PRINSIP EKOLOGI DALAM PENGENDALIAN HAYATI Dr Sugiyarto, M.Si Jurusan Biologi FMIPA UNS Surakarta Prodi Biosains PPs UNS Surakarta Puslitbang Bioteknologi & Biodiversitas LPPM UNS Surakarta

Prinsip Dasar Ekologi Populasi 1 Prinsip Dasar Ekologi Populasi 1. Ekologi adalah ilmu yang mempelajari hubungan timbal-balik antara makhluk hidup dan lingkungannya. Dalam definisi tersebut lingkungan dapat dibagi menjadi dua faktor, yaitu faktor fisik (abiotik) dan faktor biologi (biotik).

2. Di dalam suatu ekosistem alami atau pertanian (agroekosistem), beragam jenis makhluk hidup akan membentuk suatu komunitas yang terdiri atas populasi-populasi dari jenis yang berbeda. Setiap populasi memiliki berbagai karakteristik, seperti kepadatan, struktur umur, laju kelahiran, dan laju kematian.

3. Di alam, populasi makhluk hidup tidaklah statis, tetapi selalu dalam keadaan yang dinamis. Segala perubahan yang terjadi pada jumlah anggota populasi dan faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan tersebut dipelajari dalam studi dinamika populasi.

4. Ukuran populasi makhluk hidup tergantung pada individu-individu yang lahir, mati, datang (imigrasi), dan pergi (emigrasi). Ukuran populasi akan bertambah dengan adanya kelahiran dan imigrasi, serta berkurang dengan adanya kematian dan emigrasi.

5. Jika laju imigrasi dan emigrasi seimbang, serta laju kelahiran dan kematian tetap maka pertumbuhan populasi akan bersifat eksponensial dengan model pertumbuhan populasi Nt = No ert dan laju pertumbuhan populasi dN/dt = (b-d) No = rNo. Pertumbuhan eksponensial memperlihatkan potensi biotik (biotic potential) makhluk hidup dengan sumber daya yang tidak terbatas dan tidak ada musuh alami. Kurva pertumbuhan populasi logistik akan berbentuk huruf J.

6. Ukuran populasi makhluk hidup di alam dibatasi oleh daya dukung lingkungannya (K), sehingga populasi makhluk hidup akan menunjukkan suatu pertumbuhan logistik dengan persamaan dN/dt = rNo (1-No/K). Adapun persamaan model pertumbuhan populasinya adalah Nt = K / (1 + ea-rt). Kurva pertumbuhan populasi logistik akan berbentuk huruf S.

7. Informasi mengenai laju reproduksi bersih (Ro), waktu generasi (T), dan laju pertambahan per kapita (r) sejenis makhluk hidup akan dapat diketahui dengan membuat tabel kehidupan (life table) nya.

8. Makhluk hidup yang memiliki strategi hidup r hidup di habitat sementara, beradaptasi untuk memperoleh makanan sebanyak-banyaknya dalam waktu yang singkat, dan ukuran populasinya berfluktuasi tanpa terkendali. Mereka biasanya berukuran kecil, selalu berpindah-pindah, dan memiliki waktu generasi yang pendek. Sebaliknya, makhluk hidup dengan strategi hidup K hidup di habitat yang stabil dan ukuran populasinya mendekati daya dukung habitat. Mereka biasanya berukuran besar, jarang berpindah-berpindah, dan waktu generasinya panjang.

Pengaruh Faktor Lingkungan terhadap Populasi (Hukum minimum Leibig, Teori Toleransi Shelford, Holocoenotik) 1. Berbagai faktor lingkungan dapat bekerja sebagai suatu kekuatan alam yang mengakibatkan naik turunnya kelimpahan populasi sejenis makhluk hidup. Faktor-faktor lingkungan tersebut dapat membantu atau menghambat usaha pengendalian organisme tak dikehendaki (hama, penyakit, gulma).

2. Penyakit merupakan salah satu dari berbagai faktor terkait kepadatan yang pengaruhnya semakin besar dengan meningkatmya kepadatan populasi makhluk hidup. Bencana alam seperti letusan gunung berapi atau hujan badai, meskipun dapat mempengaruhi ukuran populasi makhluk hidup, adalah faktor-faktor yang tidak terkait dengan kepadatan populasi makhluk hidup. Pada kepadatan populasi berapa pun pengaruhnya akan tetap sama.

3. Hampir semua orang kini menerima pandangan bahwa populasi makhluk hidup di alam diatur oleh faktor-faktor yang terkait dengan kepadatan. Faktor-faktor yang tidak terkait dengan kepadatan hanya dapat mengubah tetapi tidak mengatur kepadatan populasi makhluk hidup di alam.

4. Peranan faktor biotik dan abiotik dalam menentukan ukuran populasi makhluk hidup di suatu ekosistem dapat digambarkan melalui skenario umpan balik lingkungan (environmental feedback). Persaingan antarindividu sejenis (intraspesifik) dalam memperebutkan sumber daya akan mengurangi ukuran populasi atau terjadi umpan balik negatif (negative feedback). Pada waktu ukuran populasi cukup rendah, maka kondisi lingkungan mulai pulih dan siklus yang sama akan terjadi lagi.

5. Interaksi antara makhluk hidup tidak sejenis dapat mempengaruhi lingkungan jenis lain secara positif (+), negatif (-), atau tidak sama sekali (0). Kategori interaksi antara jenis-jenis makhluk hidup yang berbeda dapat dibagi menjadi empat, yaitu 1) persaingan (-/-), 2) eksploitasi (+/-), 3) mutualisme (+/+), dan 4) komensalisme (+/0).

Interaksi yang termasuk ke dalam kategori eksploitasi adalah pemangsaan, parasitisme, patogenitas, dan herbivori.

6. Interaksi yang bersifat eksploitasi dapat membatasi ukuran dan penyebaran populasi mangsa atau inang. Aktivitas pemangsa, parasitoid, patogen, atau herbivora akan menurunkan laju kelahiran dan meningkatkan laju kematian mangsa atau inang.

Inilah konsep pengendalian hayati (biological control) klasik yang melibatkan adanya musuh alami (agen hayati: predator, parasitoit, pathogen, herbivora) dalam menekan populasi organisme tak dikehendaki (target)

Peran Biologi Molekuler & Genetika dalam sistem pengendalian hayati Interaksi antar organisme dapat dimodifikasi oleh faktor internal organisme agen hayati ataupun target:

Perbaikan sistem imun; organisme yang sehat tidak mudah terkena serangan organisme pengganggu. Imunisasi dapat dibangun dari a. internal individu organisme melalui perbaikan sifat secara - rekayasa genetik - fusi sel - fisiologis-morfologis (agronomik) b. imunisasi buatan (misal: vaksinasi)

2. Biosida hayati ;Komponen senyawa aktif tertentu (metabolit sekunder) baik atraktan, repelent, alelopati maupun racun dari suatu organisme dapat diekstrak dan diaplikasikan sebagai biosida 3. Sistem jantan mandul; strerilisasi pejantan organisme pengganggu bersifat mobil (hama) akan meningkatkan populasi organisme steril dan dalam jangka panjang menurunkan populasi organisme secara menyeluruh bahkan kemungkinan terjadi kepunahan (eradikasi)

Sistem transgenik; gen penyandi pembentukan senyawa racun dari organisme agen hayati (pathogen) dapat ditransfer ke organisme inang (misal tanaman budidaya) dari organisme target (misal hama) sehingga mampu mempertahankan diri dari serangan organisme pengganggu