Jimmi Bioluminescence [PDF]

Citation preview

Bioluminescense atau bioluminesensi adalah emisi cahaya yang dihasilkan oleh suatu mahluk hidup dikarenakan adanya suatu reaksi kimia tertentu dalamtubuhnya. Kata bioluminescence berasal dari 2 bahasa, yaitu “bio = hidup(Yunani) dan lumen = cahaya (latin)”. Bioluminescence terbentuk karena ada proses kimia sehingga menyebabkan suatu mahluk hidup bisa menghasilkan cahaya. Bioluminescence hamper ditemukan diseluruh bagian biosfer, tetapi hanya pada vertebrata laut, invertebrate, dan beberapa jenis tumbuhan yang ada. Bioluminescence dapat ditemukan pada mahluk hidup seperti chepalopoda, amphipoda, ostracoda, beberapa jenis ikan, cumi-cumi,ubur-ubur, gurita, dan plankton. Bioluminescence yang terdapat didarat berupa serangga, kunang-kunang, ulat (glow-worm) kumbang, dan beberapa jenis diptera. Sedangkan pada jamur yang diketahui bisa menghasilkan cahaya melaui proses bioluminescence hanya sedikit, yaitu Almillalria mellea, Panellus stipticus, Omphalotus nidiformis, dan Mycena sp. Bioluminescence ditemukan juga pada mikroorganisme (bakteri) yang ada di darat maupun yang di laut. Bakteri yang ditemukan ini tergolong bakteri gram negative, motil, berbentuk batang dan bersifat aerob dan anaerob fakultatif. Contoh bakteri penghasil bioluminescence adalah bakteri pada genus 1. 2. 3. 4. 5.



Vibrio, yaitu (V.harveyi, V. fishchri) Photobacterium (P. poshphoerum, P. leiognathi) Xenorhabdus (X. luminescence) Alteromonas (A. haneda) Shewanella



Bioluminesece merupakan suatu reaksi kimia yang terjadi dalam tubuh suatu organisme untuk menghasilkan cahaya yang dapat terdeteksi. Organisme atau mahluk hidup tersebut menggunakan berbagai bahan tubuhuntuk dapat membuat dan memancarkan cahaya dalam berbagai warna yang ada dengan tujuan yang berbeda. Proses kimia yang terjadi pada bioluminescence berbeda dengan yang lain untuk memancarkan cahayaa (Educator’s Guide). Proses kimia dalam biolum merupakan dasar konseptual yang sederhana, namun pada proses kontrol fisiologisnya pun jauh lebih rumit. Hal-hal tersebut termasuk dalam sel yang menghasilkan cahaya dari proses reaksi kimia yang disimpan,misalnya : a. b. c. d.



Bagaimana mereka diregenerasi Bagaimana mereka dikendalikan atau diinduksi Bagaimana proses cahaya berkedipdengan cepat Bagaimana sinyal cahaya lewat reaksi kimia dengan cepat berbalik dan kemudian dimatikan.



Pada bakteri Bioluminescence, reaksi kimia terjadi pada sitoplasma yang membuat mereka terus menerus menghasilkan cahaya tanpa berkedip. Fenomena mahluk hidup yang menghasilkan cahaya dikenal sebagai bioluminescence. Sebagian organisme yang menghasilkan cahaya dalam tubuhnya adalah organisme yang banyak hidupnya di laut, sementara untuk



organisme penghasil cahaya hanya sedikit yang menempati daerah daratan. (Shermen Akhilesh). Kita semua tahu bahwa fakta tentang tumbuhan hijau menerima cahaya untuk menghasilkan energi kimia, namun fakta juga bahwa mahluk hidup mulai dari bakteri menggunakan energy kimia untuk dapat memproduksi cahaya (Wilson dan Hastings, 1998)



(Gambar 1. Dinoflagellata (Protozoa) yang menyebabkan air laut tepi pantai bercahaya)



Sejarah Bioluminescence 1. Fenomena ini pertamakali diperkenalkan oleh Aristoteles dalam bukunya berjudul “tentang warna”. Ia menyebutkan bahwa sesuatu yang alamiah menyebabkan tubuh suatu organisme atau mahluk hidup (kepala ikan dan sotong) terlihat bercahaya. 2. Pada tahun 1987, Raphael Dubois berhasil mengisolasi lusiferin (katalis) dari paddock, sejenis remis laut. Temuan tersebut dipopulerkan dan dilanjutkan oleh Edmund Newton Harvey dimana senayawa luciferin dan luciferase yang ditemukan pada mahluk hidup tidak dapat ditukar. 3. Seorang ilmuan dari Inggris bernama Robert Boyle pada tahun 1967, mempublikasikan hasil penelitiannya tentang bioluminescence pada fungi yang memerlukan udara. Laporan berikutnya menyebutkan bahwa oksigen dalam udara berperan penting dalam reaksi kimia pada proses bioluminescence. Karakteristik Bioluminescence, lebih spesifik pada Jamur dan Bakteri 1. Proses bioluminescence menghasilkan cahaya hijau-biru melibatkan enzim luciferase. 2. Satu bentuk pemancaran cahaya menghasilkan cahaya dingin, hanya 20% yang menghasilkan. Why ? 3. Pada fluorescence dan phosphorescence sama-sama adalah peristiwa emisi cahaya yang tereksitasi oleh suatu energy tinggi (contohnya cahaya).



4. Perbedaan mendasar pada fluorescence dan phosphorescence adalah proses fosforensi emisi cahayayang terjadi pada selang waktu yang singkat 10-6 hingga 10-9 detik. 5. Pada fluorescence electron yang tereksitasi akan cepat kembali pada keadaan awal sesudah sumber energy menjadi tinggi, sehingga setelah peristiwa fluorescence tersebut maka emisi cahaya akan segera hilang sesaat setelah sumber energinya dihilangkan. (Campbell dan Herring, 1990) Peranan Bioluminescence pada Organisme Mahluk Hidup 1. Kamuflase - Beberapa jenis dekapoda, chepalopada dan ikan menggunakan hasil reaksi kimia bioluminescence untuk dapat berkamuflase dalam menghidari suatu predator. Proses pertahanan ini disebut sebagai penyamaran dengan sinar (kontrailuminasi) yang membuat suatu mahluk hidup tidak dapat terlihat atau tersamarkan di antara sinar lain di lingkunga perairan.



(Gambar 2. Cumi-cumi yang melakukan kamuflase terhadap lingkungan gelap)



2. Predasi - Dalam perairan dangkal di siang hari, hiu berenang samahalnya dengan spesies yang menggunakan bioluminescence untuk berkamuflase, perut hiu tersebut ditutupi oleh organ bioluminescence itu. Akibatnya, bila predator melihat hal tersebut dari bawah hiu tersebut menghasilkan siluet ikan kecil dan bukan terlihat seperti hiu besa. (Gambar 4 pada 06 Biolumen PdfCopy). Hal ini menarik predator besar. Pada saat mereka bergerak untuk memangsa, hiu itu dengan cepat berputar mengarahkan dirinya ke ikan yang lebih besar serta menjepit daging ikan tersebut dengan giginya. - Adaptasi lain yang menarik dari bioluminescence pada ikan pemancing dan dragonfish hitam. Ikan pemancing memiliki umpan bercahaya pada ujung embelan di atas kepalanya. Hal tersebut menarik perhatian dari umpan dimana ikan pemacing dekat dengan makananya. Ikan tersebut sebenarnya memiliki 2 organ bioluminescent



yang berbeda yang dapat menghasilkan cahaya biru-hijau, dan yang satunya tepat berada di bawah mata yang menghasilkancahaya berupa lampu merah.



Gambar 3 . Anglerfish yang sedang mencari makan



(Gambar 4. Bioluminescence untuk kamuflase atau menyusui) A. Tanpa bioluminescence, kolam ikan di dekat permukaan memiliki yang berbeda, siluet diidentifikasi bila dilihat dari bawah. B. Beberapa ikan memiliki underbellies bioluminescent bahwa masker siluet mereka bila dilihat dari bawah. C. The cookie cutter hiu memiliki perut bioluminescent kecuali untuk patch di bawah tenggorokan. Orang bodoh ini predator besar berenang di bawah yang berpikir bahwa itu adalah ikan kecil berdasarkan siluet kecil itu



3. Menarik Pasangan - Di darat, kunang-kunang memancing pasangan dari lawan jenisnya yang dengan memvariasikan cahaya mereka. Produksi cahaya yang dihasilkan menjadi cahaya yang terus menerus, frekuensi dengan berkedip tertentu, atau suatu rangkaian kilatan berulang yang dapat bergantian dalam frekuensi tertentu. Cahaya sebagai sinyal memungkinkan kunang-kunang memilih pasangan yang sesuai serta memungkinkan mereka untuk dapat mengetahui atau membedakan kesehatan pasangan mereka nantinya dengan intensitas atau frekuensi dari sinyal yang dapat diberikan yang dapat diketahui melalui intensitas/frekuensi yang tinggi serta durasi menunjukkan kesehatan yang lebih baik. (Branham, 2000) - Pada ikan deepsea pemancing juga menggunakan teknik yang sama untuk nmenarik pasangan. Untuk jantan lebih kecil dari betina, yang menempelkan mulut jantan ke



tubuh betina. Akhirnya aliran darah jantan yang menempel pada betina menjadi sebuah parasite yang memproduksi spermatozoa dari betina. Dengan cara ini, berbagai hewan bisa mengembangkan suatu adaptasi terhadap pengaruh yang diberikan oleh bioluminescence untuk mempertahankan dir, mendapatkan makanan serta mendapatkan pasangan.



(Gambar 5. Kunang-kunang yang sedang memancarkan cahaya)



4. Komunikasi - Dalam suatu organisme terjadi proses komunikasi. Komunikasi yang terjadi antara bakteri (Quorum sensing) memainkan peran dalam regulasi bioluminescence dibanyak spesies bakteri. - Saat mensekresikan molekul esktrasel yang digunakan mereka bisa mengaktifkan gen untuk memproduksi cahaya ketika mereka berada di tempat yang padat.



(Gambar 6. Komunikasi antar sel bakteri yang menghasilkan cahaya)



5. Penyerbukan - Dalam proses memperbanyak keturunan, pada jamur juga melakukan proses penyerbukan untuk tetap dapat mempertahankan keturunannya. - Beberapa jamur ada yang menghasilkan cahaya, seperti jamur hantu (Omphalatus nidiformis). Jamur ini memancarkan cahaya sehingga serangga bisa mendekati/hinggap pada jamur tersebut kemudian dengan sendirinya spora pada jamur disebarkan oleh serangga tersebut. Selain itu, peranan cahaya pada jamur tersebut ialah untuk memberikan tanda pada mahluk lain untuk tidak memakannya dikarenakan jamur tersebut dikira tidak enak serta beracun.



(Gambar 7. Jamur hantu yang memancarkan cahaya)



6. Penerangan (EDIT) Kebanyakan ikan laut dalam menghasilkan cahaya hijau atau biru untuk penglihatan di dasar laut. karena di dasar laut abisal mengalami kegelapan abadi, sehingga hewan yang ada di sana harus bisa menghasilkan cahaya sendiri sebagai sumber penerangan. Ikan Black Dragonfish menghsilkan cahaya berwarna merah sebagai penglihatan terhadap mangsanya yang memiliki pigmen merah.



(Gambar 8. Contoh hewan di laut dalam dalam mekanisme bioluminescence)



7. Pertahanan (EDITTTT) Setiap makhluk hidup yang mampu menghasilkan luminesensi untuk tujuan atau fungsi yang berbeda-beda. Sebagian makhluk hidup memanfaatkannya untuk pertahanan diri, seperti yang dilakukan kelompok Dinoflagelata, ubur-ubur dan beberapa jenis cumi-cumi yang berpendar untuk mengejutkan predator yang mendekatinya sehingga memberikan kesempatan kepadanya untuk melarikan diri dari predator.



(Gambar 9. Dinoflagellata menyebabkan laut bercahaya) Cara Kerja Bioluminescence Produksi cahaya yang terjadi pada organisme bioluminescence dihasilkan dari proses konversi energy kimiamenjadi energy cahaya. Energy untuk reaksi bioluminescence umumnya diberikan oleh reaksi kimia eksotermik. Untuk terjadinya proses kimia dalam bioluminescence harus membutuhkan tiga bahan utama, yaitu : 1. Molekul organic dari emisi cahaya yang dikenal sebagai luciferin 2. Sumber oksigen (mungkin O2, tetapi juga menjadi hydrogen peroksida atau senyawa yang mirip). 3. Katalis protein yang dikenal sebagai enzim luciferase yang bertindak untuk sebuah molekul organic yang disebut oxyluciferin. Dalam beberapa organisme, ke tiga komponen ini saling terikat bersama dengan sangat kompleks yang disebut photoprotein. (A bioluminescence gallery, 2009).



(Gambar10. Reaksi bioluminecence secara umum)



Terkadang luciferin dan luciferase terikat bersama dalam satu unit yang disebut photoprotein (serta co-faktor seperti oksigen). Molekul ini dipicu untuk dapat menghasilkan cahaya ketika jenis ion tertentu ditambahkan ke system (misalnya kalsium).



(Gambar11. Molekul ion yang di tambahkan menghasilkan cahaya)



Bioluminescence tidak sama dengan fluoresensi dan pendar. Dalam fluoresensi, energy dari sumber cahaya yang diterima atau diserap kemudian dimasukkan kembali sebagai foton lainnya. Dalam bioluminescence, energy eksitasi dipasok oleh reaksi kimia dan bukan dari sumber cahaya. Berikut ini adalah gambaran sederhana tentang fluorescence. Luciferin adalah substrat dari setiap reaksi bioluminescence 1. Bakteri luciferin adalah fosfat riboflavin yang tereduksi (FMNH) yang teroksidasi dalam hubungan dengan aldehida rantai panjang, oksigen dan luciferase. GABMAR 2. Dinoflagellata luciferin diduga berasal dari klorofil serta memilikin struktur yang sangat mirip. Dalam genus gonyaulaxyang berada pada pH 8, molekul dilindungi dari luciferase oleh protein pengikat luciferin, namun jika pH diturunkan sampai pada 6 pH maka luciferin bebas bereaksi dan menghasilkan cahaya.



3. Firefly luciferin digunakan dalam system luciferin-luciferase yang membutuhkan ATP sebagai kofaktor. Karena itu, bisa dijadikan sebagai bio indicator bahwa adanya energy atau suatu kehidupan.



(Gambar 12. Struktur kimia dari berbagai luciferins) BL Web: Rincian Kimia, 2000. Luciferins dari sumber biologis yang berbeda secara kimia tidak terkait. Mereka cenderung menjadi senyawa aromatik polisiklik yang secara inheren bersifat neon karena orbital molekul mereka memiliki banyak tingkat energi. A. Bakteri luciferin, turunan riboflavin B. Dinoflagellate luciferin, secara struktural berhubungan dengan klorofil C. Firefly luciferin, membutuhkan ATP untuk bioluminescence. D. Coelenterazine, luciferin yang sangat umum ditemukan pada beberapa spesies. E. Vargulin, ditemukan pada beberapa spesies udang.



C. Karakteristik Dari Emisi Cahaya EDITTTTTTTT dulu Bioluminescence hasil dari reaksi kimia yang melepaskan sejumlah besar energi, bukannya hilang sebagai panas seperti dalam reaksi kimia yang normal. Energi ini disalurkan untuk mengisi produk molekul dalam keadaan tereksitasi elektronik. Keadaan tereksitasi ini sama seperti yang diproduksi dalam molekul penyerapan radiasi, sehingga distribusi spektral bioluminescence sering sama dengan produk fluoresensi. Warna dari



bioluminescence berkembang sesuai dengan fungsi dari emisi cahaya, yaitu untuk komunikasi, pertahanan, predasi, kamuflase, pencahayaan, penyerbukan, aposematisme dan menarik pasangan. Radiasi cahaya yang dihasilkan dalam rentang panjang gelombang 400-700 nm. Bioluminescence maksimum spesies laut berkisar antara 450-510 nm, sedangkan organisme di darat telah didominasi warna kuning-hijau. Dalam air laut, biru-hijau (400-500 nm) luminescence mencapai transmisi maksimum, sedangkan spesies darat memiliki sensitivitas maksimum visual cahaya kuning. Pigmen visual organisme laut kebanyakan paling sensitif di daerah biru-hijau.



(Gambar 13. Spektrum cahaya bioluminescence)



Bioluminescence dalam Mikrobiologi