Isna's blog: Maret 2013

MODUL 4

ASAL- USUL KEHIDUPAN

Standar Kompetensi : 4. Memahami teori evolusi serta implikasinya pada salingtemas

Kompetensi Dasar : 4.3 Mendeskripsikan kecenderungan baru tentang teori evolusi.

Tujuan Pembelajaran

1. Peserta didik dapat menjelaskan asal-usul kehidupan di bumi secara ilmiah dari berbagai pandangan / teori.

2. Peserta didik dapat menjelaskan usaha para ahli membuktikan kebenaran ilmiahnya mengenai asal-usul kehidupan.

1. Teori Asal Usul Kehidupan

Pernahkah Anda berpikir kapan bumi ini diciptakan? Di mana dan dengan cara bagaimana kehidupan ini berawal? Pertanyaan-pertanyaan tersebut sebenarnya sering sekali dilontarkan dan hampir berada pada setiap benak orang. Banyak orang ingin mengetahui jawabannya yang pasti, namun semuanya selalu berujung pada Tuhan Yang Maha Esa.

Adanya pertanyaan-pertanyaan tersebut memotivasi para ahli Biologi untuk meneliti asal-usul dari kehidupan itu. Mereka berusaha mencari jawabannya dengan segala macam eksperimen yang dilakukan, kemudian hasilnya dibuat hipotesis, sehingga teori-teori asal-usul kehidupan ini baru merupakan hipotesis, belum merupakan kenyataan yang pasti, karena tidak seorangpun yang sudah mengalami dan menjadi saksi awal pertama kehidupan dimulai.

a. Teori Abiogenesis

Teori ini mengatakan bahwa makhluk hidup berasal dari benda mati. Teori Abiogenesis dicetuskan pertama kali oleh Aristoteles (384 - 322 SM), yang merupakan tokoh ilmu pengetahuan dari Yunani Kuno.

Teori Abiogenesis disebut juga teori generatio spontanea yang menerangkan bahwa makhluk hidup berasal dari benda mati.

Aristoteles melakukan pengamatan ikan-ikan di sungai. Ia berpendapat bahwa ada sebagian ikan-ikan di sungai tersebut yang berasal dari lumpur. Sebenarnya Aristoteles mengetahui bahwa telur-telur ikan apabila menetas akan menjadi ikan yang sifatnya sama seperti induknya. Telur-telur tersebut merupakan hasil perkawinan dari induk-induk ikan. Walau demikian, Aristoteles berkeyakinan bahwa ada ikan yang berasal dari lumpur. Bagaimana cara terbentuknya makhluk tersebut ? Menurut penganut paham abiogenesis, makhluk hidup tersebut terjadi begitu saja atau secara spontan. Oleh sebab itu, paham atau teori abiogenesis ini disebut juga paham generation spontanea.

Teori Abiogenesis ini didukung pula oleh seorang ilmuwan Inggris pada tahun 1748 yang bernama Nedham. Ia mencoba melakukan penelitian dengan menggunakan rebusan kaldu. Hasil rebusan kaldu kemudian dimasukkan ke dalam botol dan ditutup dengan gabus. Setelah beberapa hari, ternyata air kaldu tersebut ditumbuhi bakteri. Akhirnya Nedham menyimpulkan bahwa bakteri berasal dari air kaldu.

Jadi, kalau pengertian abiogenesis dan generation spontanea kita gabungkan, mak pendapat paham tersebut adalah makhluk hidup yang pertama kali di bumi tersebut dari benda mati / tak hidup yang terkjadinya secara spontan, misalnya :

1. ikan dan katak berasal dari Lumpur.

2. Cacing berasal dari tanah, dan

3. Tikus berasal dari kain gombal

Teori ini gugur karena pada abad ke-17, Antonie van Leeuwenhoek berhasil membuat mikroskop. Penemuan mikroskop inilah yang mengawali berbagai macam percobaan untuk menguji teori-teori Abiogenesis.
Leeuwenhoek mencoba mengamati air rendaman jerami dengan menggunakan mikroskop temuannya. Ternyata terlihat bahwa di dalam setetes air rendaman jerami tersebut terdapat benda-benda aneh yang sangat renik.

b. Teori Biogenesis

Walaupun telah bertahan selama ratusan tahun, tidak semua orang membenarkan paham abiogenesis. Orang–orang yang ragu terhadap kebenaran paham abiogenesis tersebut terus mengadakan penelitian memecahkan masalah tentang asal usul kehidupan. Orang-orang yang tidak puas terhadap pandangan Abiogenesis itu antara lain Francesco Redi (Italia,1626-1799), dan Lazzaro Spallanzani (Italia,1729-1799),danLouis Pasteur (Prancis, 1822-1895). Beredasarkan hasil penelitian dari tokoh-tokoh ini, akhirnya paham Abiogenesis /generation spontanea menjadi pudar karena paham tersebut tidak dapat dipertanggungjawabkan kebenarannya.

Teori abiogenesis disanggah oleh teori biogenesis sejak abad ke-19. Teori biogenesis menyatakan bahwa makhluk hidup berasal dari makhluk hidup.

Berikut ini adalah percobaan asal-usul kehidupan dari penganut-penganut Teori Biogenesis :

1). Percobaan Francesco Redi (1626-1697)

Untuk menjawab keragu-raguannya terhadap paham abiogenesis, Francesco Redi mengadakan percobaan. Pada percobaannya Redi menggunakan bahan tiga kerat daging dan tiga toples. Percobaan Redi selengkapnya adalah sebagai berikut :

Tujuan :

Membuktikan bahwa belatung yang ada di daging berasal dari induk lalat yang bertelur didaging tersebut.

Prosedur Percobaan :

Digunakan tiga stoples I, II dan III. Stoples A steril dari kuman, diisi sepotong daging dan ditutup kain rapat. Stoples II steril dari kuman diisi sepotong daging dan ditutup rapat dengan kain kasa. Stoples III steril dari kuman, diisi sepotong daging dan dibiarkan terbuka. Ketiga stoples dibiarkan selama beberapa hari

Hasil :

Pada stoples I tidak ada belatung sama sekali. Pada stoples II terdapat belatung diatas kain kasa dan daging. Di stoples II terdapat banyak belatung di daging.

Kesimpulan :

Bahwa larva atau belatung yang terdapat dalam daging busuk di stoples II dan III bukan terbentuk dari daging yang membusuk, tetapi berasal dari telur lalat yang ditinggal pada daging ini ketika lalat tersebut hinggap disitu. Hal ini akan lebih jelas lagi, apabila melihat keadaan pada stoples II, yang tertutup kain kasa. Pada kain kasa penutupnya ditemukan lebih banyak belatung, tetapi pada dagingnya yang membusuk belatung relative sedikit.

Gambar 1.2. Percobaan Fransesco Redi

2). Percobaan Lazzaro Spallanzani (1729-1799)

Seperti halnya Francesco Redi, Spallanzani juga menyangsikan kebenaran paham abiogensis. Oleh karena itu, dia mengadakan percobaan yang pada prinsipnya sama dengan percobaan Francesco Redi, tetapi langkah percobaan Spallanzani lebih sempurna. Sebagai bahan percobaannya, Spallanzani menggunakan air kaldu atau air rebusan daging dan dua buah labu. Adapun percoban yang yang dilakukan Spallanzani selengkapnya adalah sebagai berikut :

Tujuan :

Membuktikan bahwa mikroorganisme tidak tumbuh dari air sediaan yang steril.

Prosedur percobaan :

Digunakan dua buah labu. Labu pertama berisi air sediaan dari sari kacang hijau yang dipanaskan. Setelah dingin, labu tersebut dibiarkan terbuka selama beberapa hari. Labu dua berisi air sediaan dari sari kacang hijau yang dipanaskan. Selanjutnya, ditutup rapat-rapat dan diinginkan serta dibiarkan selama beberapa hari.

Hasil :

Pada labu yang dibiarkan terbuka air sediaan berubah keruh. Pada labu yang ditutup rapat, air sediaan tetap tampak jernih.

Kesimpulan :

Air sediaan keruh menunjukkan bahwa terdapat kuman yang masuk ke dalam air sediaan tersebut. Kuman tersebut terbawa oleh udara.

Gambar 1.3. Percobaan Lazzaro Spallanzani

3). Percobaan Louis Pasteur

Dalam menjawab keraguannya terhadap paham abiogenesis. Pasteur melaksanakan percobaan untuk menyempurnakan percobaan Lazzaro Spallanzani. Dalam percobaanya, Pasteur menggunakan bahan air kaldu dengan alat labu. Langkah-langkah percobaan Pasteur selengkapnya adalah sebagai berikut :

Tujuan :

Membuktikan bahwa mikroorganisme tidak tumbuh dari air sediaan steril yang ditempatkan di labu leher angsa

Prosedur percobaan :
Langkah I :

Labu disi 70 cc air kaldu, kemudian ditutup rapat-rapat dengan gabus. Celah antara gabus dengan mulut labu diolesi dengan paraffin cair. Setelah itu pada gabus tersebut dipasang pipa kaca berbentuk leher angsa. Lalu, labu dipanaskan atau disterilkan.

Langkah II :

Selanjutnya labu didinginkan dan diletakkan ditempat yang aman. Setelah beberapa hari, keadaan air kaldu diamati. Ternyata air kaldu tersebut tetep jernih dan tidak mengandung mikroorganisme.

Langkah III :

Labu yang air kaldu didalamnya tetap jernih dimiringkan sampai air kaldu didalamnya mengalir kepermukaan pipa hingga bersentuhan dengan udara. Setelah itu labu diletakkan kembali pada tempat yang aman selama beberapa hari. Kemudian keadaan air kaldu diamati lagi. Ternyata air kaldu didalam labu meanjadi busuk dan banyak mengandung mikroorganisme.

Hasil Percobaan :

Melalui pemanasan terhadap perangkat percobaanya, seluruh mikroorganisme yang terdapat dalam air kaldu akan mati. Disamping itu, akibat lain dari pemanasan adalah terbentuknya uap air pada pipa kaca berbentuk leher angsa. Apabila perangkat percobaan tersebut didinginkan, maka air pada pipa akan mengembun dan menutup lubang pipa tepat pada bagian yang berbentuk leher. Hal ini akan menyebabkan terhambatnya mikroorganisme yang bergentayangan diudara untuk masuk kedalam labu. Inilah yang menyebabkan tetap jernihnya air kaldu pada labu tadi. Pada saat sebelum pemanasan, udara bebas tetap dapat berhubungan dengan ruangan dalam labu. Mikroorganisme yang masuk bersama udara akan mati pada saat pemanasan air kaldu.

Setelah labu dimiringkan hingga air kaldu sampai kepern\mukan pipa, air kaldu itu akan bersentuhan dengan udara bebas. Disini terjadilah kontaminasi mikroorganisme. Ketika labu dikembalikan keposisi semula (tegak), mikroorganisme tadi ikut terbawa masuk. Sehingga, setelah labu dibiarkan beberapa beberapa waktu air kaldu menjadi akeruh, karena adanya pembusukan oleh mikrooranisme tersebut. Dengan demikian terbuktilah ketidak benaran paham Abiogenesis atau generation spontanea, yang menyatakan bahwa makhluk hidup berasal dari benda mati yang terjadi secara spontan.

Kesimpulan :

Air sediaan keruh menunjukkan bahwa kuman dari udara dapat masuk ke air sediaan tersebut saat posisi labu dimiringkan.

Gambar 1. 3 : Percobaan Louis Pasteur

Berdasarkan hasil percobaan Redi, Spallanzani, dan Pasteur tersebut, maka tumbanglah paham Abiogenesis, dan munculah paham/teori baru tentang asal usul makhluk hidup yang dikenal dengan teori Biogenesis. Bukti eksperimen ketiga ilmuwan tersebut melahirkan sebuah teori baru yang disebut teori biogenesis. Teori biogenesis berisi tiga pertanyaan seperti berikut :

1). Omne vivum ex ovo yang berarti setiap makhluk hidup berasal dari telur

2). Omne ovum ex vivo yang berarti setiap telur berasal dari makhluk hidup

3). Omne vivum ex vivo yang berarti setiap makhluk hidup berasal dari makhluk hidup.

2. Teori-teori Asal-usul Kehidupan yang Dikembangkan Beberapa Ilmuwan

Disamping teori Abiogenesis dan Biogenesis, masih ada lagi beberapa teori tentang asal usul kehidupan yang dikembangkan oleh beberapa Ilmuwan, diantaranya adalah sebagai berikut :

a. Teori Keadaan Mantap

Teori ini menyatakan bahwa kehidupan tidak berasal usul.

b. Teori Cosmozoic ( kosmozoan)

Teori ini menyatakan bahwa makhluk hidup di bumi berasal dari spora kehidupan yang berasal dari luar angkasa. Spora kehidupan tidak dapat bertahan di planet ruang angkasa yang sangat dingin, kering, dan adanya radiasi yang mematikan. Akhirnya spora kehidupan itu pindah ke bumi. Teori ini disanggah oleh para ilmuwan.

c. Teori Penciptaan ( Teori Kreasi Khas)

Teori ini diperoleh tidak berdasarkan eksperimen. Teori ini beranggapan bahwa makhluk hidup yang diciptakan oleh Tuhan seperti apa adanya. Dalam teori ini tidak disinggung mengenai asal-usul kehidupan .

d. Teori Evolusi Kimia

Ketidakpuasan para Ilmuwan terhadap apa yang dikemukakan para tokoh teori Abiogenesis maupun biogenesis mendorong para Ilmuwan lain untuk terus mengadakan penelitian tentang asal usul kehidupan. Antara pakar-pakar tersebut antara lain : Harold Urey, Stanley Miller, dan A.I.Oparin. mereka berpendapat bahwa organisme terbentuk pertama kali di bumi ini berupa makhluk bersel satu. Selanjutnya makhluk tersebut mengalami evolusi menjadi berbagai jenis makhluk hidup seperti Protozoa, Porifera, Coelenterata, Mollusca, dan lain-lain.

Para pakar biologi, astronomi, dan geologi sepakat, bahwa planet bumi ini terbentuk kira-kira antara 4,5-5 miliar tahun yang lalu. Keadaan pada saat awal terbentuknya sangat berbeda dengan keadaan pada saat ini. Pada saat itu suhu planet bumi diperkirakan 4.000-8.000^oC. pada saat mulai mendingin, senyawa karbon beserta beberapa unsur logam mengembun membentuk inti bumi, sedangkan permukaannya tetap gersang, tandus, dan tidak datar. Karena adanya kegiatan vulkanik, permukaan bumi yang masih lunak tersebut bergerak dan berkerut terus menerus. Ketika mendingin, kulit bumi tampak melipat-lipat dan pecah.
Pada saat itu, kondisi atmosfer bumi juga berbeda denagn kondisi saat ini. Gas-gas ringan seperti Hidrogen (H₂), Nitrogen (N₂), Oksigen (O₂), Helium (He), dan Argon (Ar) lepas meninggalkan bumi akrena gaya gravitasi bumi tidak mampu manahannya. Dia atmosfer juga terbentuk senaywa-senyawa sederhana yang mengandung unsure-unsur tersebut, seperti uap air (H₂O), Amonia (NH₃), Metan (CH₄), dan Karbondioksida (CO₂). Senyawa sederhana tersebut tetap berbentuk uap dan tertahan dilapisan atas atmosfer. Ketuika suhu atmosfer turun sekitar 100^oC terjadilah hujan air mendidih. Peristiwa ini berlangsung selama ribuan tahun. Dalam keadaan semacam ini pasti bumi saat itu belum dihuni kehidupan. Namun, kondisi semacam itu memungkinkan berlangsungnya reaksi kimia, karena teredianya zat (materi) dan energi yang berlimpah.

Terbentuknya bumi dijelaskan dengan teori Big-Bang (teori tumbukan besar). Berdasarkan teori tersebut, 15-20 ribu juta tahun yang lalu terjadi ledakan ruang angkasa. Ledakan ini mengawali terbentuknya tata surya. Sekitar 5 ribu tahun yang lalu, sistem tata surya mulai terbentuk. Hal ini diikuti dengan evolusi kosmos menuju terbentuknya bumi kira-kira 4,5 juta tahun yang lalu. Bumi terbentuk dari debu kosmik yang atmosfernya tidak mengandung oksigen. Kehidupan dipermukaan bumi terbentuk kira-kira 3,5 juta tahun yang lalu.

Proses terbentuknya kehidupan dipermukaan bumi dijelaskan dengan teori evolusi kimia. Teori evolusi kimia menerangkan bahwa bahan-bahan organik berasal dari bahan-bahan anorganik yang mengalami perubahan secara perlahan-lahan. Teori ini didukung oleh beberapa ilmuwan seperti Alexander oparin, Heldane, Stanley Miller dan Harold Urey.

Pada tahun 1920, Oparin dan Haldane menyatakan bahwa atmosfer bumi pada zaman purba dapat mensintesis senyawa organik dari molekul organik dan molekul anorganik purba seperti metana (CH4), amonia (NH3), Hidrogen (H2), dan air (H2O), karena adanya sinar kosmis. Tahap-tahap evolusi kimia sebagai berikut :

1). Terbentuknya senyawa kimia organik sederhana dari zat-zat anorganik dengan bantuan energi alam seperti sinar kosmis di atmorfer purba.

H2O + H2 + NH3 + CH4 ------- urea, formaldehid, asetat dan sebagainya

2). Terbentuknya senyawa kimia yang lebih kompleks melalui polimerisasi senyawa monomer organik.

a). Asam amino ----------- polimer protein

b). Glukosa ----------- polimer amilum, selulosa

c). Asam lemak + Gliserol ----------- Lemak

d). Nukleotida ----------- RNA

3). Terbentuknya senyawa kimia yang lebih kompleks seperti berikut : Urea, formaldehid, asetat, dan sebagainya ------- asam amino, glukosa, nukleotida dan asam lemak.

4). Molekul-molekul sederhana dan molekul polimer bergabung membentuk agregat seluler, beberapa molekul memiliki fungsi secara struktural. Selain itu beberapa molekul menjadi substrat reaksi yang dapat menghasilkan energi bagi reaksi-reaksi sintesis.

5). Beberapa nukleotida mengalami polimerisasi menjadi RNA yang bertindak sebagai enzim untuk sintesis dan mengarahkan jalannya reaksi dalam kompartemen (koaservat atau protobion).

6). RNA bertindak sebagai molekul pembawa informasi genetis

7). Reaksi-reaksi kimia agregat terjebak dalam sekat hidrofobik (lemak) yang akan menjadi cikal bakal seluler.

Secara sederhana, hipotesis Oparin dan Haldane digambarkan dalam skema berikut

H20 Sinar Kormis Formaldehid

CH4 --------------------- Asam format

NH3 Hidrogen

H2 Sianida

Dalam Asam asetat+

Atmosfer purba Glisin+

Asam laktat+

Alanin+

Sarkosin+

Urea+

Asam aspartat+

Keterangan

+ Molekul sederhana yang merupakan komponen penting organisme

Pada tahun 1953, hipotesis Oparin dibuktikan oleh Stanley Miller dan Harold Urey dengan melakukan percobaan di laboratorium. Percobaan itu dikenal dengan eksperimen Miller-Urey. Dalam percobaan Miller Urey, gas-gas anorganik purba seperti molekul air, metana, amoniak, hidrogen, dan sianida diletakkan dalam tabung steril. Selanjutnya, tabung steril tersebut diberi loncatan listrik sebagai pengganti energi alam (halilintar dan sinar kosmis).Akhirnya terbentuk senyawa organik sederhana seperti yang disebut Oparin dan Haldane.

Miller adalah murid Harold Urey yang juga tertarik terhadap masalah asal usul kehidupan. Didasarkan informasi tentang keadaan planet bumi saat awal terbentuknya, yakni tentang keadaan suhu, gas-gas yang terdapat pada atmosfer waktu itu, dia mendesain model alat laboratorium sederhana yang dapat digunakan untuk membuktikan hipotesis Harold Urey. Kedalam alat yang diciptakannya, Miller memasukan gas Hidrogen, Metana, Amonia, dan Air. Alat tersebut juaga dipanasi selama seminggu, sehingga gas-gas tersebut dapat bercampur didalamnya. Sebagai pengganti energi aliran listrik halilintar, Miller mengaliri perangkat alat tersebut dengan loncatan listrik bertegangan tinggi. Adanya aliran listrik bertegangan tinggi tersebut menyebabkan gas-gas dalam alat Miller bereaksi membentuk suatu zat baru. Kedalam perangkat juga dilakukan pendingin, sehingga gas-gas hasil reaksi dapat mengembun.
Pada akhir minggu, hasil pemeriksaan terhadap air yang tertampung dalam perangkap embun dianalisis secar kosmografi. Ternyata air tersebut mengandung senyawa organik sederhana, seperti asam amino, adenin, dan gula sederhana seperti ribosa. Eksperimen Miller ini dicoba beberapa pakar lain, ternyata hasilnya sama. Bila dalam perangkat eksperimen tersebut dimasukkan senyawa fosfat, ternyata zat-zat yang dihasilkan mengandung ATP, yakni suatu senyawa yang berkaitan dengan transfer energi dalam kehidupan. Lembaga penelitian lain, dalam penelitiannya menghasilkan senyawa-senyawa nukleotida. Nukleotida adalah suatu senyawa penyusun utama ADN (Asam Deoksiribosa Nukleat) dan ARN (Asam Ribose Nukleat), yaitu senaywa khas dalam inti sel yang mengendalikan aktivitas sel dan pewarisan sifat.

Berdasarkan hasil percobaannya, Miller dan Urey berhasil membuktikan bahwa asam amino (prekusor protein) terbentuk dari metana (CH4), amonia (NH3), hidrogen (H2), dan air (H2O) yang merupakan senyawa anorganik purba. Senyawa yang analog dengan senyawa atmosfir bumi purba digunakan untuk membuat 20 macam asam amino, asam lemak, beberapa jenis gula monomer, purin, pirimidin, bahkan ATP. Senyawa penyusun polimer ini telah terkumpul sejak zaman sebelum ada kehidupan. Inilah tahap alam terjadinya evolusi kimia di atas planet bumi. Teori evolusi kimia ini akan berkembang menjadi teori evolusi biologi.

Perhatikan hipotesis Miller dan Urey dalam skema berikut :

H20 loncatan listrik Formaldehid

CH4 --------------------- Asam format

NH3 Hidrogen

H2 Sianida

Dalam tabung Asam asetat+

Bebas oksigen Glisin+

Asam laktat+

Alanin+

Sarkosin+

Urea+

Asam aspartat+

Keterangan :

+ Molekul sederhana yang merupakan komponen penting organisme

Gambar 1. 4 Percobaan Miller-Urey

e. Evolusi Biologi

Evolusi biologi dimulai saat pembentukan sel. Teori evolusi biologi menyatakan bahwa makhluk hidup pertama merupakan hasil evolusi molekul anorganik ( evolusi kimia), yang akhirnya berkembang menjadi struktur kehidupan (sel). Asam amino yang terbentuk dari evolusi kimia bergabung membentuk makromolekul. Jadi asal-usul kehidupan berasal dari sintesis dan akumulasi monomer organik pada kondisi abiotik. Larutan yang mengandung monomer-monomer organik diteteskan ke pasir, batu, atau tanah yang panas sehingga mengalami polimerisasi. Hasil polimerisasi ini dinamakan protenoid.

Molekul yang dihasilkan secara abiotik disebut protobion. Sel-sel hidup dapat berasal protobion. Protobion mempunyai ciri-ciri seperti makhluk hidup misalnya dapat mempertahankan lingkungan kimia di dalamnya dari pengaruh sekelilingnya dan mengalami metabolisme. Namun, protobion tidak dapat bereproduksi seperti makhluk hidup.

Ada beberapa tipe protobion yaitu koaservat, mikrosfer, dan liposom

1). Koaservat

Merupakan tetesan koloid yang terbentuk saat larutan protein, asam nukleat dan polisakarida dikocok. Koaservat cenderung terbentuk pada suspensi makromolekul (polimer). Setiap koaservat tersebut dikelilingi dan distabilkan oleh molekul air. Substansi dalam koaservat dapaat menyerap enzim. Dengan demikian, koaservat dapat mengambil substrat dari lingkungannya dan membebaskan produk katalis enzim.

2). Mikrosfer

Merupakan protobion yang terbentuk dengan sendirinya menjadi tetes-tetes kecil saat didinginkan. Mikrosfer tersusun dari kumpulan protenoid. Mikrosfer mempunyai membran selektif permeabel. Saat diletakkan dalam larutan garam dengan konsentrasi berbeda, membran tersebut akan mengalami pembengkakan atau penciutan osmotik. Meskipun memiliki membran selektif permeabel, mikrosfer belum dapat dikatakan hidup.

Alexander Oparin adalah Ilmuwan Rusia. Didalam bukunya yang berjudul The Origin of Life(Asal Usul Kehidupan). Oparin menyatakan bahwa paad suatu ketika atmosfer bumi kaya akan senyawa uap air, CO₂, CH₄, NH₃, dan Hidrogen. Karena adanya energi radiasi benda-benda angkasa yang amat kuat, seperti sinar Ultraviolet, memungkinkan senyawa-senyawa sederhana tersebut membentuk senyawa organik atau senyawa hidrokarbon yang lebih kompleks. Proses reaksi tersebut berlangsung dilautan. Senyawa kompleks yang mula-mula terbentuk diperkirakan senyawa aseperti Alkohol (H₂H₅OH), dan senyawa asam amino yang paling sederhana. Selama berjuta-juta tahun, senyawa sederhana tersebut bereaksi membentuk senyawa yang lebih kompleks, Gliserin, Asam organik, Purin dan Pirimidin. Senyawa kompleks tersebut merupakan bahan pembentuk sel.

Menurut Oparin senyawa kompleks tersebut sangat berlimpah dilautan maupun di permukaan daratan. Adanya energi yang berlimpah, misalnya sinar Ultraviolet, dalam jangka waktu yang amat panjang memungkinkan lautan menjadi timbunan senyawa organik yang merupakan sop purba atau Sop Primordial.

Senyawa kompleks yang tertimbun membentuk sop purba di lautan tersebut selanjutnya berkembang sehingga memiliki kemampuan dan sifat sebagai berikut :

a. memiliki sejenis membran yang mampu memisahkan ikatan-ikatan kompleks yang terbentuk dengan molekul-molekul organik yang terdapat disekelilingnya;

b. memiliki kemampuan untuk menyerap dan mengeluarkan molekul-molekul dari dan ke sekelilingnya;

c. memiliki kemampuan untuk memanfaatkan molekul-molekul yang diserap sesuai dengan pola-pola ikatan di dalamnya;

d. mempunyai kemampuan untuk memisahkan bagian-bagian dari ikatan-ikatannya. Kemampuan semacam ini oleh para ahli dianggap sebagai kemampuan untuk berkembang biak yang pertama kali.

Senyawa kompleks dengan sifat-sifat tersebut diduga sebagai kehidupan yang pertama kali terbentuk. Jadi senyawa kompleks yang merupakan perkembangan dari sop purba tersebut telah memiliki sifat-sifat hidup seperti nutrisi, ekskresi, mampu mengadan metabolisme, dan mempunyai kemampuan memperbanyak diri atau reproduksi.
Walaupun dengan adanya senyawa-senyawa sederhana serta energi yang berlimpah sehingga di lautan berlimpah senyawa organik yang lebih kompleks, namun Oparin mengalami kesulitan untuk menjelaskan mengenai mekanisme transformasi dari molekul-molekul protein sebagai benda tak hidup kebenda hidup. Bagaimana senyawa-senyawa organik sop purba tersebut dapat memiliki kemampuan seperti tersebut diatas ?

Oparin menjelaskan sebagai berikut :
Protein sebagai senyawa yang bersifat Zwittwer Ion, dapat membentuk kompleks koloid hidrofil (menyerap air), sehingga molekul protein tersebut dibungkus oleh molekul air. Gumpalan senyawa kompleks tersebut dapat lepas dari cairan dimana dia berada dan membentuk emulsi. Penggabunagn struktur emulsi ini akan menghasilkan koloid yang terpiah dari fase cair dan membentuk timbun gumpalan atau Koaservat.
Timbunan Koaservat yang kaya berbagai kompleks organik tersebut memungkinkan terjadinya pertukaran substansi dengan lingkungannya. Di samping itu secara selektif gumpalan Koaservat tersebut memusatkan senyawa-senyawa lain kedalamnya terutama Kristaloid. Komposisi gumpalan koloid tersebut bergantung kepada komposisi mediumnya.

Dengan demikian, perbedaan komposisi medium akan menyebabkan timbulnya variasi pada komposisi sop purba. Variasi komposisi sop purba diberbagai areal akan mengarah kepada terbentuknya komposisi kimia Koaservat yang merupakan penyedia bahan mentah untuk proses biokimia
Tahap selanjutnya substansi didalam Koaservat membentuk enzim. Di sekeliling perbatasan antara Koaservat dengan lingkungannya terjadi penjajaran molekul-molekul Lipida dan protein sehingga terbentuklah selaput sel primitif. Terbentuknya selaput sel primitif ini memungkinkan memberikan stabilitas pada koaservat. Dengan demikian, kerjasama antara molekul-molekul yang telah ada sebelumnya yang dapat mereplikasi diri kedalam koaservat dan penagturan kembali Koaservat yang terbungkus lipida amat mungkin akan menghasilkan sel primitif.
Kemampuan koaservat untuk menyerap zat-zat dari medium memungkinkan bertambah besarnya ukuran koaservat. Kemungkinan selanjutnya memungkinkan terbentuknya organisme Heterotropik yang mampu mereplikasi diri dan mendapatkan bahan makanan dari sop Primordial yang kaya akan zat-zat organik.
Teori evolusi biologi ini banyak diterima oleh para Ilmuwan. Namun, tidak sedikit Ilmuwan yang membantah tentang interaksi molekul secara acak yang dapat menjadi awal terbentuknya organisme hidup.
Teori evolusi kimia dan teori evolusi biologi banyak pendukungnya, namun baru teori evolusi kimia yang telah dibuktikan secara eksperimental, sedangkan teori evolusi biologi belum ada yang menguji secara eksperimental.
Seandainya apa yang dikemukakan dua teori tersebut benar, tetapi belum mampu menjelaskan bagaimana dan dari mana kehidupan diplanet bumi ini pertama kali muncul. Yang perlu diingat adalah bahwa kehidupan adalah tidak hanya menyangkut masalah replikas; (penggandaan diri) atau masalah kehidupan biologis saja, tetapi juga menyangkut masalah kehidupan rohani. Tentang teori asal usul kehidupan yang menyatakan organisme pertamakali terbentuk dilautan bisa dipahami dari sudut biologi, karena molekul-molekul organik yang merupakan sop purba itu tertumpuk dilaut.

f. Asal-usul Sel Prokariotik

Protobion dianggap sebagai bahan dasar pembentuk sel purba (protosel), yang merupakan cikal bakal semua jenis sel yang sekarang. Protosel berkembang menjadi kelompok sel prokariotik purba. Sel prokariotik merupakan sel yang memiliki struktur yang paling sederhana.Organisme yang memiliki sel prokariotil misalnya Archaebacteria dan Eubacteria. Archaebacteria memiliki ciri-ciri sebagai berikut :

1. Mampu beradaptasi pada lingkungan yang bersuhu sekitar 100 derajat, kadar garam dan asam tinggi

2. Bersifat an aerob

3. Memilki dinding sel yang tersusun atas berbagai jenis protein

4. Memiliki pigmen pigmen fotosintesis berupa bakteriorodopsin

5. Mampu menghasilkan ATP sendiri

Sedangkan Eubacteria memiliki ciri-ciri

1. Ada yang bersifat aerob dan ada yang anaerob

2. Memiliki dinding sel yang terdiri dari peptidoglikan

3. Memiliki pigmen fotosintetik berupa bakterioklorofil

4. Mampu menghasilkan ATP secara lebih efisien

Berdasarkan ciri-ciri tersebut di atas bahwa sel prokariotik merupakan struktur sel yang paling sederhana. Oleh karena itu diduga bahwa makhluk hidup yang pertama kali muncul yaitu prokariot.

Organisme prokariot muncul tidak secara spontan. Diduga kondisi atmosfer purba memungkinkan munculnya organisme prokariot. Pada zaman purba, kondisi atmorfer berbeda misalnya oksigen sangat minimal, banyak petir, aktivitas gunung berapi, hantaman-hantaman meteor serta radiasi UV sangat tinggi dibandingkan kondisi atmosfer sekarang.

g. Asal-Usul Organisme Eukariotik

Sel eukariotik muncul setelah sel prokariotik. Dahulu diyakini sel eukariotik berevolusi dari sel-sel prokariotik melalui suatu proses secara perlahan-lahan. Organel pada sel prokariotik berkembang secara perlahan-lahan menjadi lebih kompleks. Setelah tahun 1970, konsep ini berubah karena penemuan Lynn Margulis dari Universitas Boston. Penemuannya membuktikan bahwa organel-organel tertentu pada sel eukariotik terutama mitokondria dan kloroplas berasal dari sel prokariotik yang berukuran kecil. Sel prokariotik akan menempati sitoplasma sel inang sehingga terbentuk sel eukariotik (endosimbiotik), teori ini menyatakan bahwa sel tunggal yang kompleks berevolusi dari dua atau lebih sel yang lebih sederhana dan hidup simbiotik dengan sel inangnya. Nenek moyang sel eukariotik yang pertama diduga merupakan baakteri heterotrof anaerob.

Teori esdosimbiotik menyatakan beberapa konsep tentang asal-usul sel eukariotik seperti berikut :

1. Organisme sel prokariotik yang lebih besar bersifat anaerob dan heterotrof, menelan organisme prokariotik yang lebih kecil, dan bersifat aerob. Sel prokariotik yang lebih kecil akan tinggal menetap di dalan sel tubuh inangnya. Hal ini karena sitoplasma prokariotik yang lebih besar tidak dapat mencerna sel prokariotik yang lebih kecil. Akibatnya sel prokariotik yang lebih kecil membentuk endosimbiosis di dalam sel tubuh inangnya. Akhirnya endosimbion berevolusi menjadi organel mitokondria yang kita kenal sekarang.

2. Bergabungnya endosimbion lain terutama Cyanobacteria menyebabkan sel eukaroitik heterotrof yang pada masa awal berubah menjadi organisme autotrof fotosintetik seperti sekarang ini. Contoh organisme tersebut adalah alga dan tumbuhan hijau. Penggabungan kloroplas adalah tahap terakhir dalam prosen endosimbiotik.

Perhatikan diagram kemunculan sel eukariotik berikut :

H2O, CH2, H2, NH3

Monomer organik

Polimer organik (proteboid)

Protobion

Protosel ( sel purba)

Sel prokariotik purba

Sel eukariotik purba

Rangkuman

Teori Asal-Usul Kehidupan

a. Teori Abiogenesis

Teori ini mengatakan bahwa makhluk hidup berasal dari benda mati. Teori Abiogenesis dicetuskan pertama kali oleh Aristoteles (384 - 322 SM), yang merupakan tokoh ilmu pengetahuan dari Yunani Kuno. Teori Abiogenesis disebut juga teori generatio spontanea yang menerangkan bahwa makhluk hidup berasal dari benda mati.

Aristoteles melakukan pengamatan ikan-ikan di sungai. Ia berpendapat bahwa ada sebagian ikan-ikan di sungai tersebut yang berasal dari lumpur. Teori Abiogenesis ini didukung pula oleh seorang ilmuwan Inggris pada tahun 1748 yang bernama Nedham. Ia mencoba melakukan penelitian dengan menggunakan rebusan kaldu

b. Teori Biogenesis

1). Percobaan Francesco Redi (1626-1697)

Untuk menjawab keragu-raguannya terhadap paham abiogenesis, Francesco Redi mengadakan percobaan. Pada percobaannya Redi menggunakan bahan tiga kerat daging dan tiga toples.

2).Percobaan Lazzaro Spallanzani (1729-1799)

3).Percobaan Louis Pasteur

Teori biogenesis berisi tiga pertanyaan seperti berikut :

1). Omne vivum ex ovo yang berarti setiap makhluk hidup berasal dari telur

2). Omne ovum ex vivo yang berarti setiap telur berasal dari makhluk hidup

3). Omne vivum ex vivo yang berarti setiap makhluk hidup berasal dari makhluk hidup

Beberapa teori lain tentang asal-usul kehidupan

a. Teori Keadaan Mantap,

Teori ini menyatakan bahwa kehidupan tidak berasal usul.

b. Teori Cosmozoic ( kosmozoan)

c. Teori Penciptaan ( Teori Kreasi Khas)

d. Teori Evolusi Kimia

Pakar-pakar tersebut antara lain : Harold Urey, Stanley Miller, dan A.I.Oparin. mereka berpendapat bahwa organisme terbentuk pertama kali di bumi ini berupa makhluk bersel satu. Selanjutnya makhluk tersebut mengalami evolusi menjadi berbagai jenis makhluk hidup seperti Protozoa, Porifera, Coelenterata, Mollusca, dan lain-lain.

e. Evolusi Biologi

f. Protobion dianggap sebagai bahan dasar pembentuk sel purba (protosel), yang merupakan cikal bakal semua jenis sel yang sekarang. Protosel berkembang menjadi kelompok sel prokariotik purba

g. Sel eukariotik muncul setelah sel prokariotik. Dahulu diyakini sel eukariotik berevolusi dari sel-sel prokariotik melalui suatu proses secara perlahan-lahan. Organel pada sel prokariotik berkembang secara perlahan-lahan menjadi lebih kompleks

Tugas

Carilah informasi mengenai asal-usul kehidupan, informasi dapat anda peroleh dari berbagai sumber seperti buku-buku referensi, majalah atau internet. Berdasarkan informasi yang anda peroleh, kemukakanlah pendapat anda mengenai asal-usul kehidupan. Tulislah pendapat anda menjadi sebuah artilkel. Presentasikan artikel yang telah anda buat di depan kelas.

Evaluasi

Petunjuk : Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat dengan memberikan tanda silang !

1. Stanley Miller menguji hipotesis Harold Urey dan Oparin dengan menciptakan perangkat percobaan seperti gambar

Senyawa X adalah....

A. Senyawa organik terdiri dari asam amino, asam nukleat dan ribosa

B. Senyawa organik, terdiri dari protein kompleks, polinukleotida dan karbohidrat

C. Senyawa anorganik terdiri dari asam amino, glukosa dan asam nukleat

D. Senyawa anorganik terdiri dari protein kompleks, poliribosa dan polinukleotida

E. Senyawa anorganik terdiri dari asam amino, polinukleotida dan karbohidrat

Jawaba A

Stanley Miller membuktikan melalui alat percobaannya yang dirancangnya bahwa senyawa organik berupa asam amino (prekusor protein) terbentuk dari gas-gas anooganik purba seperti molekul dari, metana, amoniak, hidrogen dan sianida.

2. Teori generatio spontanea merupakan teori klasik yang menjelaskan bahwa ….

A. Makhluk hidup berasal dari makhluk hidup

B. Makhluk hidup berasal dari makhluk tak hidup

C. Omne vivum ex ovo

D. Omne ovum ex vivo

E. Omne vivum ex uvo

Jawab B

Teori generatio spontanea atau teori abiogenesis klasik menjelaskan bahwa asal mula makhluk hidup berasal dai benda mati, sementara itu makhluk hidup berasal dari makhluk hidup merupakan teori abiogenesis, teori ini memiliki 3 semboyan yaitu omne vivum ex ovu, omne ovum ex vivo, omne vivum ex vivo.

3. Gambar berbagai macam percobaan konsep tentang hidup

Bagan percobaan manakah yang menentang teori biogenesis

A. I

B. II

C. IV

D. II dan III

E. III dan IV

Jawab C

Gambar IV adalah teori asal usul kehidupan menurut evolusi kimia yang merupakan eksperimen Miller, dimana makhluk hidup berasal dari senyawa-senyawa organik purba yang ada di alam ( abiogenesis yang diperbaharui), sedangkan Gambar I, II dan III adalah membuktikan teori biogenesis.

4. Teori asal usul kehidupan diantaranya adalah....

1. Teori kreasi khas

2. Teori evolusi kimia

3. Teori generatio spontanea

4. Teori kehidupan tidak berasal usul

5. Teori kosmozoan

Dari teori-teori di atas yang eksperimennya dilakukan oleh Oparin dan Aristoteles adalah....

A. 1 dan 2

B. 2 dan 3

C. 3 dan 4

D. 3 dan 5

E. 4 dan 5

Jawab B

Teori Oparin adalah makhluk hidup berasal dari senyawa-senyawa kimia sederhana seperti molekul air, metana, hidrogen, amonia dan sianida ( teori evolusi kimia), sedangkan Aristoteles adalah makhluk hidup terjadi secara spontan ( generatio spontanea)

5. Tahapan teori evolusi kimia sebagai berikut :

1. Terbentuknya senyawa asam amino, asam lemak, senyawa organik kompleks lainnya

2. Atmosfer bumi purba banyak mengandung senyawa anorganik

3. Adanya energi dari halilintar molekul sederhana saling bereaksi

4. Terbentuk senyawa organik dari senyawa anorganik

Urutan tahapan yang tepat pada evolusi kimia adalah....

A. 2 – 3 – 4 – 1

B. 2 – 1 – 4 – 3

C. 2 – 3 – 1 – 4

D 3 – 1 – 2 – 4

E. 3 – 2 – 1 – 4

Jawab C

Secara berurutan kejadian teori evolusi kimia yang benar adalah 2, 3 1, 4.

6. Perhatikan gambar percobaan Fransisco Redi berikut dengan sekerat daging di dalamnya.

Keterangan :

                                                                  I     ditutup rapat
     II     ditutup kain kasa
   III    terbuka

Hasil percobaan dalam beberapa hari pada tabung …. .
A. I terdapat belatung, tabung II tidak ada belatung
B. I tidak terdapat belatung, tabung II ada belatung
C. I terdapat belatung, tabung III ada banyak belatung
D. II tidak terdapat belatung, tabung III ada banyak belatung
E. II terdapat belatung, tabung III tidak banyak belatung

Jawab B

Hasil percobaan eksperimen Redi adalah bahwa tabung I tidak terdapat belatung, Tabung II ada belatung tetapi sedikit, dan tabung III ada banyak belatung.

7. Sel yang pertama kali terbentuk adalah….

A. Sel eukariotik

B. Sel heterotrof

C. Sel autotrof

D. Sel autosom

E. Sel Prokariotik

Jawab E

Protobion dianggap sebagai bahan dasar pembentuk sel purba (protosel). Proto sel merupakan cikal bakal semua jenis sel yang ada sekarang. Protosel berkembang menjadi kelompok sel prokariotik purba. Sel prokariotik merupakan sel yang memiliki struktur yang paling sederhana.

8. Menurut Harold Urey zat organik terbentuk dari zat-zat anorganik. Zat organik yang terbentuk adalah sebagai berikut….

A. Asam amino, gula sederhana, adenin

B. Asam amino, protein, lemak

C. Adenin, sitosin, guanin, dan timin

D. RNA, DNA, lemak

E. Gula, lemak dan protein

Jawab A

Harold Urey bersama Miller berhasil membuktikan bahwa asam amino berasal dari senyawa anorganik purba yang digunakan untuk membuat 20 macam asam amino, asam lemak, beberapa jenis gula monomer, purin, pirimidin bahkan ATP

9. Arti dari omne vivum ex ovo adalah….

A. Setiap makhluk hidup berasal dari induknya

B. Setiap makhluk hidup berasal dari makhluk hidup

C. Setiap makhluk hidup berasal dari telur

D. Setiap makhluk hidup berasal dari anaknya

E. Setiap makhluk hidup tidak berasal dari apa-apa

Jawab C

Bahwa setiap kehidupan berasal dari telur

10. Dari percobaan Stanley Miller membuktikan bahwa….

A. Asal mula kehidupan

B. Energi yang dibutuhkan untuk membentuk makhluk hidup

C. Asam amino merupakan substansi dasar semua kehidupan

D. Kebenaran teori biogenesis

E. Bahwa makhluk hidup berasal dari benda mati

Jawab C

Dalam percobaannya Miller membuktikan bahwa bahwa gas-gas anorganik purba seperti molekul air, hidrogen, metana, amonia dan sianida yang diletakkan dalam tabung dan diberi loncatan listrik sebagai penggati energi alam, akhirnya terbentuk senyawa organik sederhana yaitu asam amino (prekusor protein) yang merupakan substansi dasar semua kehidupan.

11. Pernyataan yang benar mengenai teori evolusi biologi adalah

A. Substansi dalam koarsevat membentuk enzim

B. Kehidupan pertama mungkin terbentuk di daratan

C. Sel primitif terbentuk dari bergabungnya koarsevat-

Koarsevat

D. Kehidupan pertama yang terbentuk adalah organisme autotrop

E. Sop purba merupakan bahan untuk kemungkinan terbentuknya makhluk hidup.

Jawab A

Teori evolusi biologi mengemukakan beberapa pernyataan seperti berikut ;

a. Sel primitif terbentuk dari protobion atau molekul yang dihasilkan secara abiotik

b. Kehidupan yang pertama mungkin terbentuk di lautan, karena dilautan terdapat timbunan molekul-molekul organik (sop purba)

c. Sop purba merupakan kumpulan bahan (komposisi kimia gumpalan) yang merupakan penyedia bahan mentah untuk proses biokimia

d. Substansi gumpalan itu dinamakan koaservat dan mampu membetuk enzim

12. Berikut adalah tokoh-tokoh

1. A. Oparin

2. L. Spallanzani

3. Harold Urey

4. L.Pasteur

Dalam usaha untuk membantah teori generatio spontanea, ada beberapa ilmuwan yang melakukan percobaan melalui proses sterilisasi, ilmuwan tersebut adalah….

A. 1 dan 3

B. 1, 2 dan 3

C. 2 dan 4

D. 4 saja

E. 1, 2, 3 dan 4

Jawab C

Tokoh biogenesis yang melakukan percobaan melalui proses sterilisasi adalah L Spallanzan dan Louis Pasteur.

13. Hasil evolusi kimia yang dapat menjelaskan awal terjadinya kehidupan di bumi yaitu…

A. Senyawa anorganik seperti molekul DNA memiliki kemampuan memperbanyak diri

B. Hasil evolusi kimia berupa protein yang mampu menunjukkan gejala-gejala hidup

C. Senyawa anorganik kompleks sebagai bahan evolusi kimia dan menghasilkan protein yang merupakan bahan dasar pembentuk protobion

D. Hasil evolusi kimia berupa senyawa organik kompleks DNA yang mampu memperbanyak diri

E. Hasil evolusi kimia adalah senyawa anorganik berupa asam amino

Jawab C

Teori evolusi biologi menyatakan bahwa makhluk hidup pertama merupakan hasil evolusi molekul anorganik (evolusi kimia). Asam amino yang terbentuk dari hasil evolusi kimia akan bergabung membentuk makromolekul. Molekul yang dihasilkan secara abiotik disebut protobion.

14. Perhatikan kriteria berikut !

1. Terjadi perubahan struktur tubuh yang lebih adaftif

2. Tidak dipengaruhi oleh faktor lingkungan

3. Menghasilkan species baru

4. Penurunan keanekaragaman hayati

Kriteria yang memenuhi persyaratan untuk terjadinya proses evolusi biologi adalah….

A. 1, 2 dan 3

B. 1 dan 3

C. 2 saja

D. 2 dan 4

E. 4 saja

Jawab B

Proses evolusi biologi dapat terjadi apabila terjadi perubahan struktur tubuh yang lebih adaptif dan dipengaruhi faktor lingkungan sehingga menghasilkan species baru, oleh karena itu keanekaragaman hayati justru meningkat.

15. Pernyataan yang sesuai dengan teori evolusi biologi tentang asal usul kehidupan pertama kali adalah .....

A. Organisme pertama terbentuk di atmosfer bumi sebagai hasil reaksi petir

B. Sel primordial yang bersifat heterotrof terbentuk pertama kali di lautan

C. Organisme terbentuk sebagai hasil reaksi unsur C, H, O dan N

D. Organisme pertama di lautan sebagai timbunan organik yang belum teruji

E. Sop purba sebagai kumpulan senyawa homogen pertama kali terbentuk di lautan

Jawab E

Salah satu pernyataan teori evolusi biolodi adalah kehidupan yang pertama mungkin terbentuk di lautan, karena dilautan terdapat timbunan molekul-molekul organik (sop purba)

Cocokkan jawaban Anda dengan Kunci jawaban yang terdapat di akhir modul ini. Hitunglah jawaban Anda yang benar, kemudian gunakan rumus di bawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Modul 4

Rumus :

Tingkat Penguasaan = Jumlah jawaban benar X 100%

------------------------

Jumlah soal seluruhnya

Tingkat penguasaan yang anda capai :

90 % - 100 % = baik sekali

80 % - 89 % = baik

70 % - 79 % = cukup

< 70 % = kurang

Modul 5

BIOTEKNOLOGI

Standar Kompetensi : 5. Memahami prinsip-prinsip dasar bioteknologi serta implikasinya pada salingtemas.

Standar Kompetensi : 5.1 Menjelaskan arti, prinsip dasar dan

Jenis-jenis bioteknologi

5.2 Mendeskripsikan implikasi bioteknologi

Pada salingtemas

Tujuan Pembelajaran : 1. Peserta didik dapat menjelaskan ruang lingkup bioteknologi.

2. Peserta didik dapat menjelaskan prinsip dasar bioteknologi.

3. Peserta didik dapat membedakan bioteknologi konvensional dan moderen

4. Peserta didik dapat menjelaskan proses rekayasa genetika.

A. Pengertian bioteknologi

Bioteknologi berasal dari bahasa latin, yaitu bio (hidup), tehnos (teknologi=penerapan) dan logos (ilmu) yang berarti ilmu yang menerapkan prinsip-prinsip biologi. Jadi, sebenarnya bioteknologi bukan suatu disiplin ilmu, melainkan suatu ilmu terapan. Menurut Sardjoko (1991), bioteknologi adalah proses-proses biologi oleh mikroorganisme yang dimanfaatkan untuk kepentingan manusia.

Bioteknologi bisa diartikan suatu pemanfaatan makhluk hidup atau rekayasa organisme sistem atau proses biologis untuk menghasilkan suatu produk yang bermanfaat bagi manusia yang menghasilkan suatu barang, atau dapat dikatakan pemanfaatan prinsip-prinsip ilmiah dengan menggunakan makhluk hidup untuk menghasilkan produk bagi kepentingan manusia.

Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa.

Pada awalnya, bioteknologi diartikan sebagai teknologi yang menggunakan sel hidup, yakni mikroorganisme untuk menghasilkan suatu produk. (Sudjadi, hal 1;2008).

Menurut Nurcahyo, Beberapa pakar dan lembaga menjelaskan pengertian dan batasan bioteknologi, beberapa diantaranya sebagai berikut:

1. Menurut Bull et al. (1982), bioteknologi merupakan penerapan asas-asas sains (ilmu pengetahuan alam) dan rekayasa (teknologi) untuk pengolahan suatu bahan dengan melibatkan aktivitas jasad hidup untuk menghasilkan barang dan/atau jasa.

2. Menurut Primrose (1987), bioteknologi merupakan eksploitasi komersial organisme hidup atau komponennya seperti: sel, enzim.

3. Menurut OECD (1982), Bioteknologi merupakan penerapan prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan kerekayasaan untuk penanganan dan pengolahan bahan dengan bantuan agen biologis untuk menghasilkan bahan dan jasa.

4. Menurut OTA-US (1982), Bioteknologi adalah teknik pendayagunaan organisme hidup atau bagian organisme untuk membuat atau memodivikasi suatu produk dan meningkatkan/memperbaiki sifat tanaman atau hewan atau mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus.

Berdasarkan pengertian yang telah diuraikan diatas yang jelas pengertian bioteknologi adalah menyangkut proses ilmiah yang diperoleh dari masukan ( bahan, organisme), prosesnya (prinsip ilmu yang mendasari semua proses) dan keluaran ( produk atau jasa). Jadi di dalam bioteknologi itu terdapat :

1. Bahan yang diproses sebagai bahan masukan ( input).

2. Makhluk hidup yang menyelenggarakan proses.

3. Prinsip-prinsip ilmu yang mendasari semua proses.

4. Hasil berupa produk atau jasa sebagai keluaran ( output).

B. Sejarah Perkembangan Bioteknologi

Bioteknologi bukanlah perkembangan yang baru. Mikroorganisme setelah lama digunakan untuk memproduksi makanan seperti bir, cuka, yoghurt, dan keju lebih dari 8 millenium yang lalu. Orang Sumeria kuno telah mengenal bir dan rumah-rumah bir (rumah minum) yaitu bagian yang telah diakui dari masyarakat Romawi. Anggur juga populer dengan bangsa Romawi dan mereka berusaha memperkenalkan tanaman anggur kepada bagian selatan Inggris untuk memperlihatkan tujuan pembuatan anggur.

Bioteknologi dalam artian pemanfaatan mikroorganisme (mikroba) untuk pengolahan bahan makanan dan minuman, telah dikenal sejak jaman dahulu sebelum masehi. Orang mesir kuno telah mengenal pemanfaatan mikroba untuk membuat bir, anggur, vinegar, keju, yoghurt dsb. Nenek moyang kita juga telah mengenal minuman maupun makanan hasil fermentasi antara lain: tuak, tape, tempe, dan oncom. Oleh karena itu, dahulu bioteknologi diidentikan dengan industri mikrobiologi (industri yang berbasis pada peran agen-agen mikrobia). Tetapi perkembangan selanjutnya, tanaman dan hewan juga dieksploitasi secara komersial seperti; hortikultura dan agrikultura (Nurcahyo).

Pada tahun 1973 tim ilmuwan berhasil membuat babak baru sejarah bioteknologi yaitu dengan memindahkan gen dari mamalia ke bakteri. Prospek ke depan, terdapat indikasi bahwa perkembangan penerapan rekayasa genetic dalam segala bidang kehidupan akan semakin meningkat dengan didukung oleh penemuan-penemuan baru dan penerapan metode-metode baru. Penerapan rekayasa genetika dengan menyisipkan gen-gen tertentu yang dikehendaki kedalam sel yang telah dikultur bertujuan untuk memproduksi insulin dan/atau beberapa hormon pertumbuhan dalam skala besar. Selain itu, penggunaan antibodi monoklonal sangat meluas baik untuk penelitian maupun uji klinis termasuk diagnosis dan bahkan upaya mencapai target spesifik untuk pengobatan (Nurcahyo).

Dalam banyak hal, kontaminasi kuman terhadap makanan menghasilkan pembusukan, walaupun apa yang tidak enak pada satu hal, bisa saja menjadi enak pada hal yang lain. Kadang-kadang perkembangan kuman dapat menghasilkan perubahan yang berguna seperti meningkatkan rasa, dan tekstur dan yang lebih penting, meningkatkan kualitas penyimpanan. Sekali waktu perubahan-perubahan yang sangat diperlukan ini telah terjadi, mereka akan mengabadikan diri. Dalam ketiadaan pengetahuan mikrobiologi, tempat-tempat penyimpanan yang tidak dibersihkan dan sisa makanan akan menjadi penyebab terjadinya inoculum proses pembuatan. Dalam beberapa hal produksi modern makanan fermentasi agak sedikit berbeda: wadah-wadah makanan yang terbuka tetap digunakan dan sisanya tetap dipakai untuk pembuatan selanjutnya.

Ethanol adalah zat kimia pertama yang diproduksi dengan bantuan bioteknologi. Asal mula penyulingan tidak jelas sekitar 14 abad Masehi. Ethanol secara luas digunakan untuk meningkatkan atau menambah konten alkohol pada anggur dan bir.

Tentu saja hal ini terjadi ketika persekutuan antara Prancis dan Skotlandia pada masa kejayaannya hingga pengusaha pabrik brendi bangsa Prancis mengajarkan para pengolah bir Skotlandia untuk menyuling bir mereka untuk memproduksi wisky. Dari produksi minuman keras, bukan hanya itu, tetapi sebuah langkah untuk produksi alkohol murni dan kira-kira 25% dari produksi ethanol dunia tetap diproduksi dengan rute biologis ini.

Hampir seabad yang lalu tidak disadari bahwa mikro organisme terlibat dalam produksi alkohol dan cuka. Penemuannya datang ketika sekelompok pedagang Perancis sedang mencari suatu metode yang bisa mencegah anggur dan bir dari pengasaman ketika mereka berlayar melalui jarak jauh. Mereka meminta pertolongan Louise Pastur.

Pada saat itu banyak ilmuwan percaya bahwa udara bereaksi pada gula dalam cairan dan gas untuk mengubahnya menjadi alkohol. Malah sebaliknya, Pastur menemukan bahwa ragi merubah gula menjadi alkohol dengan ketiadaan udara. Proses anaerobik seperti itu telah dikenal sebagai fermentasi. Pengasaman dan pembusukan terjadi kemudian dan akan menjadi aktivitas sejumlah bakteri, yaitu bakteri asam asetat. Yang mana merubah alkohol menjadi cuka (asam asetat). Solusi Pastur adalah menghangatkan alkohol cukup untuk membunuh keberadaan banyak mikroorganisme. Suatu proses yang tidak berpengaruh terlalu besar dalam mengolah anggur atau bir proses ini diketahui sebagai sterilisasi, walaupun kita tahu bahwa itu sama dengan teknik yang digunakan untuk membuat sake di wilayah timur lebih dari 300 tahun sebelumnya.

Dalam kurun waktu 20 tahun terakhir ini, bioteknologi telah mengalami perkembangan sangat pesat. Di beberapa negara maju, bioteknologi mendapatkan perhatian serius dan dikembangkan secara intensif dengan harapan dapat memberi solusi untuk mengatasi berbagai permasalahan yang dihadapi manusia pada saat ini maupun yang akan datang yang menyangkut; kebutuhan pangan, obat-obatan, penelitian, yang pada gilirannya semuanya bertujuan untuk meningkatkan kesejahteraan hidup umat manusia.

Kemajuan dan perkembangan bioteknologi tidak dapat terlepas dari kemajuan dan dukungan ilmu-ilmu dasar seperti: mikrobiologi, biokimia, biologi molekuler, dan genetika. Kompetensi menguasai bioteknologi tersebut dapat tercapai manakala pembinaan sumber daya manusia diorientasikan pada kompetensi meneliti dan menerapkan metode-metode mutakhir bioteknologi. Kemampuan menguasai dan mengaplikasikan metode-metode mutakhir bioteknologi (current methods of biotecnology) seperti: kultur jaringan, kloning, hibridoma, dan rekayasa genetik secara prospektif telah mampu menghasilkan produk-produk penemuan baru.

Sebagai ilustrasi; penemuan-penemuan baru dibidang immunologi (ilmu yang mempelajari sistem kekebalan tubuh) telah berhasil diproduksi antibodimonoklonal (MAb) secara massal. Penemuan MAb dengan metode klonasi (clone), memiliki kelebihan antara lain: peka (sensitivitas), khas (spesifitas), dan akurat. Selain itu, MAb dapat pula digunakan untuk memberikan jasa pelayanan dalam berbagai hal seperti: diagnosis suatu penyakit dengan akurat, pencegahan dan pengobatan penyakit. Kontribusi MAb telah dapat dirasakan manfaatnya khususnya dalam dunia riset (research) seperti: enzymeimmunoassay (EIA), radioimmunoassay (RIA), dan immunositokimia (immunocytochemistry).

Perkembangan bioteknologi secara ringkas dapat digambarkan sebagai berikut :

No	Tahun	Penemuan
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8	Sebelum masehi 1500 1926 1953 1962 1972 1976 2000	Pemanfaatan ragi untuk membuat anggur, tape, sake dan bir Pennggunaan mikroba untuk menghasilkan aseton dan butanol Penemuan antibiotik oleh Alexander Fleming Penemuan struktur DNA oleh Watson dan Crick, yaitu mekanisme perpindahan informasi genetika. Penemuan enzim restriksi Penemuan plasmid sebagai vector Pemetaas gen manusia Penemuan rekombinasi DNA di laboratorium

Istamar syamsuri, dkk, 2004

C. Jenis-jenis Bioteknologi

Jenis bioteknologi dibagi menjadi 2, yaitu bioteknologi konvensional atau bioteknologi tradisional dan bioteknologi modern. Secara prinsip bioteknologi konvensional berbeda dengan bioteknologi modern. Perbedaan prinsip itu terutama pada cara memanipulasi sifat-sifat organisme.

1. Bioteknologi Konvensional

Adalah bioteknologi yang memanfaatkan mikrobia dan proses biokimia yang terjadi secara alami tanpa melibatkan perubahan susunan gen untuk menghasilkan produk atau jasa. Bioteknologi ini manipulasi dilakukan pada kondisi lingkungan dan media tumbuh (substrat). Zat-zat tertentu ditambahkan dalam media tumbuh agar mikroba yang ditumbuhkan mampu menyintesis suatu senyawa. Misalnya dalam memproduksi mono sodium glutamate (MSG/vetsin). Produksi ini dibantu oleh bakteri Corynobacterium glutamicum. Dalam medium tumbuh ditambahkan vitamin biotin dalam jumlah yang sangat kecil.

2. Bioteknologi Moderen

Adalah bioteknologi yang didasarkan pada manipulasi atau rekayasa yang melibatkan perubahan susunan gen dalam upaya menghasilkan produk yang bermutu. Jadi bioteknologi modern tidak hanya memanipulasi pada kondisi lingkungan serta media kultur, tetapi susunan gen dalam kromosom. Bioteknologi ini dikenal juga dengan “Rekayasa Genetika “ atau manipulasi genetik adalah suatu upaya memanipulasi sifat makhluk hidup untuk menghasilkan makhluk hidup dengan sifat yang diinginkan. Memanipulasi genetik ini dilakukan dengan menambah atau mengurangi DNA.

D. Aplikasi Bioteknologi

1. Aplikasi Bioteknologi Konvensional.

Bioteknologi konvensional atau bioteknologi tradisional merupakan bioteknologi yang memanfaatkan mikroba, proses biokimia dan proses genetik secara alami, misalnya mutasi dan rekombinasi genetik. Aplikasi bioteknologi tradisional mencakup berbagai aspek kehidupan manusia, yaitu aspek pangan, peternakan, pertanian, dan kesehatan.

1). Mikroorganisme Pengubah dan Penghasil Makanan dan Minuman

a. Pembuatan Tape

Tape merupakan makanan hasil fermentasi yang mengandung alkohol. Makanan ini dibuat dari beras ketan ataupun singkong dengan jamur Endomycopsis fibuligera, Rhizopus oryzae, ataupun Saccharomyces cereviceae sebagai ragi. Ragi tersebut tersusun oleh tepung beras, air tebu, bawang merah dan putih, kayu manis. Sebelum membuat tape perlu diperhatikan untuk menghasilkan kualitas yang bagus, warnanya menarik, rasanya manis dan strukturnya lembut dengan menggunakan cara antara lain:

1). bahan dasar singkong atau beras ketan memiliki kualitas baik;

2). memperhitungkan macam dan banyak ragi yang digunakan;

3). memilih cara pemasakan bahan dasar (ditanak atau direbus);

4). memilih cara menyimpan tape (dengan plastik atau daun);

5). memperhatikan keadaan lingkungan pada saat menyimpannya.

Adakalanya pembuatan tape ketan dilanjutkan yang akhirnya akan menghasilan brem, baik untuk diminum atau untuk kue.

b. Pembuatan Tempe

Tempe adalah makanan yang populer di negara kita. Meskipun merupakan makanan yang sederhana, tetapi tempe mempunyai atau mengandung sumber protein nabati yang cukup tinggi. Tempe terbuat dari kedelai dengan bantuan jamur Rhizopus sp. Jamur ini akan mengubah protein kompleks kacang kedelai yang sukar dicerna menjadi protein sederhana yang mudah dicerna karena adanya perubahan-perubahan kimia pada protein, lemak, dan karbohidrat. Selama proses fermentasi kedelai menjadi tempe, akan menghasilkan antibiotika yang mencegah penyakit perut seperti diare.

c. Pembuatan oncom

Oncom merupakan makanan yang dikenal di kawasan Jawa Barat. Oncom terbuat dari ampas tahu, yaitu ampas kedelai dengan bantuan jamur Neurospora sitophila. Jamur ini dapat menghasilkan zat warna merah atau oranye yang merupakan pewarna alami. Neurospora dapat mengeluarkan enzim amilase, lipase protease yang aktif selama proses fermentasi. Selain itu, juga dapat menguraikan bahan-bahan dinding sel ampas kacang kedelai, singkong, atau kelapa. Fermentasi ini juga menyebabkan terbentuknya sedikit alkohol dan berbagai ester yang beraroma sedap.

d. Pembuatan Kecap

Kecap terbuat dari kacang kedelai berwarna hitam. Untuk mempercepat fermentasi biasanya dicampurkan sumber karbohidrat atau energi yang berbentuk tepung beras atau nasi, sedangkan warna larutan kecap yang terjadi, tergantung pada waktu. Perendaman kedelai dilakukan dalam larutan garam, maka pembuatan kecap dinamakan fermentasi garam. Fermentasi pada proses pembuatan kecap dengan menggunakan jasmur Aspergillus wentii dan Rhizopus sp.

e. Pembuatan Asinan Sayuran

Asinan sayuran merupakan sayuran yang diawetkan dengan jalan fermentasi asam. Bakteri yang digunakan adalah Lactobacillus sp., Streptococcus sp., dan Pediococcus. Mikroorganisme tersebut mengubah zat gula yang terdapat dalam sayuran menjadi asam laktat. Asam laktat yang terbentuk dapat membatasi pertumbuhan mikroorganisme lain dan memberikan rasa khas pada sayuran yang difermentasi atau sering dikenal dengan nama ‘acar’.

f. Pembuatan Roti

Jika Anda makan roti atau donat, pernahkah Anda berpikir bila pembuatan roti atau donat itu sebenarnya juga melalui proses fermentasi? Proses fermentasi ini dibantu dengan bantuan yeast atau khamir yaitu sejenis jamur. Yeast yang ditambahkan pada adonan tepung akan menjadikan proses fermentasi, yaitu akan menghasilkan gas karbon dioksida dan alkohol. Gas karbon dioksida tersebut dapat berguna untuk mengembangkan roti, sedangkan alkohol dibiarkan menguap. Selanjutnya, akan terlihat jika adonan tersebut dioven akan tampak lebih mengembang dan ukurannya membesar, hal ini dikarenakan gas akan mengembang jika temperatur tinggi.

g. Pembuatan Keju

Pada umumnya keju disukai banyak orang. Keju dibuat dari air susu yang diasamkan dengan memasukkan bakteri, yaitu Lactobacillus bulgarius dan Streptococcus thermophillus. Untuk mengubah gula susu (laktosa) menjadi asam susu (asam laktat) susu dipanaskan terlebih dahulu pada suhu tertentu dengan maksud untuk membunuh bakteri yang berbahaya agar berhasil dalam proses pembuatannya. Selanjutnya, ditambahkan campuran enzim yang mengandung renin untuk menggumpalkan susu sehingga terbentuk lapisan, yaitu berupa cairan susu yang harus dibuang, sedangkan bagian yang padat diperas dan dipadatkan. Enzim tersebut akan menambah aroma dan rasa, juga akan mencerna protein dan lemak menjadi asam amino.

Pada umumnya keju dapat dikelompokkan menurut kepadatannya yang dihasilkan dalam proses pemasakan. Keju menjadi keras apabila kelembabannya kecil dan pemampatannya besar. Jika masa inkubasinya semakin lama, maka keasamannya makin tinggi sehingga cita rasanya makin tajam. Misalnya, keju romano, parmesan sebagai keju sangat keras, keju cheddar, swiss sebagai keju keras yang berperan Propioniobacterium sp., keju roqueorforti yang berperan Pennicilium reguerforti sebagai keju setengah lunak, keju camemberti sebagai keju lunak yang berperan Pennicilium camemberti.

h. Pembuatan Yoghurt

Yoghurt merupakan minuman yang terbuat dari air susu. Apabila dibandingkan dengan susu biasa, yoghurt dapat memberikan efek pengobatan terhadap lambung dan usus yang terluka. Selain itu, yoghurt dapat menurunkan kadar kolesterol dalam darah sehingga mencegah penyumbatan di pembuluh darah. Dalam proses pembuatannya, air susu dipanaskan terlebih dahulu agar tidak terkontaminasi bakteri yang lain. Setelah dingin, ke dalam air susu dimasukkan bakteri Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus termophillus. Susu dibiarkan selama 4-6 jam pada suhu 38^oC – 44^oC atau selama 12 jam pada suhu 32^oC. Pada masa inkubasi akan dihasilkan asam laktat, asam inilah yang membuat yoghurt berasa asam, dapat juga ditambahkan dengan buah, kacang, atau rasa lain yang diinginkan.

i. Minuman Berakohol

Anggur dan bir merupakan sebagian dari contohnya. Mikroorganisme yang digunakan adalah khamir dari genus Saccharomyces. Minuman yang sangat terkenal yaitu anggur sebenarnya adalah buah anggur yang sudah mengandung gula sehingga dapat digunakan secara langsung oleh ragi selama proses fermentasi. Proses pembuatan minuman ini sudah tidak diperlukan tambahan gula lagi apabila ingin menambah cita rasa dapat ditambahkan buah-buahan dan gula secukupnya.

Bakteri yang digunakan adalah bakteri yang bersifat asam laktat karena buah anggur mengandung asam malat yang tinggi. Bakteri tersebut akan mengubah asam malat menjadi asam laktat yang lemah dan proses ini disebut fermentasi malolaktat sehingga hasil minumannya memiliki rasa yang lebih baik dan sedikit asam.

Bir sebenarnya merupakan produk yang berasal dari tepung biji padi-padian yang difermentasi oleh ragi. Hanya ragi tersebut tidak bisa menggunakan tepung itu secara langsung. Cara pembuatannya, yaitu biji padi-padian dibiarkan untuk berkecambah terlebih dahulu, kemudian dikeringkan lalu digiling, hasilnya disebut dengan malt yang berupa glukosa dan maltosa, dan proses perubahan tersebut dinamakan dengan malting. Selanjutnya baru difermentasi oleh ragi menjadi etanol dan karbondioksida.

j. Protein Sel Tunggal (PST)

Mengingat jumlah penduduk yang semakin meningkat dan masalah penyediaan bahan pangan yang semakin berkurang terasa adanya ketidakseimbangan antara hasil pertanian dan kebutuhan, bahkan sumber protein yang belum mencapai sasaran sehingga diperlukan cara baru melalui teknologi dengan hasil teknoprotein yang dinamanakan Protein Sel Tunggal (PST).

Protein sel tunggal merupakan protein yang dihasilkan oleh mikroorganisme misalnya ganggang, bakteri dan berada di dalam sel mikroorganisme tersebut. Mikroorganisme tersebut memiliki protein yang beratnya mencapai 80 % dari berat total sel. Jika mikroorganisme tersebut memiliki kemampuan reproduksi yang sangat cepat, maka akan dihasilkan protein dalam jumlah yang banyak dalam waktu yang singkat.

Berbagai produk hasil bioteknologi dengan memanfaatkan mikroorganisme

2). Mikroorganisme penghasil obat

Mikroorganisme juga dapat membantu di bidang kesehatan yaitu dalam pengobatan, misalnya digunakan untuk antibiotik dan vaksin.

a. Antibiotik

Antibiotik sebenarnya merupakan suatu zat kimia hasil dari mikroorganisme yang dapat menghambat pertumbuhan atau mematikan mikroorganisme lainnya. Pembuatan antibiotik ini harus dalam lingkungan steril agar terhindar dari kontaminasi yang mungkin terjadi, sehingga pertumbuhan mikroorganisme yang diinginkan dapat optimal dan menghasilkan produk yang optimal juga. Antibiotik ini pertama kali ditemukan oleh Alexander Fleming yang diberi nama Penicilin yang dihasilkan oleh Penicillium. Jamur ini hidup dengan menyerap makanan dari lingkungan yang digunakan untuk metabolisme, bahkan dapat menghasilkan zat yang disekresikan ke lingkungannya dan dapat membunuh mikroorganisme lain.

b. Vaksin

Pada masa ini berjuta-juta orang melakukan vaksinasi terutama bagi anak-anak yang masih kecil. Vaksin telah membantu dalam pencegahan serangan penyakit. Vaksin berasal dari mikroorganisme yang telah dilemahkan atau dimatikan. Vaksin pada umumnya dimasukkan dengan suntikan atau oral ke dalam tubuh manusia agar aktif melawan mikroorganisme tersebut.

3). Mikroorganisme Pembasmi Hama Tanaman

Salah satu cara untuk mengurangi pencemaran lingkungan adalah penggunaan mikroorganisme sebagai pengendali hayati dalam membasmi hama tanaman. Pengendalian hama dapat digunakan dengan musuh alam; misalnya bakteri di tanah dan tanaman yaitu Bacillus thuringiensis. Bakteri ini dikembangkan menjadi insektisida mikrobial, yang menghasilkan protein kristal yang dapat membunuh serangga, yaitu larva atau ulat serangga.

Mikroorganisme pembasmi hama tanaman

4). Mikroorganisme yang Berperan dalam Bidang Industri

a. Sebagai Penghasil Energi

Minyak bumi dan batu bara semakin lama akan semakin habis karena merupakan sumber daya alam tidak dapat diperbarui dan cadangannya semakin tipis. Apabila kebutuhan manusia meningkat apa yang akan terjadi? Saat ini sudah dikembangkan gas bio sebagai penghasil energi. Apa yang dimaksud dengan gas bio? Gas bio merupakan gas metana yang diproduksi oleh mikroorganisme di dalam medium kotoran ternak dengan tangki fermenter. Prosesnya mikrooganisme mencerna kotoran menjadi gas metana, gas ini kemudian dapat dialirkan ke rumah-rumah sebagai penghasil energi seperti gas elpiji. Limbahnya sangat baik untuk pupuk tanaman.

Saat ini telah ditemukan bakteri yang mampu membersihkan limbah beracun sekaligus menghasilkan listrik. Dapat digunakan untuk menjalankan peralatan listrik berdaya rendah. Penelitian dilakukan oleh Charles Miliken dan Harold May dari Universitas Kedokteran Carolina Selatan. Desulfitobacteria berhasil mengungkap kemampuannya untuk menghancurkan dan mengatasi polutan yang paling bermasalah yaitu PCB (Poychlorinated biphenyl) dan beberapa larutan kimia.

b. Sebagai Pencerna Limbah

Limbah organik di rumah tangga, industri, pasar pada umumnya dibuang ke sungai yang dapat mengakibatkan pencemaran. Mikroorganisme dapat mengolah limbah melalui penguraian secara aerob dan anaerob. Secara aerob pada beberapa mikroorganisme (bakteri, protista, dan jamur) yang menguraikan materi organik dari limbah menjadi mineral-mineral, gas-gas, dan air. Hal tersebut membutuhkan banyak oksigen. Pemrosesan limbah ada dua materi, yaitu menggunakan lumpur aktif dan proses menggunakan saringan tetes. Sistem pengolahan dengan lumpur aktif merupakan pengolahan limbah cair yaitu bakteri aerobik dalam suatu bak limbah yang telah diberi aerasi, bertujuan untuk menurunkan bahan organik yang mengandung karbon atau nitrogen dalam limbah. Sedangkan sistem pengolahan dengan saringan tetes merupakan pengolahan limbah cair yang menggunakan biofilum yang merupakan lapisan mikroorganisme yang menutupi hamparan saringan atau filter pada dasar bak limbah. Hamparan tersebut berupa tumpukan arang, plastik, dan kerikil. Penguraian secara anaerob merupakan proses biologis gas bio (gas metan= CH4). Gas bio dapat berguna sebagai sumber energi alternatif yaitu pembakaran untuk menghasilkan listrik.

c. Sebagai Pemisah Logam Berat

Bakteri Thiobacillus ferroxidans dan Thiobacillus oxidans termasuk khemolitotrof, yaitu bakteri pemakan batuan yang tumbuh subur di tempat pertambangan, peranannya sangat penting karena dapat mengekstraksi berbagai jenis logam. Bakteri ini dapat memperoleh energinya dari oksidasi zat anorganik, yaitu besi dan belerang. Bakteri ini juga dapat tumbuh dengan subur dalam lingkungan tanpa adanya zat organik, dia mampu mengekstrak karbon secara langsung dari karbon dioksida di atmosfer. Pemanfaatan mikrorganisme ini untuk memisahkan logam dari bijih logam yang diterapkan di tambang logam karena logam tidak bisa dimanfaatkan jika terikat dengan bijihnya.

d. Penghasil Asam Amino

Pada makanan sering ditambahkan monosodium glutamat, yaitu sebagai penambah cita rasa. Tahukah Anda lebih dari 165.000 ton asam glutamate telah digunakan untuk pembuatan monosodium glutamat. Asam-asam amino itu antara lain lisin, lisin ini terdapat pada manusia, hanya tingkatnya rendah. Bakteri yang dapat menghasilkan asam amino adalah Corinebacterium glutamicum mampu untuk menghasilkan asam glutamat. Untuk itu mikroorganisme ini digunakan sebagai menjadi produk utama industri, yaitu penghasil asam amino.

e. Meningkatkan Produksi Pertanian

Apa manfaat dari bakteri Rhizobium pada tanaman polong? Bakteri ini mampu menambat nitrogen sehingga tanaman akan menjadi subur. Saat ini telah dikembangkan strain (galur) bakteri yang mampu menambat nitrogen secara efektif yang dinamakan legin. Legin dapat disimpan dan dibiarkan ke dalam medium untuk dijual. Caranya yaitu dengan menyebarkannya di ladang dengan tujuan agar tanaman polong dapat bersimbiosis dengan bakteri ini. Bakteri Bacillus thuringiensis telah dikembangbiakkan karena kemampuannya untuk mematikan ulat yang menjadi hama tanaman, dengan cara menyemprotkan ke lahan pertanian. Hal ini merupakan cara pengendalian biologi atau hayati yang tidak menimbulkan pencemaran.

f. Penghasil Alkohol

Alkohol ini merupakan hasil fermentasi dari khamir, yaitu Saccharomyces cereviceae. Mikroorganisme tersebut dapat mengubah karbohidrat menjadi alkohol dan karbon dioksida. Banyak sekali manfaat alkohol, di antaranya sebagai bahan bakar mesin karena mempunyai kelebihan mesin dapat menyala lebih lama, tidak menyebabkan polusi, dan tidak meningkatkan kadar karbondioksida di atmosfer.

2. Aplikasi Bioteknologi Moderen.

Perkembangan bioteknologi modern telah ditempuh dengan banyak cara, tetapi kita akan mengenal beberapa saja, yaitu kultur jaringan dan rekayasa genetika.

1). Kultur Jaringan

Kultur jaringan merupakan sebuah teknologi vegetatif yang sangat popular dan sudah meluas penggunaannya. Pada teknik ini sebagian kecil dari jaringan tumbuhan dikultur dalam suatu medium yang mengandung zat-zat kimia sebagai bahan makanan untuk pertumbuhan. Zat-zat kimia tersebut misalnya sukrosa, mineral, hormone, vitamin, dan santan kelapa. Jaringan tersebut akan tumbuh menjadi kalus (gumpalan jaringan yang belum berbentuk). Kalus tersebut membelah (tumbuh) dan terbentuklah tunas, akhirnya menjadi satu tanaman yang utuh (lengkap). Hal ini terjadi karena setiap sel mempunyai sifat totipotensi, artinya setiap sel mempunyai informasi/kemampuan untuk membantu seluruh bagian tumbuh

Bioteknologi dengan menggunakan kultur jaring

2). Kultur Sel Hewan

Selain kultur sel tumbuhan, kita dapat juga melakukan kultur sel hewan, hanya saja kultur sel hewan tidak dapat menghasilkan organ atau tubuh individu. Kultur sel hewan hanya menghasilkan selapis sel yang diklon terus menerus. Jadi sel lidah tidak dapat dikultur untuk menghasilkan lidah yang utuh. Hal ini disebabkan sifat totipotensi sel hewan rendah. Selain itu untuk menghasilkan organ harus melalui diferensiasi sel yang dipengaruhi oleh lingkungan tertentu.

Untuk menghasilkan individu, hewan yang dikultur harus masih dalam tahap embrio, terutama tahap morula dan blastula. Kultur embrio di dalam tabung ini dikenal sebagai kultur in vitro. Embrio dapat diklon menjadi beberapa embrio identik. Untuk menumbuhkan embrio menjadi individu, embrio harus ditanam di dalam uterus hewan betina.

Kultur sel hewan telah lama digunakan dalam produksi vaksin virus tetapi sampai tahun 1960-an budaya skala besar bahkan tidak pernah dicoba. Hal ini sukses besar sebagaimana mestinya dengan penerapan prinsip-prinsip operasi aseptis yang giat dirumuskan selama pengembangan dari fermentasi penisilin. Dengan beberapa macam sel hewan ada masalah tidak ditemui dengan sel-sel mikroba, yaitu bahwa sel-sel keramik tidak tumbuh di suspensi tetapi memerlukan permukaan untuk pertumbuhan. Untuk memenuhi persyaratan ini beberapa solusi baru telah dipakai. Dalam beberapa kasus, luas permukaan di dalam pembuluh ditingkatkan dengan penambahan pembawa butir-butir mikro yang dipelihara dalam suspensi; dalam kasus lain, lempengan ganda dipasang di dalam fermenter. Meskipun dengan adanya keberhasilan-keberhasilan ini penerapan kultur sel hewan massa telah dibatasi terutama untuk produksi vaksin. Jalan baru telah terbuka dengan realisasi bahwa jenis sel tertentu yang berasal dari tumor manusia dapat mengeluarkan cukup tinggi protein manusia untuk menjamin penggunaan mereka untuk produksi komersial. Jadi melanoma jenis Bowes di atas menghasilkan aktivator plasminogen jaringan yang dapat digunakan untuk melarutkan bekuan darah berikut trombosis koroner. Jenis sel Namalwa di atas memproduksi interferons dan saat ini adalah sebuah sumber komersial antivirus dan antikanker protein. Namun demikian, jumlah jenis-jenis tumor mengidentifikasi bahwa produk yang berguna terbatas.

Dalam sepuluh tahun terakhir, jenis-jenis sel tumor tertentu telah menarik banyak perhatian dan jenis-jenis sel ini adalah hybridomas. Seperti nama mereka, secara tidak langsung menyatakan, hybridomas adalah sel-sel hibrid. Mereka tercipta dari penyatuan sel myeloma (sejenis tumor) dengan limpa penghasil antibodi limfosit. Selanjutnya, sel limfosit memperoleh keabadian dan dapat tumbuh tanpa batas pada kultur sel sambil terus mengeluarkan antibodi. Karena hanya limfosit tertentu mensintesis antibodi satu spesies, semua molekul antibodi yang dibuat oleh budaya hybridoma tertentu akan identik. Karena semua antibodi dalam persiapan adalah identik mereka dikatakan monoklonal, yaitu mereka semua berasal dari satu klon dari limfosit. Antibodi monoklonal dapat disucikan dengan mudah dan findapplication dalam berbagai bidang dari kit diagnostik untuk terapi kanker dan protein pemurnian.

3). Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika adalah tindakan sengaja untuk memodifikasi DNA (Substansi kimiawi dalam kromosom yang bertanggung jawab atas pewarisan sifat). Dalam arti luas , Tettamnzi melukiskannya sebagai bentuk-bentuk manipulasi dan pergantian tatanan gen dari organisme hidup. (wiliam Chang, hal119 ; 2008)

Contoh rekayasa genetika :

a. Rekombinasi DNA

DNA dari satu spesies dapat disambungkan dengan DNA dari spesies yang lain, dengan tujuan agar mendapatkan sifat yang baru. Proses penyambungan ini dikenal dengan nama rekombinasi DNA.

Pembuatan insulin

1. DNA sel manusia dipotong dengan enzim pemotong.

2. Diambil gen penghasil insulin dari DNA yang dipotong tersebut.

3. Gen disambungkan pada plasmid bakteri Escherichia coli.

4. Hasil sambungan dimasukkan ke dalam sel bakteri Escherichia coli.

5. Spesies ini dipelihara di tempat khusus dan dikembangbiakkan.

6. Sehingga mampu memproduksi insulin manusia

Bioteknologi DNA rekombinan

b. Fusi Sel/teknologi hibridoma

Fusi sel/teknologi hibridoma adalah peleburan/fusi dua sel yang berbeda menjadi kesatuan tunggal yang mengandung gen-gen dari kedua sel asli. Sel yang dihasilkan dari fusi ini dinamakan hibridoma (hibrid = sel asli yang dicampur, oma = kanker). Hibridoma ini sering digunakan untuk memperoleh antibodi dalam pemeriksaan kesehatan dan pengobatan

Fusi sel/ Teknologi Hibridoma

c. Transfer inti

Transfer inti adalah proses pemindahan inti sel tubuh ke dalam sel telur tanpa inti, sehingga sel telur tersebut akan membelah diri dan menjadi embrio. Transfer inti disebit juga kloning inti. Contoh kloning yaitu domba ‘Dolly’.

Teknologi Transplantasi Inti/Transfer Inti

d. Teknologi Plasmid

Adalah molekul DNA berbentuk sirkuler yang terdapat di dalam sel bakteri atau ragi. Plasmid merupakan DNA nonkromosom, karena sel tersebut memiliki kromosom tersendiri. Plasmid digunakan sebagai vector yaitu alat untuk memasukkan gen ke dalam sel target.

Teknologi Plasmid

E. Peranan Bioteknologi bagi kehidupan

Bioteknologi telah menghasilkan produk-produk yang bermanfaat untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat di berbagai bidang, baik secara konvensional maupun secara modern.

a. Bioteknologi konvensional

1. Pangan

Tempe – jamur Rhizopus

Oncom – jamur Neurospora ditophila

Tapai ketan – Saccharomyces cereviceae

Kecap – jamur aspergillus

2. Pertanian

Hidroponik – cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai tempat menanam tanaman. Suatu tanaman jenis mustard alami yang diseleksi oleh manusia menghasilkan tanaman brokoli, kubis, kembang kol dan lain-lain.

3. Peternakan

Domba ankon – domba berkaki pendek dan bengkok, hasil mutasi alami. Sapi Jersey – diseleksi oleh manusia agar menghasilkan susu dengan kandugan krim lebih banyak

4. Kesehatan dan Pengobatan

Antibiotik – digunakan untuk pengobatan, diidolasi dari bakteri dan jamur. Vaksin – mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang toksinnya telah dimatikan, bermanfaat untuk meningkatkan imunitas.

b. Bioteknologi Moderen

1. Pangan

Buah tomat – hasil manipulasi genetik sehingga tahan lama, tidak cepat matang dan membusuk.

Kentang – mengalami mutasi genetik sehingga kadar pati kentang meningkat 20% dari kentang biasa.

2. Pertanian

Tanaman kedelai Tengger dan kedelai hijau camar – berumur pendek dengan produktivitas tinggi, diperoleh dari radiasi seleksi biji – biji kedelai.

Tanaman jagung dan kapas – resisten terhadap serangan penyakit gen tertentu setelah gennya di manipulasi.

3. Peternakan

Pembelahan embrio secara fisik – menghasilkan kembar identik pada domba, sapi, babi, kuda.

Ternak unggul – hasil manipulasi genetik, contoh unggul pada daging dan susunya.

4. Kesehatan dan Pengobatan

Hormon pertumbuhan somatotropin yang dihasilkan oleh Escherichia coli. Manipulasi produksi vaksi – menggunakan E. Coli agar lebih efisien.

Namun, perlu juga diperhatikan dampak negatif dari perkembangan bioteknologi tersebut. Beberapa dampak negatif yang mungkin timbul akibat dari perkembangan bioteknologi diantaranya sebagai berikut :

1. Alergi

Gen asing yang disisipkan pada organisme yang menjadi makanan manusia dapat menyebabkan alergi terhadap individu tertentu. Untuk mencegahnya, perlu dilakukan pengujian dalam jangka waktu yang lama untuk memastikan ada tidaknya efek negatif tersebut terhadap konsumen. Selain itu, produk yang mengandung organisme hasil rekayasa bioteknologi harus diberi label dengan jelas guna memberi informasi kepada konsumen mengenai produk yang dikonsumsi.

2. Hilangnya plasma nutfah

Kepunahan plasma nutfah dapat diatasi dengan melakukan pemeliharaan berbagai jenis hewan dan tumbuhan di suatu situs konservasi tertentu.

3. Rusaknya ekosistem

Gangguan terhadap kondisi normal lingkungan dapat menyebabkan rusaknya ekosistem. Tanaman kapas Bt selain menyebabkan matinya hama ulat yang memakannya, juga diduga menyebabkan larva kupu-kupu lain ikut mati.

4. Produk-produk hasil rekayasa genetika memiliki resiko potensial sebagai berikut:

a. Gen sintetik dan produk gen baru yang berevolusi dapat menjadi racun dan atau imunogenik untuk manusia dan hewan.

b. Rekayasa genetik tidak terkontrol dan tidak pasti, genom bermutasi dan bergabung, adanya kelainan bentuk generasi karena racun atau imunogenik, yang disebabkan tidak stabilnya DNA rekayasa genetik.

c. Virus di dalam sekumpulan genom yang menyebabkan penyakit mungkin diaktifkan oleh rekayasa genetik.

d. Penyebaran gen tahan antibiotik pada patogen oleh transfer gen horizontal, membuat tidak menghilangkan infeksi.

e. Meningkatkan transfer gen horizontal dan rekombinasi, jalur utama penyebab penyakit.

f. DNA rekayasa genetik dibentuk untuk menyerang genom dan kekuatan sebagai promoter sintetik yang dapat mengakibatkan kanker dengan pengaktifan oncogen (materi dasar sel-sel kanker).

g. Tanaman rekayasa genetik tahan herbisida mengakumulasikan herbisida dan meningkatkan residu herbisida sehingga meracuni manusia dan binatang seperti pada tanaman.

5. Dampak terhadap lingkungan

Saat ini, umat manusia mampu memasukkan gen ke dalam organisme lain dan membentuk "makhluk hidup baru" yang belum pernah ada. Pengklonan, transplantasi inti, dan rekombinasi DNA dapat memunculkan sifat baru yang belum pernah ada sebelumnya. Pelepasan organisme-organisme transgenik ke alam telah menimbulkan dampak berupa pencemaran biologis di lingkungan kita. Setelah 30 tahun Organisme Hasil Rekayasa Genetik (OHRG) atau Genetically Modified Organism (GMO), lebih dari cukup kerusakan yang ditimbulkannya terdokumentasikan dalam laporan International Specialty Products.

6. Dampak terhadap etika moral

Penyisipan gen makhluk hidup lain yang tidak berkerabat dianggap telah melanggar hukum alam dan kurang dapat diterima oleh masyarakat. Pemindahan gen manusia ke dalam tubuh hewan dan sebaliknya sudah mendapatkan reaksi keras dari berbagai kalangan. Permasalahan produk-produk transgenik tidak berlabel, membawa konskuensi bagi kalangan agama tertentu. Terlebih lagi teknologi kloning yang akan dilakukan pada manusia.

7. Dampak ekonomi

Terdapat suatu kecenderungan bahwa bioteknologi tidak terlepas dari muatan ekonomi. Muatan ekonomi tersebut terlihat dari adanya hak paten bagi produk-produk hasil rekayasa genetik, sehingga penguasaan bioteknologi hanya pada lembaga-lembaga tertentu saja. Hal ini memaksa petani-petani kecil untuk membeli bibit kepada perusahaan perusahaan yang memiliki hak paten. Produk Bioteknologi dapat merugikan peternak-peternak tradisional seperti pada kasus penggunaan hormon pertubuhan sapi hingga naik sebesar 20%. hormon tersebut hanya mampu dibeli oleh perusahaan peternakan yang bermodal besar. Hal tersebut menimbulkan suatu kesenjangan ekonomi.

Rangkuman

1. Bioteknologi bisa diartikan suatu pemanfaatan makhluk hidup atau rekayasa organisme sistem atau proses biologis untuk menghasilkan suatu produk yang bermanfaat bagi manusia yang menghasilkan suatu barang, atau dapat dikatakan pemanfaatan prinsip-prinsip ilmiah dengan menggunakan makhluk hidup untuk menghasilkan produk bagi kepentingan manusia.

2. Perkembangan bioteknologi secara ringkas dapat digambarkan sebagai berikut :

No	Tahun	Penemuan
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8	Sebelum masehi 1500 1926 1953 1962 1972 1976 2000	Pemanfaatan ragi untuk membuat anggur, tape, sake dan bir Pennggunaan mikroba untuk menghasilkan aseton dan butanol Penemuan antibiotik oleh Alexander Fleming Penemuan struktur DNA oleh Watson dan Crick, yaitu mekanisme perpindahan informasi genetika. Penemuan enzim restriksi Penemuan plasmid sebagai vector Pemetaas gen manusia Penemuan rekombinasi DNA di laboratorium

3. Jenis-jenis bioteknologi

a. Bioteknologi Konvensional

Adalah bioteknologi yang memanfaatkan mikrobia dan proses biokimia yang terjadi secara alami tanpa melibatkan perubahan susunan gen untuk menghasilkan produk atau jasa.

b. Bioteknologi Moderen

Adalah bioteknologi yang didasarkan pada manipulasi atau rekayasa yang melibatkan perubahan susunan gen dalam upaya menghasilkan produk yang bermutu.

4. Aplikasi bioteknologi konvensional

1. Pembuatan tape

2. Pembuatan kecap

3. Pembuatan oncom

4. Pembuatan tempe

5. Pembuatan asinan sayur

6. Pembuatan keju

7. Pembuatan Yogurt

8. Pembuatan PST ( protein sel tunggal) dan lain-lain

9. Pembuatan alkohol

5. Aplikasi Bioteknologi Moderen.

1. Kultur jaringan ( sel hewan dan sel tumbuhan)

2. DNA rekombinan

3. Teknologi hibridoma

4. Fusi sel

5. Teknok Plasmid

6. Transfer inti

4. Peranan Bioteknologi bagi kehidupan

a. Bioteknologi konvensional

1. Pangan

Tempe – jamur Rhizopus

Oncom – jamur Neurospora ditophila

Tapai ketan – Saccharomyces cereviceae

Kecap – jamur aspergillus

2. Pertanian

3. Peternakan

Domba ankon – domba berkaki pendek dan bengkok, hasil mutasi alami. Sapi Jersey – diseleksi oleh manusia agar menghasilkan susu dengan kandugan krim lebih banyak

4. Kesehatan dan Pengobatan

b. Bioteknologi Moderen

1. Pangan

Buah tomat – hasil manipulasi genetik sehingga tahan lama, tidak cepat matang dan membusuk.

Kentang – mengalami mutasi genetik sehingga kadar pati kentang meningkat 20% dari kentang biasa.

2. Pertanian

Tanaman kedelai Tengger dan kedelai hijau camar – berumur pendek dengan produktivitas tinggi, diperoleh dari radiasi seleksi biji – biji kedelai.

Tanaman jagung dan kapas – resisten terhadap serangan penyakit gen tertentu setelah gennya di manipulasi.

3. Peternakan

Pembelahan embrio secara fisik – menghasilkan kembar identik pada domba, sapi, babi, kuda.

Ternak unggul – hasil manipulasi genetik, contoh unggul pada daging dan susunya.

4. Kesehatan dan Pengobatan

Hormon pertumbuhan somatotropin yang dihasilkan oleh Escherichia coli. Manipulasi produksi vaksi – menggunakan E. Coli agar lebih efisien.

5. Dampak bioteknologi

1. Alergi

2. Hilangnya plasma nutfah

3. Rusaknya ekosistem

4. Etika moral

5. Lingkungan

6. Ekonomi

7. Produk-produk hasil rekayasa genetika

Tugas

Kunjungilah salah satu industri rumah tangga yang menggunakan fermentasi (bioteknologi konvensional), misalnya yoghurt, tempe atau kecap. Kalau tidak ada industri rumah tangga di sekitar tempat tinggalmu , carilah informasi mengenai proses fermentasi dari berbagai sumber speeti buku-buku, majalah atau internet. Buatlah laporan tertulis mengenai jenis mikroba, bahan baku yang digunakan, serta cara pembuatannya. Presentasikan hasil tugas anda dan bandingkan dengan kelompok lain.

Evaluasi

1. Perhatikan ciri-ciri bioteknologi berikut :

1). Teknik dalam peralatan yang digunakan relatif sederhana.

2). Melibatkan plasmid sebagai vektor

3). Hasil yang diperoleh tidak dapat diramalkan

4). Manipulasi dilakukan pada susunan gen dalam kromosom

5). Ditujukan untuk menghasilkan organisme transgenik

Ciri-ciri bioteknologi modern meliputi….

A. 1), 2), dan 3)

B. 1), 3), dan 4)

C. 1), 4), dan 5)

D. 2), 3), dan 4)

E. 2), 4), dan 5)

Jawab E

Ciri-ciri 2, 3, 4 adalah ciri-ciri bioteknologi modernm sedangkan ciri 1 adalah bioteknologi konvensional, dan bioteknologi bukan hanya menghasilkan organisme transgenik.

2. Salah satu masalah yang dihadapi para petani adalah serangan hama yang dapat menghancurkan tanamannya. Berikut ini beberapa upaya mengatasi permasalahan tersebut :

1. dihasilkannya senyawa pemberantas hama misalnya DDT

2. memanfaatkan bakteri Bacillus thuringiensis

3. dihasilkannya varietas tahan hama

4. mengembangkan antibiotik

Sumbangan bioteknologi untuk mengatasi masalah tersebut adalah....

A. 1 dan 2

B. 1 dan 3

C. 1 dan 4

D. 2 dan 3

E. 2 dan 4

Jawab A

Ciri 3 dan 4 adalah hasil dari bioteknologi

3. Di Supermarket dan Mall banyak di jual semangka atau jambu air dan tomat tanpa biji. Keadaan tersebut sebenarnya merupa-kan hasil bioteknologi rekayasa manusia melalui cara....

A. Radiasi

Okulasi

C. Hibridasi

D. Kultur jaringan

E. Transplantasi inti

4. Perhatikan tabel berikut :

No	Produk	Bahan Mentah	Mikrobia
1 2 3 4 5	Kecap Yoghurt Tempe Nata de coco Kefir	Kedelai Susu Kedelai Kelapa Susu	*Rhizopus oryzae* *Streptococcus thermophillus* *Streptococcus lactis* *Acetobacter xylinum* *Aspergillus wentii*

Hubungan yang benar antara produk, bahan mentah dan mikrobia adalah….

A. 1 dan 3

B. 1 dan 4

C. 2 dan 4

D. 3 dan 5

E. 4 dan 5

Jawab C

Pasangan yang tepat antara produk, bahan mentah dan mikrobia adalah 2 dan 4 ( sudah jelas)

5. Virus dapat digunakan sebagai organisme penghasil interferon dengan teknik pembentukan sel baru secara....

A. rekombinasi DNA

B. fusi sel

C. fragmentasi

D. filtrasi

E. mitosis

6. Perhatikan diagram berikut.

7. Teknik ini dilandaskan pada sifat ....

A. deferensiasi

B. regenerasi

C. totipotensi

D. bioremediasi

E. transplantasi gen

Jawab E

DNA dari satu spesies dapat disambungkan dengan DNA dari spesies yang lain, dengan tujuan agar mendapatkan sifat yang baru. Proses penyambungan ini dikenal dengan nama rekombinasi DNA atau transplantasi gen

8. Penggunaan bakteri Bacillus thuringensis (Bt) dalam rekayasa tumbuhan bertujuan untuk mempe roleh tumbuhan yang ......
A. menghasilkan asam amino yang lengkap
B. menghasilkan pestisida pembunuh hama
C. mampu memupuk dirinya sendiri
D. menguraikan senyawa yang bersifat racun
E. proses fotosintesisnya berjalan sangat cepat

Jawab B

Bacillus thuringensis (Bt) adalah mikroorganisme yang dapat menghasilkan pestisida pembunuh hama

9. Implikasi bioteknologi bagi kehidupan manusia umumnya bermanfaat dalam meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Dengan munculnya berbagai organisme unggul atau transgenik yang begitu cepat. , namun dipastikan akan muncul dampak negatif yang mungkin timbul adalah
A. kerusakan ekosistem
B. erosi plasma nutfah
C. organisme resisten terhadap penyakit
D. hilangnya daya dukung lingkungan
E. biaya rehabilitasi hutan meningkat

Jawab B

Membuat tanaman transgenik dengan memanfaatkan bibit unnggul untuk menghasilkan tanaman yang unggul akan mengakibatkan berkurangnya plasma nutfah atau sumber gen ( erosi plasma nutfah)

10. Berikut ini tahapan-tahapan pada rekayasa genetika.
1. plasmid diinjeksi ke vektor bakteri
2. penyambungan gen insulin ke plasmid
3. pembiakan bakteri penghasil insulin
4. pemotongan gen penghasil insulin dari kromosom dengan endonuklease restriksi
5. Pengambilan plasmid bakteri dan sel pancreas
Berdasarkan tahapan di atas, urutan tahapan rekayasa genetika yang benar adalah … .
A. 1 – 2 – 3 – 4 – 5
B. 5 – 3 – 1 – 2 – 4
C. 2 – 4 – 5 – 3 – 1
D. 5 – 4 – 2 – 1 – 3
E. 4 – 2 – 3 – 1 – 5

Jawab D

Urutan yang benar tentang tahapan rekayasa genetika adalah 5-4-2-1-3 ( sudah jelas)

11. Perhatikan Bioteknologi modern ini

Bioteknologi di atas adalah ........
A. Hibridoma
B. Kloning
C. Teknik Plasmid
D. Kultur jaringan
E. Transplantasi nucleus

Jawab C

12. Pasangan yang tepat antara mikro organisme dengan produk bioteknologi adalah
A. Sacharomyces cerevisae - tempe
B. Spirulina maxima - Kecap
C. Chlorella - SCP/ PST
D. Rhizopus oryzae - Oncom
E. Bacillus thuringiensis - Pemisah logam

Jawab C

Ganggang yang dapat dijadikan untuk membuahan suplemen bahan makanan tenak

13. Kapas Transgenik yang dikembangkan di sulawesi memanfaaatkan mikroorganisme
A.Thiobacillus ferooksidan
B.Bacillus thuringiensis
C.Acetobacter xylinum
D.Nitrobacter
E. Rhizobium leguminosorum

Mikroorganisme yang dikembangkan untuk membuat kapas transgenik adalah Bacillus thuringiensis, yang dikenal dengan kapas Bt

14. Teknik rekayasa genetika yang digunakan untuk memproduksi insulin dalam membantu pengobatan penyakit diabetes melitus adalah....

A. Fermentasi

B. Kultur jaringan

C. Fusi protoplasma

D. DNA rekombinan

E. Transplantasi inti

Jawan D

Malalui proses DNA rekombinan, insulin dapat diproduksi dalam jumlah banyak. Caranya dengan mencangkokkan gen ( transplantasi gen) yang mengkode insulin ke dalam plasmid bakteri. Bakteri dengan DNA gabungan ini kemudian dibiarkan membiakkan diri. Bakteri yang dibiakkan tersebut akan memproduksi insulin yang dibutuhkan.

15. Untuk memperoleh antibodi monoklonal dalam skala besar yang digunakan untuk pengobatan kanker dapat dilakukan dengan cara .....
A.teknologi hibridoma
B.teknologi plasmid
C.transplantasi gen
D.transplantasi nukleus
E. totipotensi jaringan

Jawab A

Pembuatan antibodi monoklonal menggunakan fusi sel atau teknologi hibridoma. Fusi sel menghasilkan sel-sel yang dapat menghasilkan antibodi sekaligus dapat memperbanyak diri secara terus-menerus seperti sel kanker. Sel-sel inilah yang menghasilkan antibodi monoklonal.

Co cokkan jawaban Anda dengan Kunci jawaban yang terdapat di akhir modul ini. Hitunglah jawaban Anda yang benar, kemudian gunakan rumus di bawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Modul 5.

Rumus :

Tingkat Penguasaan = Jumlah jawaban benar X 100%

------------------------

Jumlah soal seluruhnya

Tingkat penguasaan yang anda capai :

90 % - 100 % = baik sekali

80 % - 89 % = baik

70 % - 79 % = cukup

< 70 % = kurang

Nama Kelompok :

Kelas :

Tanggal :

LKS 1 : Asal-usul Kehidupan

I. Tujuan : Memahami asal-usul kehidupan melalui penafsiran dan diskusi

II. Dasar Teori :

Dulu orang beranggapan bahwa makhluk hidup dapat muncul secara tiba-tiba atau spontan. Jan Baptist van Helmont memberikan resep khusus untuk membuat tikus dengan menempatkan butiran gandum yang ditutupi kain usang pada pojok kamar dalam waktu 21 hari maka akan terbentuk tikus. Seperti halnya angsa dapat berasal dari pucuk tumbuhan yang terbenam pada kolam. Konsep tersebut dianut dalam kurun waktu yang cukup lama, bahkan secara tidak sengaja sekarangpun masih dianut. Pernahkan kalin mendengar jangan makan kelapa karena akan menyebabkan terkena cacing kremi, karena dianggap bahwa cacing kremi berasal dari kelapa. Teori tersebut dikenal dengan Generatio spontanea atau abiogenesis.

Francesco Redi mencoba melakukan eksperimen terkontrol untuk menunjukkan dari mana makhluk hidup berasal. Hasil percobaan F. Redi menunjukkan larva lalat berasal dari telur lalat yang sebelumnya hinggap pada daging. Percobaan redi dapat dilihat pada gambar berikut

Lazzaro Spallanzani juga melakukan eksperimen terkontrol. Cara yang ditempuh nya adalah dengan memanaskan air kaldu pada tabung yang tertutup yang dibandingkan dengan kaldu yang dipanaskan, tetapi tabung dibiarkan terbuka. Pada akhir percobaan dapat diamati bahwa kaldu menjadi keruh karena organisme yang berasal dari udara. Langkah yang ditempuh oleh Spallanzani memberatkan teori abiogenesis, karena tertutupnya tabung menyebabkan zat hidup tidak dapat masuk.

Louis Pasteur juga menunjukkan hasil eksperimennya adalah bahwa makhluk hidup tidak berasal dari benda tidak hidup, sehingga menumbangkan teori generatio spontanea. Cara yang ditempuh dengan memanaskan kaldu pada labu berbentuk leher angsa dan membiarkannya sampai beberapa waktu ternyata labu tersebut tetap steril dari mikroorganisme, kecuali kalau labu tersebut digulingkan sampai air kaldu menyentuh leher dari tabung yang berbentuk huruf S. Eksperimen yang dilakukan oleh Francesco Redi, Spallanzani dan Louis Pasteur memperkuat munculnya teori tentang asal-usul kehidupan yaitu teori biogenesis.

Kegiatan I :

1. Bacalah rangkuman materi diatas dengan seksama. Berdasarkan rangkuman materi tersebut jawablah pertanyaan berikut !

2. Menurut teori generatio spontanea makhluk hidup berasal dari apa ?

Jawab………………………………………………………………………………………………………………………………………

3. Siapakah pendukung teori tersebut ?

Jawab………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

4. Berikancontoh-contoh fakta yang mendukung teori tersebut ?

5. Meneurut teori biogenesis makhluk hidup berasal dari apa ?

Jawab………………………………………………......................

6. Siapakah pendukung teori tersebut ?

7. Berikan contoh-contoh fakta yang mendukung teori tersebut

Jawab…………………………………………………….................................................................................................................................................................................................................

Cermati gambar rancangan Lazaro Spallanzani dan Louis Pasteur berikut?

B A

8. Lazzaro Spallanzani dan Louis Pasteur menduga bahwa makhluk hidup bertebaran di udara sehingga dapat masuk ke dalam air kaldu. Apa maksud pemanasan pada gambar diatas ?

Jawab………………………………………………………………………………………………………………………………………

9. Mengapa pada tabung A tetap steril ( bening) ?

Jawab…………………………………………………..................

10. Mengapa tabung B menjadi keruh ?

11. Bila tabung B kerug teori mana yang mendukung ?

Jawab………………………………………………………………

Alasan………………………………………………………………………………………………………………………………….......

12. Bila tabung A kerug teori mana yang mendukung ?

Jawab………………………………………………………………

Alasan………………………………………………………............................................................................................................

13. Apakah dengan eksperimen F. Redi. L. Spallanzani dan L. Pasteur mampu menjawab dari mana asal-usul kehidupan ?

Kegiatan 2

II. Tujuan : Memahami asal-usul kehidupan menurut teori

Evolusi kimia

III. Dasar Teori :

Jika makhluk hidup berasal dari makhluk hidup sebelumnya, kemudian bagaimana kehidupan di bumi ini dimulai ? Hipotesa tentang asal-usul kehidupan juga diajukan oleh Alexander I. Oparin seorang ilmuwan rusia yang menduga bahwa atmosfer bumi purba diselimuti oleh gas yang memiliki kesamaan dengan senyawa-senyawa anorganik seprti amonia (NH3), hidrogen (H2), metana (CH4) dan uap air (H2O). Energi berupa kilat, dan sinar ultraviolet dari sinar matahari membantu gas-gas tersebut saling bereaksi untuk membentuk senyawa organik. Salah satu senyawa organik tersebut adalah asam amino yang selanjutnya membentuk senyawa yang lebih kompleks sebagai pembangun makhluk hidup. Selain Oparin, ilmuwan lain seperti Harold Urey dan Stanley Miller yang merupakan muridnya mencoba untuk membuktikan hipotesa tersebut dengan membuat rancangan percobaan seperti gambar berikut :

Tugas :

1. Bacalah rangkuman materi dengan seksama dan pahamilah isinya.

2. Rancangan percobaan Stanley Miller mencoba membuktikan teori yang dikemukakan oleh ilmuwan siapa ?

Jawab………………………………………………………………….

Alasan…………………………………………………………………………………………………………………………………………….

3. Apakah dihasilkan asam amino dalam percobaan tersebut ?

Jawab…………………………………………………………………..

4. Dapatkah dikatakan bahwa asam amino yang terbentuk tersebut berasal dari gas-gas yang saling bereaksi dari bunga api listrik ?

Jawab………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

5. Menurut anda asam amino tersebut merupakan senyawa anorganik atau organik ?

Jawab……………………………………………………………………

6. Menurut anda gas-gas yang digunakan dalam percobaan tersebut termasuk senyawa organik ataukah anorganik ?

Jawab………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

7. Evolusi kimia adalah pembentukan senyawa organik termasuk organik makromolekul dari senyawa-senyawa anorganik sederhana dengan bantuan energi. Berdasarkan konsep tersebut dan jawaban anda pada nomor sebelumnya, dapatkan dikatakan bahwa peristiwa yang ditunjukkan oleh percobaan tersebut adalah peristiwa yang menunjukkan adanya evolusi kimia ?

Jawab……………………………………………………………………

Alasan……………………………………………………………………………………………………………………………………………..

8. Perhatikan tingkatan struktural di dalam organisasi molekuler sel pada gambar di bawah ini !

Sel nukleus

mitokondria

badan golgi

Organel unit pembangun

membran

Susunan supramolekul ribosom

kromatin

mikrotubulus

protein

Makromolekul DNA

RNA

Polisakarida

Asam amino

Unit pembangun glukosa

Adenin dan basa lain

Asam palmitat dan lain-lain

Berdasarkan gambar tersbut dapatkan dikatakan bahwa asam amino merupakan senyawa yang merupakan unit pembangun dari sel

Jawab………………………………………………………………

Alasan……………………………………………………………………………………………………………………………………....

9. Berdasarkan gambar tersebut di atas, berikan alasan mengapa jika terbentuk asam amino dapat dikatakan bahwa untuk proses selanjutnya akan terbentuk makhluk hidup ?

Jawab…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

10. Teori abiogenesis menganggap bahwa makhluk hidup berasal dari makhluk tidak hidup. Menurut anda teori evolusi kimia yang dikemukakan oleh Oparin tersebut dapatkah dikategorikan sebagai penganut teori abiogenesis ?

Jawab………………………………………………………………….

Alasan…………………………………………………………………………………………………………………………………………....

Kegiatan 3

I. Tujuan : Memahami teori evolusi biologi

II. Dasar Teori :

Oparin menduga bahwa senyawa yang terbentuk dari evolusi kimia akan jatuh kelautan yang panas. Dalam waktu yang lama senyawa-senyawa yang ada di lautan akan membentuk senyawa baru yang lebih kompleks dan memilki kemampuan untuk menggandakan diri dan membuat senyawa kimia lain untuk mencukupi kebutuhan energi dan makanannya.

Diduga bahwa sel hidup yang pertama menggunakan bahan organik di lautan sebagai pembangun struktur tubuhnya serta untuk pemenuhan kebutuhan energinya, sehingga secara perlahan kandungan bahan organik di lautan akan habis lebih cepat dibandingkan tenaga alam. Karena molekul organik telah habis di lautan, maka organisme mulai belajar bagaimana membuat biomolekul organiknya sendiri dengan memanfaatkan energi sinar matahari melalui proses fotosintesis untuk membuat gula dan molekul organik lainnya, dari CO2 yang mengikat nitrogen di atmosfer dan mengubahnya menjadi biomolekul yang mengandung nitrogen seperti asam amino. Tahapan-tahapan hipotesis tentang terbentuknya organisme yang lebih kompleks dari organisme sederhana dapat dilihat pada skema berikut :

Mikrosfer

Progenot

Eugenot

Prokariota awal

Eubacteria Cyanobacteria Archaebacteria

Prokariotik

Eukariotik

Protozoa alga Fungi Tanaman Hewan

Tugas :

1. Bacalah rangkuman materi di atas dengan seksama dan pahamilah isinya !

2. Rangkuman materi di atas menceriterakan tentang evolusi biologi yang merupakan perkembangan selanjutnya dari teori evolusi kimia. Coba simpulkan apa yang dimaksud dengan evolusi biologi ?

3. Organisme autotrof adalah organisme yang mampu membuat makanan sendiri, tidak demikian halnya dengan organisme heterotrof, menurut anda organisme yang pertama kali hidup merupakan organisme autotrof atau heterotrof ?

Jawab………………………………………………………………

Alasan………………………………………………………………………………………………………………………………………

4. Apa yang menyebabkan organisme heterotrof berubah menjadi organisme autotrof

Jawab………………………………………………………………………………………………………………………………………

5. Menurut anda mana yang lebih awal muncul organisme prokariotik atau organisme eukariotik ?

Jawab………………………………………………………………

Alasan………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Nama Kelompok :

Kelas :

Tanggal :

LKS 1 : Membuat Nata De Coco

I. Tujuan : Memanfaatkan hasil dari tanaman kelapa berupa produk nata de coco yang dihasilkan dari air kelapa yang difermentasi

II. Dasar Teori :

Nata de coco merupakan makanan hasil permentasi air kelapa denganbantuan Acetobacter xylinum. Nata de coco rasanya menyegarkan dan mengandung banyak serat sehingga baik untuk pencernaan. Nata de coco juga dipercaya dapat menurunkan tekanan darah tinggi dan kolesterol.Air kelapa merupakan media yang baik untukpertumbuhan mikroba,karena mengandung gula,senyawa nitrogen, mineral, dan vitamin. Air kelapa yang biasa digunakan untuk membuat nata de coco berasal darikelapa tua sedang (green mature). Nata de coco sebaiknya dibuat darikelapa yang dipetik kurang dari satu minggu, agar nata yang dihasilkanlebih tahan lama dan tidak mudah menjadi asam.Nata berkalori rendah (kadar serat kasar 2,5%) memiliki kandungan air 98% dengan tekstur agak kenyal, padat, kokoh, putuh, dan trasparan.Serat yang ada dalam nata jenis ini sangat dibutuhkan dalam prosesfisiologis, bahkan dapat membantu para penderita diabetes mengatasi masalah dehidrasi.

III. Proses pembuatan

Alat dan bahan

1. Air kelapa

2. Stater Acetobacter xylinum

3. Pupuk ZA

4. Gula pasir

5. Alat penyaring

6. Panci

7. Kompor

8. Baskom

9. Nampan

10. Gayung

11. Rak tempat penyimpanan

12. Air kelapa

13. Gula pasir

14. Cuka

15. Zat urea

16. Stater/bibit nata de coco

Cara Membuat

1. Air kelapa mentah disaring dan dimasukkan ke dalam dandang/panci dan dimasak sampai mendidih 100 derajat celsius, setelah mendidih masukkan gula pasir, kemudian tambahkan gula, Za dan cuka sesuai dengan ukuran dari air kelapa.

2. Air kelapa yang mendidih dicapur dengan gula, cuka masukkan ke dalam baki plastik yang sudah steril

3. Baki plastik ditutup dengan menggunakan koran dan pastikan koran dalam kondisi steril dari bakteri yang akan mengganggu pertumbuhan nata de coco/sari kelapa, koran harus dijemur dipanas matahari

4. Baki-baki ditutup rapat dan disusun diatas rak dengan rapi dan ditiriskan sampai dingin.

5. Pembibitan dilakukan pada pagi hari sekitar jam 05.30-6.30

6. Baki hasil pembibitan tidak boleh terganggu apapun, tidak digoyang-goyang, bila ingin melihat hasil nata de coco bisa dilihat pada hari ke 3

7. Bali hasil pembibitan dibiarkan selama satu minggu

8. Pada hari ke 7 silakan nata de coco di panen

DAFTAR PUSTAKA

Bakry, Nurchalis dan Fami Amrusi Sukri. 1996. Bioteknologi dan

Al-qur’an:referensi dakwah da’I modern. Gema Insani Press:Jakarta

Budi Witarto, Arief. Bioteknologi di Indonesia: Kondisi dan Peluang. INOVASI Vol.7/XVIII/Juni 2006

Chang, Wiliam.2009.Bioetika Sebuah Pengantar. Kasinius (anggota IKAPI): Yogyakarta.

Jurnal Sains dan Teknologi Indonesia, V5. N5, Agustus 2003, hal. 136-142 /Humas-BPPT/ANY

Kistinnah, Isti. dan Endang Sri Lestari. 2009. Biologi. Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional.

Sudjadi.2008.Bioteknologi Kesehatan. Yogyakarta: kanisius.

Winarno, F.G.2002.Pengantar Bioteknologi.MBrio:Bogor

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Hj. Tri Krisnawati,

Anak ketiga dari 5 bersaudara pasangan dari H..Sukahono dan Hj. Sriwati.

Tempat/tanggal lahir : Hulu Sungai Selatan, 22 Januari 1967.

Agama : Islam.

Pekerjaan : Pegawai Negeri Sipil sebagai Guru Bidang Studi Biologi di SMAN 2 Kandangan.

Alamat : Jl. Pemuda Lorong Nusa Indah No.80 RT.18 RW.IX Kandangan Kabupaten Hulu Sungai Selatan.

Pendidikan : 1. SD Negeri Bupati 1 Kandangan (Lulus tahun 1980).

2. SMP Negeri 1 Kandangan(Lulus tahun 1983).

3. SMA Negeri 1 Kandangan(Lulus tahun 1986).

4. FKIP Prodi Biologi Unlam(Lulus tahun 1991).

5. Program Pasca Sarjana Prodi Biologi (Lulus 2012)

Keluarga : 1. Suami : H. Maulidy Rifani, S.Mn. (PNS).

2. Anak I : Akhmad Teguh Fikri Pratama (Mhs FK Unlam Prodi Kedokteran Umum).

3. Anak II : Muhammad Zairullah Ansar (Siswa SD).

Riwayat Pekerjaan : 1. Tenaga Honorer sebagai Guru Bidang Studi Biologi di SMA Negeri 1 Kandangan (tahun 1991 - 1992).

2. Pegawai Negeri Sipil sebagai Guru Bidang Studi Biologi di SMAN Simpur (tahun 1992 - 1997).

3. Pegawai Negeri Sipil sebagai Guru Bidang Studi Biologi di SMAN 2 Kandangan (tahun 1997 - sekarang).

4. Tenaga Pengajar sebagai Guru Bidang Studi Biologi di SMA Unggulan Al Baladul Amin Kabupaten Hulu Sungai Selatan (tahun 2009 - sekarang).

5. Tenaga Pengajar STIKIP PGRI Banjarmasin di

Kandangan Tahun 2012-sekarang

Isna's blog

Rabu, 20 Maret 2013

modul 4 materi biologi kelas XII IPA