Makalah Ekologi Populasi (MNH 831)

Program Pasca Sarjana / S3

Institut Pertanian Bogor

November 2001

Dosen:

Prof Dr Ir Rudy C Tarumingkeng (Penanggung Jawab)

REKAYASA MODEL SIMBIOSE BAKTERI DAN PROTOZOA

DENGAN RAYAP TANAH (Coptotermes curvignathus Holmgren)

PADA DEGRADASI SELULOSA

Oleh

Rustamsjah

E016010061

Rustamsjah@yahoo.co.uk

Abstrak

Diduga bahwa kematian rayap Coptotermes curvignathus Holmgren tidak hanya disebabkan oleh sifat kanibalisme tetapi juga sebagai akibat pathogenitas bakteri yang ada didalaam tubuh rayap tersebut. Untuk mendukung pembuktian ini dirasa sangat perlu untuk mengadakan penelitian secara in vitro dengan membuat kondisi lingkungan in vivo seperti didalam tubuh rayap Coptotermes curvignathus Holmgren. Jika seandainya terbukti bahwa simbiose rayap Coptotermes curvignathus Holmgren dengan bakteri yang ada diusus bagian belakangnya dan kematian rayap tersebut disebabkan oleh sifat phatogenitas bakteri tersebut maka model yang dikemukakan adalah model interaksi inang-pathogen. Pada saat ini jika hanya terjadi sifat kanibalisme rayap Coptotermes curvignathus Holmgren maka model interaksi yang terjadi antara rayap Coptotermes curvignathus Holmgren dengan bakteri yang ada didalam ususnya adalah interaksi model Lotka-Volterra dengan daya dukung yang seimbang stabil.

PENDAHULUAN

Distribusi bakteri yang diidentifikasikan pada setiap rayap menunjukkan bahwa terdapat korelasi antara bakteri utama usus dan famili rayap tersebut. Eutick et al., 1977 ¹ menyatakan bahwa famili Kalotermitidae merupakan famili yang terendah dari rayap tingkat rendah memiliki bakteri utama dari genus Streptococcus. Penelitian Adawiyah, 2000², pada usus rayap Coptotermes curvignathus Holmgren ditemukan pada keadaan aerob : Stretococcus sp., Basillus sp., Staphylococcus sp., dan Flavobacterium sp., sedangkan pada anaerob fakultatif ditemukan Streptococcus sp., Flavobacterium sp., dan Staphylococcus sp.

Gambar dibawah ini menunjukkan pembagian usus yang ditempati oleh protozoa-protozoa dan bakteri-bakteri :

Sumber : Tholen et al.1997

Selanjutnya dijelaskan oleh Yoshimura, T.³, 1995 bahwa pada rayap Coptotermes formasanus terdapat tiga protozoa dalam usus belakang dari rayap pekerja untuk aktifitas penyerangan kayu dan jumlah protozoa mencapai 6000-7000 tiap rayap pekerja. Proporsi setiap protozoa adalah relatif konstan, yaitu 700-800 untuk Pseudotrichonympha grasii, 1800-2300 untuk Holomatiqoides hartmanni dan 3500-4100 untuk Spirotrichonympha leidyi.

DISKUSI

Mengingat didalam tubuh rayap Coptotermes curvignathus Holmgren juga terdapat bakteri yang dapat mempengaruhi sistim interaksi antara rayap dengan protozoa, maka diperkirakan mesti ada kontrol yang dilakukan oleh tubuh rayap itu sendiri. Oleh karena itu diasumsikan bahwa sistim interaksi antara rayap dengan protozoa dan rayap dengan bakteri tidak saling mempengaruhi kecuali mekanisme sehingga terjadinya hasil degradasi kayu. Protozoa dengan enzim-emzimnya merubah bentuk polimer-polimer menjadi monomer-monomer sedangkan bentuk monomer diubah oleh protozoa dan bakteri fermentasi menjadi asam asetat⁴.

Rayap Coptotermes curvignathus Holmgren mempunyai sifat kanibalisme yaitu memakan spesiesnya sendiri yang lemah atau sakit. Diduga disamping sifat kanibalisme, rayap Coptotermes curvignathus Holmgren yang sakit tersebut kemungkinan berasal dari pathogenitas bakteri yang berada ditubuh rayap itu sendiri. Apakah bakteri yang bersifat pathogen tersebut menyebabkan sakitnya atau kematian rayap Coptotermes curvignathus Holmgren tersebut belum bisa dipastikan karena tidak ada bukti untuk itu. Seperti telah diketahui bahwa apabila ada bakteri pathogen yang masuk kedalam tubuh maka tubuh akan bereaksi dengan membentuk immun. Namun tidak semua anggota spesies dalam kondisi seperti itu. Bagi spesies yang tidak berada dalam kondisi yang menguntungkan sehingga tidak terbentuk immun dalam tubuhnya maka spesies-spesies tersebut bisa sakit atau mungkin berakibat kematian. Salah satu hal yang sering terjadi adalah populasi bakteri didalam tubuh meningkat sehingga tidak bisa terkontrol dengan baik yang bisa menyebabkan penyakit dan kematian⁵.

Karena jumlah protozoa yang relatif untuk tiap-tiap rayap maka diasumsikan jumlahnya akan tetap pula pada rayap Coptotermes curvignathus Holmgren dan mengingat simbiose ini saling menguntungkan antara rayap Coptotermes curvignathus Holmgren dengan protozoa maupun bakteri.

Untuk persaingan yang bersifat mutualistik model disusun seperti berikut : ^{6, 7}

Spesies 1 dN₁₂/dt = dN₁/dt + a₁₂N₁N₂

Spesies 2 dN₂₁/dt = dN₂/dt + a₂₁N₂N₁

Sedangkan model Persaingan Lotka-Volterra ⁸ dengan daya dukung dibuat berdasarkan persamaan logistik adalah sebagai berikut :

dN/dt = rN{(K-N)/K}

r = laju pertumbuhan intrinsik

K = daya dukung

N = kerapatan populasi

Berdasarkan asumsi bahwa pertumbuhan populasi dua spesies yang saling bersaing tergantung pada sumber daya dukung yang sama masing-masing mengikuti pola pertumbuhan logistik, walaupun kerapatan populasi masing-masing spesies saling mempengaruhi satu sama lain maka digunakan model persaingan Lotka-Volterra dengan daya dukung (Model Gause) dengan persamaan sebagai berikut :^{9, 10}

Spesies 1 dN₁/dt = r₁N₁ x (K₁– N₁ - aN₂)/K₁

Spesies 2 dN₂/dt = r₂N₂ x (K₂ – N₂ - bN₁)/K₂

a dan b adalah koefisien persaingan.

Jika a < K₁/K₂ dan b < K₂/K₁ maka kedua spesies merupakan pesaing interspesifik¹¹ yang lemah (intraspesifik kuat)¹² sehingga keduanya dapat berkoeksistensi dalam keadaan seimbang stabil. Interaksi kedua spesies menuju kepada pertumbuhan yang stabil netral, jika kurva kerapatan populasi menjadi tidak berubah (osilasi dengan amplitudo yang tidak berubah).

Interaksi antar spesies bisa berdampak positif, tidak berpengaruh atau berdampak negatif. Tarumingkeng, 1994 menyatakan bahwa sistim interaksi multispesies yang ideal mencapai keseimbangan stabil baik dalam bentuk osilasi tetap (siklus populasi) pada siklus limit keseimbangan stabil maupun stasioner pada titik keseimbangan.

Pernyataan ini didasari oleh Pielou, 1977, yaitu memodelkan interaksi k-spesies dengan model sederhana melalui pendekatan pada status “dekat” titik seimbang, yaitu didaerah pertubasi yang dapat diserap sistem dan diasumsikan bahwa setiap saat masing-masing spesies dalam sistim interaksi memiliki laju pertumbuhan populasi (dN/dt) yang linier terhadap kerapatan populasi semua (k) spesies dan dengan menyatakan dN/dt = dN_i/dt

. _{k . . . .}

maka disusun model multispesies , N_i= å a_ijN_j (I = 1…, k, N_t = N₁, N₂…N_k)¹³_.

^j=1

Keadaan seimbang ini apakah dapat stabil atau tidak ditentukan dengan kriteria Routh-Hurwitz , yaitu terdapat akar berciri negatif. Disekitar keadan seimbang spesies-spesies berinteraksi dalam bentuk model persamaan :

_{_}

N_i = N + a₁e^l1^t + a₂2^t + ….+ a_ke^lk^{t 14}.

Mengingat penelitian yang dilakukan oleh Adawiyah, 2000, belum menentukan apakah Staphylococcus sp., Bacillus sp. dan Streptococcus sp. merupakan spesies-spesies bakteri yang phatogen maka diasumsikan bahwa bakteri yang ditemukan adalah pathogen. Sehingga model interaksinya bisa dinyatakan dengan interaksi antara Host-Pathogen ¹⁵.

Seandainya terjadi interaksi antara rayap Coptotermes curvignathus Holmgren dengan bakteri pathogenitas Bacillus sp. dan Streptococcus sp. serta protozoa maka dapat disusun matriksnya sebagai berikut :

Sedangkan diagraph (grafik arah) digambarkan sebagai berikut :

Interaksi (1,1) bertanda negatif (-), ke lima komponen memberikan masukkan bahwa dengan adanya interaksi antara rayap Coptotermes curvignathus Holmgren merugikan bagi manusia karena melalui proses enzimatis dapat mendegradasi kayu.

Interaksi (2,1), (3,1), (1,2) dan (1,3) bertanda negatif adalah interaksi yang terjadi sehingga memungkinkan rayap sakit atau menjadi mati.

Interaksi (5,2), (5,3), (5,4) dan sebaliknya yang bertanda positif (+) memberikan tanda bahwa terdapat sinergisme senyawa yang dapat mendegradasi kayu (dalam kasus ini adalah enzim-enzim).

Semua interaksi yang bertanda 0 berarti dianggap bahwa tidak terjadi interaksi.

KESIMPULAN

Asumsi-asumsi dilaksanakan supaya terjadi bentuk penyederhanaan sehingga mendekati kebenaran.

Penelitian secara invitro perlu dilaksanakan untuk pembuktian bahwa didalam tubuh rayap Coptotermes curvignathus Holmgren terjadi interaksi antara rayap Coptotermes curvignathus Holmgren dengan bakteri, rayap Coptotermes curvignathus Holmgren dengan protozoa, protozoa dengan bakteri, spesies bakteri dengan spesies bakteri lainnya, spesies protozoa dengan protozoa lainnya dan sebagai hostnya adalah rayap Coptotermes curvignathus Holmgren.

Perlu penelitian yang lebih mendalam akibat kematian rayap Coptotermes curvignathus Holmgren, apakah oleh sifat kanibalisme saja ataukah kemungkinan bersama-sama dengan akibat pathogenitas dari bakteri yang ada didalam tubuh rayap itu sendiri.

DAFTAR PUSTAKA

1. Eutick, M.L., R.W. O’Brien and M. Slaytor, 1977, Bacteria from the gut of Australian

Termite. Department of Biochemistry, The University of Sydney. Journal of

Applied and Environmental Microbiology 35 (5): 823-828.

2. Adawiah, 2000, Kinerja Mikroba Simbion Rayap Dalam Proses Degradasi Beberapa

limbah Pertanian, Program Pascasarjana IPB, Bogor. Tidak dipublikasikan

3. Yoshimura, T. 1995, Contribution of the Protozoa Fauna to Nutritional Physiology of

the Lower Termite, Coptotermes formosanus Shiraki (Isoptera: Rhinotermitidae), PhD disertation, Kyoto University.

4. Termite Guts: World’s Smallest Bioreactor

http://profile.biologie.uni-konstanz.de/brune/termites/bioreactor/index.htm, 2001

5. Immunizations-general overview

http://health.yahoo.com/health/dc/002024/0.html