Sifat Sains dan Biologi

PENDAHULUAN: SIFAT SAINS DAN BIOLOGI
Daftar Isi
 Biologi: sains dalam kehidupan kita
 Sains dan metode Ilmiah
 Teori –teori yang memberikan sumbangan pada biologi modern
 Perkembangan teori of evolusi
 Pandangan modern umur bumi
 Perkembangan pandangan modern tentang teori evolusi
 Evolusi menurut Darwin
 Keanekaragaman kehidupan
 Ciri-ciri makhluk hidup
 Tingkat organisasi
 Tujuan instruksional khusus
 Pustaka

Biologi: Sains dalam kehidupan kita
Secara harfiah Biologi berarti "studi mengenai kehidupan". Biologi dalam pengertian luas meliputi hasil kerja perangkat kimia kecil di dalam sel tubuh kita, hingga konsep ekosistem dan perubahan iklim global. Biologiwan memindai otak manusia, komposisi gen, hingga fungsi sistem reproduksi kita. Baru baru ini mereka telah berhasil menyelesaikan pemetaan gen manusia, basa DNA (Deoxyribo nucleic acid), sehingga kita lebih banyak mengetahui kemampuan bawaan kita, perilaku dan penyakit tertentu. Rengrengan DNA memiliki peran penting dalam kasus kriminal, batalnya hukuman bagi terpidana mati yang semula dianggap bersalah, hingga impeachment Presiden Clinton. Saat ini kita dicekoki berita akan resiko mengkonsumsi makanan impor kesukaan kita (pizza, hamburger, dan sebagainya) demikian juga sering diingatkan kegunaan mengkonsumsi makanan lain seperti sayur dan buah. Di media televisi sering ditayangkan info komersial mengenai manfaat obat obatan pengatur metabolisme untuk menurunkan berat badan, pemasaran berjenjang yang menawarkan zat makanan pelengkap yang dikenal dengan istilah suplemen atau komplemen yang khasiatnya digambarkan penuh dengan “keajaiban”. Saat ini banyak orang beralih mengkonsumsi jamu untuk mengurangi sakit arthritisnya, memperbaiki memori, bahkan juga membangkitkan suasana hati kita.
Dapatkan sebuah buku biologi menjawab pertanyaan pertanyaan ini? Tidak, namun orang akan mampu mempelajari bagaimana menilai suatu penelitian, memilah berita, tawaran suplemen dan mengevaluasi permasalahan umum secara kritis. Setelah beberapa lama anda mempelajari buku ini, tidak diragukan lagi anda akan mengetahui lebih detil mengenai proses metabolisme, misalnya. Namun paling tidak anda akan tahu bagaimana harus mencari informasi ilmiah, bagaimana sains berproses sehingga akan diperoleh suatu keputusan yang baik. Apakah anda akan menjadi seorang ilmuwan? Mungkin ya. Anda tidak harus terlatih menjadi seorang ilmuwan, namun anda dapat berpikir kritis, memecahkan persoalan, dan paling sedikit anda tahu apa yang disebut sains.

Sains dan Metode Ilmiah
Sains adalah suatu usaha yang obyektif, logis dan dapat diulang dalam usaha memahami prinsip dan gaya yang bekerja di alam semesta. Sains atau bahasa Inggrisnya Science berasal dari kata Latin, scientia, yang artinya mengetahui. Sains yang baik tidak mendogma, namun sebaliknya digambarkan sebagai proses menguji dan mengevaluasi yang berkelanjutan. Salah satu keuntungan menjadi mahasiswa biologi adalah bahwa mereka akan lebih terbiasa dengan proses sains.
Salah satu sifat manusia adalah ketertarikan akan tempat hidupnya. Masa kanak kanak selalu dipenuhi dengan kata ‘mengapa’ yang ditujukan kepada orang tuanya, penuh dengan rasa kemelitan, selalu ingin tahu. Sains adalah suatu cara untuk menjawab pertanyaan ‘mengapa’ ini. Saat berbelanja di pasar swalayan, kita sebenarnya sudah melakukan sejenis eksperimen ilmiah. Bila anda menginginkan sabun dengan merek X, dan sabun merek Y sedang ada potongan harga, mungkin anda akan mencoba merek Y. Kalau anda menyukainya mungkin nanti anda akan membeli lagi, bahkan walau sudah tidak ada discount sekalipun. Bila anda tidak menyukainya, ada obralpun tidak akan anda beli.
Untuk melakukan penelitian ilmiah orang harus mengetahui aturan aturannya. Metode ilmiah dipakai sebagai pegangan yang dapat dimodifikasi. Pada beberapa bidang ilmu seperti taksonomi dan beberapa subdisiplin geologi, tidak perlu dilakukan penelitian laboratorium. Sebagai gantinya, setelah hipotesis dirumuskan, ada observasi tambahan dan/atau koleksi yang dibuat dari berbagai tempat..
Tahapan dalam metode ilmiah umumnya meliputi:
1. Observasi: mendefinisikan masalah yang ingin anda terangkan.
2. Hipotesis: satu atau lebih keterangan yang bisa saja salah untuk observasi.
3. Eksperimen: Usaha yang terkontrol untuk menguji satu atau lebih hipotesis
4. Kesimpulan: apakah hipotesis didukung atau tidak? Setelah tahapan ini hipotetsis dapat dimodifikasi atau ditolak, yang dapat menyebabkan pengulangan tahapan di atas.
Setelah hipotesis diuji kembali, maka hierarkhi pemikiran ilmiah berkembang. Hipotesis pada umumnya adalah tingkat kepastian yang paling rendah nilainya. Teori merupakan hipotesis yang sudah diuji ulang dengan sedikit perubahan misalnya dalam hal ini adalah Teori Evolusi. Hukum adalah satu dari yang mendasari prinsip bagaimana alam semesta ini diatur misalnya hukum of Termodinamika, Hukum Gravitasi Newton. Sains menggunakan kata teori secara berbeda dengan yang digunakan pada populasi secara umum. Teori bagi kebanyakan orang awam adalah gagasan yang tak teruji. Ilmuwan akan menyebut ini sebagai hipotesis. Eksperimen ilmiah juga berhubungan dengan variabel yang diisolasi. Eksperimen ilmiah yang baik tidak secara simultan menguji beberapa variabel, tetapi hanya satu variabel yang dapat diukur yang akan dibandingkan dengan kontrol. Eksperimen ilmiah yang terkontrol adalah situasi dimana semua faktornya sama dari kedua subyek yang diuji, kecuali satu variabel eksperimentalnya.
Mari kita lihat eksperimen yang kurang baik berikut ini. Sandi ingin menguji pengaruh musik rap terhadap pertumbuhan tanaman kacang. Ia bermain musik rap keras keras selama 24 jam di depan suatu seri tanaman kacang yang ditumbuhkan di bawah sinar matahari dan disiram tiap hari. Pada akhir penelitiannya ia menyimpulkan bahwa musik rap dapat merangsang pertumbuhan tanaman kacang. Hasil penelitiannya diberi nilai sangat rendah oleh guru, diberi catatan bahwa eksperimen ini tidak disertai kelompok kontrol. Sandi kembali mengulang penelitiannya lagi dengan menambah satu kelompok kontrol dengan kondisi lingkungan yang sama dengan yang diperdengarkan musik rap, tetapi tanpa diiringi musik. Dia sampai pada kesimpulan yang sama, hanya sekarang ia sudah memiliki dasar pembanding. Kemudian sang guru memberi nilai sedikit lebih tinggi.

Teori yang memiliki peran dalam perkembangan Biologi Modern:
1. Teori sel
2. Teori Evolusi melalui Seleksi Alam
3. Teori gen
4. Homeostasis
Robert Hooke (1635-1703), ilmuwan yang pertama kali menggunakan mikroskop untuk menguji air kolam, gabus dan hal hal lain. Ia menyebut rongga yang teramati pada gabus sebagai "sel", yang dalam bahasa Latin artinya ruangan. Matthias Schleiden (pada tahun 1838) menyimpulkan bahwa semua jaringan tanaman tersusun dari sel. Pada tahun 1839, Theodore Schwann sampai pada kesimpulan yang sama untuk jaringan hewan. Rudolf Virchow, pada tahun 1858, menggabungkan dua gagasan ini dan menambahkan bahwa semua sel berasal dari sel sel yang sudah ada sebelumnya, dan merumuskan apa yang disebut Teori sel. Dengan demikian ada mata rantai kehidupan yang merentang dari sel sel anda ke sel sel yang sudah ada sebelumnya, selama 3,5 milyar tahun lalu. Teori sel menyatakan bahwa semua organisme tersusun dari satu atau lebih sel dan sel ini muncul dari sel yang telah ada sebelumnya.
James Watson (L) dan Francis Crick (R), dan model struktur DNA yang mereka buat. Gambar diambil dari internet.
Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick mengembangkan model deoxyribonucleic acid (DNA), suatu zat kimia yang saat ini dideduksi membawa sifat sifat fisik pewarisan. Crick menghipotesis mekanisme replikasi DNA dan selanjutnya menghubungkan DNA dengan protein, suatu gagasan yang disebut dengan dogma sentral. Informasi dari “bahasa” DNA diubah menjadi “bahasa” RNA (ribonucleic acid) dan selanjutnya menjadi “bahasa” protein. Dogma sentral menerangkan pengaruh hereditas (DNA) terhadap organisme (proteins).
Homeostasis adalah pemeliharaan kisaran kondisi dinamis yang dalam kisaran ini organisme dapat berfungsi. Suhu, pH dan energi merupakan bagian utama dalam konsep ini. Termodinamika adalah suatu bidang studi yang meliputi hukum yang mengatur transfer energi, dan karenanya merupakan dasar kehidupan di bumi. Ada dua hukum utama yang dikenal: konservasi zat dan energi, serta entropi. Ini semua akan kita bicarakan lebih mendalam pada bab bab selanjutnya. Alam semesta tersusun dari dua hal: zat (atoms, dsb.) dan energi.
Tiga teori pertama ini diterima dengan baik oleh para ilmuwan dan publik secara umum. Teori evolusi diterima dengan baik oleh para ilmuwan. Namun teori ini kadang masih menjadi perdebatan bagi para politisi maupun para pemuka agama. Kebingungan ini biasanya disebabkan karena apa yang diungkap oleh teori tersebut dan bukan apa yang tidak diungkap.

Perkembangan teori evolusi
Biologi didasarkan pada beberapa tema pemersatu seperti teori sel, genetika dan pewarisan sifat, Francis Crick dengan dogma sentral aliran informasi, serta Darwin and Wallace dengan teori evolusinya melalui seleksi alam. Pada bagian pertama ini kita akan menguji tema tema tersebut dan sifat sains.
Filsuf Yunani kuno Anaxiamander (611-547 B.C.) dan filsuf jaman Roman Lucretius (99-55 B.C.) menetapkan konsep bahwa semua makhluk hidup berhubungan dan selalu berubah sejalan dengan waktu. Sains klasik saat itu sifatnya hanya observasional dan bukan eksperimental. Filsuf Yunani lainnya, Aristotle menulis Scala Naturae, suatu tangga kehidupan, untuk menerangkan konsep kemajuan makhluk hidup dari zat mati hingga tetumbuhan, lalu ke hewan dan akhirnya manusia. Konsep manusia sebagai “mahkota kreasi” hingga saat ini masih menjadi perdebatan para biologiwan evolusioner (Lihat Gould, 1989, untuk diskusi yang lebih mendalam).
Ilmuwan Post-Aristotlean dihambat dengan gagalnya pola pikir abad pertengahan – akibat penafsiran kitab Injil mengenai adanya ciptaan khusus bahwa dunia dicpta dalam enam hari. Archbishop James Ussher dari Irlandia pada tahun 1600-an menghitung umur bumi berdasar geneologi dari Adam dan Eva seperti yang tertulis dalam buku Biblical Book of Genesis. Berdasar perhitungan Ussher, bumi terbentuk pada 22 Oktober 4004 B.C. Kalkulasi ini adalah bagian dari buku Ussher, History of the World. Kronologi yang dikembangankan diambil sebagai suatu fakta, dan bahkan dicetak di sampul depan kitab Injil. Gagasan Ussher segera saja diterima, sebagian karena mereka tidak menghadapi ancaman strata sosial saat itu; gagasan yang enak diterima yang tidak menganggu hubungan dengan pihak otoritas gereja dan negara.

Sering suatu gagasan baru harus "melenceng dari bidangnya", tampak sebagai suatu gagasan liar, tetapi pada beberapa kasus menekankan pada investigasi yang nantinya akan mengungkap apa yang disebut “kebenaran”. Gagasan Ussher menyejukkan, isi kitab Injil jadi ada pembenarnya, karenanya umur bumi pasti paling lama hanya 5000 tahun saja. Sementara itu para geologiwan meragukan “kebenaran” bahwa umur bumi hanya 5000 tahun. Leonardo da Vinci (pelukis of the Last Supper, dan the Mona Lisa, seorang arsitek juga) mengkalkulasi laju sedimentasi di sungai Po di Italia. Da Vinci menyimpulkan bahwa diperlukan waktu 200.000 tahun untuk membentuk lapisan dangkal saja. Galileo, dihukum sebagai bid’ah karena berpandangan bahwa bumi bukan merupakan pusat alam semesta, mempelajari fosil ( bukti kehidupan masa lalu) menyimpulkan bahwa ada bekas bekas kehidupan. James Hutton, yang dianggap sebagai bapak Geologi modern, menyusun teori uniformitarianisme, dasar geologi dan palaentologi modern. Menurut Hutton, di masa lalu bekerja proses geologi tertentu yang polanya sama halnya dengan yang terjadi saat ini, dengan pengecualian minor misalnya mengenai kecepatannya, dsb). Dengan demikian banyak struktur dan proses geologi yang tak mungkin dapat diterangkan bila kita berasumsi bahwa umur bumi hanya 5000 tahun.

Pandangan modern umur bumi
Kerja umur radiometri berdasar laju peluruhan isotope radioaktif belum ditemukan hingga akhir abad 19, menggambarkan bahwa umur bumi lebih dari 4,5 milyar tahun, dengan umur batuan tertua sekitar 3.96 juta tahun. Waktu geologi dibagi menjadi eons, eroas, dan unit unit yang lebih kecil. Salah satu cara untuk menunjukkan waktu geologi. Perhatikan batas selama prekambrian. Bila skala vertikal benar benar merupakan skala Prekambrian, maka merupakan 7/8 bagian grafik .

Perkembangan gambaran modern Evolusi
Erasmus Darwin (1731-1802; kakek Charles Darwin) seorang dokter berkebangsaan Inggris dan penulis puisi pada tahun 1700 –an, menyatakan bahwa kehidupan berubah sejalan dengan bergulirnya waktu, walau ia tak dapat menerangkan mekanismenya. Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon (1707-1788) pada pertengahan tahun 1700 menyatakan bahwa spesies dapat berubah. Ini merupakan terobosan utama dari konsep terdahulu yang menyatakan bahwa spesies diciptakan oleh sang pencipta yang maha sempurna dan tak mungkin berubah karena mereka memang sudah sempurna, dsb. Seorang botaniwan berkebangsaan Swedia Carl Linne (lebih populer dengan sebutan Linnaeus, berusaha mengelompokkan semua spesies yang dikenal saat itu (1753) menjadi suatu kategori yang tetap. Banyak dari kategori ini yang masih dipakai dalam biologi, walaupun yang mendasari konsep saat ini adalah evolusi dan bukan kesamaan spesies. Hierarkhi klasifikasi Linnaeus didasarkan pada premis bahwa species merupakan unit terkecil, dan bahwa masing masing spesies (atau takson) termasuk bagian kategori di atasnya.
Linnaeus juga mengembangkan konsep binomial nomenclature, dimana ilmuwan yang berbicara dan menulis dengan beragam bahasa dapat berkomunikasi dengan jelas. Misalnya manusia, Man dalam bahasa Inggrisnya Hombre bahasa Spanyol , Mensch bahasa Jerman, Orang bahas Indonesia dan Homo dalam bahasa Latin. Linnaeus menetapkan dalam bahasa Latin, yang merupakan bahasa yang paling banyak dipelajari orang saat itu. Bila ilmuwan sekarang menyebut Homo, maka semua ilmuwan lain akan mengerti maksudnya.
William "Strata" Smith (1769-1839), bekerja di industri tambang batubara di Inggris, membuat peta geologi Inggris yang akurat pertama kali. Ia pula, dari perjalanannya yang ekstensif, menyusun Prinsip Suksesi Biologi. Ide ini menyatakan bahwa setiap periode sejarah bumi memiliki kandungan fosil yang unik. Pada esensinya, Smith, bapak sains stratigrafi menyatakan bahwa ada antara korelasi lapisan batuan dengan kandungan fosilnya. Ia juga mengembangkan suatu gagasan kehidupan berubah sejalan dengan berjalannya waktu, namun ia tidak secara tegas menyatakannya. Abraham Gottlob Werner dan Baron Georges Cuvier 1769-1832) merupakan beberapa di antara pendukung terdepan katastrofisme, suatu teori yang menyatakan bahwa bumi dan kejadian kejadian geologis terbentuk secara tiba tiba, akibat adanya kejadian katastrofe (seperti bencana banjir).

Gambaran ini sangat menyejukkan untuk saat itu sehingga banyak sekali mendapat dukungan. Cuvier akhirnya mengusulkan bahwa ada beberapa ciptaan atau kreasi yang terjadi setelah katastrofe. Louis Agassiz (1807-1873) mengusulkan adanya 50-80 katastrofe and kreasi.
Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829) mengembangkan salah satu teori awal bagaimana suatu spesies bisa berubah. Ia mengusulkan pewarisan sifat yang diperoleh untuk menerangkan di antaranya adalah panjangnya leher jerapah. Pandangan Lamarckian adalah bahwa jerapah modern punya leher panjang karena moyangnya secara progresif menambah panjang leher dengan perentangan untuk menggapai makanan pada pepohonan yang makin tinggi. Menurut konsep abad 19, ‘use dan disuse’ perentangan leher mempengaruhi perkembangannya, yang agaknya diwariskan pada keturunannya. Saat ini kita sudah mengetahui bahwa hanya bakteri yang dapat menginkorporasi sifat sifat non-genetik (tak-diwariskan) . Hasil karya Lamarck merupakan suatu teori yang secara datar menyatakan bahwa kehidupan berubah sejalan waktu dan dilengkapi dengan mekanisme perubahan.

Evolusi Darwin
Charles Darwin, yang dulunya adalah seorang yang taat beragama dan mantan mahasiswa kedokteran, bersedia (lewat bantuan Professor Geologi) menjadi sukarelawan sebagai seorang naturalis pada kapal eksplorasi ilmiah Inggris yang disebut H.M.S. Beagle. Pelayaran ini memberikan pada Darwin muda suatu pengalaman unik untuk mempelajari adaptasi dan mengumpulkan banyak sekali bukti yang nantinya akan mengisi teori evolusinya. Dalam perjalanan pulang ke Inggris tahun 1836, Darwin mulai (dengan bantuan banyak spesialis) mengkatalog koleksinya dan penasaran dengan hal hal tampaknya “cocok” antara hewan dengan cara hidupnya. Akhirnya ia sampai pada empat macam pokok pikiran yang merupakan hipotesis baru yang radikal:
1. Adaptasi: semua organisme beradaptasi dengan lingkungannya.
2. Variasi: semua organisme bervariasi sifat sifatnya.
3. Over-reproduksi: semua organisme cenderung bereproduksi melebihi daya dukung lingkungannya dalam usaha menopang diri mereka (ini didasarkan hasil karya Thomas Malthus, yang mempelajari bagaimana populasi organisme cenderung tumbuh secara geometris hingga mereka menghadapi keterbatasan ukuran populasinya).
4. Karena tidak semua organisme memiliki kemampuan adaptasi yang sama terhadap lingkungannya, maka beberapa di antaranya akan mampu bertahan hidup (‘survive’) dan bereproduksi lebih baik dibanding yang lain – ini dikenal dengan seleksi alam. Kadang kadang ini juga disebut "survival of the fittest", yakni organisme yang paling cocok dengan lingkungannyalah yang akan survive. Pada kenyataannya ini hanya melulu berhubungan dengan sukses reproduksi organisme, bukan melulu daya atau kecepatan relatif.
Berbeda dengan Darwin yang kelas-tinggi, Alfred Russel Wallace (1823-1913) berasal dari strata sosial yang berbeda. Wallace menghabiskan waktu bertahun-tahun di Amerika Selatan, mempublikasikan catatan keselamatan dalam Travels on the Amazon and Rio Negro tahun 1853. Pada tahun 1854, Wallace meninggalkan Inggris untuk mempelajari sejarah alam di Indonesia, yang mana dia sempat dihinggapi penyakit malaria. Selama demam Wallace menulis gagasannya mengenai seleksi alam.
Gambar Charles Darwin (atas) dari http://zebu.uoregon.edu/~js/glossary/darwinism.html. Gambar A.R. Wallace (kiri) dimodifikasi dari http://www.prs.k12.nj.us/schools/phs/science_Dept/APBio/Natural_Selection.html.
Pada tahun 858, Darwin menerima surat dari Wallace, dimana Darwin belum mempublikasi teori evolusi dan adaptasi secara detil. Darwin rencanakan untuk membacakan surat Wallace dalam pertemuan ilmiah, bersama sama dengan sinopsis gagasannya sendiri. Sebenarnya perlu disebutkan disini bahwa Darwin dan Wallace mengembangkan teori ini, walaupun karya utama Darwin tidak dipublikasikan hingga tahun 1859 (On the Origin of Species by Means of Natural Selection). Sementara itu ada beberapa perubahan dari teori tersebut sejak tahun 1859, terutama dengan masuknya genetik dan DNA menjadi istilah yang disebut "Modern Synthesis" selama tahun 1940-an. Kebanyakan ilmuwan saat ini menerima teori evolusi sebagai teori penuntun dasar dari biologi modern.
Revisi kurikulum saat ini ditekankan pada perlunya tema yang mendasarinya. Evolusi dalam hal ini berperan sebagai tema universal.

Keanekaragaman Kehidupan
Teori evolusi dan teori sel memberikan kepada kita basis interrelasi semua makhluk hidup. Kita juga menggunakan sistem klasifikasi hierarkhi Linnaeus, mengadopsi (secara umum) lima kingdom organisme hidup. Viruses, seperti yang nanti akan kita bicarakan, bukan dikelompokkan sebagai makhluk hidup. Studi terbaru saat ini mengelompokkan kingdom menjadi enam, yang keenam ini adalah Archaea.
Representasi filogenetik sederhana dari tiga domain kehidupan " Archaea, Bacteria (Eubacteria), dan Eukariot (semua kelompok eukariot: Protista, Plantae, Fungi, and Animalia).

Lima Kingdom
Monera, merupakan kingdom yang paling primitif, terdiri dari makhluk hidup yang sangat serupa dengan fosil masa lalu. Organisme dalam kelompok ini tidak memiliki organel –bermembran, yakni organelle yang