Analisis Sifat Biologi, Kimiawi dan Fisika tentang Kunang-kunang (Lampyridae)

Oleh:

Bambang SubaliShinta PurnamasariPramita Sylvia Dewi

Rosita Putri Rahmi HaerlaniNyoman Ari Cahyani Damawati

Sekolah Pascasarjana Universitas Pendidikan IndonesiaBandung, 13 Desember 2013

Pendahuluan

• Kunang kunang merupakan jenis seranggga yang memiliki kemampuan mengeluarkan cahaya pada saat gelap atau lebih sering tampak bercahaya ketika malam hari.

• Terdapat fenomena yang menarik yaitu kunang – kunang mampu menghasilkan cahaya yang terang dari dalam tubuhnya.

• Bay, et al (2013) dan Benisty (1999) terinspirasi dari cahaya yang diproduksi oleh kunang kunang tersebut untuk membuat semikonduktor organik jenis OLED (organic light emitting diode).

• Oleh karena itu, kami tertarik untuk melakukan kajian percahayaan dari kunang kunang ditinjau dari aspek disiplin ilmu Biologi, Kimia dan Fisika menjadi sebuah artikel yang bermanfaat untuk pembaca maupun peneliti lebih lanjut

PEMBAHASAN

A. Analisis Sifat Biologi Lampyridae. Fenomena yang menarik kunang kunang adalah cahaya

yang ditimbulkan dari tubuhnya. Bioluminisensi berasal dari kata bio yang berarti hidup dan

luminisensi yang berarti emisi cahaya.

Lanjutan Sifat Biologi

Pembentukan cahaya kunang-kunang melibatkan zat luciferin dan enzim luciferase yang dihasilkan oleh sel-sel yang menyusun organ cahaya.

Luciferase adalah nama sebuah enzim yang bisa memendarkan cahaya. Luciferase menghasilkan cahaya dengan cara mengoksidasi luciferin dan pada umumnya bersifat ATP-dependent

Produksi cahaya pada kunang-kunang merupakan reaksi kimia yang terjadi pada organ pemancar cahaya, seperti bagian bawah abdomen (perut). Pada bagian ini, enzim luciferase menggunakan luciferin sebagai substrat untuk merangsang pemancaran cahaya.

Meskipun kunang-kunang menghasilkan cahaya hampir 20 kali lebih besar dari bola lampu, suhu kunang-kunang tidak naik karena cahaya mereka bersifat dingin.

B. Analisis Sifat Kimia Lampyridae.

• Trimmer (2001) bahwa proses kimia pada mekanisme kedap kedip cahaya kunang kunang karena adanya molekul gas NO (Nitrogen Mono Oksida) yang berfungsi sebagai pengantar sinyal flash.

• Reaksi luciferin-luciferase adalah emisi cahaya sebagai hasil dari katalisis enzim oksidasi (luciferase) dengan substrat (luciferin). Luciferin adalah kelompok senyawa heterosiklik yang ditemukan dalam organisme yang menyebabkan bioluminesensi (Gambar 3)

A B.

C

Gambar 3 (A. Firefly Luciferin, B. Latia Luciferin, C. Cypridina Luciferin)

Lanjutan Sifat Kimia

• Lampyridae luciferase ditemukan dalam lentera dalam perut serangga, di mana kilatan cahaya diproduksi untuk menarik pasangan mereka (Gambar 4).

Gambar 4. Lampyridae Luciferase

Lanjutan Sifat Kimia

• Pendaran (luminesensi) pada kunang-kunang membutuhkan adanya luciferin, luciferasi, ion magnesium, ATP dan oksigen.

• Tahap pertama pada mekanisme bioluminesensi pada kunang-kunang, luciferase mengkonversi D-luciferin menjadi kompleks enzim-substrat adenilat luciferil (Gambar 5).

Gambar 5. Pembentukan kompleks enzim-substrat adenilat luciferil (luciferil-AMP)

Lanjutan KImia

• Luciferil-AMP (D-LH2-AMP) bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan emisi cahaya. Emisi cahaya terjadi karena oxyluciferin berada dalam keadaan eksitasi (Gambar 6).

• Luciferil-AMP yang bereaksi dengan oksigen membentuk dioxetanon yang reaktif, kemudian dioxetanon mengalami dekarboksilasi membentuk oxyluciferin. Intermediet dioxetanon mengandung empat cincin yang dipaksakan dan ikatan O-O peroksida yang lemah. Sejumlah besar energi dibutuhkan agar terjadi eksitasi dan dapat menghasilkan cahaya tampak, berkisar 40-70 kkal.

Gambar 6. Proses emisi cahaya

• Oxyluciferin yang dihasilkan dapat beresonansi dalam bentuk keto dan enolat (Gambar 6).

• Beberapa ahli berhipotesis bahwa bentuk keto dari oxyluciferin mengemisikan cahaya merah (max 615 nm), sedangkan bentuk enolatnya mengemisikan cahaya kuning-hijau (max 560 nm) pada kunang-kunang.

Oxyluciferin (keto) oxyluciferin (enolat)

A. Analisis Sifat Fisika Lampyridae.

• Kajian sifat fisis kunang kunang ditinjau dari aspek cahaya, gelombang dan aplikasinya dalam bidang teknologi.

• Cahaya ini dihasilkan oleh "sinar dingin" yang tidak mengandung ultraviolet maupun sinar inframerah dan memiliki panjang gelombang 510 sampai 670 nanometer, dengan warna merah pucat, kuning, atau hijau, dengan efisiensi sinar kurang lebih 80%.

• Kajian cahaya secara umum dapat dijelaskan sebagai berikut, yaitu sebuah sumber cahaya yang dipancarkan dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat akan kehilangan foton karena proses total internal reflection (TIR). Biloluminisensi atau jalannya cahaya pada kunang kunang juga berlaku hal yang sama.

Penjelasan TIR

Total internal reflection (TIR)

,sinsin 21

21 n

nSince 1sin 2 when .sin&1/ 11212 nnnn

When this happens, is 90o and is called critical angle. Furthermore

when , all the light is reflected (total internal reflection). crit 12 1

Lanjut Fisika

Para peneliti fisika menggunakan pendekatan TIR untuk mengkaji jalannya sinar pada kunang kunang tersebut.

Jika diasumsikan tubuh kunang-kunang berbentuk lapisan permukaan datar dan tipis, seperti halnya sebuah kaca tipis dimana tubuh kunang kunang tersebut dimana memiliki indeks bias lebih rapat dari udara luar. Maka cahaya yang memiliki sudut kecil (0 -15) 0 tersebut tidak dipantulkan, tetapi dibiaskan keluar pada berbagai sudut dan dibelokkan menjauhi normal.

Ketika sudut datang bertambah hingga mencapai sudut kritis dimana sudut kritisya 40 0. Maka sudut datang yang lebih besar dari sudut kritis ini tidak ada sinar yang dibiaskan dan semua dipantulkan dan dipantulkan sempurna yang disebut total internal reflection (TIR).

Sinar yang dipantulkan sempurna sebesar 80 % untuk membuat tubuh kunang kunang bercahaya sedangkan 20 % disebarkan diluar tubuhnya.

Lanjut Fisika

• Kunang kunang menyampikan sinyal berupa dekipan untuk berkomunikasi dengan kunang lainnya atau untuk menyampaikan pesan adanya predator.

• Tetapi hingga saat ini belum ada yang mampu mengungkap cahaya pada kunang kunang dapat hidup dan mati ketika terkena sorotan cahaya. Durasi hidup mati cahaya pada kunang saat terkena sorotan bisa dalam durasi kurang dari satu detik.

• Efisiensi cahaya yang keluar dari tubuh kunang kunang mampu mengilhami peneliti untuk mengembangkan semi konduktor organik yaitu OLED (organic light emitting diode) dari tubuh kunang kunang

Kesimpulan

• Cahaya yang dikelurkan dari dalam tubuh kunang kunang memiliki fungsi sebagai alat komunikasi sesama kunang kunang dan sebagai lainnya atau untuk menyampiakan pesan adanya predator.

• Pencahayaan pada kunang kunang berasal dari proses kimia dalam tubuhnya yaitu adanya molekul gas NO (Nitrogen Mono Oksida) yang berfungsi sebagai pengantar sinyal flash. Reaksi luciferin-luciferase adalah emisi cahaya sebagai hasil dari katalisis enzim oksidasi (luciferase) dengan substrat (luciferin).

• Kajian optik cahaya dari tubuh kunang kunang merupakan sifat total internal reflection(TIR).

TEMUAN :• Setelah melakukan kajian jurnal, tentang sifat optik dari cahaya kunang

kunang belum ada peneliti yang mengkaji tentang bagaimana cahaya kunang mampu terpolarisasi? Sehingga terdapat peluang untuk pengkaji bagaimana jika diasumsikan bahwa enzim luciferase merupakan bahan polaroid, sehingga enzim tersebut mampu diaplikasikan dalam dunia fotografi sebagai medium polaroid

TERIMA KASIH.....