MATAHARI dalam perjalanan evolusinya sebagai sebuah bintang menunjukkan sifat-sifat dinamis, baik di lapisan luar (fotosfer, kromosfer, korona) maupun lapisan dalam. Salah satu keajaiban perilaku evolusi matahari adalah fenomena siklus aktivitas 11 tahun.
Siklus merupakan perulangan peristiwa yang biasa terjadi di alam. Siang berganti malam, akibat rotasi bumi pada porosnya. Musim silih berganti akibat kemiringan poros rotasi bumi terhadap bidang orbitnya mengitari matahari (ekuator bumi membentuk sudut 23,5 derajat terhadap bidang ekliptika). Dan matahari ternyata juga memiliki siklus aktivitas.
Berbagai perioda siklus matahari telah diidentifikasi, baik dalam jangka puluhan maupun ratusan tahun. Salah satu yang mudah diamati adalah siklus aktivitas 11 tahun. Fenomena ini bahkan sudah diketahui oleh para pengamat matahari sejak abad ke-17, mengingat metoda yang digunakan sangatlah sederhana, yaitu menghitung jumlah bintik secara rutin setiap hari.
Adalah seorang Galileo Galilei yang membuat terobosan besar dalam sejarah pengamatan astronomi. Setelah merampungkan teleskop buatan sendiri tahun 1610, salah satu benda langit yang menjadi sasaran adalah matahari. Ia takjub lantaran permukaan matahari dihiasi bintik-bintik hitam secara acak dan berkelompok. Bila diamati dari hari ke hari ternyata jumlah bintik dalam suatu kelompok berubah, demikian pula jumlah kelompok bintik secara keseluruhan.
Sayangnya, Galileo tidak melakukan observasi setiap hari dalam kurun waktu panjang. Karena itu ia bukanlah penemu salah satu misteri akbar yang menjadi bagian dari evolusi Matahari, yaitu pemunculan bintik mengikuti suatu pola tertentu atau siklus. Entah secara kebetulan, dalam kurun waktu tahun 1645 - 1715, pemunculan bintik sangat sedikit. Rentang waktu matahari dalam kondisi 'tidak aktif' ini disebut sebagai Mauder Minimum. Hal ini pula yang mungkin menyebabkan fenomena siklus aktivitas matahari tidak diketahui sebelum tahun 1715.
Satu hal yang menarik, aktivitas matahari minimum itu ternyata menyebabkan suhu seluruh muka bumi sangat dingin sepanjang tahun. Sungai di kawasan lintang rendah yang biasanya tidak membeku pun jadi beku, dan salju menutupi di berbagai belahan dunia. Tak berlebihan bila masa itu disebut Little Ice Age. Ada bukti-bukti abad es ini pernah terjadi jauh di masa lampau. Akankah bumi mengalami abad es kembali di masa yang akan datang? Pemahaman perilaku siklus matahari diharapkan dapat menjawab teka-teki ini.
Siklus Matahari
Pengamatan matahari secara sistematis mulai dilakukan di Observatorium Zurich tahun 1749, atau lebih dari seabad setelah pengamatan Galileo. Selama berpuluh-puluh tahun observatorium ini menjadi pelopor dalam pengamatan Matahari. Dari ketekunan dan jerih payah selama puluhan tahun ini, akhirnya terungkap pemunculan bintik mengikuti suatu siklus dengan perioda sekira 11 tahun.
Meski fenomena itu sudah diketahui ratusan tahun silam, perilaku atau sifat-sifat siklus aktivitas matahari 11 tahun masih merupakan topik penelitian yang relevan dilakukan oleh para peneliti pada saat ini. Entah dalam upaya untuk memahami fisika matahari maupun mengaji pengaruhnya bagi lingkungan tata surya. Khususnya, pengaruh aktivitas itu terhadap lingkungan bumi, yang lebih pupuler dengan sebutan cuaca antariksa (space weather).
Satu abad kemudian, yaitu tahun 1849, observatorium lainnya (Royal Greenwich Observatory, Inggris) memulai pengamatan Matahari secara rutin. Dengan demikian, data dari kedua observatorium tersebut saling melengkapi. Ada kalanya sebuah observatorium tidak mungkin melakukan pengamatan karena kondisi cuaca ataupun teleskop dalam perawatan.
Siklus 11 tahun aktivitas matahari merupakan suatu keajaiban alam. Bagaimana sebenarnya proses pembangkitan siklus 11 tahun itu, hingga kini masih menjadi topik penelitian menarik bagi para ahli. Dari berbagai studi yang telah dilakukan, terungkap pembangkitan siklus itu berkaitan dengan proses internal matahari. Terjadi pada suatu lapisan di bawah fotosfer yang disebut lapisan konvektif.
Lapisan konvektif mempunyai ketebalan sekira 30 dari jari-jari matahari. Namun, lapisan ini memunyai peranan penting dalam proses penjalaran energi yang dibangkitkan oleh inti matahari sebelum dipancarkan keluar dari fotosfer. Di antara inti dan lapisan konvektif terdapat lapisan radiatif.
Satu-satunya teori yang bisa menjelaskan fenomena siklus 11 tahun secara tepat adalah teori "Dinamo Matahari" (Solar Dynamo). Seorang pakar bidang ini, Prof. Hirokazu Yoshimura dari Departemen Astronomi, Universitas Tokyo, telah melakukan studi intensif proses dinamo matahari melalui simulasi 3D menggunakan komputer. Begitu ketatnya menjaga kerahasiaan penelitian yang tengah dilakukan, laboratorium tempat ia bekerja senantiasa tertutup rapat. Salah seorang staf Matahari Watukosek-LAPAN, Maspul Aini Kambry, boleh jadi satu-satunya orang Indonesia yang sering berdiskusi di dalam laboratoriumnya ketika ia mengambil program doktor.
Melalui kerja sama penelitian, mereka berhasil membuktikan adanya siklus 55 tahun (55 years grand cycle) berdasarkan hasil simulasi dinamo matahari, yang dikonfirmasi melalui analisis observasi bintik menggunakan data dari National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Penemuan yang dituangkan dalam tesis doktor M.A. Kambry, sempat diekspos salah satu koran terkemuka Jepang, Yomiuri Shimbun, setelah dipresentasikan dalam suatu simposium astronomi (tenmon gakkai) di Jepang, 13 tahun silam
Keajaiban Siklus Matahari
Manusia Berdarah Hijau
Semua orang tahu kalau darah manusia itu merah. Bukan hanya darah manusia tetapi sebagian besar darah sebagian besar makhluk hidup lainnya itu merah. Mau orang kaya, orang miskin semuanya darahnya merah. Lalu, bagaimana kalau terdapat makhluk yang berdarah hijau di bumi ini? Apakah mereka keturunan alien? Bagaimana kalau anda sedang rual rumah, calon pembeli anda bilang bahwa dia berdarah hijau seperti tokoh Mr. Spock di film Star Trek? Pasti anda akan tertawa duluan khan.
Orang berdarah berwarna hijau ditemukan pada Juni 2007 oleh tim dokter anestesi Dr. Stephan Schwarz, Dr. Giuseppe Del Vicario dan Dr. Alana Flexman di Kanada. Saat itu para dokter dalam satu tim ini sedang melakukan operasi di rumah sakit Vancouver St. Paul terhadap seorang lelaki berusia 42 tahun yang masuk ke rumah sakit karena terjatuh. Para dokter tersebut sangat terkejut ketika pada sayatan pertama pada kaki sang pasien, darah yang dikeluarkan nya adalah darah yang berwarna hijau gelap bukan warna merah seperti manusia pada normalnya.
Para dokter mengadakan penelusuran ke riwayat medis sang pasien dan hasil penemuan menyatakan bahwa sang pasien ternyata sering mengkonsumsi obat sumatriptan dalam dosis besar atau 200 miligram setiap harinya untuk mengobati sakit kepala migrain sang pasien. Obat-obatan sumatriptan adalah termasuk dalam golongan sulfonamides (sulfur), merupakan obat yang mengandung senyawa belerang. Karena kandungan senyawa belerang inilah yang menyebabkan terjadinya kondisi langka yang disebut dengan sulfhaemoglobinaemia, yaitu belerang yang ada di tubuh bergabung dengan oksigen yang membawa senyawa hemoglobin di dalam sel darah merah.
Salmonella : Infeksi yang Mematikan
Setiap hari, kita pasti mengkonsumsi makanan yang membuat tubuh bugar dan sehat, seperti makanan karbohidrat, protein dan sayur mayur. Makanan ini sangatlah penting untuk kondisi tubuh yang kuat. Tidak hanya makanan, kebanyakan dari kita juga pasti mempunyai hewan peliharaan dan hewan kesayangan seperti anjing, kucing, kura-kura, cicak atau pun ular, yang menurut kita sangatlah penting dalam hidup kita. Akan tetapi, kita tidak pernah mengetahui bahwa makanan atau minuman yang kita konsumsi telah terkontaminasi oleh bakteri Salmonellosis. Tidak hanya itu, kita juga tidak mengetahui kalau hewan pelirahaan kita sebenarnya membawa bakteri Salmonellosis ini, yang amat sangat membahayakan untuk manusia.
Bakteri Salmonellosis adalah bakteri yang menular dengan kecepatan luar biasa, dan bisa memperburuk dalam waktu yang sangat cepat. Infeksi Salmonella, disebabkan oleh bakteri Salmonellosis, bisa menyebabkan dehidrasi ekstrim dan juga kematian. Salmonellosis disebarkan kepada orang-orang dengan memakan bakteri Salmonella yang mengkontaminasi dan mencemari makanan. Salmonella ada diseluruh dunia dan dapat mencemari hampir segala tipe makanan. Namun sumber dari penyakit baru-baru ini melibatkan makanan-makanan seperti telur-telur mentah, daging mentah, sayur-sayur segar, sereal, dan air yang tercemar.
Pencemaran dan penyebaran infeksi dan bakteri Salmonella ini dapat datang dari feces hewan atau manusia yang berhubungan dengan makanan selama pemrosesannya atau panen. Dari hasil yang tersedia dari U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) atau FDA, sumber-sumber langsung yang berpotensi dari Salmonella adalah hewan-hewan peliharaan seperti kura-kura, anjing-anjing, kucing-kucing, kebanyakan hewan-hewan ternak, dan manusia-manusia yang terinfeksi. Menurut penelitian-penelitian di seluruh dunia, para ahli menyarankan sumber-sumber makanan, air, atau sumber-sumber lain dari pencemaran mengandung jumlah-jumlah yang besar dari bakteri-bakteri. Meskipun asam lambung manusia dapat mengurangi, menguras sedikit dan membunuh infeksi Salmonella, masih ada beberapa bakteri-bakteri dapat lolos ke dalam usus besar maupun usus kecil, dan kemudian melekat dan menembus sel-sel dalam tubuh manusia.
Racun-racun yang dihasilkan oleh bakteri dapat merusak dan membunuh sel-sel yang melapisi usus-usus, yang berakibat pada kehilangan cairan usus (diare). Beberapa Salmonella dapat selamat dalam sel-sel dari sistem imun dan dapat mencapai aliran darah, menyebabkan infeksi darah (bacteremia). Tidak hanya itu, ketika infeksi Salmonella sudah memasuki dan mencapai aliran darah, akan mengakibatkan panas dalam, muntaber dan sakit perut yang ekstrim. Biasanya, yang terinfeksi oleh infeksi Salmonella adalah masa bayi-bayi, masa kanak-kanak, masa tua dan orang yang mempunyai system imun yang sangatlah lemah. Sistem imun adalah sistem, termasuk thymus dan bone marrow and lymphoid tisu, yang menjaga dan melindungi tubuh manusia dari infeksi dan bakteri yang asing dengan memproduksi respon imun yang kuat. Akan tetapi, orang yang mempunyai system imun yang sangat lemah, tidak kuat untuk menahan infeksi ataupun bakteri memasuki tubuhnya. Bayi dan kanak-kanak adalah tahapan pertumbuhan paling awal, dan sejak masa itulah sistem imun seorang bayi masih terlalu muda dan belum terlalu kuat untuk melawan infeksi dan bakteri berbahaya, seperti infeksi Salmonella. Sedangkan orang yang sudah cukup tua sudah mencapai tahapan pertumbuhan paling terakhir, dan sejak masa itulah sistem imun seorang yang tua sudah terlalu lemah dan tidak kuat untuk menahan bakteri Salmonella yang amat sangat berbahaya bagi manusia itu.
Tidak semua bakteri atau infeksi saling menular. Bakteri saling menular dengan 3 cara yaitu secara bersentuhan, secara berterbangan di udara, dan secara makanan ataupun minuman yang kita konsumsi setiap hari. Bakteri Salmonellosis adalah bakteri yang menular dengan semua cara tersebut dengan kecepatan yang luar biasa. Dari hasil penelitian, para ahli menyatakan bahwa bakteri Salmonellosis adalah bakteri yang mudah dihilangkan tetapi ketika tubuh kita diberi antibiotik, bakteri Salmonellosis tersebut bisa tambah aktif dan membuat proses penularan lebih cepat dibandingkan biasanya. Efek-efek dari serangan bakteri Salmonellosis ini juga sangat berbahaya jika tidak diobati atau dirawat karena bisa menghancurkan sistem imun dengan fatal. Bakteri Salmonellosis adalah bakteri yang menular dengan cara bersentuhan. Contohnya adalah hewan peliharaan kita atau hewan reptil seperti ular dan cicak. Ketika kita menyentuh hewan yang membawa bakteri tersebut, bakterinya akan menyangkut dan menempel di rambut kulit dan lama kelamaan, bisa masuk ke dalam tubuh kita. Bakteri Salmonellosis ini juga menular dengan sangat cepat lewat udara. Ketika tubuh kita terinfeksi oleh Infeksi Salmonella, kita akan mengalami flu yang berat. Dengan flu tersebut, udara yang mengelilingi kita akan terkontaminasi oleh bakteri-bakteri Salmonellosis, yang bisa mengakibatkan penularan yang cepat. Tidak hanya lewat udara dan penyentuhan, bakteri Salmonellosis ini saling menular dengan cara makanan atau minuman. Kalau makanan dan minuman kita terkontaminasi oleh bakteri ini, kita akan mendapat Infeksi Salmonella dengan cara memakan atau meminumnya.
Fungsi Population Genetics menjelaskan peran Seleksi Alam dalam Evolusi Neo-DarwinismSeiring dengan pesatnya kemajuan teknologi di bidang biologi mole
Seiring dengan pesatnya kemajuan teknologi di bidang biologi molekuler, aspek-aspek ilmu genetika juga mengalami perkembangan yang sangat pesat. Aspek yang dimaksud masuk ke dalam ranah ilmu genetika yaitu classical genetics, molecular genetics dan population genetics. Quantitative genetics yang membahas secara mendalam berbagai macam sifat kuantitatif seperti tinggi badan, berat badan, IQ, kepekaan terhadap penyakit, dan sebagainya masuk ke dalam ilmu population genetics. Ilmu population genetics pula yang mendukung teori evolusi yang dikemukakan oleh Charles Darwin 150 tahun lalu. Ilmu ini menggunakan berbagai macam pendekatan statistik untuk membuktikan, menjelaskan atau mendeteksi adanya perubahan organisme dalam lingkungan oleh sebab adanya dorongan evolusi (evolutionary force). Dari sinilah lahir istilah Neo-Darwinism.
Dalam Neo-Darwinism, evolusi dideskripsikan sebagai perubahan frekuensi alel yang ada dalam populasi di tempat dan waktu tertentu oleh sebab adanya evolutionary force. Evolutionary force yang dimaksud di sini terdiri dari (1) Mutation, sebagai the building block of evolution, ia cenderung meningkatkan variasi genetis atau frekuensi alel yang menjadi subyek seleksi alam; (2) Natural Selection, terdiri dari directional selection, stabilizing selection dan disruptive selection; (3) random genetic drift, yang cenderung menekan variasi genetis; (4) Non-random mating yang meningkatkan homozigositas fenotip tanpa mempengaruhi frekuensi alel; (5) migration, yang mendorong kesamaan frekensi alel antar populasi yang berbeda.
Sebelum melangkah lebih jauh, alangkah baiknya jika kita mengenal bagaimana cara menghitung frekuensi alel dalam suatu populasi. Misalkan dalam suatu populasi, terdapat 2 alel dalam satu lokus, yaitu A1 dan A2, maka dalam populasi tersebut hanya ada variasi genotip individu sebagai berikut A1A1, A1A2, dan A2A2. Jika dalam populasi tersebut diketahui berjumlah 500 orang dan individu dengan genotip A1A1 = 245, A1A2 = 150 dan A2A2 = 105, maka frekuensi masing-masing alel dalam gene pool, yaitu A1 dan A2 bisa dihitung sebagai berikut :
Frekuensi A1= [(2 x 245) + (1 x 150)] / 1000 = 0,64
Frekuensi A2= [(2 x 105) + (1 x 150)] / 1000 = 0,36
Di sini 1000 artinya dalam gene pool yang terdiri dari 500 individu terdapat 1000 alel sebab masing-masing individu memiliki 2 alel atau diploid. Pada individu A1A1 terdapat dua alel A1, sedangkan dalam individu A1A2 terdapat satu alel A1.
Langkah selanjutnya adalah mengetahui apakah individu dengn alel tertentu memiliki kemampuan adaptasi lebih unggul dibandingkan alel lain yang dinyatakan dengan fitness, kita harus menghitung dulu nilai fecundity dan survival dari keturunan yang dihasilkan oleh individu dengan genotipe tertentu. Fecundity adalah kemampuan organisme untuk mengasilkan keturunan atau dengan kata lain rata-rata keturunan yang dilahirkan oleh organisme dengan genotpe tertentu dalam populasi bersangkutan. Survival adalah kemampuan keturunan tersebut untuk tetap hidup sampai masa reproduksi. Produk antara fecundity dan survival adalah fitness. Kita ambil contoh pada wolf spider betina yang menghasilkan keturunan seperti pada tabel dibawah ini.
Genotipe fecundity Survival fitness relative fitness
A1A1 230 0,0200 4,6 1.00
A1A2 280 0,0150 4,2 0,91
A2A2 190 0,0100 1,9 0,41
Pada tabel di atas tampak bahwa individu homozygote A1 memiliki fitnes paling besar walaupun fecundity nya sedikit lebih rendah daripada heterozygote tapi memiliki survival yang lebih tinggi. Konsep relative fitness lebih sering dipakai dalam population genetics dibandingkan dengan absolute fitness. Dalam relative fitness, individu dengan genotipe tertentu yang memiliki fitness tertinggi dianggap memiliki fitness sebesar 1, sedangkan yang lainnya kurang dari 1 seperti tampak pada kolom terakhir tabel di atas. Dengan kata lain individu dengan kemampuan adaptasi paling tinggi memiliki fitness sebesar 1,00.
Dari penjelasan di atas tampak adanya proses seleksi terhadap individu dengan genotipe tertentu, yang dalam hal ini yaitu seleksi terhadap alel A2. Besarnya seleksi yang dialami oleh individu dengan genotip tertentu dinyatakan dengan bilangan coefficient of selection. Hubungan antara fitness dengan coefficient of selection (s) dapat dinyatakan sebagai berikut :
coefficient of selecion (s) = 1 – fitness (F)
Dari contoh dalam tabel di atas, dapat dihitung coefficient of selection (s) nya, yaitu sebesar 0,59.
Dalam lingkungan yang sesungguhnya, alel tertentu bisa mempengaruhi kemampuan beradaptasi (fitness) individu tidak selalu secara langsung, artinya, fenotip yang dihasilkan oleh genetotip tertentu tidak secara langsung menentukan kemampuan hidupnya, tapi lebih menentukan kemampuan hidup individu tersebut melalui melalui interaksinya dengan lingkungan. Misalkan kemampuannya berkamuflase suatu organisme sangat bergantung pada genotipe yang mengkode warna pigmen dan kondisi lingkungan di mana organisme itu hidup. Semakin baik kemampuan berkamulflase maka semakin tinggi pula ia terhindarkan dari predator, akibatnya, alel yang mengkode sifat terkait lebih banyak diturunkan pada generasi berikut daripada alel lain. Contoh mekanisme seleks seperti ini tampak pada salah satu jenis kupu Beston betularia di Inggris (lihat gambar). Sebelum era industrialisasi di Inggris, banyak pohon masih berwarna terang, sehingga kupu berwarna terang lebih terkamuflase dan terhindarkan dari predator daripada kupu berwarna gelap. Di sini alel pengkode pigmen gelap dominan terhadap alel pengkode pigmen terang. Namun, saat era industrialisasi, dimana banyak sekali polusi udara yang membuat warna kulit pohon menjadi lebih gelap, kupu dengan warna gelap lebih adapted dibandingkan dengan kupu berwarna terang, akibatnya frekuensi alel untuk mengkode pigmen warna gelap lebih banyak atau meningkat.
Efek Seleksi Alam pada Frekuensi Alel di Generasi Berikut
Seperti yang telah disebutkan di atas, seleksi alam dapat meningkatkan frekuensi alel yang menghasilkan fenotipe dengan fitness tertinggi. Perhitungan mengenai efek seleksi alam ini kita ambil contoh yang sama pada pada tabel di atas, namun kali ini individu heterozygote memiliki relative fitness sama dengan individu homozygote yaitu 1,00 sebagai berikut:
Genotipe frekuensi genotipe P relative fitness kontribusi frekuensi genotipe P’
A1A1 (0,64)2= 0,41 1.00 0,41 0,41/0,92 = 0,44
A1A2 2 (0,36)(0,64)=0,46 1,00 0,46 0,46/0,92 = 0,50
A2A2 (0,36)2 = 0,13 0,41 0,05 0,05/0,92 = 0,06
total = 1 total = 0,92 total = 1
Perhitungan frekuensi P di atas berdasarkan hukum Hardy-Weinberg. Dari perhitungan di atas tampak bahwa total frekuensi alel pada generasi berikut (P’) mengceil sebab adanya seleksi pada alel tertentu, dalam hal ini alel A2 dalam genotip homozygote A2. Dalam generasi berikutnya, frekuensi genotipe A1A1 menjadi 0,44, genotipe A1A2 menjadi 0,50, dan genotipe A2A2 menjadi 0,06. Frekuensi genotipe A2A2 turun dari 0,13 menjadi 0,06, yaitu tinggal separuhnya! Dari perhitungan ini dapat diketahui bahwa frekuensi alel A2 pada generasi berikut menjadi :
(0,06) + (0,5 x 0,50) = 0,31
Yakni mengalami pernurunan sebesar 0,36-0,31 = 0,05 atau sekitar 5%. Jika frekuensi A1 dinyatakan sebagai p dan frekuensi A2 dinyatakan sebagai q, maka perbedaan frekuensi A2 antara generasi parental dan f1 dinyatakan dalam Δq = -0,05. Sedangkan frekuensi alel A1, dengan cara perhitungan yang sama dengan alel A2 mengalami peningkatan sebesar 0,05 atau 5%.
Contoh di atas menggambarkan jika dominasi (dominance) A1 adalah complete dominance, artinya, fenotipe dari heterozygote memiliki sifat yang sama persis dengan homozygote A1 sehingga seleksi alam tidak bisa “mendeteksi” adanya alel A2 dalam keadaan heterozygote. Hal ini tidak selalu benar pada dunia nyata. Sebab kadangkala, ada alel yang tidak menunjukkan sifat demikian dalam hal dominasi, tapi memiliki derajat dominasi sampai nilai tertentu yang dinayatakan dalam level of dominance (h). Alel dengan sifat demikian dikatakan memiliki efek additif (additive effects). Lihat contoh pada tabel berikut ini :
Genotipe frekuensi genotipe P relative fitness kontribusi frekuensi genotipe P’
A1A1 (0,64)2= 0,41 1.00 0,41 0,41/0,83 = 0,49
A1A2 2 (0,36)(0,64)=0,46 0,80 0,37 0,37/0,83 = 0,44
A2A2 (0,36)2 = 0,13 0,41 0,05 0,05/0,83 = 0,06
total = 1 total = 0,83 total = 1
Dengan data di atas, alel A2 mengalami penurunan sebesar 8%, lebih besar daripada tabel di atas. Dari sini tampak bahwa jika level of dominance menurun, maka alel A2 dalam keadaan heterozygote akan “terdeteksi” oleh seleksi alam.
Penejelasan ini hanyalah sepotong dari sekian banyak perhitungan dalam population genetics yang tentu saja tidak bisa diceritakan panjang lebar dalam kesempatan ini. Penjelasan ini belum mencakup penjelasan peran population genetics dalam menjelaskan seleksi alam yang terjadi pada quantitative traits sebagai dasar evolusi organisme yang jauh lebih kompleks.





