1. Pertumbuhan dan Perkembangan Mahluk Hidup

Pernahkah terpikir dalam benak kalian mengapa pohon rambutan di depan rumah yang dulunya kecil sekarang berubah menjadi besar dan berbuah? Apa yang menyebabkan perubahan tersebut? Peristiwa perubahan ukuran tubuh yang terjadi pada pohon rambutan tersebut merupakan salah satu ciri penting suatu  organisme, yaitu pertumbuhan.

A. Pengertian Pertumbuhan dan Perkembangan

Pertumbuhan adalah proses pertambahan ukuran dan jumlah sel pada suatu organisme dan bersifat ireversibel. Irreversibel artinya tidak  kembali ke semula, karena adanya tambahan substansi dan perubahan bentuk yang terjadi saat proses pertumbuhan berlangsung pada makhluk hidup. Perubahan ukuran yang terjadi pada pertumbuhan adalah perubahan ukuran volume, tinggi, massa, dan sebagainya. Perubahan ini dapat diukur (kuantitatif).

Pertumbuhan pada tanaman terdiri atas pertumbuhan primer dan sekunder. Pertumbuhan Primer, meliputi pertumbuhan memanjang yang disebabkan oleh aktivitas meristem apikal yang terdapat di ujung pucuk utama, pucuk lateral dan akar. Meristem apikal biasanya tetap bersifat embrionik dan mampu tumbuh dalam waktu yang tidak terbatas, misalnya pada ujung batang, ujung akar.

Adapun Pertumbuhan Sekunder meliputi pertambahan diameter suatu organ tumbuhan akibat aktivitas meristem lateral (kambium pembuluh dan kambium gabus), diameter batang membesar, pertambahan lapisan xylem dan floem sekunder yang terjadi pada bagian ujung batang, bagian tengah batang dan bagian pangkal batang, yang menyebabkan lingkaran tahun pada tumbuhan berkambium, serta terlihat jelas pada batang pohon dan semak.

Perkembangan adalah proses deferensiasi dan spesialisasi sel menuju ke arah pendewasaan. Pada proses ini terjadi perubahan dimana terbentuk organ-organ yang mempunyai struktur dan fungsi yang berbeda. Perubahan ini tidak dapat diukur (kualitatif).

Perkembangan pada tumbuhan diawali sejak terjadinya fertilisasi. Biji memiliki embrio yang pada perkembangan awalnya memperoleh makanan dari endosperm yang ada dalam biji tersebut. Ada 3 bagian penting biji, yaitu: (1) Plumula, (2) Radikula dan (3) kotiledon.

Apabila biji berada pada media tanam dan kondisi lingkungan yang memenuhi persyaratan untuk tumbuh dan berkembang, maka biji akan mengalami perkecambahan. Proses perkecambahan meliputi beberapa tahap, yaitu:

• • Imbibisi yaitu proses penyerapan air oleh benih sehingga kulit benih melunak dan terjadi hidrasi dari protoplasma.
  • Perombakan cadangan makanan di dalam endosperm yang dilakukan oleh enzim (amilase, protease, lipase) menjadi bentuk terlarut.
  • Translokasi makanan yang sudah dalam bentuk terlarut ke titik tumbuh.
  • Pembelahan dan pembesaran sel pada titik tumbuh (karena telah tersedia energi), kemudian munculah radikula dan plumula dari kulit benih.

Berdasarkan tipenya, perkecambahan dibedakan menjadi dua, yaitu perkecambahan epigeal (perkecambahan yang mengakibatkan kotiledon terangkat ke atas tanah) dan perkecambahan hipogeal (perkecambahan yang mengakibatkan kotiledon tetap tertanam di dalam tanah).

B. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan Tumbuhan

Pertumbuhan tumbuhan merupakan hasil interaksi antara faktor internal (dari dalam tubuh) dan faktor eksternal (dari luar tubuh). Faktor internal berupa gen dan  hormon sedangkan faktor eksternal lingkungan berupa cahaya, temperatur dan kelembaban.

1. Gen

Gen adalah faktor pembawa sifat menurun yang terdapat di dalam sel makhluk hidup. Gen berpengaruh pada  struktur tubuh tumbuhan. Tumbuhan yang memiliki gen yang baik, misalnya cepat tumbuh dan berbuah lebat serta didukung lingkungan yang sesuai, maka akan menghasilkan pertumbuhan yang baik pula. Sebaliknya, bila suatu tanaman tidak memiliki gen yang unggul, meskipun ditanam pada kondisi lingkungan yang sesuai, maka pertumbuhannya akan kurang baik.

2. Hormon (zat tumbuh)

Hormon merupakan zat kimia yang dihasilkan oleh tubuh makhluk hidup dan mempengaruhi kehidupannya. Hormon tumbuhan atau fitohormon adalah zat tumbuh yang dihasilkan oleh tumbuhan dapat mempengaruhi pertumbuhannya berupa pembelahan sel, pertumbuhan akar, pertumbuhan batang, pertumbuhan bunga, pertumbuhan kuncup, dan sebagainya.

Hormon tumbuhan yang telah diketahui antara lain:

• Auksin berperan merangsang pembentukan bunga dan buah, mengembangkan sel-sel tumbuhan sehingga sel menjadi panjang, dan menggiatkan kambium untuk membentuk sel-sel baru.
• Giberelin mempercepat pertumbuhan, menyebabkan tumbuhan menjadi lebih tinggi dari normal, dan menyebabkan tumbuhan dapat berbunga lebih cepat. Giberelin juga berpengaruh dalam proses perkecambahan yaitu merangsang lapisan aleuron untuk mensintesis enzim amilase yang bertugas memecah tepung dalam endosperm menjadi glukosa. Fungsi lain Giberelin yaitu memacu pembentukan buah tanpa biji (partenokarp).
• Sitokinin berperan dalam mempergiat pembelahan sel dan mempengaruhi pertumbuhan tunas serta akar.
• Asam Absisat berperan dalam menghambat pertumbuhan (dormansi), seperti yang terlihat pada pohon jati yang meranggas pada musim kemarau.
• Asam Traumalin berperan dalam pembentukan jaringan penutup luka yang disebut kalus.
• Gas Etilen berperan dalam mempercepat pemasakan buah dan mem-pertebal batang sehingga menjadi kokoh.
• Kalin berperan dalam pembentukan organ tumbuhan. Terdiri dari Kaulokalin (merangsang pembentukan batang), Filokalin (merangsang pembentukan daun), Antokalin (merangsang pem-bentukan bunga) dan Rizokalin (merangsang pembentukanakar).

3. Nutrisi (makanan)

Nutrisi berperan penting dalam pertumbuhan makhluk hidup. Fungsi nutrisi di antaranya adalah sebagai bahan pembangun tubuh makhluk hidup. Apakah tumbuhan juga memerlukan nutrisi untuk pertumbuhannya? Seperti halnya makhluk hidup lainnya, tumbuhan juga membutuhkan nutrisi. Nutrisi bagi tumbuhan adalah air dan zat-zat hara yang terlarut di dalamnya. Air dan zat-zat hara yang merupakan bahan baku bagi tumbuhan hijau akan diubah menjadi zat makanan melalui proses fotosintesis.

4. Temperatur

Pada suhu optimum, suatu spesies tumbuhan mengalami pertumbuhan yang baik. Suhu udara mempengaruhi semua kegiatan tumbuhan yang berkaitan dengan proses pertumbuhan seperti penyerapan air, fotosintesis, penguapan (transpirasi), dan pernapasan (respirasi).

5. Cahaya

Meskipun cahaya mutlak dibutuhkan tumbuhan hijau untuk proses fotosintesis, namun cahaya merupakan faktor yang menghambat pertumbuhan pada kecambah. Biji yang mengalami perkecambahan di tempat yang gelap akan tumbuh lebih panjang namun daunnya akan tampak pucat (etiolasi).

Panjang penyinaran juga mempengaruhi pertumbuhan dan reproduksi. Respons tumbuhan terhadap panjang penyinaran yang bervariasi disebut fotoperiodisme. Tumbuhan berhari pendek (short-day plant), berbunga di akhir musim panas atau gugur, yaitu jika panjang penyinaran lebih pendek daripada periode kritis. Tumbuhan berhari panjang (Long-day plant), berbunga di musim semi, saat penyinaran  lebih panjang daripada periode kritis. Tumbuhan netral neutral-day plant), pembungaannya tidak tergantung panjang  penyinaran.

6. Kelembaban

Sampai batas-batas tertentu, tanah dan udara yang lembap berpengaruh baik terhadap pertumbuhan tanaman. Hal ini disebabkan karena air yang dapat diisap oleh tanaman lebih banyak daripada yang diuapkan sehingga menyebabkan pembentangan sel-sel. Dengan demikian, sel-sel tanaman akan lebih cepat mencapai ukuran yang maksimum.

Untuk lebih memahami materi pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan, anda dapat menyaksikan video berikut ini:

C. PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN PADA HEWAN

Seperti halnya pada tumbuhan, pertumbuhan dan perkembangan hewan mulai semenjak fase zigot.  Pertumbuhan zigot hingga terbentuknya embrio disebut fase embrionik. Pertumbuhan setelah fase embrio disebut fase pasca embrionik. Fase embrionik meliputi beberapa tahap, yakni: 1) pembelahan dan blastulasi, 2) gastrulasi, 3) morfogenesis, 4) deferensiasi, 5) spesialisasi jaringan, 6) imbas atau induksi embrionik, dan 7) organogenesis. Adapun fase pasca embrionik meluputi dua hal, yakni: 1) metamorphosis dan 2) regenerasi.

1. Fase Embrionik

Sel zigot sebagai hasil pembuahan akan segera membelah berulang-ulang. Dalam proses pembelahan ini disertai perubahan-­perubahan yang akhirnya terbentuk embrio. Pada awal pembentukan embrio ini diha­silkan berbagai tipe sel yang mempunyai struktur dan fungsi berbeda. Proses ini disebut deferensiasi. Perbedaan struktur dan fungsi sel tersebut sangat menentukan perwujudan akhir organisme yang bersang­kutan sebagai individu baru.

 a. Fase Pembelahan dan Blastulasi

Zigot sebagai hasil pembelahan mula­-mula menebal, terus membelah secara mito­sis menjadi dua sel. Selanjutnya masing-­masing sel anak membelah sekali lagi, sehingga dihasilkan empat sel baru yang berukuran lebih kecil dari sel asalnya. Sel-sel ini dikenal dengan blastomer. Selanjutnya blastomer mengalami serangkaian pembe­lahan mitosis sehingga mengakibatkan penambahan jumlah sel secara cepat. Kumpulan bola sel embrionik hasil pembe­lahan ini mempunyai bentuk seperti buah arbei, disebut morula.

Walaupun zigot mempunyai bentuk menyerupai bola, tetapi mempunyai dua kutub yang berbeda, yakni:

1. kutub hewan, (animal pole) mempunyai sel-sel yang berukuran lebih kecil, sel­-sel ini akan berkembang menjadi anak hewan, dan
2. kutub tumbuhan, (vegetal pole) yang mempunyai ukuran sel-sel Iebih besar, bertugas memberikan makanan calon anak hewan. Sel-sel kutub tumbuhan ini berisikan banyak protein.

Kedua kutub tersebut dibatasi oleh sabit kelabu. Walaupun kedua kelompok sel tersebut semula berasal dari sel yang sama, karena terjadinya pembelahan menyebabkan pembagian sitoplasma vang berbeda pada kedua kutub tersebut. Pembelahan yang disertai perubahan struktur dan fungsi tersebut menyebabkan terjadinya berbagai jaringan yang bervariasi.

Pada tahap akhir dari fase morula, sel-­selnya membelah, sehingga di bagian tengah­nya terbentuk cekungan atau lubang yang berisikan cairan. Cekungan ini disebut blastosoel. Bentuk cekungan blastosoel ini bervaria­si. Pada berbagai jenis vertebrata ada yang berbentuk bola dengan lubang di tengah, ada yang meluas dikelilingi sel. Bentuk embrio sampai tahapan ini disebut blastula. Proses terbentuknya blastula disebut blastulasi.

b. Gastrulasi

Setelah blastulasi lengkap, embrio berubah bentuk. Sel-sel pada salah satu sisinya bermigrasi ke arah depan sisi lain, sehingga ruang blastocoel mengempis atau bahkan menghilang. Tahapan embrio seperti ini disebut gastrula. Proses perubahan blastula menjadi gastrula, disebut gastrulasi.

Gastrulasi pada amfibia, dimulai dengan bermigrasinya sel-sel permukaan blastula ke bagian dalamnya, sehingga terbentuk suatu bola dengan lubang pada salah satu sisinya. Lubang ini disebut blastopor.

Akibat perpindahan sel-sel permukaan luar ke dalam dan sel-sel lapisan dalam ke luar, blastosoel menghilang dan terbentuklah rang baru yang disebut gastrosoel atau  arkenteron. Pada perkembangan selanjutnya, arkent­eron akan berkembang menjadi saluran pencernaan. Arkenteron akan berhubungan dengan blastopor. Selanjutnya blastopor akan berkembang menjadi anus, sedangkan mulut berasal dari pembukaan sisi lain dari dinding lapisan gastrula.

Akibat migrasi sel-sel dinding embrio terbentuklah dua lapisan jaringan embrionik yang letaknya saling berdekatan yakni di sebelah luar disebut ektoderm, sedangkan lapisan dalam disebut endoderm. Pada perkembangan selanjutnya, di antara ektoderm dan endoderm terbentuk suatu lapisan yang disebut mesoderm. Jadi, setelah embrio sempuma, dindingnya terdiri atas tiga lapisan, yakni ektoderm, mesoderm, dan endoderm.

Berdasarkan jumlah lapisan embrional­nya, hewan dapat dikelompokkan menjadi dua, yakni  hewan yang bersifat diploblastik dan hewan triploblastik.

Hewan diploblastik adalah hewan yang embrionya memiliki dua lapisan embrional, yaitu ektoderm dan endoderm. Contoh hewan yang bersifat diploblastik antara lain hewan berongga (Coelenterata).

Hewan triploblastik adalah hewan yang embrionya memiliki tiga lapisan embrional, yaitu endoderm, ektoderm, dan mesoderm. Contoh hewan yang bersifat triploblastik antara lain, cacing, siput, bintang laut, serang­ga, dan seluruh hewan bertulang belakang.

Hewan triploblastik ada yang memiliki rongga tubuh dan ada yang tidak memiliki rongga tubuh. Cacing pipih dan cacing giling merupakan contoh hewan triploblastik yang belum memiliki rongga tubuh atau selom.

Selom terbentuk karena mesoderm melipat membentuk kantong berisi cairan. Pada perkembangan selanjutnya, pada selom inilah berkembang alat-alat dalam.

c. Morfogenesis

Morfogenesis adalah proses pertum­buhan dan perkembangan serta deferensiasi sel-sel jaringan embrional menjadi berbagai jaringan, selanjutnya menjadi organ dan akhirnya menjadi organisme. Fase ini ditandai dengan terjadinya migrasi sel-sel gastrula. Pada fase ini juga dibentuk sel-sel baru serta diikuti pergerakan sel-sel jaringan yang sudah ada.

d. Deferensiasi dan jaringan

Sel-sel jaringan embrional yang dihasilkan pada fase sebelumnya akan terus tumbuh dan berkembang. Sel-sel jaringan embrional tersebut akan terus membelah, sehingga dihasilkan sel-sel baru. Pembentukan sel-sel baru, pergerakan atau migrasi sel-sel jaringan yang sudah ada ini terjadinya perubahan struktur dan fungsi jaringan dari embrio, mengakibatkan embrio mempunyai jaringan-jaringan baru. Setiap jaringan mempunyai bentuk, struktur serta fungsi tertentu. Proses inilah yang disebut deferensiasi dan spesialisasi. Perkembangan ini dikendalikan oleh gen serta pengaruh unsur-unsur pokok sitoplasmik.

Jaringan-jaringan baru hasil deferensiasi jaringan embrional tersebut adalah sebagai    berikut :

1. Ektoderm, akan berdeferensiasi menjadi susunan saraf pusat dan tepi; epitel pera­sa telinga, hidung dan mata; epidermis termasuk rambut, dan kuku; kelenjar susu, kelenjar hipofisis, dan kelenjar-­kelenjar bawah kulit; email gigi.
2. Mesoderm akan berdeferensiasi menjadi jaringan ikat, rawan, dan tulang; otot lurik, otot polos dan otot jantung, pem­buluh darah, getah bening dan limfosit; ginjal dan kelenjar kelamin; selaput se­rosa yang membatasi perikardium, pleura, dan peritonium,limpa, dan epitel kelenjar anak ginjal.
3. Endoderm akan berdeferensiasi menjadi epitel yang membatasi saluran pencer­naan dan saluran pernapasan; parenkim tonsil; kelenjar gondok dan anak gondok, timus, hati pankreas, uretra; epitel yang membatasi rongga telinga dan saluran eustasius.

e. Imbas Embrionik

Deferensiasi dari jaringan ektoderm tidak lepas dari deferensiasi jaringan mesoderm, deferensiasi jaring­an endoderm tidak lepas dari jaringan meso­derm, dan seterusnya. Pengaruh sel-sel tetangga dalam pertumbuhan embrio inilah yang dikenal dengan imbas embrionik.

Contoh imbas embrionik, antara lain yaitu deferensiasi jaringan ektoderm mendapatkan pengaruh imbas dari meso­derm, sehingga terbentuk sel-sel saraf. Mata memiliki bermacam-macam jaringan, seba­gian berasal dari ektoderm, sedangkan seba­gian dari mesoderm. Saluran pencernaan memiliki jaringan yang sebagian berasal dari mesoderm, dan sebagian lagi berasal dari endoderm.

Jadi jelaslah, bahwa pada proses deferensiasi dan spesialisasi jaringan embrional, senantiasa terjadi imbas dari jaringan yang satu dengan jaringan lainnya.

 f. Organogenesis

Organogenesis adalah proses pemben­tukan organ atau alat tubuh. Organogenesis merupakan proses  yang amat kompleks. Pada jaringan embrional terjadi pertum­buhan, pembelahan, migrasi, morfogenesis dan imbas, juga terjadi kematian sel tertentu, sehingga dihasilkan dua atau Iebih jaringan yang saling berinteraksi membentuk alat tubuh atau organ. Kematian sel-sel tertentu yang berlangsung secara sistematik, mem­punyai peranan penting dalam pemben­tukan organ tersebut.

Sebagai contoh, semula organ tangan berbentuk seperti dayung. Adanya kematian sel-sel tertentu secara sistematik pada jaringan di antara jari-jari maka terbentuklah jari-jari yang berstruktur seperti jari-jari kita pada umumnya. Contoh lain, kelopak mata mamalia, semula berupa kulit yang menutup bola mata. Karena kematian sel -sel jaringan tertentu, akhimya terbentuk kelopak mata atas dan bawah.

2. Perkembangan Pasca Embrio­nik

Pada hewan, pertumbuhan dan perkembang­an hanya terjadi selama masa perkembangan hingga masa dewasa. Semenjak lahir atau menetas dari telur telah diketahui bentuk kasar pada masa dewasanya.

Perubahan embrionik pada hewan umumnya hanya berupa perubahan ukuran tubuh, yaitu terjadi  peningkatan, walaupun tidak semua bagian tubuh mempunyai kecepatan yang sama. Misalnya, pada saat bayi baru dilahirkan, secara proporsional kepala lebih besar dari badannya. Perkem­bangan selanjutnya, lengan, kaki, dan paha tumbah lebih cepat dari kepala, sedangkan tubuh seperti tidak mengalami perubahan.

Pertumbuhan pasca embrionik pada hewan, secara garis besarnya meliputi dua hal, yakni  regenerasi dan metamorfosis.

a. Regenerasi

Regenerasi adalah kemampuan hewan untuk memperbaiki sel, jaringan atau bagian tubuhnya yang rusak, hilang, atau mati disebabkan adanya sel cadangan yang tidak mengalami deferensiasi.  Sel-sel itu adalah sel-sel berbentuk batang.

Proses regenerasi paling efektif adalah pada masa embrio hingga masa bayi. Setelah dewasa kemampuan regenerasi ini terbatas pada sel atau jaringan tertentu saja. Namun demikian, pada hewan seperti Hydra, bintang laut, cacing pipih, cacing tanah, dan reptilia tertentu, kemampuan untuk memperbaiki dirinya sangat menakjubkan hingga dia mencapai dewasa. Kemampuan regenerasinya tidak terbatas pada tingkat sel atau jaringan, tetapi sampai pada tingkat organ.

Hewan-hewan tingkat tinggi seperti bu­rung dan mamalia mempunvai kemampuan regenerasi vang amat kecil. Kemampuan ini hanya terbatas pada jaringan saja. Jika organ tubunya hilang atau rusak maka dia tidak mampu menggantinya dengan yang baru.

b. Metamorfosis

Hewan yang mengalami metamorfosis, saat baru menetas dari telur mempunyai bentuk dan struktur yang berbeda dengan dewasanya. Ada yang sama tetapi organ tubuhnva belum berkemang dan belum berfung^,si dengan baik. Untuk mencapai kedewasaan, sehingga organ-organ tubuhnya mampu berfungsi dengan baik, hewan-hewan tersebut melakukan metamorfosis.

Beberapa jenis hewan yang dalam pekermbangan menuju kedewasaannya mengalami metamorfosis  adalah serangga dan katak.

1. Metamorfosis Serangga

Pada umumnya serangga mengalami metamorfosis. Metamorfosis serangga dapat dibe­dakan menjadi dua, yakni metamorfosis sempurna dan metamorfosis tidak sempurna.

Serangga yang mengalami metamorfosis tidak sempurna misalnya belalang, jangkrik, kecoa, dan lain-lain. Embrio dalam telur yang telah matang akan keluar menjadi individu baru yang bentuknya menyerupai dewa­sanya, tetapi sayapnya belum umbuh dan belum berfungsi. Serangga muda ini disebut nympa. Selanjutnya, secara bertahap nympa ini akan mengalami pertumbuhan dan lima kali pergantian kulit hingga akhirnva menjadi dewasa.

Jadi tahapan metamorfosis tidak sem­purna pada serangga adalah sebagai berikut.

telur   —> nympa —> imago/serangga dewasa

Adapun serangga yang mengalami metamorfosis sempurna misalnya kupu-kupu, lebah, dan kumbang. Telur serangga yang mengalami metamorfosis sempurna, setelah matang akan menetas menjadi serangga muda yang bentuk dan sifatnya berbeda dengan dewa­sanya. Serangga muda ini disebut larva. Fase larva ini sering disebut fase makan, karena pada fase ini serangga muda hanya hidup untuk mencari makan. Makanan itu sangat penting untuk pertumbuhan tubuhnva.

Setelah pertumbuhan mencapai ukuran tertentu, larva akan berubah menjadi kepompong atau pupa. Setelah pupa matang maka serangga dewasa yang lemah akan keluar. Beberapa waktu kemudian telah berubah menjadi serangga dewasa yang sempurna. Jadi tahapan metamorfosis sempurna pada serangga adalah sebagai berikut:

telur —> larva —> pupa —> imago

2. Metamorfosis Katak

Serara sederhana, metamorfosis pada katak adalah sebagai berikut.

telur —> berudu —> katak berekor —> katak muda —> katak dewasa

Saat baru menetas, katak bernapas dengan tiga pasang insang luar. Selanjutnva insang luar ini berangsur-angsur menyusut diganti oleh insang dalam. Pada umur 9 hari insang dalam telah terbentuk. Bersamaan dengan itu terbentuk pula tutup insang, yang telah tampak sempurna pada umur 12 hari. Tungkai belakang tumbuh pada umur 2,5 bulan hingga 3 bulan, bersamaan ini ekor lambat laun menvusut karena tertarik oleh badan.

Agar lebih jelas dalam memahami materi pertumbuhan dan perkembangan pada hewan silakan simak video berikut:

Jika belum menguasai materi ini silakan pelajari kembali atau bertanya di kolom komentar di bawah!

==============================================================

DAFTAR PUSTAKA

Amien, M. (1993). Biologi Jilid 3. Jakarta : Depdikbud

Campbell, N.A. et al. (2008). Biology Concepts and Connections, California: The Benjamin Cummings Publishing

Campbell, N.A. dkk. (2002). Biologi Edisi Kelima Jilid 3. Jakarta : Erlangga

Kimball, J.W. (2000). Biologi Jilid I. Jakarta : Erlangga

http://isharmanto.blogspot.com. [Diakses: 22 April 2013]

http://click4biology.info/c4b/3/chem3.6.html. [Diakses: 22 April 2013]