Walaupun sejenis bakteri tertentu mampu bertahan hidup pada sumber air panas yang temperaturnya mencapai 70oC, kebanyakan organisme dan sudah pasti semua jenis mamalia (binatang menyusui) hidupnya terbatas pada lingkungan yang memungkinkan temperatur tubuhnya tetap berada di bawah 40oC. Demikian pula, binatang harus mampu mempertahankan temperatur tubuhnya agar tidak menurun sampai jauh di bawah titik beku air. Hal tersebut terkait dengan adanya fakta bahwa laju reaksi kimia dipengaruh oleh temperatur. Dengan demikian, proses biokimia yang berlangsung dalam tubuh binatang juga akan dipengaruhi oleh temperatur dan karena itu berlangsung secara terbatas. Laju kecepatan sebagian besar reaksi kimia akan berlipat ganda dengan setiap peningkatan temperatur 10oC.
Sejumlah besar senyawa biokimia, dan utamanya protein, menjadi labil karena panas. Senyawa tersebut secara kimiawi berubah karena terdedah (terpapar) dengan temperatur 40-41oC atau lebih. Perubahan tersebut pada giliran berikutnya akan mempengaruhi peran senyawa tersebut dalam proses fisiologi yang berlangsung dalam tubuh. Misalnya, peningkatan temperatur akan menyebabkan perubahan kimiawi (denaturasi) protein yang merupakan enzim sehingga enzim tersebut menjadi tidak aktif. Selanjutnya, reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim tersebut tidak bisa berlangsung dengan sepatutnya.
Sebaliknya, karena terdedah dengan temperatur lingkungan yang sangat dingin, pembentukan kristal es dalam jaringan secara umum dapat merusak membrana sel dan hal ini pada giliran berikutnya dapat menyebabkan kematian. Dengan demikian, walaupun binatang mampu tetap hidup pada kisaran temperatur tubuh sampai 40oC, mereka akan memperoleh keuntungan kimiawi bila dapat mempertahankan temperatur tubuhnya dekat dengan batas tertinggi dari kisaran temperatur yang dapat ditolerirnya karena proses biokimianya berlangsung dengan sempurna pada temperatur tersebut.
Temperatur dari sebagian besar badan air berada dalam kisaran yang dapat diterima oleh makhluk hidup. Akan tetapi, temperatur udara sangat berfluktuasi atau berada dalam kisaran yang sangat lebar. Karena itu, upaya mempertahankan temperatur tubuh agar berada dalam kisaran normal (thermoregulasi) jauh lebih penting artinya pada organisme yang hidup di darat ketimbang organisme air.
Binatang memperoleh panas melalui:
(1). aktivitas metabolisme (produksi energi) yang berlangsung dalam tubuhnya dan
(2). dengan menyerap panas dari lingkungan. Bahkan, bila lingkungan sekitarnya (misalnya udara sekitar) lebih dingin daripada jaringan atau tubuh binatang, makhluk tersebut masih juga dapat menyerap energi radiasi matahari. Sebaliknya, binatang dapat kehilangan panas tubuhnya melalui: KONDUKSI, KONVEKSI, RADIASI, atau EVAPORASI (penguapan air).
Uraian secara rinci dari masing-masing cara hilangnya panas tubuh tersebut akan diberikan pada kesempatan berikutnya.
Kehilangan panas yang terpenting pada lingkungan air adalah melalui konduksi. Akan tetapi, pada lingkungan udara, konduksi tidak penting artinya karena udara merupakan konduktor atau penghantar panas yang jelek. Bahkan, udara sebenarnya merupakan insulator atau pelindung panas yang baik. Kehilangan panas melalui konveksi, radiasi, dan evaporasi penting artinya pada lingkungan udara.
PENGGOLONGAN BINATANG
Ditinjau dari segi kemampuannya untuk mengatur temperatur tubuh (thermoregulasi), binatang dapat digolongkan ke dalam:
(a). binatang berdarah dingin (cool-blooded animals) atau
(b). binatang berdarah hangat (warm-blooded animals).
Penggolongan tersebut didasarkan kepada kenyataan apakah binatang tersebut terasa dingin atau hangat badannya bila disentuh. Walaupun istilah tersebut tidak sepenuhnya memadai, kriteria itu masih sering digunakan orang dalam menggolongkan binatang. Jadi, vertebrata (binatang bertulang belakang) berdarah dingin meliputi ikan, amfibia, dan reptilia, sedangkan vertebrata berdarah hangat meliputi unggas dan mamalia (binatang menyusui).
Secara lebih tepat, berdasarkan kemampuan binatang untuk mempertahankan temperatur tubuhnya agar relatif konstan dan tidak berubah karena dipengaruhi oleh temperatur sekitarnya, kita dapat menggolongkan binatang ke dalam: binatang ektotherm dan binatang endotherm.
Binatang ektotherm temperatur tubuhnya sangat ditentukan atau tergantung kepada temperatur lingkungan tempat mereka saat itu berada. Temperatur tubuhnya berubah sesuai dengan temperatur lingkungannya. Semua binatang memang menghasilkan panas metabolisme untuk mempertahankan temperatur tubuhnya. Namun, binatang ektotherm tidak mampu menyesuaikan produksi panas metabolismenya dan/atau mengendalikan kehilangan panas tubuhnya melalui mekanisme fisiologi. Karena itu, temperatur tubuhnya tidak bisa konstan dan akan berubah mengikuti perubahan temperatur luar tubuhnya. Jenis binatang yang demikian itu hanya mampu mempertahankan temperatur tubuhnya melalui penyesuaian perilaku, misalnya, dengan berpindah tempat mencari bagian habitat yang lebih dingin atau lebih hangat sesuai dengan yang diinginkannya. Contohnya, pada siang hari yang panas terik di gurun pasir, ular atau kadal akan bersembunyi di bawah bebatuan atau di dalam lubang.
Sebaliknya, binatang endotherm mampu melangsungkan thermoregulasi melalui mekanisme penyesuaian perilaku dan yang lebih penting pengaturan fisiologi. Melalui mekanisme pengaturan fisiologi, binatang tersebut mampu meningkatkan produksi panas metabolismenya dan sekaligus menekan kehilangan panas tubuhnya bila mereka terdedah dengan lingkungan dingin. Sebaliknya, produksi panasnya akan ditekan dan kehilangan panas tubuhnya akan ditingkatkan bila mereka berada dalam lingkungan yang panas. Semuanya itu merupakan upaya untuk mempertahankan temperatur tubuh agar selalu berada dalam kisaran normal. Mereka juga mampu melakukan penyesuaian perilaku dengan berbagai macam cara. Secara umum, binatang endotherm mempunyai temperatur tubuh yang lebih tinggi ketimbang binatang ektotherm. Pada kedua jenis binatang tersebut, kegagalan untuk mempertahankan temperatur tubuh agar berada dalam kisaran yang dapat diterima oleh tubuhnya berakhir dengan kematian.
Masih ada lagi istilah lain yang digunakan untuk menjelaskan hubungan temperatur lingkungan dengan temperatur tubuh vertebrata. Istilah yang digunakan adalah:
(a). binatang poikilotherm,
(b). binatang homeotherm, dan
(c). binatang heterotherm.
Binatang poikilotherm adalah binatang yang temperatur tubuhnya selalu mendekati temperatur lingkungan tempat binatang tersebut saat itu berada. Dengan demikian, istilah poikilotherm itu pada hakikatnya merupakan sinonim dari ektotherm. Sebaliknya, binatang homeotherm merupakan binatang yang mampu mempertahankan temperatur tubunya agar tetap konstan atau mendekati konstan walaupun temperatur lingkungannya sangat bervariasi atau berubah-ubah. Binatang yang demikian itu tentu saja merupakan binatang endotherm.
Namun, tidak semua binatang endotherm merupakan binatang homeotherm. Beberapa binatang endotherm temperatur tubuhnya bisa berfluktuasi cukup lebar dan temperatur tubuhnya itu tidak lagi berubah ketika telah mendekati batas kritis temperatur yang dapat ditolerirnya. Binatang yang memiliki kemampuan thermoregulasi yang demikian itu disebut binatang heterotherm. Salah satu contoh binatang heterotherm adalah unta. Unta mampu bertahan hidup pada lingkungan gurun yang sangat panas di siang hari dan sangat dingin di malam hari karena memiliki kemampuan thermoregulasi yang demikian itu.
AKLIMASI DAN AKLIMATISASI
Pada kondisi percobaan, sejumlah besar vertebrata mampu mengatur kesensitifan tubuhnya sampai mendekati tercapainya temperatur ekstrim. Dalam hal ini, binatang yang terdedah selama beberapa waktu dengan temperatur yang mendekati batas temperatur yang kritis bagi kehidupannya menjadi lebih toleran temperatur. Selain itu, batas temperatur kritisnya menjadi makin lebar. Sebagai contoh, bila suatu spesies ikan yang biasanya mati pada temperatur air 38oC dibiarkan selama beberapa hari terus menerus terdedah dengan temperatur 37oC, ikan tersebut selanjutnya mungkin bisa bertahan hidup lingkungan temperatur 38oC. Kematiannya mungkin terjadi bila mereka terdedah dengan temperatur 39oC atau lebih. Penyesuaian toleransi terhadap panas (hanya melibatkan temperatur saja) seperti itu disebut dengan aklimasi (acclimation).
Kondisi alami tidak sama dengan kondisi percobaan. Pada kondisi alami, makhluk hidup terdedah dengan berbagai variabel lingkungan, tidak hanya dengan temperatur saja. Dalam artinya yang paling luas, lingkungan dapat digolongkan ke dalam 2 komponen utama.
(1). Faktor lingkungan abiotik, yaitu semua faktor fisik dan kimiawi dari lingkungan. Faktor abiotik atau fisik lingkungan yang penting artinya bagi kehidupan dan produktivitas hewan meliputi temperatur udara, kelembaban, radiasi matahari, dan angina.
(2). Faktor lingkungan biotik, yaitu semua interaksi antarentitas biologi seperti makanan, air, pemangsaan, penyakit, dan interaksi social serta seksual.
Perubahan faktor lingkungan abiotik utamanya seperti perubahan musiman dalam periode penyinaran (menentukan lama waktu siang hari dan malam hari), ketersediaan pakan, dll. yang berlangsung dalam jangka waktu yang relatif lama dapat mempengaruhi toleransi binatang. Pada kondisi yang demikian itu, berlangsung pengaturan fisiologi secara lebih mendalam sehingga memungkinkan binatang tersebut mampu bertahan hidup pada lingkungan yang berubah tersebut. Bentuk penyesuaian diri terhadap kondisi lingkungan yang berubah atau baru tersebut dan berlangsung dalam jangka waktu lama itu dikenal sebagai aklimatisasi (acclimatization). Secara umum, bentuk penyesuaian diri terhadap berbagai faktor lingkungan itu dikenal sebagai adaptasi (adaptation).
Dalam kuliah ini diberikan bentuk thermoregulasi pada hewan vertebrata mulai dari yang paling rendah tingkatannya, yaitu ikan sampai ke binatang menyusui (mamalia). Aktivitas thermoregulasi melalui mekanisme fisiologi yang terjadi pada mamalia khususnya hewan ternak tentu saja akan dibahas secara rinci.
THERMOREGULASI PADA IKAN
Ikan mempunyai temperatur internal yang sedikit lebih tinggi daripada temperatur air sekitarnya. Akan tetapi, bedanya itu biasanya kecil. Laju metabolisme pada ikan rendah. Perpindahan panas antara jaringan ikan dan lingkungan air adalah tinggi. Jadi, panas tubuh ikan banyak yang hilang melalui konduksi. Kehilangan panas terjadi hampir secepat panas tersebut dihasilkan. Dengan demikian, ikan selalu berusaha agar temperatur tubuhnya berada dalam kisaran normal.
Aktivitas ikan yang meningkat menghasilkan panas yang lebih banyak. Akan tetapi, karena ikan memerlukan banyak ventilasi lewat insang, laju kehilangan panasnya juga meningkat. Temperatur tubuh sebagian besar ikan sekitar pada umumnya 1oC lebih tinggi daripada temperatur air. Pada sejumlah ikan aktif yang ukurannya lebih besar, misalnya ikan marlin, beda temperatur tersebut bisa mencapai 5-6oC.
Karena itu, pengaturan temperatur pada ikan bergantung sepenuhnya kepada pengaturan perilaku berupa pemilihan bagian lingkungan air yang mempunyai temperatur yang dapat diterima oleh ikan tersebut. Bila suatu spesies ikan terperangkap dalam lingkungan air yang temperaturnya berada di atas kisaran temperatur normalnya (lebih hangat) atau di bawahnya (lebih dingin), ikan tersebut akan beraklimatisasi dengan berbagai cara.
Beberapa spesies bahkan mampu mengatasi perubahan temperatur secara mendadak sampai batas tertentu. Sebagai contoh, ada jenis ikan Ciprinus kecil yang hidup di kolam gurun pasir di Arizona, USA. Selama musim kering, kolam tersebut sangat dangkal dan hangat sekali airnya. Namun, ketika musim hujan tiba, badai hujan dapat meningkatkan volume air sampai 10 kali lipat dan menurunkan temperatur air sampai 10oC atau lebih dalam waktu beberapa menit saja. Hal menarik lainnya adalah bahwa selama musim kering terjadi pengendapan mineral pada permukaan kolam. Datangnya badai secara tiba-tiba dan cepat itu menyebabkan terjadi pelarutan mineral dengan cepat. Akibatnya, ikan yang hidup di kolam tersebut juga mengalami perubahan salinitas lingkungan secara mendadak dan drastis. Namun, ikan tersebut mampu mengatasi berbagai perubahan lingkungan tersebut dan bertahan hidup.
THERMOREGULASI PADA AMFIBIA
Amfibia yang hidup di air (amfibia akuatik) mempunyai aktivitas thermoregulasi yang sangat mirip dengan yang berlangsung pada ikan. Binatang tersebut hampir sepenuhnya bergantung kepada pemilihan bagian lingkungan untuk mempertahankan temperatur tubuhnya agar tetap berada dalam kisaran temperatur yang dapat ditolerirnya.
Amfibia yang hidup di darat mengatur temperatur tubuhnya terbatas melalui penyesuaian perilaku. Dalam beberapa hal, binatang tersebut mampu menahan temperatur rendah (dingin) dalam jangka waktu lama dengan melakukan hibernasi (hibernation), yaitu tidur dengan menekan proses fisiologi yang berlangsung dalam tubuhnya sampai batas minimum. Ihwal hibernasi tersebut akan diuraikan secara lebih rinci pada kesempatan yang lain.
Bagi sejumlah besar amfibia, upaya pengaturan panasnya untuk mengatasi temperatur tinggi (panas) berlangsung dengan sangat efektif karena kulitnya yang basah sehingga memungkinkan terjadinya penguapan air (kehilangan panas melalui evaporasi). Namun, hilangnya air dari dalam tubuhnya pada giliran berikutnya akan merupakan faktor penghambat. Kehilangan air secara berlebihan akan mengakibatkan binatang tersebut mengalami dehidrasi dan mungkin saja menyebabkan kematian.
Amfibia gurun pasir melakukan aktivitas pembenaman diri atau disebut estivasi (estivation) – aktivitas yang mirip dengan hibernasi. Selama hari-hari yang panas di musim panas, amfibia tersebut membenamkan dirinya dalam tanah dan kembali muncul ke permukaan tanah ketika temperatur lingkungan sudah tidak terlalau mencekam lagi.
Bila amfibia semi-akuatik mampu melangsungkan thermoregulasi dengan baik pada temperatur tinggi (panas), aktivitas thermoregulasinya pada temperatur rendah (dingin) jauh lebih sulit dilakukan. Hal ini terkait dengan kenyataan bahwa kulitnya pada hakikatnya merupakan permukaan respirasi (tempat terjadinya pertukaran udara pernafasan). Dengan demikian, dengan mudah dapat terjadi kehilangan panas tubuh melalui kulit pada saat temperatur lingkungannya tinggi.
THERMOREGULASI PADA REFTILIA
Karena kulitnya yang kering, reptilia lebih sulit kehilangan panas tubuh dan juga lebih mampu mengendalikan hilangnya air tubuh ketimbang amfibia. Fungsi ginjalnya yang lebih baik juga dapat lebih menahan atau mengurangi hilangnya air keluar tubuh. Adaptasi perilaku terhadap fluktuasi temperatur berlangsung secara lebih baik ketimbang yang berlangsung pada amfibia.
Tergantung kepada temperatur tubuhnya pada suatu waktu tertentu, reptilia akan memilih lingkungan yang hangat atau dingin untuk tempat menghabiskan waktunya. Selama malam hari yang dingin di gurun pasir, reptil mungkin menghabiskan waktunya dengan berada pada batu karang atau jalan yang dikeraskan untuk dapat menyerap sisa-sisa panas matahari yang dipancarkan oleh benda padat tersebut. Sebaliknya, selama siang hari yang panas, binatang tersebut akan membenamkan dirinya dalam pasir atau di bawah bahan yang dapat menahan panasnya sinar matahari. Dengan demikian, reptil mungkin akan menerdedahkan dirinya langsung di bawah sinar matahari atau berada di bawah naungan sehingga dengan demikian luas permukaan kulitnya makin banyak atau makin sedikit terdedah dengan radiasi matahari.
Sejumlah besar reptil mampu melakukan sedikit aktivitas thermoregulasi fisiologi dan adanya kemampuan itu menunjukkan mulai berkembangnya kemampuan homeothermi (kemampuan mempertahankan temperatur tubuh agar konstan atau mendekati konstan) pada binatang bertulang belakang (vertebrata). Binatang tersebut mempunyai pusat thermoregulasi pada sistem saraf pusat yang secara refleks merangsang terjadinya aktivitas terengah-engah atau perubahan tekanan darah. Aktivitas terengah-engah (panting) dapat meningkatkan hilangnya panas keluar tubuh. Meningkatnya tekanan darah menyebabkan panas secara lebih cepat terbawa ke permukaan tubuh dan dikeluarkan melalui proses radiasi (pemancaran panas) dan konveksi (hilangya panas terbawa oleh angin). Beberapa jenis reptil yang lebih besar ukuran tubuhnya mempunyai sedikit kemampuan untuk mengatur laju metabolismenya. Sebagai contoh, ular piton India mengerami telurnya dengan secara aktif mengkontraksikan ototnya untuk menghasilkan panas.
KESIMPULAN
Setiap organisme hidup, khususnya binatang bertulang belakang berusaha mempertahankan temperatur tubuhnya agar berada dalam kisaran yang mampu ditolerir oleh tubuhnya. Secara umum, upaya thermoregulasi itu meliputi penyesuaian perilaku, seperti misalnya mencari bagian lingkungan yang temperaturnya sesuai dengan yang diinginkan. Thermoregulasi yang demikian berlangsung pada vertebrata tingkat yang lebih rendah, yaitu ikan, amfibia, dan reptilia.
Thermoregulasi yang lebih penting perannya dan utamanya berlangsung pada bangsa burung dan binatang menyusui adalah penyesuaian fisiologi. Melalui mekanisme fisiologi ini, panas yang dihasilkan oleh tubuh melalui metabolisme diupayakan agar seimbang dengan panas yang hilang keluar tubuh melalui beberapa cara. Dengan demikian, temperatur tubuh binatang tersebut akan selalu berada dalam kisaran normal. Kegagalan dalam mengatur temperatur tubuh dalam kisaran normal tersebut pada giliran berikutnya dapat menyebabkan kematian.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar