BIOLOGI X - BIOLOGI SEBAGAI ILMU

Bab I – Biologi Sebagai Ilmu

Ruang Lingkup biologi terdiri atas:

Objek Biologi:

a)    Kingdom Monera

b)    Kingdom Protista

c)    Kingdom Fungi

d)    Kingdom Plantae

e)    Kingdom Animalia

Tingkat Organisasi Kehidupan:

a)    Molekul

b)    Sel

c)    Jaringan

d)    Individu

e)    Populasi

f)       Komunitas

g)    Ekosistem

h)    Bioma

i)       Biosfer

Permasalahan atau tema Biologi:

a)    Biologi sebagai proses inkuiri

b)    Sejarah konsep Biologi

c)    Evolusi

d)    Keanekaragaman hayati

e)    Genetika

f)       Organisme dan lingkungan

g)    Tingkah laku

h)    Struktur dan fungsi

i)       Regulasi

Biologi berasal dari kata bios: hidup dan logos: kehidupan. Jadi, dapat disimpulkan bahwa biologi adalah ilmu yang mengkaji dan mempelajari makhluk hidup. Ketiga ruang lingkup tersebut saling berhubungan satu sama lain sehingga membentuk suatu ruang tiga dimensi. Karena, objek bilogi akan membentuk suatu tingkat organisasi kehidupan, dan ketika objek biologi masuk dalam organisasi kehidupan, objek akan membentuk suatu permasalahan. Sehingga, ketiga ruang lingkup tersebut saling berhubungan dan membentuk ruang tiga dimensi.

3 komponen yang merupakan satu-kesatuan dalam mempelajari biologi sebagai ilmu adalah: sikap ilmiah, proses ilmiah (kerja ilmiah), serta produk ilmiah.

·         Sikap ilmiah yang harus dikembangkan adalah dapat membedakan fakta dan opini, berani dan santun dalam bertanya dan berpendapat, peduli lingkungan, berpendapat secara ilmiah dan kritis, dapat bekerja sama, jujur, bertanggung-jawab, dan tekun.

·         Proses ilmiah atau kerja ilmiah disebut juga dengan keterampilan proses yang merupakan keseluruhan keterampilan ilmiah yang terarah baik kognitif maupun psikomotor yang digunakan dalam penelitian untuk menemukan suatu konsep/teori/prinsip, untuk mengembangkan konsep yang telah ada sebelumnya, ataupun untuk melakukan sebuah penyangkalan terhadap suatu penemuan (falsifikasi).

·         Produk ilmiah berupa fakta, konsep, teori, dan hukum, yang menjadi hasil dari proses ilmiah.

Biologi sebagai ilmu mempunyai karakteristik, yaitu:

1.     Memiliki objek kajian yang berupa benda konkret dan dapat ditangkap oleh indera.  Objek kajian biologi mulai dari molekul sampai dengan bioma.

2.     Memiliki metode yang disebut metode ilmiah. Langkah-langkah kerja ilmiah:

a.     Merumuskan masalah

b.     Menyusun kerangka berpikir (mengumpulkan keterangan atau data, baik secara teoritis dari buku yang disebut kajian pustaka maupun empiris: hasil observasi langsung)

c.     Merumuskan hipotesis

d.     Menguji hipotesis dengan eksperimen

e.     Menganalisis data hasil eksperimen

f.       Menarik kesimpulan

g.     Publikasi (laporan penelitian)

3.     Dikembangkan berdasarkan pengalaman nyata.

4.     Memiliki langkah-langkah sistematis yang bersifat baku, artinya keterangan atau data yang menyusun sebuah pengetahuan harus memiliki ketergantungan dan teratur.

5.     Menggunakan cara berpikir logis, yang bersifat deduktif dan induktif. Bersifat deduktif artinya berpikir dengan menarik dari hal-hal umum menjadi ketentuan khusus. Bersifat induktif artinya berpikir dengan menarik kesimpulan dari hal-hal yang khusus menjadi ketentuan yang berlaku umum.

6.     Hasilnya bersifat objektif atau apa adanya, terhindar dari kepentingan pelaku (subjektif).

7.     Hasil berupa hukum-hukum yang berlaku umum, dan diberlakukan atau bersifat universal.

Menurut H. James Funk, dkk (1979), keterampilan proses dibagi menjadi:

◌     Keterampilan Proses Dasar

Keterampilan proses dasar meliputi:

a)    Observasi (Pengamatan)

 Observasi adalah proses untuk memperoleh informasi atau mengenal suatu obyek atau peristiwa dengan menggunakan semua panca indera atau alat bantu yang merupakan pengembangan alat indera.

Karakteristik dari keterampilan observasi adalah:

-Mengidentifikasi ciri-ciri suatu benda, misalnya warna, tekstur, bau, bentuk, ukuran, berat dan volume.

-Mengidentifikasi perbedaan dan persamaan yang nyata pada obyek/peristiwa.

-Membaca alat-alat ukur

-Mencocokkan gambar dengan uraian tulisan

◌     Data Kualitatif adalah pengamatan yang dilakukan hanya dengan menggunakan kelima indera tanpa alat bantu ukur.

◌     Data Kuantitatif adalah pengamatan yang dilakukan dengan menggunakan alat ukur.

Pengamatan berfungsi sebagai dasar untuk perumusan inferensi (kesimpulan) dan prediksi, yang dibuat dalam bentuk gambar, bagan, tabel, grafik, dan tulisan (deskripsi).

b)    Komunikasi

Komunikasi  adalah proses pengubahan informasi dari media ke media lainnya. Contoh metode komunikasi: grafik, carta, peta, simbol, diagram, persamaan matematika, demonstrasi visual seperti kata-kata baik tulisan maupun lisan, dan bahasa tubuh. Komunikasi yang efektif harus jelas, akurat (presisi), dan tidak kabur atau tidak membingungkan.

Karakteristik dan keterampilan komunikasi adalah mengutarakan suatu ide atau temuan, menjelaskan penggunaan data hasil penginderaan atau memberikan suatu ide atau temuan, menjelaskan penggunaan data hasil penginderaan, atau memberikan secara akurat suatu objek/kejadian, dll.

c)    Klasifikasi

Tujuan klasifikasi untuk memudahkan dalam mempelajari sesuatu. Dasar yang digunakan adalah persamaan dan perbedaan ciri. Prinsip dalam mengklasifikasikan objek adalah mencari persamaan di antara perbedaan (keragaman) dan mencari perbedaan di antara persamaan (keseragaman).

Tahapan klasifikasi: Identifikasi (pengenalan diri) – Pengelompokkan – dan penamaan suatu objek.

d)    Inferensi (infering)

Inferensi adalah hasil observasi yang merupakan fakta/data/pernyataan berupa informasi yang sesuai dengan suatu objek, seringkali memberikan suatu pola. Pola dari fakta/data tersebut ditafsirkan atau di interprestasikan lebih lanjut menjadi penjelasan yang logis. Penjelasan terhadap suatu data/fakta yang didasarkan atas hasil observasi disebut inferensi.

e)    Prediksi

Prediksi adalah keterampilan berpikir membuat perkiraan tentang sesuatu yang belum terjadi, berdasarkan hasil observasi dan inferensi.

Hal-hal penting dalam membuat prediksi adalah:

·         Mengumpulkan data melalui observasi.

·         Mengklasifikasikan

·         Menyimpulkan hubungan sebab-akibat (inferensi).

·         Menyusun pernyataan hasil berpikir tentang kejadian yang akan datang didasarkan pola hasil observasi (prediksi)

·         Uji kebenaran prediksi yang dibuat.

◌     Keterampilan Proses Terpadu

Keterampilan proses terpadu meliputi:

a)    Identifikasi variabel

Variabel adalah sesuatu ata faktor-faktor yang berpengaruh yang memiliki nilai atau harga dan nilainya bervariasi yaitu dapat berubah atau diubah pada sauatu situasi terentu.

Contohnya:  “Tinggi tanaman pepaya bergantung pada jumlah air yang disiramkan pada tanaman tersebut’.

Tinggi tanaman pepaya yang disebut variabel.

Tiga macam variabel yang digunakan dalam sebuah penelitian:

1.     Variabel manipulasi atau variabel bebas adalah variabel yang dapat dipengaruhi secara sengaja atau dapat diubah-ubah atau dimanipulasi dalam suatu situasi.

2.     Variabel terikat atau variabel respon adalah variabel hasil dari variabel bebas.

3.     Variabel kontrol adalah variabel yang secara sengaja dipertahankan dan dibuat sama agar tidak terpengaruh terhadap variabel respon. (hasil percobaan).

b)    Perumusan hipotesis

Hipotesis adalah dugaan sementara atau kesimpulan sementara tentang pengaruh variabel manipulasi terhadap variabel respon.

Langkah-langkah merumuskan hipotesis:

1.     Mengidentifikasi variabel yang berhubungan secara logis.

2.     Mengidentifikasi variabel yang dimanipulasi dan variabel yang merespon atau yang mempengaruhi variabel manipulasi.

c)    Definisi Operasional (DO) variabel

Definisi operasional variabel menyatakan tindakan apa yang dilakukan dan pengamatan apa yang harus dicatat. Definisi operasional harus dibuat sendiri oleh peneliti.

d)    Perancangan (desain) penelitian

Langkah-langkah perancangan (desain) penelitia:

1.     Mengidentifikasi variabel

2.     Merumuskan hipotesis

3.     Mengdefinisikan secara operasional variabel manipulasi dan respon.

4.     Menentukan variabel apa yang harus dikontrol

5.     Menentukan harga variabel manipulasi yang dipilih untuk penelitian.

e)    Eksperimen

Eksperimen adalah kegiatan yang menggunakan seluruh keterampilan proses dasar dan terpadu. Untuk melalukan suatu eksperimen dapat dimulai dengan pertanyaan (rumusan masalah), identifikasi variabel, merumuskan hipotesis, mendefinisikan operasional suatu variabel, mendesain penelitian, mengumpulkan data, dan menginterprestasikan data, lalu memulai suatu eksperimen.

Objek dan Permasalahan Biologi pada Tingkatan Organisasi Kehidupan

1.     Molekul

Contoh permasalahan biologi pada tingkat molekul:

·         Penyakit diabetes disebabkan oleh kelebihan kadar gula (glukosa) darah. 

·         Penyakit jantung koroner karena adanya penyumbatan pada nadi koronaria yang disebabkan oleh lemak (kolestrol)

·         Obsitas karena kelebihan karbohidrat.

·         Marasmus karena kekurangan karbohidrat.

·         Kwashiorkor karena kekurangan protein.

·         Mutasi gen yang menimbulkan adanya gen mutan (gen albino, gen buta warna, gen hemofilia, gen botak, gen anemia, gen kecenderungan TBC, dll)

Pemanfaat biomolekul dalam bidang biologi melekuler antara lain pemanfaatan asam nukleat yaitu ADN dalam teknologi rekayasa genetika yang disebut rekombinasi ADN. Teknik rekombinasi ADN dimanfaatkan dalam pembuatan:

a)    Hormon Insulin, dimana gen (ADN) insulin diambil dari sel pankreas manusia dan bakteri yang digunakan adalah bakteri Escherichia coli, jika seseorang kekurangan hormon ini, dapat menyebabkan penyakit diabetes melitus atau kencing manis karena meningkatnya kadar gula (glukosa) dalam darah.

b)    Hormon Pertumbuhan (Somatotropin), dimana gen (ADN) somatotropin diambil dari sel kelenjar sapi dan bakteri E. Coli, orang yang kelebihan hormon somatotropin disebut gigantisme. Sedangkan, orang yang kekurang hormon ini disebut hipofisis.

c)    Vaksin, dimana gen diambil dari DNA virus.

d)    Interferon.

e)    Tanaman yang resisten terhadap penyakit.

f)       Tanaman yang mampu menambat/memfikasasi nitrogen, dimana gen (ADN) yang diinginkan adalah gen penambat nitrogen dari bakteri Rhizobium dan wahana kloningnya adalah plasmid Ti dari bakteri Agrobacterium tumefaciens.

2.     Sel

Pemanfaatan sel dalam bidang kedokteran misalnya untuk pembuatan antibodi monoklonal dan bayi tabung. Antibodi monoklonal dapat digunakan untuk mendiagnosis penyakit, tes kehamilan pengobatan (terapi) penyakit outoimun, dan kanker. Bayi tabung (fertiliassi in vitro) merupakan teknologi fertilisasi sel telur dengan sperma yang terjadi secara in vitro (diluar tubuh dalam rahim wanita).

3 Teknik bayi tabung:

a.     GIFT (Gamete Intra Fallopian Transfer)

b.     FIVET (Fertiliassi In Vitro & Embrio Transfer)

c.     ZIFT (Zyogote Intra Fallopian Transfer)

Contoh permasalahan biologi tingkat sel:

·         Plasmolisis

·         Transportasi zat lintas membran

·         Endositosis

·         Penggandaan sel

·         Perkembangbiakkan virus/bakteri.

·         Munculnya sel kanker.

3.     Jaringan

Pemanfaatan jaringan dalam bidang pertanian adalah kultur pertanian, teknik perbanyakan (kloning) tanaman secara vegetatif (Aseksual) dalam jumlah sangat banyak dari jaringan tubuh di dalam kultur aseptik (steril), dengan lingkungan terkontrol. Dengan kultur jaringan, tumbuhan dapat dilakukan dengan secara cepat, dalam jumlah yang besar, hemat tempat dan waktu, serta memiliki sifat yang identik dengan tanaman induk.

Permasalahan dalam tingkat kehidupan jaringan:

·         HIV/AIDS

·         Leukimia

·         CVPD pada tanaman jeruk.

·         Kutil

·         Cacar

4.     Organ

Pemanfaatan objek biologi pada tingkat organ misalnya, transplantasi hati pada penyakit kanker hati, transplantasi ginjal pada penyakit gagal ginjal, transplantasi kornea mata pada penderita buta, dsb.

Permasalahan dalam tingkat kehidupan Organ:

·         Penyakit mata (Katarak)

·         Gagal ginjal

·         Kanker hati, usus, kulit, payudara

·         Jantung koroner.

·         Paru-paru

·         Kista pada rahim

·         Patah tulang

·         Mozaik

·         Penyakit raja singa (sifilis)

5.     Individu

Pemanfaatan objek biologi pada tingkat individu misalnya, kloning. Kloning merupakan teknologi perbanyakan individu atau sel secara vegetatif, sehingga menghasilkan individu (klon) yang identik secara genetik.

Permasalahan dalam tingkat kehidupan Individu:

·         Penyebaran flu burung pada manusia atau unggas

·         Penyebaran HIV/AIDS.

6.     Populasi

Permasalahan dalam tingkat Populasi:

·         Tanaman jeruk yang terkena penyakit CVPD

·         Hama wereng coklat yang menyerang tanaman padi

·         Penyebaran flu burung.

·         Penyebaran HIV/AIDS.

7.     Komunitas

Permasalahan dalam tingkat Komunitas:

·         Rusaknya tanaman oleh tikus/hama wereng.

·         Demam berdarah

·         Penyebaran flu burung dari unggas ke manusia.

8.     Ekosistem

Permasalahan dalam tingkat Ekosistem:

·         Kerusakan ekosistem. Misalnya ekosistem hutan yang diubah menjadi persawahan, perindustrian, pertambangan, perumahan

·         Terjadinya pencemaran lingkungan.

·         Penebangan hutan yang tidak bertanggung jawab.

·         Kebakaran hutan

9.     Bioma

Tema persoalan yang dikaji dalam tingkat Bioma:

·         Biologi sebagai proses inkuiri

·         Sejarah konsep biologi

·         Evolusi

·         Keanekaragaman hayati

·         Genetika

·         Organisme dan lingkungan

·         Tingkah laku, struktur, dan fungsi

·         Regulasi.

Cabang-cabang Biologi

Berdasarkan ruang lingkupnya, cabang biologi terbagi atas:

1.     Cabang Biologi berdasarkan objek kajian:

a.     Botani merupakan ilmu yang mempelajari tentang tumbuhan

b.     Zoologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang hewan.

c.     Mikologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang jamur.

d.     Bakteriologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang bakteri.

e.     Entomologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang serangga.

f.       Ichtyologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang ikan.

2.     Cabang Biologi berdasarkan tingkat organisasi kehidupan:

a.     Histologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang jaringan

b.     Sitologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang sel.

c.     Organologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang organ.

3.     Cabang Biologi berdasarkan tema persolaan/permasalahan:

a.     Ekologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang hubungan timbal balik antara makhluk hidup dan lingkungannya.

b.     Patologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang penyakit.

c.     Toksikologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang racun (toksin)

d.     Taksonomi merupakan ilmu yang mempelajari tentang pengelompokkan makhluk hidup

e.     Biologi reproduksi merupakan ilmu yang mempelajari tentang perkembangbiakkan makhluk hidup.

f.       Fisiologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang fungsi tubuh.

g.     Teratologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang cacat kelahiran.

4.     Cabang Biologi yang berdasarkan objek dan tema persoalan:

a.     Genetika manusia merupakan ilmu yang mempelajari tentang pewarisan sifat pada manusia.

b.     Ekologi hewan merupakan ilmu yang mempelajari tentang hubungan timbal balik antara hewan dan lingkungannya.

c.     Taksonomi vertebrata merupakan ilmu yang mempelajari tentang pengelompokkan hewan vertebrata.

d.     Fisiologi tumbuhan merupakan ilmu yang mempelajari tentang fungsi pada tumbuhan.

e.     Anatomi tumbuhan merupakan ilmu yang mempelajari tentang bagian-bagian tumbuhan.

f.       Embriologi tumbuhan merupakan ilmu yang mempelajari tentang embrio pada tumbuhan.

5.     Cabang Biologi berdasarkan objek kajian dan tingkat organisasi kehidupan:

a.     Sitologi hewan merupakan ilmu yang mempelajari tentang sel-sel hewan.

b.     Sitologi tumbuhan merupakan ilmu yang mempelajari tentang sel-sel tumbuhan.

c.     Histologi hewan merupakan ilmu yang mempelajari tentang jaringan hewan.

d.     Histologi tumbuhan merupakan ilmu yang mempelajari tentang jaringan tumbuhan

Manfaat Biologi:

Dampak Positif:

·         Manusia sadar terhadap hidup dan kehidupan dalam lingkungan.

·         Diciptakan bibit unggul yang ramah lingkungan, melalui teknik hibridisasi (persilangan), teknik radiasi, dan rekayasa genetika.

·         Pemanfaatan mikroorganisme dalam segala bidang.

Contoh:

bakteri E. coli untuk membuat hormon insulin, hormon somatotropin.

Bakteri Rhizobium untuk membuat tanaman transgenik.

Bakteri Metana untuk membuat biogas.

Pembuatan makanan dan minuman fermentasi.

·        Pengendalian hama dengan menggunakan teknik radiasi dan musuh alami hama, yaitu predator dan parasitoid.

·        Sistem pertanian organik dan sistem tumpang sari.

·        Penemuan sidik jari dan sidik DNA yuntuk mengetahui pelaku kriminalitas.

Dampak Negatif:

·         Mengeksploitasi SDA dengan sembarangan dan tidak bertanggung jawab.

·         Penggunaan bibit unggul dan pestisida yang berlebihan.

·         Tanaman transgenik dapat membahayakan lingkungan dan manusia.

Untuk mencegah penyalahgunaan ilmu biologi, maka telah dibuat aturan yang disebut bioetika dan protokol Cartagena (keamanan hayati).