Biologi (Pertumbuhan dan Perkembangan)

MATERI PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN

          Tumbuh dan berkembang merupakan salah satu ciri makhluk hidup. Pertumbuhan dan perkembangan  memiliki perbedaan meskipun keduanya berjalan seiring.

          Tabel 1. Perbedaan pertumbuhan dan perkembangan      

PERTUMBUHAN	PERKEMBANGAN
Proses pertambahan jumlah, bentuk, ukuran serta fungsi sel akibat adanya pembelahan sel (mitosis). Bersifat Kuantitatif : dapat diukur dengan alat ukur tertentu (fisik) Auksanometer alat untuk  mengukur pertumbuhan pada tumbuhan Irreversibel : tidak dapat kembali ke keadaan semula. Tubuh orang dewasa tidak dapat kembali menjadi bayi	Proses diferensiasi sel-sel tubuh untuk membentuk struktur dan fungsi tertentu, merupakan proses menuju kedewasaan (kematangan pada sel). Bersifat kualitatif : tidak dapat diukur dengan suatu alat. Reversibel : dapat kembali ke keadaan semula
Ditandai dengan : -         Manusia & hewan: bertambah tinggi & berat badan -         Tumbuhan : bertambah tinggi dan besar batang	Ditandai dengan : -      Manusia & hewan : berfungsinya alat-alat reproduksi -      Tumbuhan : keluarnya bunga serta buah.

l. PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN TUMBUHAN

         Titik tumbuh (meristematik) pada tumbuhan terletak pada ujung akar, ujung batang dan jaringan kambium.

           Berdasarkan aktivitasnya dibedakan menjadi 3 daerah pertumbuhan, yaitu :

                a.   Daerah pembelahan sel

                perbanyakan sel atau pembentukan sel baru

                b.   Daerah perpanjangan sel

                perubahan ukuran sel menjadi memanjang

                c.   Daerah diferensiasi

                     pertumbuhan secara fisiologi dan morfologi dalam suatu sel, jaringan, atau organ

Gambar 1. Daerah pertumbuhan

Teori tentang Titik Tumbuh

a.   Teori Histogen dari Hanstein

Titik tumbuh terbagi menjadi 3 lapisan :

1.   lapisan dermatogen : membentuk lapisan epidermis

2.   lapisan periblem : membentuk bagian korteks

3.   lapisan pleurom : membentuk silinder pusat

        

              Gambar 2. Lapisan histogen

b.   Teori Tunika Korpus dari Schmidt

Titik tumbuh dibedakan menjadi 2 bagian :

1.   tunika, membelah antiklinal akan berdiferensiasi menjadi epidermis

2.   korpus, membelah ke segala arah dan membentuk semua jaringan selain epidermis

                

                        Gambar 3. Lapisan tunika korpus

Pertumbuhan dan perkembangan organ tumbuhan

Pada tumbuhan terjadi pertumbuhan primer dan pertumbuhan sekunder

Tabel 2. Perbedaan pertumbuhan primer dan sekunder

Pertumbuhan primer	Pertumbuhan sekunder
Titik tumbuh : ujung batang dan ujung akar	Titik tumbuh : jaringan kambium pada bagian kortex (ditunjukkan dengan no. 2 pada gambar penampang batang di bawah)
Sifat pertumbuhan vertikal : dengan memperlihatkan perpanjangan pada bagian ujung tunas dan ujung akar.	Sifat pertumbuhan horizontal : dengan memperlihatkan pertambahan ukuran diameter pada daerah batang. Jaringan kambium mempunyai sifat membelah kedua arah, ke arah dalam  membentuk xylem ke arah luar membentuk floem.
dijumpai pada tanaman secara umum.	dijumpai pada tanaman Gymnospermaedan Dikotil. Monokotil tidak mengalami pertumbuhan sekunder karena tidak memiliki kambium

Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan

1.  Faktor eksternal

a.   Zat hara

Berupa makronutrien dan mikronutrien yang diserap oleh akar maupun bagian tubuh yang lain berupa gas, cair, dan zat yang terlarut bersama air.

b.   Cahaya

Berperan dalam proses fotosintesis, namun cahaya yang berlebihan menghambat kerja hormon auksin (hormon pertumbuhan). Pada tempat yang gelap hormon auksin aktif diproduksi sehingga terjadi Pertumbuhan yang sangat cepat disebut : Etiolasi. Batang yang tumbuh memiliki struktur memanjang namun tidak kokoh.

c.   Air

untuk fotosisntesis dan membantu perkecambahan biji.

d.   Suhu

Suhu optimum umumnya 22^o C – 37^o C, erat kaitannya dengan kerja enzim.

e.   Oksigen

Untuk respirasi

f.   Kelembaban

Kelembaban udara yang tinggi akan dapat mendukung proses perkecambahan dan pertumbuhan.

Perkecambahan dimulai dengan proses masuknya air ke dalam biji disebutimbibisi, air akan mengaktifkan enzim-enzim metabolisme. Sehingga biji dapat berkecambah. Dalam keadaan lingkungan yang tidak mendukung biji akan mengalami dormansi yaitu keadaan tidak dapat berkecambahnya biji. Biji dorman dapat terjadi jika kelembaban tidak cukup

2.  Faktor internal

a.   Genetis

b.   Fitohormon (hormon tumbuhan)

1.   Auksin

-      Mendorong pemanjangan sel

-      Merangsang pertumbuhan akar adventif pada batang/stek batang

-      Memacu dominansi tunas apikal (tunas diujung batang)

2.   Giberelin

-      Memacu pertumbuhan batang (bolting/tumbuhan raksasa)

-      Merangsang perkecambahan biji dan tunas

-      Merangsang pembentukan bunga

-      Merangsang perkembangan buah tanpa biji (partenokarpi)

3.   Sitokinin

-      Memacu pembelahan sel dan pembentukan organ

-      Menunda penuaan

-      Memacu perkembangan kuncup samping

4.   Asam Absisat (ABA)

-      Menghambat pertumbuhan tunas

-      Menginduksi dormansi biji

-      Memacu pengguguran daun, bunga, dan buah

5.   Etilene

-      Mempercepat pematangan buah

-      Merangsang pembungaan

-      Merangsang penuaan dan pengguguran daun

6.   Asam traumalin, fungsi :

-      Memacu pembentukan jaringan baru pada bagian yang luka

7.   Kalin

-      Rhizokalin = merangsang pertumbuhan akar

-      Filokalin    = merangsang pertumbuhan daun

-      Kaulokalin = merangsang pertumbuhan batang

-      Anthokalin/florigen = merangsang pertumbuhan bunga
lI. PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN HEWAN

Tahap Pertumbuhan dan perkembangan pada hewan

a.   Fase embrionik

            Gambar 1. Tahap pembelahan pada fase embrionik 

1.   Pembelahan (cleavage)

Pembelahan zigot secara mitosis menjadi 2, 4, 8 hingga 16 sel, selanjutnya akan mengalami perkembangan sebagai berikut :

·       Morula : hasil pembelahan zigot berulang-ulang, berbentuk bola padat (anggur)

·       Blastula : perkembangan morula, memiliki rongga berisi cairan (blastosol) dan memiliki kutub

                berbeda

2.   Gastrula

Penyusunan sel-sel kedalam lapisan yang berbeda (ektoderm, mesoderm, dan endoderm)

Triploblastik : Makhluk hidup yang perkembangan tubuhnya berasal dari 3 lapis sel 

Contoh : mulai dari Platyhelmintes sampai Mamalia

Pada perkembangan selanjutnya, hewan triploblastik akan memiliki rongga tubuh (selom).

Selom dibedakan menjadi 2, yaitu :

a). aselomata

     tidak memiliki selom karena lapisan mesodermnya memenuhi seluruh tempat diantara endoderm  

     dan ektoderm.

     Contoh : Platyhelminthes (cacing pipih)

b). selomata

memiliki selom karena mesodermnya aktif membelah dan belahan ini memisahkan satu bagian mesoderm yang tetap berhubungan dengan bagian dari ektoderm dan endoderm. Selom berisi cairan.

Jika mesoderm tidak berhubungan dengan bagian endoderm dan ektoderm maka selom yang terbentuk tidak jelas atau disebut pseudoselomata, dimiliki oleh hewan Nemathelminthes (cacing gilig). Sedangkan selom yang sebenarnya dimiliki oleh hewan Annelida (cacing beruas-ruas), Moluska, Arthropoda, Echinodermatasampai Mamalia

Diploblastik         : Makhluk hidup yang perkembangan tubuhnya berasal dari 2 lapis sel

Hewan diploblastik hanya memiliki ektoderm dan endoderm saja.

Contoh : Coelenterata (hewan lunak) seperti ubur-ubur

3.   Diferensiasi dan Spesialisasi

Perkembangan gastrula, terspesialisasinya bentuk, struktur, dan fungsi dari 3 lapisan tubuh:

-      Ektoderm   : epidermis, saraf, indera, kuku, rambut

-      mesoderm  : dermis, tulang, otot, organ ekskresi, organ reproduksi, organ sirkulasi

-      endoderm   : organ dan kelenjar pencernaan, organ pernapasan

4.   Morfogenesis

Proses pertumbuhan dan perkembangan jaringan menjadi organ

5.   Induksi embrionik

Pengaruh sel tetangga dalam pertumbuhan embrio, satu bagian menyebabkan diferensiasi bagian lain yang berdekatan

6.   Organogenesis

Proses pembentukan organ dan sistem organ

b.  Fase pasca embrionik

1.   Metamorfosis

2.   Regenerasi

Kemampuan memperbaiki bagian tubuh yang rusak

METAMORFOSIS

-         proses perubahan bentuk tubuh dari zigot sampai masa dewasa melalui fase-fase tertentu.

-         Menencakup pertumbuhan dan perkembangan.

-         Biasanya terjadi pada hewan Amphibia dan Insecta.

Dibedakan menjadi 3 jenis yaitu :

1.  Metamorfosis sempurna (holometabola)

Setiap tahapan memiliki bentuk yang berbeda

Tahap : telur – larva  – pupa (kepompong) – imago (dewasa)

Contoh : kupu-kupu, lalat, tawon, kepik, katak

Metamorfosis pada katak : -         Pada awal perkembangan, telur katak akan berkembang menjadi berudu -         Berudu memiliki ekor dan bernapas dengan insang dalam. -         Kaki belakang terbentuk kemudian dikuti kaki depan -         Ekor mulai memendek dan paru-paru terbentuk -         Katak dewasa bernapas dengan paru-paru dan kulit, -         ekornya sudah hilang karena direabsorbsi oleh sel didepanya

2. Metamorfosis tak sempurna (hemimetabola)

Setiap tahapan belum tentu memiliki bentuk yang berbeda.

Bentuk dewasa memililki bentuk yang sama dengan saat masih muda, hanya berbeda ukuran.  

Tahap : telur – nimfa – imago

Contoh : jangkrik, lipas, capung, belalang

3.  Tak mengalami metamorfosis (ametabola)

Tahap : telur – muda – dewasa

Contoh : lepisma (kutu buku)

Pertumbuhan dan perkembangan diepengaruhi faktor :

1.   Faktor eksternal      : Makanan, Lingkungan, Aktivitas fisik

2.   Faktor internal        : Genetis, Hormon

     B. Metabolisme Organisme

      

Metabolisme adalah proses penyusunan (anabolisme) dan pembongkaran (katabolisme) zat-zat dalam tubuh organisme.

A. Enzim

Reaksi metabolisme merupakan reaksi enzimatis yang melibatkan enzim. Sifat-sifatnya sbb:

1. merupakan protein.
2. biokatalisator (katalisator hidup yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak berubah setelah selesai reaksi.
3. mempercepat reaksi kimia dengan jalan menurunkan energi aktivasi.
4. tidak mengubah keseimbangan reaksi.
5. bekerja sangat spesifik, yaitu satu substrat, satu enzim.
6. memiliki sisi aktif atau sisi katalistik, yaitu bagian enzim tempat substrat berkombionasi.
7. substrat “asing” berfungsi menghambat reaksi disebut inhibitor dan yang berfungsi mempercepat reaksi disebut aktivator.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim:

1. konsentrasi substrat,
2. konsentrasi enzim,
3. temperatur,
4. prubahan pH.

B. Respirasi Aerob dan Anaerob

Respirasi merupakan oksidasi senyawa organik secara terkendali untuk membebaskan energi bagi pemeliharaan dan perkembangan makhluk hidup.

1. Respirasi aerob, yaitu respirasi yang membutuhkan oksigen bebas.

2. Respirasi anaerob, yaitu respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas.

Respirasi sel secara aerob berlangsung melalui empat tahap, yaitu:

1. Glikolisis

• berlangsung di sitoplasma,
• berlangsung secara anaerob,
• mengubah satu molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat,
• dihasilkan energi sebesar 2 ATP dan 2 NADH untuk setiap molekul glukosa.

2. Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

• berlangsung pada matriks mitokondria,
• mengubah asam piruvat menjadi Asetil Koenzim A,
• dihasilkan 1 NADH dan CO2 untuk setiap pengubahan molekul asam piruvat menjadi Asetil Koenzim A.

3. Siklus Kreb’s

• berlangsung pada matriks mitokondria,
• mengubah Asetil Koenzim A menjadi CO2,
• untuk tiap molekul senyawa Asetil Koenzim A dihasilkan 1 ATP, 1 FADH, dan 3 NADH.

4. Rantai Transpor Elektron

• NADH dan FADH merupakan senyawa pereduksi yang menghasilkan ion hidrogen,
• melalui rantai respirasi, hidrogen dari NADH dan FADH yang dihasilkan pada proses glikolisis. Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat dan siklus kreb’s dilepaskan ke oksigen (sebagai senyawa penerima hidrogen terakhir), untuk membentuk H20 dengan melepaskan energi secara bertahap,
• satu molekul NADH akan menghasilkan 3 ATP, sedangkan satu molekul FADH akan menghasilkan 2 ATP.

Pada respirasi anaerob jalur yang ditempuh meliputi:

1. glikolisis
2. pembentukkan alhokol (fermentasi alkohol) atau pembentukkan asam laktat (fermentasi asam laktat). Contoh organisme yang melakukan fermentasi alkohol adalah ragi. Reaksi fermentasi adalah:

• C6H12O6 (glukosa) → 2 CH3-CH2-OH (etanol) + 2 CO2 + E
• contoh organisme yang melakukan fermentasi asam susu adalah bakteri asam susu yang menyebabkan asamnya susu.

C. Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses pembentukkan bahan organik dari bahan organik dengan bantuan cahaya dan kloroplas. Proses fotosintesis terjadi pada kloroplas dengan dua tahap reaksi, yaitu:

1. Reaksi Terang

• terjadi pada tilakoid (grana) kloroplas,
• terjadi proses fotolisis air sehingga dihasilkan oksigen. Jadi, oksigen dihasilkan dari H2O,
• reaksi tergantung pada cahaya untuk mengubah energi cahaya menjadi energi kimia berupa ATP dan NADPH.

2. Reaksi Gelap

• terjadi pada stroma kloroplas,
• reaksi yang dapat (bukan harus) berlangsung dalam gelap karena enzim-enzim untuk fiksasi CO2 pada stroma kloroplas tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan ATP dan NADPH yang dihasilkan dari reaksi terang,
• menggunakan daur Calvin (daur reduksi karbon, daur C-3) yang terdiri atas tiga bagian utama, yaitu:

1. karboksilasi adalah penambahan CO2 ke RuBp (Ribulosa Bi Pospat) membentuk dua molekul APG (Asam Pospo Gliserat) dengan bantuan enzim karboksilase,
2. reduksi adalah perubahan gugus karboksil dalam APG menjadi gugus aldehid dalam PGAL (Pospo Gliserat Aldehid),
3. regenerasi adalah pembentukkan kembali RuBp yang diperlukan untuk bereaksi dengan CO2 yang berdifusi ke dalam daun melalui stomata.

D. Kemosintesis

Kemosintesis adalah asimilasi karbon yang energinya berasal dari reaksi-reaksi kimia dan tidak diperlukan klorofil. Umumnya dilakukan oleh mikroorganisme, misalnya bakteri. Organismenya disebut kemoautotrof. Bakteri kemoautotrof ini akan mengoksidasi senyawa-senyawa tertentu dan energi yang timbul digunakan untuk asimilasi karbon.

• contoh bakteri nitrit: Nitrosomonas, Nitrosococcus
• contoh bakteri nitrat: Nitrobacter
• contoh bakteri belerang: Thiobacillus, Begiatoa

E. Percobaan Tentang Fotosintesa dan Respirasi

1. Ingenhouz

• tujuan: membuktikan pada fotosintesis dilepaskan oksigen,
• obyek: tanaman air Hydrilla verticillata,
• hasil: tanaman air yang ditutup dengan corong terbalik dan ditempatkan di bawah sinar matahari maka timbullah gelembung-gelembung gas (oksigen).

2. Engelmann

• tujuan: membuktikan pada fotosintesis mutlak diperlukan klorofil,
• obyek: ganggang Spyrogira dan bakteri oksigen,
• hasil: hanya kloroplas yang terkena sinar yang melepaskan oksigen, hal ini terbukti dengan berkerumunnya bakteri oksigen di sekitar tempat yang terkena sinar.

3. Sachs

• tujuan: membuktikan bahwa pada fotosintesis dihasilkan amilum,
• obyek: daun yang sebagian ditutup dan reagent Yodium,
• hasil: daun yang menjadi obyek dimasukkan ke air panas kemudian ke alkohol dan kemudian ke reagent Yodium. Hasilnya adalah daun yang tidak ditutup berwarna hitam dan yang ditutup tidak berwarna.

4. Percobaan Respirasi pada Hewan

           tujuan: mempelajari respirasi pada hewan, melihatfaktor-faktor yang mempengaruhi jumlah kebutuhan oksigen pada hewan saat bernafas