Konsep dasar tentang materi dan energi, alam semesta, asal muasal kehidupan di bum dan perkembangan variabilitas makhluk hidup

A.      Konsep Dasar tentang Materi Dan Energi

Dunia benda terdiri atas dua unsur, yaitu Materi dan Energi:

1.         Materi

Materi adalah apa saja yang mempunyai massa dan menempati suatu ruang baik yang berbentuk padat, cair dan gas.

a.         Wujud materi :

·      Padat, Bentuk dan volume tetap, selama tidak ada pengaruh dari luar.

·      Cair, Bentuknya berubah-ubah sesauai bentuk tempatnya dan volume tetap.

·      Gas, Bentuk dan volume tidak tetap, mengisi seluruh ruang yang tersedia.

b.        Klasifikasi Materi :

·      Homogen disebut zat/substansi , terdiri dari:

-          Unsur (zat yang tidak bisa diuraikan lagi), terdiri dari unsure logam (misalnya Fe dan Zn) dan nonlogam (misalnya C, O, H)

-          Senyawa (bisa diuraikan karena terdiri dari beberapa unsure) misalnya H2O

·      Heterogen disebut campuran, terdiri dari :

-          Campuran Homogen, misalnya larutan gula.

-          Campuran Heterogen , misalnya campuran minyak dan air.

c.         Struktur Materi :

Menurut Demokritos (460 – 370 SM) semua materi terdiri atas partikel-partikel yang amat kecil (tidak dapat dibagi lagi) yang disebut atom. Menurut Robert Boyle (abad XVII) partikel terkecil dari zat disebut molekul, molekul-molekul zat yang sama akan sama semua sifatnya.

2.         Energi

Energi atau tenaga ialah kemampuan untuk melakukan kerja Energi dapat memindahkan materi dari suatu tempat ke tempat lain. Macam-macam energi:

a.    Energi mekanik

·      Energi Potensial (energi tempat) bersifat tidak aktif. Misalnya energy yang tersimpan dalam waduk

·      Energi kinetic (energi gerak) bersifat aktif. Misalnya energy pada air waduk yang mengalir deras. Semakin tinggi letak air waduk dari permukaan laut, semakin besar pula energy potensialnya.

b.    Energi Panas (kalor), pemberian kalor kepada suatu benda mengakibatkan kenaikan suhu benda sehingga terjadi perubahan bentuk, ukuranatau volume benda terseabut. Misalnya ketika merebus air hingga mendidih, jika dibiarkan terusmaka air akan berubah menjadi uap air.

c.    Energi Magnetik, yaitu energy yang tersimpan dalam magnet. Setiap magnet memiliki 2 kutub (+,-) disekitar kutub ada medan magnet (daerah di sekeliling kutub magnet) dimana energy magnet masih dapat dirasakan.

d.   Energi Listrik, energy yang ditimbulkan atau dibangkitkan dengan berbagai macam cara, misalnya darai: air sungai atau air terjun(energy kinetic), kincir angin(energy angin), accu (energy kimia), generator listrik (tenaga uap) tenaga diesel, tenaga nuklir.

e.    Energi Kimia, energy yang diperoleh melalui suatu proses kimia, misalnya energy dalam tubuh manusia yang diperoleh dari oksidasi makanan.

f.     Energi Bunyi (getaran), pada saat suatu benda jatuh di lantai, maka energy kinetiknya berubah menjadi energy panas dan juga energy getaran, yaitu timbulnya suatu getaran yang hebat dan dapat merobohkan bangunan.

g.    Energi nuklir, didapatkan apabila suatu atom pecah menjadi atau yang lain, dan pecahnya itu disertai pembebasan energy . satu-satu nya sumber energy nuklir yang sangat besar adalah uranium . energy nuklir dapat digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik, untuk transportasi dan untuk bidang kesehatan.

h.    Energi cahaya,

·      Dari cahaya matahari, yang diperlukan terutama oleh tumbuhan berhijau daun dan digunakan oleh makhluk hidup lainnya.

·      Dari sinar laser, yaitu pada suatu gelombang yang sama dan amat kuat. Sinar laser banyak digunakan dalam bidang industry dan kesehatan.

Energi diperoleh dari :

1.      Proses oksidasi atau pembakaran zat makananyang masuk ke dalam tubuh.

2.      Sumber daya alam (natural resources) untuk kegiatan memproduksi barang, transportasi, dan untukkegiatan yang lainnya.

B.       Alam Semesta

Alam semesta adalah ruang dimana di dalamnya terdapat kehidupan biotik maupun abiotik serta segala macam peristiwa alam yang dapat diungkapkan maupun yang belum dapat diungkapkan oleh manusia.

Teori terbentuknya alam semesta:

1.         Pandangan Klasik

Para ahli fisika klasik sesuai hasil observasinya mempunyai konsep tentang penciptaan alam semesta sebagai berikut:

·           Langit atau ruang alam tidak terbatas  dan besarnya tidak berhingga.

·           Alam juga tidak berubah status totalitasnya dari waktu yang tidak berhingga lamanya yang telah lampau sampai yang tidak berhingga akan datang.

2.         Pandangan Modern

Pada tahun 1929 Edwin Hubble (Amerika) dengan teropong bintang terbesar di dunia menyatakan : “alam semesta tidak statis, tetapi dinamis seperti model Friedman “. Dengan penemuan Edwin Hubble tersebut para ilmuwan berkesimpulan bahwa:

·      Alam yang kita huni ini mengembang, volume ruang jagad raya ini bertambah besar setiap saat.

·      Semua galaksi di jagad raya ini semula bersatu padu dengan galaksi Bima Sakti sekitar 15 milyard tahun yang lalu.

Dari konsep tersebut melahirkan beberapa teori tentang terbentuknya alam semesta:

a.         Teori Dentuman  Berdasarkan teori ini, alam semesta terbentuk karena adanya ledakan massa yang sangat hebat yang disebabkan oleh adanya reaksi inti.

b.        Teori Ekspansi dan Kontraksi Teori ini mengungkapkan bahwa galaksi dan bintang-bintang terbentuk pada saat masa ekspansi.

C.      Asal Mula Kehidupan di Bumi

Generatio Spontanea (Abiogenesis) Oleh Aristoteles sebelum abad 17 yang menyatakan : “makhluk hidup itu terbentuk secara spontan (sendirinya) atau berasal dari bukan makhluk hidup (abiogenesis) “ Contoh : - ulat timbul dengan sendirinya dari bangkai tikus, - cacing timbul dengan sendirinya dari dalam lumpur.

Cosmozoa, Bahwa makhluk hidup di bumi ini asal-usulnya dari luar bumi  (planet lain), berbentuk spora yang aktif jatuh ke bumi lalu berkembang biak. Hipotesis ini terlalu lemah karena tidak didukung oleh fakta-fakta dan tidak menjawab asal mula kehidupan.

Omne vivum ex ovo, oleh Fransisco Redi (1626 – 1697 ) yang membuktikan bahwa ulat pada bangkai tikus berasal dari telur lalat yang meletakkan telurnya dengan sengaja di situ. Jadi asal mula kehidupan adalah dari telur (omne vivum ex ovo).

Omne ovo ex vivo, oleh Lazzaro Spallanzani (1729 – 1799) dengan percobaan terhadap kaldu, membuktikan bahwa jasad renik atau mikroorganisme yang mencemari kaldu dapat membusukkan kaldu itu. Tetapi bila kaldu ditutup rapat setelah mendidih maka tidak terjadi pembusukan. Sehingga ia berkesimpulan bahwa untuk adanya telur harus ada jasad hidup terlebih dahulu. Maka muncullah teori ‘ omne ovo ex vivo’ atau telur itu berasal dari makhluk hidup.

Omne vivum ex vivo, oleh Louis Pasteur (1822-1895) yang berkesimpulan bahwa makhluk hidup berasal dari makhluk hidup juga yang disebut teori omne vivum ex vivo atau biogenesis.

Teori Urey, oleh Harold Urey (1893) mengemukakan bahwa atmosfer bumi pada awal mulanya kaya akan gas-gas metana (CH4), amoniak (NH3), hydrogen (H2) dan air (H2O) yang merupakan unsur-unsur penting dalam tubuh makhluk hidup.Diduga karena adanya energi dari aliran listrik halilintar dan radiasi sinar kosmos unsur-unsur itu mengadakan reaksi-reaksi kimia membentuk zat-zat hidup seeperti virus , berjuta-juta tahun berkembang menjadi berbagai jenis organisme.

Teori Oparin, Haldane Oparin ahli biologi dari Rusia tahun 1924 mempublikasikan pendapatnya tentang asal mula kehidupan dan baru ditanggapi pada tahun 1936 setelah diterbitkan dalam berbagai bahasa. J.B.S. Haldane ahli biologi dari Inggris secara terpisah mempunyai pendapat yang sama. Kesimpulan mereka adalah bahwa jasad hidup terbentuk dari senyawa kimia dalam laut pada saat atmosfir bumi belum mengandung oksigen bebas. Senyawa organik tersebut antara lain asam amino sederhana, basa purin dan pirimidin, senyawa-senyawa golongan gula, asam polinukleat dan polisakarida, dengan  bantuan sinar UV, petir, panas dan radiasi senyawa-senyawa tersebut bereaksi membentuk   jasad hidup pertama yang disebut protobiont  (hidup sekitar 5 – 10 m di bawah permukaan laut). Teori ini kembali pada generatio spontanea tapi melalui proses evolusi.

Stanley L. Miller menguji kembali teori Urey selama satu minggu dengan  bantuan kilatan listrik dan suhu yang cukup mereaksikan metana, amoniak, hidrogen dan air yang kemudian terbentuk senyawa-senyawa organik (asam amino, purin, pirimidin, gula ribose/deoksiribosa, asam nukleat/nukleosida). Senyawa-senyawa organik tersebut merupakan senyawa dasar dari jasad hidup

D.      Perkembangan Variabilitas Makhluk Hidup

1.         Reproduksi dari sel

Dalam reproduksi sel, inti sel memegang peranan yang penting. Adapun sitoplasma memegang peranan penting dalam metabolisme, sedangkan membran berperan di antaranya untuk iritabilitas, namun ketiganya tidak dapat berbuat sendiri-sendiri.Dari hasil pengamatan melalui mikroskop terhadap berbagai jenis makhluk hidup ternyata terlihat ada dua macam pembelahan sel yaitu tipe mitosis dan tipe amitosis.

a.         Amitosis Disebut juga pembelahan sel secara langsung, karena tanpa melalui fase-fase tertentu, misalnya pada bakteri dan ganggang.  Prosesnya sebagai berikut:

·           mula-mula terbentuk dinding baru pada sel dewasa dan inti sel mendekati dinding itu.

·           Inti membelah dua dan bergerak saling menjauhi.

·           Gerakan saling menjauhi itu diikuti oleh dinding sel.

·           Terbentuk dua sel anak yang akan berkembang jadi dewasa dan membelah lagi, begitu seterusnya.

b.        Mitosis Pembelahan sel secara mitosis melalui beberapa fase, yaitu:

·           Interfase: sel dalam keadaan dewasa, khromatin nampak sebagai butiran-butiran yang tersebar dalam inti sel, sentrosom tampak di luar inti.

·           Profase : sentrosom membelah menjkadi dua (sentriole) dan bergerak berlawanan arah. Khromatin menjadi benang-benang yang nampak jelas (khromosom). Diakhir profase khromosom menjadi khromatida, sedang pada sentriole terbentuk benang-benang protoplasma (aster).

·           Metafase : butir nucleolus tidak tampak lagi, pasangan khromosom menjadi pendek, menempatkan diri dalam bidang ekuator dengan sentriol sebagai kutub-kutubnya.

·           Anafase: pasangan khromatid mulai memisahkan diri masing-masing kea rah kutub yang berlawanan.

·           Telofase: masing-masing khromatid sudah benar-benar terpisah dan terbentuk dua buah sel yang identik. Sementara itu khromatid yang sebenarnya suatu khromosom anak ini kemudian mengkerut menjadi butir-butir khromatin. Nucleolus dan membran inti terbentuk kembali

2.    Perkembangbiakan Makhluk Hidup Bersel Banyak

a.         Perkembangbiakan aseksual

Terdapat beberapa cara perkembangbiakan aseksual yang menghasilkan individu yang identik dengan induknya karena berasal dari satu sel induk di mana protoplasma dengan unsur-unsur penentu keturunannya juga identik. Di antara perkembangbiakan aseksual adalah :

·           Pembelahan kembar, Sel membelah menjadi dua sel anak dengan jumlah sitoplasma yang sama dan induknya tidak mati. Misalnya pada Amoeba, Paramecium, Bakteri dan Spirogyra.

·           Kuncupan, Inti membelah menjadi dua belahan yang sama, tetapi sitoplasmanya membelah tidak tidak sama besar, bagian yang kecil disebut kuncup. Misalnya pada Hydra (binatang bunga karang).

·           Pembentukan spora, Spora adalah sel yang kecil sekali, diliputi oleh dinding sellulosa yang keras. Spora dibentuk dari inti makhluk hidup bersel satu. Inti ini akan membelah menjadi banyak inti. Tiap inti dengan sedikit sitoplasma dan dikelilingi oleh dinding akan membentuk spora. Dengan menembus dinding sel dari sel induknya, spora dapat berkembang menjadi sel baru. Proses ini disebut sporulasi. Misalnya perkembangbiakan pada jamur roti.

·           Perkembangbiakan  vegetatif, Adalah perkembangbiakan melalui salah satu organ dari tubuh makhluk hidup itu yang diberi fungsi untuk reproduksi. Perkembangbiakan vegetatif selain secara alami bisa dengan cara buatan manusia, seperti cangkok, stek, okulasi dan sebagainya

b.      Perkembangbiakan secara seksual

Ada beberapa tipe dari perkembangbiakan seksual, yaitu:

·         Konjugasi, Yakni proses peleburan dua isogamet (dua sel kelamin yang sama) membentuk zygot. Contohnya pada tumbuhan dan hewan tingkat rendah.

·         Fertilisasi, Yakni  proses peleburan dua heterogamet membentuk zygot. ( Ibnu Mas’ud, 1998 : 120 )

·         Evolusi, Adalah proses perubahan yang terjadi secara perlahan dan terus-menerus pada makhluk hidup yang menyebabkan terbentuknya variasi atau keanekaragaman makhluk hidup. Teori-teori evolusi :

3.        Keanekaragaman  makhluk hidup

Keanekaragaman makhluk hidup diklasifikasikan dengan sistem binominal dari C. Linnaeus, yakni dengan menggunakan dua kata  untuk nama tumbuhan atau hewan, misalnya pisang nama latinnya Musa paradisiaca. Kata pertama menunjukkan nama genus yang awalnya ditul;is huruf besar, dan kata kedua  menunjukkan spesies. Semua organisme hidup dibagi dalam dua kelompok besar yakni dunia tanaman dan dunia hewan. Kemudian dibagi lagi dalam phylum (hewan) dan division (tumbuhan), kelas, ordo/bangsa, familia/suku, genus dan spesies.

Dunia tanaman dibagi menjadi beberapa divisio, yaitu:

·      Thallophyta (ganggang dan jamur)

·      Bryophyta (lumut)

·      Pterodophyta (paku)

·      Spermatophyta (tumbuhan biji)

Dunia hewan dibagi menjadi beberapa phyllum, yaitu:

·      Protozoa (bersel satu)

·      Porifera (hewan bunga karang)

·      Coelenterata

·      Platyhelminthes (cacing gepeng)

·      Nemantheminthes (cacing bundar)

·      Annelida (cacing tanah)

·      Echinodermata (bintang laut)

·      Molluska

·      Artropoda

·      Chordata (bertulang belakang)