Konsep Fundamental Fisiologi Hewan

Hewan agar tetap dapat hidup harus melakukan kegiatan biologis seperti makan, bernafas, bergerak, dan berkembang biak. Semua kegiatan tersebut perlu diatur dan dikendalikan sehingga dapat tercipta lingkungan hewan yang nyaman. Hal ini dikaji dalam fisiologi hewan. Fisologi hewan adalah ilmu yang mempelajari mekanisme kerja fungsi kehidupan dan segala sesuatu yang dilakukan hewan dengan berbagai gejala yang ada pada sistem hidup, serta pengaturan atas segala fungsi dalam sistem hidup. Dalam menjalankan fungsi kehidupannya, hewan dipengaruhi oleh lingkungan dan aktivitas tubuhnya dimana pengaruh tersebut dapat mempengaruhi lingkungan internal tubuh hewan sehingga hewan harus beradaptasi untuk mempertahankan hidupnya dengan kemampuan yang dimiliki. Faktor-faktor lingkungan internal yang harus dijaga stabilitasnya oleh hewan :

• Keasaman atau pH
• Kadar garam
• Suhu tubuh
• Kandungan air tubuh
• Kandungan nutrien

Faktor-faktor ini harus tetap dijaga kestabilannya agar hewan dapat bertahan hidup dilingkungannya. Ini disebut dengan homeostatis, yaitu stabilitas lingkungan internal yang terjadi relatif konstan dan dinamis. Hewan yang dapat memelihara suhu tubuh dalam keadaan konstan, sekalipun suhu lingkungan luarnya berubah-ubah disebut hewan homeoterm sedangkan mekanisme pengaturan panas melalui proses biokimiawi dan fisiologis dimana metabolisme mengambil peranan penting dalam penyesuaian produksi panas tubuh, dibantu oleh kegiatan kooperatif atau selektif dari alat dan jaringan tubuh dalam mempercepat atau memperlambat pengeluaran panas keluar tubuh disebut daya homeostatis.

Terdapat dua jenis adaptasi yang dilakukan hewan. Pertama, aklimasi merupan perubahan adaptif yang terjadi pada hewan dalam kondisi yang terkendali, biasanya hanya satu atau dua faktor lingkungan yang berubah. Kedua, aklimatisasi merupakan reaksi keseluruhan yang terjadi setelah perubahan-perubahan yang kompleks dari lingkungan eksternal, yang disebabkan banyak faktor sekaligus.

Secara garis besar hewan dibagi menjadi dua kelompok, yaitu:

1. Hewan regulator adalah hewan yang mampu mengatur berbagai faktor stabilitas lingkungan internal dengan tepat.
2. Hewan konformer adalah hewan yang tidak mampu mempertahankan keadaan lingkungan internalnya, lingkungan internalnya berubah seiring dengan perubahan lingkungan eksternal.

Begitu pun dengan lingkungan eksternal dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:

1. Lingkungan akuatik, merupakam Lingkungan akuatik adalah tempat hidup hewan yang berupa air, baik air tawar, air laut, maupun air payau. Dalam lingkungan ini dikenal istilah tekanan hidrostatik, yaitu tekanan yang ditimbulkan oleh kedalaman air. Peningkatan kedalam air akan berkaitan dengan peningkatan tekanan air. Setiap peningkatan kedalaman air sebesar 10 m akan diikuti dengan peningkatan tekanan air sebesar. Semakin tinggi kedalaman air semakin tinggi tekanan hidrostatiknya, semakin jarang ditemukan kehidupan. Hal ini berpengaruh terhadap aktivitas kehidupan sel, antara lain metabolisme, struktur,dan reproduksi. Peningkatan tekanan hidrostatik hingga batas tertentu ternyata dapat juga diadaptasi oleh hewan tertentu yang dinamakan hewan barotoleran. Hewan ini memiliki enzim yang tetap aktif pada tekanan tinggi dan memiliki susunan membran dengan ikatan khusus sehingga mampu hidup pada lingkungan yang jumlah dan jenis nutrien yang terbatas.
2. Lingkungan Terestrial, merupakan empat hidup hewan yang berupa daratan. Keuntungan dari lingkungan ini adalah ketersediaan oksigen yang melimpah namun terdapat pula ancaman, yaitu radiasi dan dehidrasi. Radiasi adalah Perpindahan panas yang terjadi antara dua benda tanpa ada kontak langsung di antara keduanya sedangkan dehidrasi adalah kondisi tubuh yang kekurangan cairan akibat tubuh hewan kehilangan air dalam jumlah besar sehingga jumlah air dalam tubuh lebih sedikit daripada yang seharusnya.

Pengertian Mikrobiologi dan Mikroba

Mikrobiologi adalah salah satu cabang biologi yang menelaah mengenai organisme hidup berukuran mikroskopis yang meliputi virus, bakteri, archaea, protozoa, algae, dan fungi. Mikrobiologi dapat dibeda-bedakan menjadi beberapa sub disiplin berdasarkan berbagai macam orientasi, yaitu:

1. Orientasi taksonomi, meliputi virologi, bakteriologi, mikologi, fikologi atau algologi, dan protozoologi.
2. Orientasi habitat, meliputi mikrobiologi air, mikrobiologi tanah, dan mikrobiologi laut.
3. Orientasi problema, meliputi ekologi mikroba, mikrobiologi patogenik (Pathogenic microbiology), mikrobiologi pertanian, mikrobiologi industri, dan mikrobiologi geologi.

Terdapat pula lapangan mikrobiologi terapan yang meliputi mikrobiologi kedokteran, mikrobiologi akuatik, aeromikrobiologi, mikrobiologi makanan, mikrobiologi pertanian, mikrobiologi industri, eksomikrobiologi, dan mikrobiologi geokimia.

Mikroba atau mikroorganisme atau jasad renik adalah jasad hidup yang ukurannya sangat kecil. Secara klasik jasad hidup dapat digolongkan menjadi dunia tumbuhan (plantae) dan dunia hewan (animalia) karena menurut teori evolusi setiap jasad akan berkembang menuju ke sifat plantae atau animalia. Menurut Ernest Haeckel (1834-1919), berdasarkan perbedaan organisasi selnya dunia tumbuhan (plantae) dan dunia binatang (animalia) dibedakan dengan protista. Protista untuk menampung jasad yang tidak dapat dimasukkan pada golongan plantae dan animalia. Protista terdiri dari algae atau ganggang, protozoa, jamur atau fungi, dan bakteri yang mempunyai sifat uniseluler, sonositik, atau multiseluler tanpa diferensiasi jaringan. Kemudian dikembangkan lagi oleh R.H.Whittaker (1920-1980), dia membagi jasad hidup menjadi tiga tingkat perkembangan, yaitu jasad prokariotik yang meliputi bakteri dan ganggang biru (Divisio Monera); jasad eukariotik uniseluler meliputi algae sel tunggal, khamir dan protozoa (Divisio Protista); dan jasad eukariotik multiseluler & multinukleat meliputi Divisio Fungi, Divisio Plantae, serta Divisio Animalia. Sedangkan Carl Woese (1928) menggolongkan jasad hidup berdasarkan susunan kimia makromolekul yang terdapat di dalam sel. Pembagian tersebut meliputi arkhaebacteria, eukaryota (protozoa, fungi, tumbuhan dan binatang), dan eubacteria.

Mikroba di alam secara umum berperanan sebagai produsen, konsumen, maupun redusen. Jasad produsen menghasilkan bahan organik dari bahan anorganik dengan energi sinar matahari. Mikroba yang berperanan sebagai produsen adalah algae dan bakteri fotosintetik. Jasad konsumen menggunakan bahan organik yang dihasilkan oleh produsen, contoh: protozoa. Jasad redusen menguraikan bahan organik dan sisa-sisa jasad hidup yang mati menjadi unsur-unsur kimia (mineralisasi bahan organik) sehingga di alam terjadi siklus unsur-unsur kimia, contoh: bakteri dan jamur (fungi). Mikroba ada yang mempunyai banyak sel (multiseluler) ada pula yang terdiri dari satu sel saja (uniseluler). Selain yang bersifat seluler, ada mikroba yang bersifat nonseluler, yaitu virus. Virus merupakan makhluk hidup pada tingkatan molekul dan disebut sebbagai organisme peralihan karena mempunyai sebagian ciri makhluk hidup, misalnya dapat berkembang biak; dan ciri benda mati, yaitu dapat dikristalkan. Virus hanya dapat berkembang biak di sel-sel hidup (parasit obligat). Selain virus, ada jasad hidup lain yang disebut viroid. Viroid membawa sifat genetiknya sendiri yang dapat diekspresikan di dalam sel inang . Prion adalah jasad hidup yang lebih sederhana dari virus, yang terdiri atas suatu molekul protein yang infeksius (dapat menginfeksi sel inang).

SEJARAH PERKEMBANGAN MIKROBIOLOGI

Sejarah perkembangan mikrobiologi diawali dengan penemuan animalculus. Animalculus adalah jenis-jenis  mikroba  seperti protozoa,  algae,  khamir,  dan bakteri. Istilah animalculus pertama kali dikemukakan oleh Leeuwenhoek (1633-1723), istilah ini dikemukakan setelah Leeuwenhoek melakukan studi mengenai struktur mikroskopis dari biji, jaringan tumbuhan, dan invertebrata  kecil. Setelah itu muncul lah beberapa teori dan pendapat para ahli, diantaranya:

1.     Teori abiogenesis yang menyatakan bahwa animalculus timbul dengan sendirinya dan  berasal dari benda mati.

2.     Teoti biogenesis merupakan teori yang menentang teori abiogenesis. Eksperimen terkenal yang menentang teori abiogenesis ini dilakukan antara lain oleh Francesco Redi, Lazzaro Spallanzani, dan Louis Pasteur. Teori biogenesis ini menyatakan bahwa kehidupan berasal dari telur dan telur berasal dari kehidupan atau adanya kehidupan karena telah ada kehidupan sebelumnya.

Dalam eksperimennya Louis Pasteur menemukan istilah Pasteurisasi, yaitu cara  untuk  mematikan  beberapa  jenis  mikroba  tertentu  dengan menggunakan uap air panas, suhunya kurang  lebih 62°C; dan istilah Sterilisasi, yaitu cara untuk mematikan  mikroba  dengan  pemanasan  dan  tekanan  tinggi.

Sejarah perkembangan mikrobiologi dilanjukan dengan penemuan bakteri berspora oleh Jhon Tyndall. Dalam eksperimennya Jhon Tyndall menemukan istilah Tyndallisasi, yaitu pemanasan  yang  terputus  dan diulang  beberapa  kali. Eksperimennya ini mendukung pendapat Louis Pasteur.

Sejarah perkembangan mikrobiologi berlanjut dengan penemuan adanya peranan mikroba dalam transpormasi bahan organik. Hal ini dikarenakan mikroba dalam bahan organik akan mengalami perubahan susunan kimianya, perubahan kimia yang terjadi adalah fermentasi (pengkhamiran), yaitu proses  yang menghasilkan alkohol  atau  asam  organik,  misalnya  terjadi  pada  bahan  yang mengandung karbohidrat; atau pembusukan (putrefaction), yaitu proses  peruraian  yang menghasilkan bau busuk, seperti pada peruraian bahan yang mengandung protein. C. Latour, Th. Schwann, dan F. Kutzing (1837) secara terpisah menemukan bahwa zat gula yang mengalami fermentasi alkohol selalu dijumpai adanya khamir sehingga disimpulkan perubahan  gula menjadi alkohol dan CO2 merupakan fungsi  fisiologis dari sel khamir. Namun pendapat ini kemudian ditentang oleh Jj. Berzelius,  J. Liebig,  dan  F.  Wahler yang berpendapat bahwa fermentasi  dan pembusukan merupakan  reaksi kimia biasa. Hal ini dibuktikan dengan berhasilnya disintesa senyawa organik urea dari senyawa anorganik. Lalu Louis Pasteur melakukan penelitian proses  fermentasi dalam pembuatan  anggur dari gula bit dan menghasilkan anggur  yang  masam. Hal ini dikarenakan adanya sel-sel yang lebih kecil mengakibatkan sebagian besar proses fermentasi alkohol didesak oleh proses  fermentasi  lain, yaitu  fermentasi asam laktat sehingga disimpulkan bahwa setiap  proses  fermentasi tertentu disebabkan  oleh  aktivitas  mikroba  tertentu  pula,  yang  spesifik  untuk  proses fermentasi  tersebut.

Penemuan berikutnya yang menjadi sejarah perkembangan mikrobiologi adalah dengan ditemukanny kehidupan anaerob oleh Louis Pasteur, penemuan enzim oleh Buchner (1897), penemuan adanya mikroba penyebab penyakit oleh Louis Pasteur yang dibuktikan oleh Davaine  (1863-1868) Davaine  (1863-1868) dan Robert Koch (1876), penemuan virus oleh Dimitri Ivanovsky (1892) yang dibuktikan oleh Postulat River (1937), dan penemuan generatio spontanea (abiogenesis) menurut pandangan baru yang membuktikan bahwa kehidupan terjadi dari berbagai unsur kimia, dengan  rangkaian  reaksi  yang  mirip  dengan  reaksi  yang  terjadi  di  alam dan selanjutnya berkembang menjadi teori evolusi.

Fisiologi Saraf

Dalam sisten saraf terdapat istilah polarisasi, depolarisasi, dan repolarisasi. Polarisasi adalah keadaan dimana saraf sedang istirahat atau keadaan dimana saraf tidak sedang menjalankan rangsang. Pada keadaan ini muatan yang lebih negatif berada di sisi dalam membran sedangkan muatan yang lebih positif berada di sisi luar membran. Membran sel saraf bersifat impermeabel terhadap ion natrium dan permeabel terhadap ion kalium. Potensial yang dapat diterima membran saraf dalam keadaan istirahat berbeda-beda tergantung pada jenis selnya. Hal ini menunjukkan keadaan elektrolis antara sisi dalam membran dengan sisi luar membran. Perbedaan potensial tersebut disebabkan oleh adanya distribusi ion natriun dan kalium yang tidak seimbang di antara kedua sisi membran sel saraf. Besarnya potensial membran yang diukur saat sel dalam keadaan istirahat ini disebut potensial membran.

Depolarisasi adalah keadaan dimana saraf sedang menjalankan rangsang. Pada keadaan ini muatan yang lebih negatif berada di sisi luar membran sedangkan muatan yang lebih positif berada di sisi dalam membran. Membran sel saraf bersifat impermeabel terhadap ion kalium dan permeabel terhadap ion natrium sehingga ion (Na) berdifusi dan ion (K) ditahan. Dalam keadaan ini pula dikenal istilah potensial aksi, yaitu potensial membran yang diukur pada saat sel terdepolarisasi. Proses ini terjadi jika terdapat rangsangan yang akan menjadi impuls bagi saraf.

Impuls dapat dikatakan sebagai “aliran listrik” yang merambat pada serabut saraf. Impuls dapat dihantarkan melalui sel saraf dan sinapsis. Impuls melalui sel saraf terjadi karena adanya perbedaan potensial listrik antara bagian luar dan bagian dalam serabut saraf sehingga impuls merambat sesuai aliran listrik. Impuls melalui sinapsis terjadi karena adanya neurontransmiter, yaitu senyawa kimia yang menghantarkan impuls di dalam sinapsis. Impuls diterima neurontransmiter di membran presinapsis kemudian neurontransmiter menyebrangi celah sinapsis menuju membran postsinapsis. Membran postsinapsis mengalami depolarisasi dan impuls diteruskan ke serabut saraf berikutnya. Perjalan impuls melalui sinaps disebut trasmisi. Terdapat dua jenis perjalan impuls melalui sinapsis, pertama melalui sinaps elektrik sehingga disebut transmisi elektrik dan kedua melalui sinaps kimia sehingga disebut trasmisi kimiawi.

Repolarisasi disebut juga sebagai periode penyembuhan setelah saraf mengalami depolarisasi. Repolarisasi merupakan tahapan yang paling penting bagi sel. Diantara depolarisasi dan repolarisasi terdapat satu periode yang disebut sebagai periode refrakter, yaitu periode waktu tertentu saat sel saraf tidak dapat menanggapi rangsang yang diberikan untuk kedua kalinya. Terdapat dua jenis periode refrakter, yaitu:

1. Periode refrakter absolut ialah jangka waktu tertentu saat sel saraf benar-benar tidak dapat menanggapi rangsang yang diberikan untuk kedua kalinya, apapun jenis rangsangnya dan berapa pun kekuatan rangsang yang diberikan. Periode ini biasanya berlangsung pada awal repolarisasi.

2. Periode refrakter relatif ialah jangka waktu pada akhir repolarisasi, yang mana sel saraf kemungkinan sudah dapat kembali menanggapi rangsang, asalkan rangsang yang diberikan lebih kuat daripada rangsang sebelumnya atau jenis rangsangnya berbeda.

Fisiologi Sel

Sel adalah unit terkecil dari organisme. Sel terdiri atas sekumpulan organel, dimana organel ini disusun oleh beberapa molekul biologis, dan molekul biologis itu sendiri dibangun oleh sejumlah atom. Berdasarkan jumlah sel yg menyusunnya, hewan terbagi menjadi dua kelompok, yaitu hewan bersel satu (sel tunggal) dan hewan bersel banyak (multiseluler). Pada hewan bersel satu segala fungsi kehidupan dilakukan oleh sel itu sendiri sedangkan pada hewan multiseluler fungsi kehidupan dilakukan dengan cara kerja sama amtara sel-sel yang bertugas sesuai dengan fungsinya masing-masing. Sekumpulan sel yang sama akan membentuk jaringan à organ à sistem organ à individu. Istilah sel pertama kali dikemukakan oleh Robert Hooke (1665) yang melakukan pengamatan terhadap sayatan gabus dengan menggunakan mikroskop. Dia melihat adanya ruangan-ruangan kecil yang mennyusun gabus. Ruangan kecil itu diberi nama sel.

Bagian yang paling penting dari sebuah sel adalah inti sel karena berfungsi sebagai pembawa DNA yang kemudian akan membentuk gen. DNA yang bergabung dengan protein akan membentuk kromatin. Kromatin yang menebal disebut kromosom. Kromosom dan gen berfungsi untuk mensintesis RNA, dimana RNA akan berfungsi untuk mengatur karakteristik dari protein yang diperlukan untuk berbagai aktifitas enzimatik. Terdapat 3 jenis RNA yang dibentuk oleh DNA, yaitu:

1.       Messenger RNA (mRNA), berfungsi membawa kode genetik ke sitoplasma untuk mengatur sintesis protein.

2.     Transfer RNA (tRNA) untuk transpor asam amino menuju ribosom untuk   digunakan menyusun molekul protein.

3.     Ribosomal RNA (rRNA) untuk membentuk ribosom bersama dengan 75 protein lainnya.

Selain inti sel, terdapat pula sitoplasma dan organel-organel sel yang memiliki bentuk serta fungsi yang telah terspesialisasi. Organel-organel tersebut adalah:

1.       Ribosom, berfungsi sebagai tempat sintesis protein.

2.     Retikulum endoplasmik (retikulum endoplasmik kasar dan halus). Retikulum endoplasmik kasar berfungsi sebagai tempat penampungan protein yang dihasilkan oleh ribosom sedangkan retikulum endoplasmik halus berfungsi dalam sintesis lipid (termasuk fosfolipid dan steroid), metabolisme karbohidrat dan menawarkan obat serta racun.

3.     Aparatus golgi, berfungsi untuk memodifikasi unit glikoprotein dari karbohidrat dan sebagai bagian yang menyortir dan mengarahkan protein sesuai dengan tempatnya secara tepat.

4.     Lisosom, berfungsi dalam pencernaan intrasel, yaitu mencerna zat-zat yang masuk ke dalam sel.

5.     Mitokondria, berfungsi sebagai tempat respirasi seluler.

6.     Sentriol, berperan penting selama proses pembelahan sel.

7.     Sitoskeleton (mikrotubulus, mikrofilamen, filamen intermedier), berfungsi untuk mempertahankan struktur sel agar tidak mudah berubah.

Bagian sel lainnya yang tidak kalah penting adalah membran sel. Membran sel tersusun dari lemak, karbohidrat, dan protein. Fungsinya untuk melindungi sel, berperan sebagai reseptor (penerima) rangsang dari luar sel, dan mengatur keluar masuknya (sistem transpor) molekul-molekul. Terdapat beberapa macam cara transpor zat melalui membran, yaitu transpor ion channel, transpor aktif primer, transpor aktif sekunder (transpor sekunder co-transpor dan transpor sekunder counter-transpor), serta fagositosis dan pinositosis. Contoh transpor zat melalui membran adalah difusi dan osmosis.

Komposisi kimia sel terdiri atas air, elektrolit, lemak, protein, dan karbohidrat. Selain itu sel juga memiliki sifat fisik dan kimia, yaitu kapasitas panas, kapasitas penguapan, viskositas, dan kondisi molekul.

Di dalam sel terjadi pula proses metabolisme. Metabolisme sel terjadi melalui 3 tahapan, yaitu:

1.       Makanan yang terdiri atas karbohidrat, lemak, dan protein akan melalui pemecahan ke dalam bentuk yang sederhana (karbohidrat menjadi gula sederhana, lemak menjadi asam lemak gliserol, dan protein menjadi asam amino).

2.     Gula sederhana mengalami glikolisis menghyasilkan 1 NADPH dan 2 ATP serta berubah menjadi asam piruvat. Asam amino berubah menjadi asam piruvat dan asetil Ko-A. Asam lemak gliserol berubah menjadi asetil Ko-A.

3.     Pada tahap ini terjadi oksidasi asetil ko-A menjadi H₂O dan CO₂ melibatkan proses pembentukan NADH, selanjutnya akan menghasilkan ATP dalam jumlah lebih banyak melalui sistem transpor elektron dan berlangsung dalam kondisi aerob sehingga ketersediaan oksigen mutlak diperlukan. Kekurangan oksigen dapat mengganggu proses pembentukan ATP.