukan bahwa beberapa tanaman berbunga sebagai respon terhadap siang hari yang lebih panjang daripada panjang kritis, tumbuhan seperti itu disebut tumbuhan hari panjang dan tumbuhan seperti tembakau dan kedelai yang berbunga bila panjang hari kurang dari maksimum, dinamakan tumbuhan hari pendek. Beberapa tumbuhan yang mereka teliti tidak menunjukkan respon terhadap panjang hari, disebut tumbuhan hari netral. Hasil Garner dan Allard itu kemudian dipublikasikan pada tahun 1920, dan mereka menamakan temuan pembungaan dengan respon terhadap panjang siang dan malam sebagai fotoperiodisme (Dwidjoseputro, 1984). Setelah mencoba menginduksi pembungaan dengan cara membuat variasi suhu, kelembapan, dan nutrisi mineral, Garner dan Allard mempelajari bahwa pemendekan siang hari pada musim dinginlah yang merangsang tumbuhan Maryland berbunga. Jika tumbuhan itu dipelihara dalam kotak yang kedap cahaya sehingga lampu dapat digunakan untuk memanipulasi durasi siang dan malam, pembungaan akan terjadi jika panjang siang hari adalah 14 jam atau lebih pendek. Tumbuhan ini tidak berbunga selama musim panas, karena posisi garir lintang di Maryland, sehingga siang hari terlalu panjang selama musim itu (Campbell, 2003). Kejadian musiman sangat penting dalam siklus kehidupan sebagian besar tumbuhan. Perkecambahan biji, pembungaan, permulaan dan pengakhiran dormansi tunas merupakan contoh-contoh tahapan dalam perkembangan tumbuhan yang

umumnya terjadi pada waktu yang spesifik dalam satu tahun. Stimulus lingkungan yang paling sering digunakan oleh tumbuhan untuk mendeteksi waktu dalam satu tahun adalah fotoperiode, yaitu suatu panjang relative malam dan siang. Respon fisiologis terhadap fotoperiode, seperti pembungaan disebut fotoperiodisme (Campbell, 2003). Ciri utama fotoperiodisme adalah pengukuran waktu musim dengan mendeteksi panjang siang dan malam. Menurut nalar, fotoperiodisme termasuk contoh pengukuran waktu biologis seperti iarama srikardian dan navigasi angkasa. Jika waktu diukur dengan rentan waktu yang dibutuhkan bagi beberapa metabolit untuk diubah menjadi bentuk lain, hal ini sejalan dengan gelas jam yang mengukur selang waktu yang diperlukan bagi pasir untuk jatuh dari atas ke bawah melalui celah yang sempit. Pada sistem seperti itu, hanya satu selang waktu yang diperlukan bagi pasir yang dapat diukur, dan beberapa pengaruh luar harus memulai kembali sistem itu (membalikkan gelas jam). Irama srikardian yang berfungsi selama selang waktu yang panjang pada kondisi terang, dengan suhu dan faktor lain yang konstan, tidak sama dengan gelas-jam, tetapi lebih mirip dengan bandul yang merupakan osilator (Dwidjoseputro, 1984). Berdasarkan adanya respon tumbuhan terhadap lamanya penyinaran (fotoperiodisitas) dalam proses pembungaan, maka tumbuhan dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu (1). Tumbuhan hari pendek (short day plant).Contoh: Tembakau dan kedelai (2). Tumbuhan hari panjang (long day plant).Contoh: Bayam (3). Tumbuhan hari netral (neutral day plant). Manfaat Jam biologi adalah mengatur tumbuhan sesuai dengan kondisi cahaya dan suhu. Implikasi penting jam biologi dalam bidang pertanian adalah respon irama tumbuhan terhadap bahan kimia seperti herbisida. Tetapi mekanisme respons beragam dan sering tidak langsung. Posisi daun misalnya, mungkin menentukan jumlah herbisida yang jatuh dari atas mengenai daun. Karena banyak tanaman yang bergantung pada seberapa banyak tanaman berbunga atau tidak berbunga maka periodisme amat penting dalam pertanian. Jika tanaman berada terlalu jauh di sleatan, panjang hari pada akhir musim panas terlalu pendek, dan pembungaan berlangsung sebelum tanaman mempunyai kesempatan untuk membentuk daun dalam jumlah yang cukup. Namun bila tumbuhnya terlalu di utara, tanaman berbunga terlalu terlambat pada musim itu dan mungkin rusak oleh suhu rendah. Beberapa tanaman ada yang peka terhadap suhu yang dingin pada waktu tertentu di siang hari. Berthold merangkum penelitiannya bahwa pengubahan suhu selama daur harian dapat menggantikan pengubahan cahaya dengan suhu tinggi ( misalnya 35O) bertindak seperti cahaya. (Salisbury, 1995). Daftar Pustaka Campbell, N. A, J. B. Reece and L. E. Mitchell. 1999. Biologi. Erlangga, Jakarta. Dwidjoseputro, D., 1994. Pengantar Fisiologi Tumbuhan. PT Gramedia. Jakarta. Salisbury., Ross, C.W., 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid 2. ITB Press. Bandung.