BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bioenergetika adalah ilmu tentang perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia. Bioenergetika atau termodinamika biokimia memberikan prinsip dasar untuk menjelaskan mengapa sebagian reaksi dapat terjadi sedangkan sebagian yang lain tidak. Sejumlah sistem non biologik dapat menggunakan energi panas untuk melaksanakan kerjanya, namun sistem biologi pada hakekatnya bersifat isotermik dan memakai energi kimia untuk memberikan tenaga bagi proses kehidupan. Prinsip reaksi oksidasi reduksi yaitu reaksi pengeluaran dan perolehan elektron berlaku pada berbagai sistem biokimia dan merupakan konsep penting yang melandasi pemahaman tentang sifat oksidasi biologi. Bioenergetika juga terjadi pada belut listrik. B elut listrik (Electrophorus electricus) adalah sejenis ikan yang dapat menghasilkan aliran listrik kuat (sampai 650 volt) untuk berburu dan membela diri. Walaupun disebut sidat atau belut, ia termasuk anggota ordo Gymnotiformes.
Terdapat bagian tubuh belut yang dapat menghasilkan listrik yang disebut elektrosit, dengan bantuan elektrosit yang cara kerjanya mirip dengan baterai, belut akan menghasilkan respon berupa aliran listrik saat diberikan rangsangan dari luar baik sebagai alat navigasi, maupun sebagai pendeteksi ancaman. Keunikan dari sistem kerja tubuh belut listrik yang menjadi perhatian utama dalam makalah ini. Bagaimana reaksi-reaksi dalam tubuh belut dapat terjadi baik secara kimia maupun fisika, serta mekanisme terjadinya arus listrik yang pada akhirnya memberikan efek kejut pada lingkungan sekitarnya.
1.2 Rumusan Masalah 1
1. Bagaimana organ dari belut listrik berperan dalam menghasilkan arus listrik ? 2. Bagaimana mekanisme yang terjadi sehingga belut listrik menghasilkan listrik? 3. Bagaimanakah sistematika kerja sinyal listrik pada belut listrik ?
1.3 Tujuan Penulisan BELUM SELESAI KARENA PEMBAHASAN BELUM 1. Sebagai salah satu syarat untuk mengikuti mata kuliah Biokimia Fisik. 2. Untuk mengetahui organ yang berperan serta mekanisme terjadinya listrik pada tubuh belut listrik. 3. Mengetahui sistematika kerja sinyal listrik pada belut listrik.
BAB II 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Belut Listrik Belut termasuk predator ganas di lingkungan rawa dan sawah. Makanannya ialah ikan kecil, cacing, krustasea. Belut aktif pada malam hari. Hewan ini dapat mengambil oksigen langsung dari udara dan mampu hidup berbulan-bulan tanpa air, dengan syarat lingkungannya tetap basah. Belut mampu menyerap oksigen bahkan lewat kulitnya. Kebiasaaannya adalah bersarang di dalam lubang berlumpur dan menunggu mangsa yang lewat. Walaupun berasal dari daerah tropika, belut diketahui dapat bertahan hidup pada musim dingin dengan suhu sangat rendah. Kombinasi sifat-sifat yang dimiliki belut membuatnya menjadi hewan yang dianggap berbahaya bagi lingkungan yang bukan habitatnya. Ukuran maksimum tubuhnya 1 m, meskipun yang sering ditemui memiliki panjang maksimum 40 cm. Tidak memiliki sirip, kecuali sirip ekor yang memanjang. Bentuk tubuhnya menyerupai tabung dengan tubuh licin, tanpa sisik. Warna bervariasi, namun biasanya kecoklatan hingga kelabu. Hewan betina bersarang di lubang, dan meletakkan telur-telurnya pada busa-busa di air yang dangkal. Jika telur menetas, keluarlah belut muda yang semuanya betina. Dalam perkembangannya, beberapa ekor akan menjadi jantan. Belut listrik (Electrophorus electricus) adalah sejenis ikan yang dapat menghasilkan aliran listrik kuat (sampai 650 volt) untuk berburu dan membela diri. Walaupun disebut sidat atau belut, ia termasuk anggota ordo Gymnotiformes, yang tidak mencakup keduanya. Belut listrik biasa ditemukan di sungai Amazon dan sungai Orinoko serta daerah-daerah disekitarnya. Ia bisa tumbuh hingga panjang 2,5 m (8,2 kaki) dan berat 20 kg (44 pound), walaupun biasanya ukuran rata-ratanya adalah 1 m.
Klasifikasi Belut Listrik
3
Sungai Amazon dan Orinoco menjadi rumah bagi salah satu spesies luar biasa, yakni belut listrik. Hewan dengan nama Latin Electrophorus electricus ini mampu menghasilkan listrik hingga 600 volt. Nama electrophorus diambil dari bahasa Yunani yang berarti sang pembawa listrik (electron = listrik, dan pherein = membawa). Klasifikasi Ilmiah Kerajaan
: Animalia
Filum
: Chordata
Kelas
: Actinopterygii
Ordo
: Gynotiformes
Familia
: Electrophoridae
Genus
: Electrophorus
Spesies
: E. Electricus
2.2 Sinyal Listrik pada Belut Listrik 1. Penerima (reseptor) untuk Tujuan Khusus Dalam tubuh belut ini terdapat beragam tipe penerima (reseptor). Reseptor kantung (ampullary) memeriksa sinyal listrik berfrekuensi rendah yang dipancarkan oleh ikan lainnya yang tengah berenang atau ulat (larva) serangga. Reseptor ini begitu peka sehingga dapat menentukan medan magnetik bumi sekaligus mengumpulkan informasi mengenai buruan atau pun pemangsa. Reseptor kantung tidak dapat mengindera sinyal berfrekuensi tinggi yang dipancarkan oleh belut ini. Ini disempurnakan oleh suatu reseptor tabung. Pengindera ini peka pada pelepasan 4
muatan listrik oleh belut itu sendiri dan berguna sebagai peta lingkungannya. Dengan adanya sistem ini maka belut tersebut dapat berkomunikasi dan saling mengingatkan tentang adanya ancaman. Mereka juga saling bertukar informasi mengenai jenis, usia, ukuran dan jenis kelamin. 2. Sinyal yang Menggambarkan Perbedaan Jenis Kelamin Setiap jenis ikan listrik memiliki ciri sinyal yang berbeda-beda. Bahkan, bisa ada perbedaan antar ikan dalam satu jenis. Walaupun demikian, bentuk umum tetap tak berubah. Beberapa perincian saja yang khusus pada masing-masing ikan tersebut. Ketika ikan betina berenang melewati ikan jantan maka ia akan langsung merasakannya dan langsung menanggapi. 3. Sinyal yang Menggambarkan Usia Sinyal listrik juga membawa informasi mengenai usia belut listrik. Seekor belut listrik yang baru menetas membawa tanda berbeda dengan yang dewasa. Sinyal belut listrik yang baru menetas mempertahankan ciri itu hingga empat belas hari sejak kelahirannya, ketika mereka berubah dan menjadi seperti sinyal sebagaimana yang dimiliki oleh belut listrik dewasa. Hal ini memainkan peranan amat penting dalam mengatur hubungan yang rumit antara induknya yang jantan dan betina. Induknya yang jantan akan mengenali bayinya dan sekaligus melindunginya. 4. Kegiatan Sehari-hari yang Disampaikan Melalui Sinyal Ikan juga mampu menyampaikan informasi selain jenis kelamin dan usia. Pada semua jenis ikan listrik, meningginya frekuensi menyebarkan pesan peringatan. Sebagai contoh, jenis Mormydae biasanya menghantarkan sinyal listrik dengan frekuensi 10 Hz atau setara dengan 10 getaran per detik yang dapat ditingkatkannya hingga 100-120 Hz. Mormydae yang diam memperingatkan lawan akan sebuah serangan. Sikap ini menyerupai gerakan mengepalkan tangan sebelum bertarung. Pada umumnya, peringatan ini cukup berpengaruh untuk menakuti lawan. Setelah bertarung, pihak yang terluka menghentikan kegiatan listriknya dan tidak mengirimkan sinyal selama hampir 30 menit. Ikan yang menenangkan diri atau yang meninggalkan pertarungan biasanya juga tetap tidak bergerak. Maksud di balik itu adalah untuk mempersulit lawan lainnya 5
menemukan mereka. Maksud lainnya juga untuk menghindari hantaman dari benda sekitarnya karena mereka menjadi "buta" arus listrik karena kurangnya sinyal. 5. Sistem Khusus Anti Gangguan pada Sinyal Gangguan merupakan sebuah akibat yang lumrah di sini. Namun, mereka telah diciptakan dengan cara pertahanan alami yang mencegah terjadinya gangguan tersebut. Para ahli menamai sistem ini "Tindakan Pencegahan terhadap Gangguan" atau disingkat dengan "JAR (Jamming Avoidance Response)." Ketika sang ikan bertemu dengan ikan lain pada frekuensi yang sama, ia mengubah frekuensinya. Dengan cara inilah gangguan dapat dicegah sedini mungkin, sehingga tidak pernah berlanjut lagi. Semua ini menegaskan akan adanya suatu sistem yang sangat rumit pada ikan listrik. Asal mula sistem ini tidak pernah dapat dijelaskan secara utuh dengan teori evolusi. Ikan yang memancarkan gelombang listrik berkomunikasi melalui gelombang ini. Anggota dari satu jenis menggunakan sinyal yang serupa. Karena kehidupan mereka yang berkelompok, mereka mengubah frekuensi untuk mencegah kebingungan, yang memungkinkan dibedakannya sinyal yang serupa tapi tak sama.
6
BAB III PEMBAHASAN
3.1 Belut Menghasilkan Listrik Listrik yang di hasilkan oleh hewan air listrik biasanya di gunakan untuk melindungi dirinya atau untuk membunuh musuhnya (sebagai alat pelindung diri). Listrik yang dihasilkan oleh belut
mengirim gelombang kejut dan gelombang tesebut dibuat untuk melawan
musuhnya, listrik yang di hasilkan 2-3 volt dan listrik itu berguna sebagai : 1. Panca Indra 2. Untuk menyebarkan sinyal peringatan. 3. Untuk mengetahui jenis kelamin ikan lainnya. Berikut ini hewan air yang dapat menghasilkan listrik yaitu: 1. Belut listrik 2. Ikan sembilang listrik 3. Ikan torpedo 4. Ikan pari listrik Pada tubuh ikan terdapat 2/3 titik listrik biasanya titik tersebut berjumlah 5000-6000 titik dan dapat menghasilkan 500-650 volt per 2 A. Electrophorus electricus lebih dikenal sebagai belut listrik, menempati Amazon,sungai Orinoco Amerika Selatan, Perairan Guatemala, Argentina dan pulau Karibia trinidad, sedangkan
7
di wilayah Indonesia banyak ditemukan di pesisir Pantai Kepulaun Seribu, Pangandaran dan laut-laut dalam. Beberapa ratus spesies ikan memiliki organ penghasil listrik, namun hanya sedikit yang dapat menghasilkan daya listrik yang sangat kuat. Organ penghasil listrik yang dimiliki oleh kebanyakan ikan tersusun dari sel saraf dan sel otot yang telah mengalami perubahan penting. Bentuk organ listrik seperti piringan kecil yang memproduksi lendir disebut elektrosit, tersusun dan menyatu di bagian atas dari susunan lain yang sejajar. Pada umumnya, semua piringan menghadap arah yang sama yang memuat 150 atau 200 piringan setiap susunannya. Prinsip kerja piringan listrik ini mirip dengan cara kerja baterai. Ketika belut beristirahat, otot-otot yang tidak berhubungan belum aktif. Namun jika menerima pesan dari saraf, akan segera bekerja secara serentak untuk mengeluarkan daya listrik. Pada saat itu, voltase semua piringan listrik atau elektrosit menyatu, sehingga mampu menghasilkan daya listrik sampai 220 volt pada ikan torpedo atau sampai 650 volt pada belut listrik yang memiliki nama ilmiah Electrophorus electricus . Pada umumnya semua spesies ikan tawar hanya menghasilkan listrik ringan, kecuali sembilang listrik dan belut listrik. Belut listrik yang hidup di laut memiliki tenaga listrik yang lebih kuat dan berbahaya, karena air laut mengandung garam yang membuat dirinya lebih tahan terhadap arus listrik. Posisi dan bentuk organ listrik ini bervariasi tergantung pada spesiesnya. Pada belut listrik terdapat sistem indera dalam tubuhnya yang menghantarkan dan menerima sinyal-sinyal tersebut. Belut ini menghasilkan pancaran listrik dalam suatu alat khusus di ekornya. Listrik ini dipancarkan melalui ribuan pori-pori di punggung makhluk ini dalam bentuk sinyal yang untuk sementara menciptakan medan listrik di sekitarnya. Benda apapun dalam medan ini membiaskannya, sehingga belut ini mengetahui ukuran, daya alir dan gerak dari benda tersebut. Pada tubuh belut ini, ada pengindera listrik yang terus menentukan medan ini seperti halnya radar. Belut ini memiliki radar yang memancarkan sinyal listrik dan menerjemahkan perubahan pada medan yang disebabkan oleh benda yang menghambat sinyal-sinyal di sekitar tubuhnya. 8
Belut listrik memiliki bentuk tubuh yang unuk, hampir 7/8 bagian tubuhnya berupa ekor. Di bagian ekor inilah terdapat baterai-baterai kecil berupa lempengan-lempengan kecil yang horizontal dan vertikal. Jumlahnya sangat banyak, lebih dari 5.000 buah. Tegangan listrik tiap baterai kecil ini tidak besar, tetapi kalau semua baterai dihubungkan secara berderet (seri), akan diperoleh tegangan listrik sekitar 600 volt. Ujung ekor bertindak sebagai kutub positif baterai dan ujung kepala bertindak sebagai kutub negatif. Belut listrik dapat mengatur hubungan antara baterai kecil dalam tubuhnya itu untuk mendapat tegangan listrik kecil dan tegangan listrik besar. Untuk navigasi, belut listrik hanya membutuhkan tegangan listrik yang kecil. Tetapi ketika berhadapan dengan musuh atau mangsanya, belut listrik akan memberikan tegangan semaksimal mungkin melalui kepala dan ekornya yang ditempelkan pada tubuh musuh atau mangsanya itu. 3.2 Organ Pada Belut Listrik Beberapa ratus spesies ikan memiliki organ penghasil listrik, namun hanya sedikit yang dapat menghasilkan daya listrik yang kuat. Organ penghasil listrik yang dimiliki oleh belut listrk tersusun dari sel saraf dan sel otot yang telah mengalami perubahan penting. Bentuk organ listrik seperti piringan kecil yang memproduksi lendir disebut elektrosit, tersusun dan menyatu di bagian atas dari susunan lain yang sejajar. Pada umumnya, semua piringan menghadap arah yang sama yang memuat 150 atau 200 piringan setiap susunannya. Prinsip kerja piringan listrik ini mirip dengan cara kerja baterai. Ketika belut beristirahat,
otot-otot
yang
tidak
berhubungan, sehingga belum aktif. Namun jika menerima pesan dari saraf, akan segera bekerja secara serentak untuk mengeluarkan daya listrik.
Pada saat itu, voltase semua piringan listrik atau elektrosit menyatu, sehingga mampu menghasilkan daya listrik sampai 650 volt pada belut listrik. Belut listrik memanfaatkan sinyal 9
lemah ini sebagai alat indera. Belut ini menghasilkan pancaran listrik dalam suatu alat khusus di ekornya. Listrik ini dipancarkan melalui ribuan pori-pori di punggung makhluk ini dalam bentuk sinyal yang untuk sementara menciptakan medan listrik di sekitarnya. Belut ini memiliki radar yang memancarkan sinyal listrik dan menerjemahkan perubahan pada medan yang disebabkan oleh benda yang menghambat sinyal-sinyal di sekitar tubuhnya.
Ujung ekor bertindak sebagai kutub positif baterai dan ujung kepala bertindak sebagai kutub negatif. Belut listrik dapat mengatur hubungan antara baterai kecil dalam tubuhnya itu untuk mendapat tegangan listrik kecil dan tegangan listrik besar. Untuk navigasi, belut listrik hanya membutuhkan tegangan listrik yang kecil. Tetapi ketika berhadapan dengan musuh atau mangsanya, belut listrik akan memberikan tegangan semaksimal mungkin melalui kepala dan ekornya yang ditempelkan pada tubuh musuh atau mangsanya itu. 3.3 Cara Belut Menghasilkan Listrik Belut listrik memiliki tubuh yang memanjang dengan bentuk silinder yang sekilas mirip ular. Panjangnya dapat mencapai 2,5 m dengan berat sekitar 20 kg. Warna tubuhnya abu-abu gelap kecoklatan pada bagian dorsal dan warna kuning atau oranye pada bagian ventral-anterior. Kemampuan hewan ini dalam menghasilkan listrik (bioelektrogenesis) berasal dari tiga organ abdominal, yakni organ utama (main organ), organ hunter, dan organ Sach’s.
10
Gambar Bagian Tubuh Belut Listrik yang Menghasilkan Listrik Organ utama (main organ) yakni bagian tubuh belut yang merupakan sumber listrik terbesar yang tersusun dari bagian ekor bersambung hingga ke kepala dan tersusun secara seri. Ada bagian organ yang disebut organ hunter’s yakni ogan yang terdapat di sepanjang pangkal sirip dubur, berbentuk panjang dan ramping, serta hanya mampu menghasilkan listrik dengan intensitas yang sangat rendah. Organ Sach’s yang terletak pada bagian ekor belakang, berfungsi sebagai alat navigasi dan mampu menghasilkan sepersepuluh dari tegangan listrik yang dapat dihasilkan tubuh belut listrik. Ketiga organ ini mampu membuat dua jenis listrik, yakni listrik bervoltase tinggi dan bervoltase rendah. Ketiga organ ini terdiri dari sel yang terdiferensiasi dari sel otot, yakni sel elektrosit. Bentuk sel elektrosit ini mirip dengan bentuk compact disk. Sel elektrosit tersebut memiliki ion kalium berkonsentrasi tinggi di dalam sel dan ion natrium yang berkonsentrasi rendah di luar sel. Membran sel elektrosit bersifat permeable terhadap ion kalium tetapi tidak pada ion natrium.
11
Gambar. Sel Elektrosit dalam Gambar. Sel Elektrosit ketika terjadi Proses Perpindahan Ion Keadaan Normal
Mekanisme terjadinya perpindahan elektron sehingga dapat terjadinya beda potensial dalam sel jika ditinjau dari segi biokimia dapat dijelaskan sebagai berikut. Asetilkolin yang merupakan neurotransmitter, dapat mengaktifkan sel elektrosit. Asetilkolin ini disekresikan melalui sinapsis dari sel saraf pada salah satu sisi sel elektrosit, yang mengakibatkan terbukanya saluran ion pada sisi tersebut. Ion natrium akan dengan mudah masuk ke dalam sel secara cepat melalui saluran ini. Akibatnya, keseimbangan potensial sel akan berubah. Untuk menyeimbangkan kembali kondisi sel, ion kalium akan keluar sel melalui sisi lain dari sel elektrosit. Proses perpindahan ion natrium ke dalam sel tidak bisa terjadi begitu saja. Karena hal tersebut melawan gradien konsentrasi, maka proses perpindahan terjadi secara transport aktif. Perpindahan ion natrium ke dalam sel secara transport aktif tersebut memerlukan energi yang berasal dari ATP. Dan setiap ATP yang terlibat itu menggunakan sekitar tiga elektron dalamproses transfer elektron.
12
Gambar Proses pergantian Na+ dan K+ dengan peran ATP. Belut listrik memiliki kemampuan untuk mensinkronkan sel elektrosit sehingga dapat aktif secara bersamaan. Hal tersebut memungkinkan belut listrik dapat menghasilkan tegangan listrik yang besar. Untuk menemukan mangsa, organ Sachs akan mentransmisikan sinyal listrik lemah yang digunakan untuk menentukan lokasi dan arah mangsa. Saat mangsa telah ditemukan, belut listrik akan menggunakan organ listrik yang lebih besar, yakni organ utama dan organ Hunter, untuk menyengat mangsanya Belut listrik memiliki sel ‘baterai’ yang berjajar di sepanjang tubuhnya. Ujung ekor bertindak sebagai kutub positif ‘baterai’ dan ujung kepala bertindak sebagai kutub negatif. Untuk mendeteksi sekitarnya, belut listrik memancarkan medan listrik di sekitar tubuhnya, seperti tampak pada gambar di bawah. Belut listrik dapat mengatur hubungan antara ‘baterai’ kecil dalam tubuhnya itu untuk mendapat tegangan listrik kecil dan tegangan listrik besar.
13
Gambar. Menunjukkan Perubahan Medan Listrik pada Belut Oleh Objek 3.4
Cara Belut Listrik Mengendalikan Otak Mangsa Belut listrik dapat mengeluarkan sengatan listrik hingga 660 volt. Hebatnya, listrik ini
tidak hanya mengejutkan mangsa, tetapi juga dapat mengontrol gerak mangsanya. Para peneliti telah menemukan bahwa belut listrik, menggunakan aliran listrik mereka sebagai ‘remot kontrol’ bagi mangsanya. Dalam percobaan yang telah dilakukan, ditemukan bahwa mekanisme remot control yang dilakukan oleh belut lisrik adalah dengan cara membajak system saraf mangsanya. Ketika belut mengeluarkan aliran listrik, secara tepat aliran in menginduksi dan memberikan kontraksi jaringan neuron untuk merangsang pergerakan otot pada mangsanya. Dengan begitu belut listrik secara efektif membajak jalur saraf sehingga mangsanya tidak dapat melarikan diri. Pembajakan neuron ini juga menghasilkan kontraksi pada seluruh otot mangsa sehingga efek paling berbahaya adalah hilangnya kesadaran pada mangsa. Belut listrik ini banyak digunakan dalam bidang kesehatan di berbagai Negara dunia. Di Amerika hewan ini banyak digunakan sebagai obat osteoporosis dan sebagai penawar racun dari gigitan serangga dan ular. Cnnindonesia.com/teknologi/20141207080742/belut-listrik-dapat-kendalikan
otak-
mangsa
14
