Ekologi

Ekologi adalah cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang hubungan makluk hidup dan lingkungannya. Bumi memiliki banyak sekali jenis-jenis mahkluk hidup, mulai dari tumbuhan dan binatang yang sangat kompleks hingga organisme yang sederhana seperti jamur, amuba dan bakteri. Meskipun demikian semua mahkluk hidup tanpa kecuali, tidak bisa hidup sendirian. Masing-masing tergantung pada mahkluk hidup yang lain ataupun benda mati di sekelilinganya. Misalnya seekor kijang membutuhkan tumbuh-tumbuhan tertentu untuk makanan, jika tumbuhan di lingkungan sekitarnya dirusak maka kijang tersebut harus berpindah atau mati kelaparan. Sebaliknya tumbuhan agar bisa hidup juga tergantung pada binatang untuk memenuhi kebutuhan nutrisinya. Kotoran binatang, bangkai binatang maupun tumbuhan, menyediakan berbagai nutrisi yang bermanfaat bagi tanaman.

Mempelajari ekologi sangat penting, karena masa depan kita sangat tergantung pada hubungan ekologi di seluruh dunia. Meskipun perubahan terjadi di tempat lain di bumi ini, namun akibatnya akan kita rasakan pada lingkungan di sekitar kita. Meskipun ekologi adalah cabang dari biologi, namun seorang ahli ekologi harus menguasai ilmu lain seperti kimia, fisika, dan ilmu komputer. Ekologi juga berhubungan dengan bidang ilmu-ilmu tertentu seperti geologi, meteorologi, dan oseanografi, guna mempelajari lingkungan dan hubungannya antara tanah, air, dan udara. Pendekatan dari berbagai ilmu membantu ahli ekologi untuk memahami bagaimana lingkungan nonhidup mempengaruhi mahkluk hidup. Hal ini juga bisa membantu untuk memperkirakan atau meramalkan dampak dari masalah lingkungan seperti hujan asam atau efek rumah kaca.

Ahli ekologi mempelajari organisasi alam dalam tiga tingkatan:

1. Populasi,
2. Komunitas,
3. Ekosistem

Mereka menganalisa struktur, aktifitas dan perubahan yang terjadi di dalam dan diantara tingkatan-tingkatan ini. Ahli ekologi biasanya bekerja di lapangan, mempelajari cara kerja alam. Mereka sering berada di wilayah yang terisolasi seperti di sebuah kepulauan dimana hubungan antara tanaman dan binatang mungkinlebih sederhana dan mudah untuk dipahami. Misalnya ekologi dari Isle Royale sebuah pulau di danau Superior telah dipelajari secara luas. Banyak ilmuwan yang mengfokuskan pada cara memecahkan suatu masalah, seperti bagaimana cara mengendalikan efek kerusakan polusi udara dan air yang berpengaruh terhadap mahkluk hidup.

POPULASI

Populasi adalah sekelompok mahkluk hidup dengan spesies yang sama, yang hidup di suatu wilayah yang sama dalam kurun waktu yang sama pula. Misalnya semua rusa di Isle Royale membentuk suatu populasi, begitu juga dengan pohon-pohon cemara. Ahli ekologi memastikan dan menganalisa jumlah dan pertumbuhan dari populasi serta hubungan antara masing-masing spesies dan kondisi-kondisi lingkungan.

Faktor yang menentukan populasi

Jumlah dari suatu populasi tergantung pada pengaruh dua kekuatan dasar. Pertama adalah jumlah yang sesuai bagi populasi untuk hidup dengan kondisi yang ideal. Kedua adalah gabungan berbagai efek kondisi faktor lingkungan yang kurang ideal yang membatasi pertumbuhan. Faktor-faktor yang membatasi diantaranya ketersediaan jumlah makanan yang rendah, pemangsa, persaingan dengan mahkluk hidup sesama spesies atau spesies lainnya, iklim dan penyakit. 

Jumlah terbesar dari populasi tertentu yang dapat didukung oleh lingkungan tertentu disebut dengan kapasitas beban lingkungan untuk spesies tersebut. Populasi yang normal biasanya lebih kecil dari kapasitas beban lingkungan bagi mereka disebabkan oleh efek cuaca yang buruk, musim mengasuh bayi yang kurang bagus, perburuan oleh predator, dan faktor-faktor lainnya.

Faktor-faktor yang merubah populasi

Tingkat populasi dari spesies bisa banyak berubah sepanjang waktu. Kadangkala perubahan ini disebabkan oleh peristiwa-peristiwa alam. Misalnya perubahan curah hujan bisa menyebabkan beberapa populasi meningkat sementara populasi lainnya terjadi penurunan. Atau munculnya penyakit-penyakit baru secara tajam dapat menurunkan populasi suatu spesies tanaman atau hewan. Sebagai contoh peralatan berat dan mobil menghasilkan gas asam yang dilepas ke dalam atmosfer, yang bercampur dengan awan Dan turun ke bumi sebagai hujan asam. Di beberapa wilayah yang menerima hujan asam dalam jumlah besar populasi ikan menurun secara tajam. 

KOMUNITAS

Sebuah komunitas adalah kumpulan populasi tumbuhan dan tanaman yang hidup secara bersama di dalam suatu lingkungan. Serigala, rusa, berang-berang, pohon cemara dan pohon birch adalah beberapa populasi yang membentuk komunitas hutan di Isle Royale. Ahli ekologi mempelajari peranan masing-masing spesies yang berbeda di dalam komunitas mereka. Mereka juga mempelajari tipe komunitas lain dan bagaimana mereka berubah. Beberapa komunitas seperti hutan yang terisolasi atau padang rumput dapat diidentifikasi secara mudah, sementara yang lainnya sangat sulit untuk dipastikan.

Sebuah komunitas tumbuh-tumbuhan dan binatang yang mencakup wilayah yang sangat luas disebut biome. Batas-batas biome yang berbeda pada umumnya ditentukan oleh iklim. Biome yang utama termasuk diantaranya padang pasir, hutan, tundra, dan beberapa tipe biome air.

Peran suatu spesies di dalam komunitasnya disebut peran ekologi (niche). Sebuah peran ekologi terdiri dari cara-cara sebuah spesies berinteraksi di dalam lingkungannya, termasuk diantaranya faktor-faktor tertentu seperti apa yang dimakan atau apa yang digunakan untuk energi, predator yang memangsa, jumlah panas, cahaya atau kelembaban udara yang dibutuhkan, dan kondisi dimana dapat direproduksi.

Ahli ekologi memiliki catatan yang panjang tentang beberapa spesies yang menempati peran ekologi tinggi tertentu dalam komunitas tertentu.Berbagai penjelasan banyak yang diusulkan untuk hal ini. Beberapa ahli ekologi merasa bahwa hal ini disebabkan karena kompetisi jika dua spesies mencoba untuk mengisi peran ekologi "niche" yang sama, selanjutnya kompetisi untuk membatasi berbagai sumber daya akan menekan salah satu spesies keluar. Ahli lainnya berpendapat bahwa sebuah spesies yang menempati peran ekology yang tinggi, melakukannya karena tuntutan fisik yang keras tentang peran tertentu tersebut di dalam komunitas. Dengan kata lain hanya satu spesies yang menempati peran ekologi "niche" bukan karena memenangkan kompetisi dengan spesies lainnya, tetapi karena hanya satu-satunya anggota komunitas yang memiliki kemampuan fisik memainkan peran tersebut.

Perubahan komunitas yang terjadi disebut suksesi ekologi. Proses yang terjadi berupa urutan-urutan yang lambat, pada umumnya perubahannya dapat diramalkan yakni dalam hal jumlah dan jenis mahkluk organisme yang ada di suatu tempat . Perbedaan intensitas sinar matahari, perlindungan dari angin, dan perubahan tanah dapat merubah jenis-jenis organisme yang hidup di suatu wilayah.

Perubahan-perubahan ini dapat juga merubah populasi yang membentuk komunitas. Selanjutnya karena jumlah dan jenis spesies berubah, maka karakteristik fisik dan kimia dari wilayah mengalami perubahan lebih lanjut. Wilayah tersebut bisa mencapai kondisi yang relatip stabil atau disebut komunitas klimaks, yang bisa berakhir hingga ratusan bahkan ribuan tahun.

Para ahli ekologi membedakan dua tipe suksesi yakni primer dan sekunder. Di dalam suksesi primer organisme mulai menempati wilayah baru yang belum ada kehidupan seperti sebuah pulau baru yang terbentuk karena letusan gunung berapi. Sebagai contoh anak krakatau yang terbentuk sejak 1928 dari kondisi steril, kini telah dihuni oleh puluhan spesies.

Suksesi sekunder terjadi setelah komunitas yang ada menderita gangguan yang besar sebagai contoh sebuah komunitas klimaks (stabil) hancur karena terjadinya kebakaran hutan. Komunitas padang rumput dan bunga liar akan tumbuh pertama kali. Selanjutnya diikuti oleh tumbuhan semak-semak. Terakhir pohon-pohonan baru muncul kembali dan wilayah tersebut akan kembali menjadi hutan hingga gangguan muncul kembali. Dengan demikian kekuatan-kekuatan alam yang terakhir menyebabkan terjadinya komunitas klimaks (stabil). Sebagai tambahan para ahli ekologi memandang kebakaran dan gangguan alam besar lainnya sebagai hal yang dapat diterima dan tetap diharapkan.

EKOSISTEM

Sebuah ekosistem adalah level paling kompleks dari sebuah organisasi alam. Ekosistem terbentuk dari sebuah komunitas dan lingkungan abiotiknya seperti iklim, tanah, air, udara, nutrien dan energi. Ahli ekologi sistem adalah mereka yang mencoba menghubungkan bersama beberapa perbedaan aktifitas fisika dan biologi di dalam suatu lingkungan. Penelitian mereka seringkali terfokus pada aliran energi dan perputaran material-material yang ada di dalam sebuah ekosistem. Mereka biasanya menggunakan komputer yang canggih untuk membantu memahami data-data yang dikumpulkan dari penelitian di lapangan dan untuk memprediksi perkembangan yang akan terjadi.

Aliran Energi

Para ahli ekologi mengkategorikan elemen-elemen yang membentuk atau yang memberi efek pada sebuah ekosistem menjadi 6 bagian utama berdasarkan para aliran energi dan nutrien yang mengalir pada sistem:

1. Matahari
2. Bahan-bahan anorganik
3. Produsen
4. Konsumen Pertama
5. Konsumen Kedua
6. Pengurai

Sebuah ekosistem yang sederhana dapat digambarkan seperti berikut. Matahari menyediakan energi yang hampir dibutuhkan semua produsen untuk membuat makanan. Produsen terdiri dari tanaman-tanaman hijau seperti rumput dan pohon yang membuat makanan melalui proses fotosintesis. Tanaman juga membutuhkan bahan-bahan abiotik seperti air dan pospor untuk tumbuh. Yang termasuk konsumen pertama diantaranya tikus, kelinci, belalang dan binatang pemakan tumbuhan lainnya. Ular, macan dan konsumen kedua lainnya atau yang biasa disebut dengan predator adalah pemakan binatang. Pengurai seperti jamur dan bakteri, menghancurkan tanaman dan binatang yang telah mati menjadi nutrien-nutrien sederhana. Nutrien-nutrien tersebut kembali ke dalam tanah dan digunakan kembali oleh tanaman-tanaman.

Tingkatan-tingkatan energi yang berkesinambungan yang berlangsung dalam bentuk makanan ini disebut rantai makanan. Di dalam sebuah rantai makanan yang sederhana rumput adalah produsen, konsumen pertama seperti kelinci memakan rumput. Kelinci selanjutnya dimakan oleh konsumen kedua misalnya ular atau macan. Bakteri pengurai menghancurkan sisa-sisa rumput yang mati, kelinci, ular, dan macan yang tidak termakan, sama halnya seperti menghancurkan kotoran binatang.

Sebagian besar ekosistem memiliki suatu variasi produsen, konsumen dan pengurai yang membentuk sebuah rantai makanan yang saling tumpang tindih yang dinamakan jaringan makanan. Jaringan-jaringan makanan terutama sekali terdapat di ekosistem wilayah tropis dan ekosistem lautan.

Beberapa spesies makan banyak jenis makanan tetapi ada juga yang membutuhkan makanan yang khusus. Konsumen pertama seperti koala dan panda terutama makan satu jenis tanaman. Makanan utama koala adalah eucalyptus dan makanan utama panda adalah bambu. Jika tanaman-tanaman ini mati maka kedua binatang tersebut juga ikut mati.

Energi yang berpindah melalui sebuah ekosistem berada dalam sebuah urutan transformasi. Pertama produsen merubah sinar matahari menjadi energi kimia yang disimpan di dalam protoplasma (sel-sel tumbuhan) di dalam tanaman. Selanjutnya konsumen pertama memakan tanaman, merubah energi menjadi bentuk energi kimia yang berbeda yang disimpan di dalam sel-sel tubuh. Energi ini berubah kembali ketika konsumen kedua makan konsumen pertama.

Sebagian besar organisme memiliki efisiensi ekologi yang rendah. Ini berarti mereka hanya dapat merubah sedikit bagian dari energi yang tersedia bagi mereka untuk disimpan menjadi energi kimia. Contohnya tanaman-tanaman hijau hanya dapat merubah sekitar 0,1 hingga 1 % tenaga matahari yang mencapainya ke dalam protoplasma. Sebagian besar energi yang tertangkap di bakar untuk pertumbuhan tanaman dan lepas ke dalam lingkungan sebagai panas. Begitu juga herbivora atau binatang pemakan tumbuhan dan karnivora binatang pemakan daging merubah energi ke dalam sel-sel tubuh hanya sekitar 10 hingga 20 % dari energi yang dihasilkan oleh makanan yang mereka makan.

Karena begitu banyaknya energi yang lepas sebagai panas pada setiap langkah dari rantai makanan, semua ekosistem mengembangkan sebuah piramida energi. Tanaman sebagai produsen menempati bagian dasar piramid, herbivora (konsumen pertama) membentuk bagian berikutnya, dan karnivora (komsumen kedua) membentuk puncak piramida. Piramid tersebut mencerminkan kenyataan bahwa banyak energi yang melewati tanaman dibandingkan dengan herbivora, dan lebih banyak yang melalui herbivora dibandingkan dengan karnivora.

Di dalam ekosistem-ekosistem daratan piramida energi tersebut menghasilkan sebuah piramida biomasa (berat). Ini berarti bahwa berat total dari tanaman-tanaman adalah lebih besar dibandingkan dengan berat total herbivora yang melampaui berat total karnivora. Tetapi di dalam lautan biomasa (berat) tanaman-tanaman dan binatang-binatang adalah sama.

Ahli-ahli ekologi mengumpulkan informasi pada sebuah piramida biomasa pada Isle Royale. Mereka meneliti hubungan piramida diantara tanaman, rusa dan serigala. Dalam sebuah penelitian mereka menemukan bahwa diperlukan tanaman seberat 346 kg untuk makanan rusa seberat 27 kg. Rusa seberat inilah yang diperlukan untuk makanan serigala seberat 0,45 kg.

Perputaran material-material

Semua benda hidup terdiri dari unsur-unsur kimia tertentu dan senyawa-senyawa kimia. Diantaranya adalah air, karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, fospor dan sulfur. Semua material-material ini berputar melalui ekosistem secara terus menerus. Perputaran fospor misalnya, semua organisme membutuhkan fospor. Tanaman mengambil senyawa fospor dari dalam tanah dan binatang memperoleh fospor dari tanaman dan binatang lainya yang dimakan. Pengurai mengembalikan fospor ke dalam tanah setelah tanaman dan binatang mati.

Di alam ekosistem-ekosistem yang tidak terganggu jumlah fosfor adalah tetap, tetapi ketika sebuah ekosistem terganggu terutama oleh aktifitas manusia, fospor seringkali bocor keluar. Hal ini akan mengurangi kemampuan ekosistem untuk mendukung kehidupan tanaman. Salah satu contoh adalah ketika manusia merubah hutan menjadi lahan pertanian. Dengan tidak adanya hutan yang melindungi maka fospor hanyut bersama tanah dan tersapu ke dalam sungai atau danau. Hal ini sangat mengganggu pertumbuhan algae. Pada akhirnya fospor terjebak di dalam endapan lumpur di dasar danau atau lautan. Karena kehilangan fospor maka petani harus membeli pupuk yang mahal untuk mengembalikan unsur fospor tersebut kedalam tanah

Perubahan ekosistem muncul setiap hari, secara musiman dan ketika terjadi suksesi (peralihan) ekologi sepanjang masa. Kadangkala perubahan terjadi secara berulang-ulang dan secara mendadak, seperti ketika terjadi kebakaran hutan atau ombak tsunami yang menyapu pantai. Perubahan yang paling terjadi dari hari ke hari terutama pada lingkaran nutrien, yang tidak kelihatan sekali, ekosistem-ekosistem kelihatannya cenderung stabil. Kestabilan yang nyata diantara tanaman dan binatang dan lingkungannya disebut keseimbangan alam.