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.
