Laju Respirasi Hewan Respiration Rate of Animals Azki Afidati Putri Anfa 1)*, Nadyatul Khaira Huda2), Nurul Fathjri Rahmayeny3) Rifqi Ramadhana4), Selvi Nur Afni5) 1)
NIM. 1410422025, Kelompok 5 A, Praktikum Fisiologi Hewan, FMIPA,Universitas Andalas NIM. 1410422015, Kelompok 5 A, Praktikum Fisiologi Hewan, FMIPA,Universitas Andalas 3) NIM. 1410422045, Kelompok 5 A, Praktikum Fisiologi Hewan, FMIPA,Universitas Andalas 4) NIM. 1410421001, Kelompok 5 A, Praktikum Fisiologi Hewan, FMIPA,Universitas Andalas 5) NIM. 1410422041, Kelompok 5 A, Praktikum Fisiologi Hewan, FMIPA,Universitas Andalas * Koresponden :
[email protected] 2)
Abtract An experiment about respiration rate of animals was done from November 11th, 2016. The experiment is to know measured respiration rate’s method by counted oxygens consumption and to look comparison respiration rate between different species of animals with different temperatures. This experiment used three treatments of temperatures were cold temperature, room temperature, and hot temperature. The results shown that respiration rates were significant difference between invertebrates and vertebrates. In the cold temperature, the highest respiration rate were Valanga sp. 10-3 mg/ml/s and the lowest were Periplaneta sp. 6x10-5 mg/ml/s. In the room temperature, highest respiration rate were Hemidactylus sp. 24x10-5 mg/ml/s and the lowest were Valanga sp. 10-5 mg/ml/s. In the hot temperature, highest respiration rate were Periplaneta sp. 39x10-5 mg/ml/s and the lowest were Valanga sp. -19x10-5 mg/ml/s. Keywords: Invertebrates, Respiration rate, Respirometer, Vertebrates. PENDAHULUAN Proses pengikatan oksigen dan pengeluaran karbon dioksida oleh darah melalui permukaan organ pernapasan. Proses tersebut disebut pernapasan. Oksigen merupakan zat yang mutlak dibutuhkan oleh tubuh untuk mengoksidasi zat makanan berupa karbohidrat, lemak dan protein sehingga menghasilkan energi (Burhanuddin, 2010). Respirasi mencakup pengambilan oksigen, mengedarkannya ke sel-sel, dan melepaskan karbondioksida. Proses respirasi melibatkan medium respirasi, membran respirasi, dan organ pernapasan (Martini, 2012). Organ respirasi pada setiap individu berbeda tergantung pada habitat dan cara hidupnya. Hewan akuatik memiliki organ pertukaran gas yang khusus yang disebut insang. Organ respirasi pada hewan terestrial berbeda dengan hewan akuatik. Organ-organ tersebut diantaranya paru-paru difusi, paru-paru buku, trakea, paru-paru alveolar, dan paru-paru sempurna. (Jumhana, 2006).
Sistem respirasi memiliki fungsi utama untuk memasok oksigen ke dalam tubuh serta membuang karbondioksida dari dalam tubuh. Pada dasarnya, sistem respirasi dibedakan menjadi dua, respirasi eksternal dan respirasi internal. Respirasi eksternal sama dengan bernapas sedangkan respirasi internal atau respirasi seluler ialah proses penggunaan oksigen oleh sel tubuh dan pembuangan zat sisa metabolisme sel berupa karbondioksida. Oksigen yang didapat dari lingkungan ini kemudian digunakan dalam proses fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP. Fungsi lain dari respirasi adalah untuk menjaga keseimbangan pH dan keseimbangan elektrik dalam cairan tubuh. Difusi gas antara organ respirasi dengan lingkungan dapat terjadi karena adanya perbedaan tekanan gas (Isnaeni, 2006). Faktor-faktor yang mempengaruhi laju respirasi suatu organisme diantaranya usia, berat badan, jenis kelamin, suhu, aktivitas, dan emosi. Semakin tua usia suatu
organisme maka semakin sedikit respirasi yang dibutuhkan. Hal ini disebabkan oleh penurunan regenerasi sel. Semakin berat suatu organisme maka semakin banyak respirasi yang dibutuhkan, karena jumlah sel yang dimiliki organisme tersebut menjadi lebih banyak (Isnaeni, 2006). Mekanisme respirasi pada serangga, contohnya kecoa dan belalang, meliputi tiga fase, yaitu fase inspirasi, pertukaran gas, dan fase ekspirasi. Fase inspirasi memerlukan waktu seperempat detik, spirakel pada bagian dada terbuka, udara masuk. Fase pertukaran gas memerlukan waktu sekitar satu detik, spirakel daerah dada ataupun perut menutup. Fase ekspirasi memerlukan waktu sekitar satu detik, spirakel daerah perut terbuka selama kurang lebih sepertiga detik. Setelah masuk ke dalam trakea, oksigen menuju trakeol, kemudian masuk ke dalam sel-sel tubuh secara difusi. Karbondioksida yang merupakan sisa pernapasan dikeluarkan juga melalui sistem trakea yang bermuara pada spirakel (Sunarto, 2004). Sedangkan respirasi pada reptil, contohnya cicak, mekanisme respirasinya berlangsung melalui azas pompa hisap (suction pump). Pergerakan tulang-tulang dada ke arah luar menimbulkan tekanan subatmosfir di dalam rongga dada dimana terdapat paruparu. Tekanan udara di luar tubuh lebih tinggi daripada di dalam paru-paru sehingga udara masuk ke dalam paru-paru menuruni gradien tekanan (Santoso, 2009). Respirasi sangat berkaitan dengan proses metabolisme dalam tubuh. Laju metabolisme adalah jumlah total energi yang diproduksi dan dipakai oleh tubuh per satuan waktu (Seeley, 2002). Respirasi berperan sebagai penyedia oksigen yang kemudian digunakan untuk proses metabolisme sehingga dihasilkan energi yang bermanfaat untuk menjalankan sistem-sistem kehidupan (Isnaeni, 2006). Laju metabolisme juga berkaitan erat dengan respirasi karena respirasi merupakan proses ekstraksi energi dari molekul makanan yang bergantung pada adanya oksigen. Laju respirasi dapat diketahui dengan mengukur banyaknya gas karbondioksida, uap air, dan energi yang dihasilkan. Semakin besar nilai komponen –
komponen tersebut, maka semakin besar laju respirasinya (Tobin, 2005). Pengukuran laju respirasi dapat menggunakan alat respirometer. Respirometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur rata-rata pertukaran oksigen dengan karbondioksida. Prinsip kerja respirometer adalah dengan mengamati banyaknya oksigen yang digunakan untuk pernapasan hewan uji dalam satu waktu yang ditandain dengan pergerakan cairan uji (eosin) pada pipa skala. Reagen yang digunakan dalam uji respirometer ini KOH dan eosin. KOH digunakan untuk mengikat karbondioksida yang dihembuskan oleh hewan uji dan mengubahnya menjadi K2CO3. Eosin bekerja sebagai penanda skala dan bergerak karena adanya penyurutan volume udara dalam tabung respirometer (Pearson Education, 2015). Adapun tujuan dari praktikum kali ini adalah untuk memahami metode pengukuran laju respirasi hewan melalui penghitungan konsumsi oksigen dan melihat perbedaan laju respirasi pada berbagai spesies hewan dan hubungannya dengan perbedaan temperatur lingkungan. PELAKSANAAN PRAKTIKUM Waktu dan Tempat Praktikum ini dilaksanakan pada hari Rabu , 11 November 2016 pukul di Laboratorium Teaching 2, Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Andalas. Alat dan Bahan Adapun alat yang digunakan pada praktikum laju respirasi yaitu respirometer, timbangan, beaker glass, tabung sampel, termometer, jarum suntik dan pemanas air. Sedangkan bahan yang digunakan adalah KOH 0,4%, eosin, vaselin, kapas, batu es, Valanga sp., Periplaneta sp., dan Hemidactylus sp. Cara Kerja Menghitung Laju Respirasi Invertebrata Valanga sp. dan Periplaneta sp. ditimbang secara bergantian terlebih dahulu. Selanjutnya, respirometer disusun dan eosin diinjeksikan kedalam pipa respirometer hingga skala 12 dan diusahakan tidak ada
gelembung udara. Selanjutnya, kapas dan KOH 4% dimasukkan kedalam tabung sampel yang kosong beserta hewan invertebrata yang telah ditimbang kedalam tabung lainnya. Selanjutnya isolasi sistem dengan vaselin yang dioleskan untuk menghindari kebocoran gas oksigen atau karbondioksida. Perangkat percobaan diletakkan pada posisi yang ideal dan dibiarkan selama 5 menit serta dihitung perubahan skala eosin didalam pipa respirometer. Percobaan pertama dilakukan pada suhu ruang, percobaan kedua pada suhu rendah (tabung berisi hewan diletakkan kedalam gelas berisi es) dan percobaan ketiga pada suhu tinggi (tabung berisi hewan diletakkan kedalam gelas berisi air panas). Suhu air diukur menggunakan termometer dan hitung laju respirasi. Analisis data dan dibuat grafik hubungan laju respirasi
masing-masing spesies terhadap variasi suhu yang berbeda. Laju respirasi dapat dihitung dengan rumus berikut : Vr = (Sf – Ss) /Wb/T Dimana Vr : laju respirasi (ml/g/s) Ss : skala awal manometer Sf : Skala akhir manometer T : Waktu (sekon) Menghitung Laju Respirasi Vertebrata Hemidactylus sp. ditimbang terlebih dahulu dan dimasukkan kedalam tabung sampel hewan pada respirometer dan diukur laju respirasinya seperti prosedur pada hewan invertebrata (termasuk perlakuan suhu dan analisis datanya). Data hasil penghitungan yang disajikan dalam grafik dibandingkan dengan data pada invertebrata.
HASIL PEMBAHASAN Adapun hasil yang didapatkan pada praktikum ini yakni : Tabel 1. Laju respirasi pada hewan invertebrata dan vertebrata dengan perbedaan suhu No
Temperatur
1. Suhu Dingin
2. Suhu Ruangan
3.
Valanga sp.
Spesies Periplaneta sp.
Hemidactylus sp.
WB (g)
3,98
5,41
8,25
Ss (ml) Sf (ml) Vr (ml/g/s)
6,8 8
5,4 5,5
8,2 8,4
0,001
0,00006
0,00008
WB (g)
6,6
0,83
5,44
Ss (ml) Sf (ml) Vr (ml/g/s)
6,5 6,52
5,4 5,5
8,7 9,1
0,00001
0,00007
0,00024
8,5
3,39
6,59
parameter
WB (g)
Ss (ml) 6,6 6,4 4,2 Sf (ml) 6,1 6,8 4,8 Vr -0,00019 0,00039 0,0003 (ml/g/s) Keterangan : WB (berat badan), Ss (skala awal manometer), Sf (skala akhir manometer), Vr (laju respirasi). Suhu Panas
Pada tabel di atas menunjukkan bahwa pada suhu dingin laju respirasi paling tinggi terjadi pada hewan Valanga sp. yakni 0,001 ml/g/s, kemudian Hemidactylus sp. 0,00008 ml/g/s, dan paling rendah pada Periplaneta sp. yaitu 0,00006 ml/g/s. Pada suhu ruangan
laju respirasi paling tinggi terjadi pada hewan Hemidactylus sp. yaitu 0,00024 ml/g/s, kemudian Periplaneta sp. yaitu 0,00007, dan paling rendah pada Valanga sp. yaitu 0,00001 ml/g/s. Pada suhu panas laju respirasi paling tinggi terjadi pada
hewan Periplaneta sp. yaitu 0,00039 ml/g/s, kemudian Hemidactylus sp. yaitu 0,0003 ml/g/s, dan paling rendah pada Valanga sp. yaitu -0,00019 ml/g/s. Respirasi bertujuan untuk menghasilkan energi. Energi hasil respirasi tersebut sangat diperlukan untuk aktivitas hidup, seperti mengatur suhu tubuh, pergerakan, pertumbuhan dan reproduksi. Jadi kegiatan pernapasan dan respirasi tersebut saling berhubungan karena pada proses pernapasan dimasukkan udara dari luar (oksigen) dan oksigen tersebut digunakan untuk proses respirasi guna memperoleh energi dan selanjutnya sisa respirasi berupa gas karbon dioksida (CO2) dikelurkan melalui proses pernafasan. Karena hewan – hewan tingkat rendah dan tumbuhan tidak memiliki alat pernapasan khusus sehingga oksigen dapat langsung masuk dengan cara difusi, maka sering kali istilah pernapasan disamakan dengan istilah respirasi (Jasin, 1983). Salah satu proses fisiologi tubuh serangga seperti kecoa menggunakan proses respirasi untuk mendapatkan suplai energi dengan
mengambil oksigen dari udara luar (Chown dan Nicolson, 2004). Oksigen akan ditransfer menuju sel dan digunakan untuk respirasi oksidatif yang berperan dalam proses serapan energi (Klowden, 2007). Sedangkan respirasi pada reptil, contohnya cicak, mekanisme respirasinya berlangsung melalui azas pompa hisap (suction pump) dengan menggunakan organ paru-paru (Santoso, 2009). Pada tabel juga dapat dilihat bahwa berat badan mempengaruhi kecepatan laju respirasi pada hewan. Hal ini terjadi pada suhu dingin yaitu Hemidactylus sp. dengan berat badan 8,25 gram laju respirasinya lebih cepat dibanding hewan lainnya yaitu 0,00008 g/ml/s. Sebagaimana menurut Isnaeni (2006), faktor-faktor yang mempengaruhi laju respirasi suatu organisme diantaranya usia, berat badan, jenis kelamin, suhu, aktivitas, dan emosi. Semakin berat suatu organisme maka semakin banyak respirasi yang dibutuhkan, karena jumlah sel yang dimiliki organisme tersebut menjadi lebih banyak (Isnaeni, 2006). Namun, hal ini tidak terjadi pada perlakuan suhu ruangan dan suhu panas.
Hubungan Berat Badan dengan Laju Respirasi pada Suhu Ruang 6.6 6
5.44 4.99
5 4 3 2 1 0
24x10-5 Hemidactylus sp.
10-5 Valanga sp. Berat (g)
7x10-5 Periplaneta sp. Laju Respirasi (ml/g/s)
Grafik 1. Hubungan berat badan dengan laju respirasi pada suhu ruang Berdasarkan grafik 1 dapat diketahui adanya hubungan berat badan dan suhu ruang
dengan laju respirasi. Laju respirasi paling tinggi ditemukan pada Hemidactylus sp.
yakni 0,00024 ml/g/s, kemudian Periplaneta sp. yakni 0,00007 ml/g/s, dan terakhir Valanga sp. yakni 0,00001 ml/g/s. Hal ini tidak sesuai dengan literatur yang menyatakan bahwa semakin berat hewan maka semakin rendah laju respirasinya. Sebagaimana menurut Yatim (1987), kebutuhan oksigen dan produksi karbondioksida dari suatu hewan akan meningkat sebanding dengan massanya. Sedangkan kecepatan gerak gas melintas membran tergantung pada luas permukaan tubuh. Pada hewan yang berukuran sangat kecil jarak difusi kecil sehingga ratio luas permukaan dengan volume adalah besar bila ukuran hewan lebih besar lagi maka jarak difusi akan besar dan ratio kecil. Walaupun pada serangga memiliki dua sistem pernapasan, akan tetapi karena
ukuran tubuh yang kecil, menyebabkan laju respirasi yang lebih tinggi dibandingkan hewan yang berukuran besar. Menurut Johnson (1984), pada serangga mengenal dua sistem, yaitu sistem terbuka dan sistem tertutup. Organ yang digunakan disebut dengan spirakulum (spiracle), juga tabungtabung trachea dan tracheola. Tekanan total dari udara sebenarnya merupakan jumlah tekanan gas N2, O2, CO2 dan gas-gas lain. O2 sendiri masuk ke dalam jaringan dengan satu proses tunggal, karena adanya tekanan udara dalam jaringan. Tekanan O2 dengan demikian harus lebih besar daripada tekanan udara dalam jaringan, sebaliknya tekanan CO2 dalam jaringan harus lebih besar dibanding yang ada di udara.
Hubungan Berat Badan dengan Laju Respirasi Hewan pada Suhu Dingin 8.25 8 7
5.41
6 3.98
5 4 3 2 1 0
8x10-5 Hemidactylus sp.
6x10-5
10-3 Valanga sp.
Berat badan (g)
Periplaneta sp.
Laju respirasi (ml/s/g)
Grafik 2. Hubungan berat badan dengan laju respirasi pada suhu dingin Pada suhu dingin laju respirasi tertinggi terjadi pada Valanga sp. Yakni 0,001 ml/g/s, sedangkan terendah terdapat pada Periplaneta sp. yakni 0,00006 ml/g/s. Hal ini disebabkan karena berat badan pada masing-masing hewan berbeda. Semakin berat suatu hewan maka luas permukaan pada organ pernapasan masing-masing hewan juga berbeda. Sehingga pada Hemidactylus sp. penyebaran oksigen berlangsung lama. Sedangkan pada Valanga sp. laju respirasi cepat karena organ respirasi nya tidak sekompleks yang dimiliki oleh
Hemidactylus sp. sebagaimana menurut Tobin (2005) yang mengatakan bahwa ukuran tubuh juga menentukan besarnya laju konsumsi oksigen. Untuk hewan endoterm, hewan yang berukuran tubuh kecil akan memiliki laju konsumsi oksigen per unit massa yang lebih besar dibanding hewan yang berukuran lebih besar. Pada suhu dingin hewan-hewan ini akan akan berusaha menjaga kondisi tubuhnya agar tetap menghasilkan energi untuk bergerak. Hal ini didukung oleh pendapat Guyton dan Hall (1997), respirasi
bertujuan untuk menghasilkan energi. Energi hasil respirasi tersebut sangat diperlukan untuk aktivitas hidup, seperti mengatur suhu tubuh, pergerakan, pertumbuhan dan reproduksi. Jadi kegiatan pernapasan dan respirasi tersebut saling berhubungan karena pada proses pernapasan
dimasukkan udara dari luar (oksigen) dan oksigen tersebut digunakan untuk proses respirasi guna memperoleh energi dan selanjutnya sisa respirasi berupa gas karbon dioksida (CO2) dikelurkan melalui proses pernapasan .
Hubungan Berat Badan dengan Laju Respirasi Hewan pada Suhu Panas 8.5 8
6.59
7 6 5
3.39
4 3 2 1 0
3x10-4 Hemidactylus sp. Berat badan (g)
-19x10-5
39x10-5 Periplaneta sp.
Valanga sp.
Laju Respirasi (ml/g/s)
Grafik 3. Hubungan berat badan dengan laju respirasi pada suhu panas Pada grafik 3, dapat diketahui bahwa laju respirasi tertinggi terjadi pada Periplaneta sp. yakni 0.00039 ml/g/s, dan paling rendah pada Valanga sp. yakni -0,00019 ml/g/s . Peningkatan laju respirasi pada hewan sesuai sebagaimana menurut Yatim (1987), yang mengatakan bahwa suhu sangat mempengaruhi laju respirasi pada hewan, semakin tinggi suhu, maka semakin semakin besar laju respirasi yang terjadi. Pada perlakuan suhu panas, Valanga sp. laju konsumsi oksigennya pada menit awal sangat tinggi melebihi angka 10 pada manometer kemudian berangsur turun. Hal ini dimungkinkan karena Valanga sp. masih mengalami tahap adaptasi terhadap lingkungan baru sehingga cenderung gelisah dan mengarah panik. Menurut Affandi & Usman (2002), dalam rangka menyesuaikan diri dengan lingkungan, hewan memiliki toleransi dan resistensi pada kisaran tertentu dari variasi lingkungannya. Setelah proses adaptasi, hewan cenderung lebih tenang dan berusaha untuk menyesuaikan diri dengan lingkungan baru. Menurut Isnaeni (2006), semakin tinggi suhu maka semakin banyak respirasi yang dibutuhkan karena H2O yang dihasilkan oleh respirasi berguna untuk
menurunkan suhu internal tubuh. Setelah 5 menit dilakukan pengamatan, skala akhir manometer Valanga sp. turun hingga melewati skala awal manometer yang mengakibatkan laju respirasinya mencapai hingga -0,00019 ml/g/s. Namun, sebenarnya laju respirasi hewan tidaklah ditentukan dalam waktu 5 menit hanya saja dalam praktikum pengamatan dilakukan dalam 5 menit. Secara keseluruhan laju respirasi Valanga sp. tidak menyalahi literatur yang ada karena skala akhir manometer tidak kurang dari skala awalnya sebelum waktu 5 menit. KESIMPULAN Adapun kesimpulan yang didapatkan pada praktikum kali ini yaitu: 1. Pada suhu dingin laju respirasi paling tinggi terjadi pada Valanga sp. yakni 0,001 ml/g/s, kemudian Hemidactylus sp. 0,00008 ml/g/s, dan paling rendah pada Periplaneta sp. yaitu 0,00006 ml/g/s. 2. Pada suhu ruang laju respirasi paling tinggi terjadi pada Hemidactylus sp.
yaitu 0,00024 ml/g/s, kemudian Periplaneta sp. yaitu 0,00007, dan paling rendah pada Valanga sp. yaitu 0,00001 ml/g/s. 3. Pada suhu panas laju respirasi paling tinggi terjadi pada Periplaneta sp. yaitu 0,00039 ml/g/s, kemudian Hemidactylus
sp. yaitu 0,0003 ml/g/s, dan paling rendah pada Valanga sp. yaitu -0,00019 ml/g/s. 4. Faktor yang mempengaruhi laju respirasi yaitu ukuran badan, tingkatan taksa, jenis kelamin, dan suhu.
DAFTAR PUSTAKA Affandi, R. dan Tang, U. M. 2002. Fisiologi Hewan Air. Unri Press. Pekanbaru. Burhanuddin, A.I. 2010. Ikhtiologi. Yayasan Citra Emulsi. Makassar. Chown, S. L. and S. W. Nicolson. 2004. Insect Physiological Ecology. Oxford University Press. New york. Guyton, A.C & Hall, J.E. 1997. Fisiologi Kedokteran Edisi 9. Kedokteran EGC. Jakarta. Isnaeni, Wiwi. 2006. Fisiologi Hewan. Kanisius. Yogyakarta Jasin, Maskeri. 1983. Sistematik Hewan Invertebrata dan Vertebrata. Sinar Wijaya. Surabaya. Johnson, D. R. 1984. Biology an Introduction. The Benjamin Cummings Publishing Co, Inc. New York. Jumhana, N. 2006. Konsep Dasar Biologi. UPI PRESS. Bandung.
Klowden, M. J. 2007. Physiological Systems in insects. Elseiver. USA. Martini. 2012. Fundamental of Anatomy & Physiology Ninth Edition. Pearson Education. San Fransisco. Pearson Education. 2015. How The Respirometer Works. http://www.phschool.com/ (diakses 16 November 2016) Santoso, Putra. 2009. Buku Ajar Fisiologi Hewan. Universitas Andalas. Padang. Seeley, R,R., T.D. Stephens, P. Tate. 2002. Essentials of Anatomy and Physiology 4th. McGraw-Hill Companies. USA. Sunarto. 2004. Konsep dan Penerapan Sains Biologi. Tiga Serangkai. Solo. Tobin, A.J. 2005. Asking About Life. Thomson Brooks/Cole. Canada. Yatim, W. 1987. Biologi. Tarsito. Bandung.
