Studi Evolusi Fotosintesis pada Tumbuhan sebagai Bentuk Persiapan dalam Menghadapi Krisis Pangan Dunia

Studi Evolusi Fotosintesis pada Tumbuhan sebagai Bentuk Persiapan dalam Menghadapi Krisis Pangan Dunia

Penampang Daun Ketika Diperbesar (Pexels.com, 2023) 

Pendahuluan

    Ketersediaan pangan untuk memenuhi kebutuhan penduduk merupakan salah satu isu krusial di setiap negara. Kebutuhan akan pangan dalam hukum Maslow dianggap sebagai kebutuhan paling mendasar manusia (Wijayati et al, 2019). Perkembangan pangan beberapa tahun terakhir ini mengalami kondisi yang sangat memprihatinkan. Kecukupan pangan sedikit demi sedikit mulai terkuras hingga pada akhirnya beberapa negara menghadapi krisis pangan. Negara-negara yang tadinya pengekspor pangan kini mulai berbalik sebagai pengimpor pangan. Kondisi pangan yang lambat laun mengalami ancaman kekurangan atau disebut sebagai krisis pangan kemudian menggeser isu perang dan konflik dari high politics menjadi low politics. Hal ini didasarkan fakta bahwa krisis ini telah menarik perhatian pemangku kepentingan di tingkat internasional (Mudrieq, 2014).

    Salah satu aspek pertimbangan dalam manajemen ketahanan pangan dan manajemen rantai pasok hasil pertanian lainnya adalah terjadinya perubahan geografis dan peningkatan kebutuhan pangan global yang terus-menerus. Berdasarkan pengalaman empiris ketika ekonomi transisi dari pertanian tradisional ke masyarakat industri, akan terjadi perubahan fungsional dari asalnya petani produsen di pedesaan menuju masyarakat atau populasi perkotaan yang berkembang. Dinamika ini menyebabkan adanya perubahan industrialisasi pertanian, karena terjadinya perebutan hasil pertanian menjadi produk pangan, produk pakan atau justru dikonversi menjadi bioenergi (biofuel) (Sa’id, 2011).

    Karbohidrat merupakan salah satu sumber daya yang relatif mudah guna memenuhi kebutuhan konsumsi pangan. Ketersedian sumber pangan dalam bentuk karbohidrat ini telah menjadi perhatian serius pemerintah Indonesia. Solusi pemenuhan akan ketersedian pangan di Indonesia sejak 60 tahun lalu telah diarahkan melalui kebijakan Kebijakan diversifikasi pangan sesuai kearifan lokal setempat. Hal ini dilandasi oleh Peraturan Presiden (Perpres) Nomor 22 Tahun 2009 tentang Kebijakan Percepatan Penganekaragaman Konsumsi Pangan Berbasis Sumber Daya Lokal (Wijayati et al, 2019). Berdasarkan pemaparan-pemaran tersebut, guna mendukung terwujudnya solusi yang mengatasi krisis pangan ini, kita perlu untuk mempelajari dan mengembangkan potensi sumber daya lokal, khususnya keaneragaman tumbuhan dalam menghasilkan produk pangan. Sehingga, bukan hal yang keliru jika Ai (2012), beranggapan bahwa manusia dalam menghadapai tantangan kedepan sangat ditentukan oleh kemampuan produksi bahan makanan, bahan bakar dan serat melalui proses fotosintesis beragam jenis tumbuhan.

Mekanisme Pembentukan Karbohidrat dalam Proses Fotosintesis

    Salah satu zat gizi yang diperlukan oleh manusia untuk menghasilkan energi bagi tubuh adalah karbohidrat. Zat gizi ini merupakan nama kelompok senyawa organik yang mempunyai struktur molekul yang berbeda-beda, tetapi terdiri atas unsur karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O) dalam perbandingan tertentu. Karbohidrat yang penting dalam ilmu gizi dibagi menjadi dua golongan yaitu karbohidrat sederhana dan karbohidrat kompleks. Beberapa jenis karbohidrat sederhana diantaranya yaitu monosakarida yang merupakan molekul dasar dari karbohidrat, disakarida yang terbentuk dari dua monosakarida yang dapat saling terikat, dan oligosakarida yaitu gula rantai pendek yang dibentuk oleh galaktosa, glukosa dan fruktosa. Sementara itu, karbohidrat kompleks merupakan polisakarida yang terdiri atas lebih dari dua ikatan monosakarida dan serat yang dinamakan juga polisakarida nonpati (Siregar, 2014).

    Karbohidrat pada tumbuhan disintesis melalui suatu proses metabolisme yang disebut fotosintesis. Menurut Wiraatmaja (2017), metabolisme dalam bahasa Yunani metabolismos yang berarti perubahan adalah semua reaksi kimia yang terjadi dalam organism termasuk yang terjadi di tingkat seluler. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena proses ini selalu melibatkan katalisator enzim. Sementara itu, fotosintesis (bahasa Yunani [fóto],"cahaya," dan [sýnthesis], "menggabungkan; penggabungan") adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan seperti karbohidrat yang dilakukan oleh tumbuhan, terutama tumbuhan yang mengandung zat hijau daun atau klorofil.

    Fotosintesis merupakan proses konversi cahaya matahari menjadi energi kimia yang dilakukan oleh kompleks molekul khusus di dalam kloroplas. Proses ini kemudian menyimpan energi kimia dalam bentuk gula (karbohidrat) dan molekul organik lainnya (Campbell et al., 2017). Fotosintesis pada tumbuhan tingkat tinggi terdiri atas dua fase menurut Sasmitamihardja (1996) dan Wirahadikusumah (1985) dalam Ai (2012), yaitu:

Fase I: Reaksi Fotokimia, Reaksi Fotolisis, Reaksi Hill, Reaksi Fotofosforilasi, Reaksi terang

    Reaksi ini berlangsung di grana dan membutuhkan cahaya. Proses ini diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen (Alberts et al., 2002) yang kemudian diubah menjadi bentuk energi kimia, yaitu ATP dan senyawa pereduksi, yaitu NADPH. Atom hidrogen dari molekul H2O dipakai untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH dan O2 dilepaskan sebagai hasil sampingan reaksi fotosintesis. Reaksi juga dirangkaikan dengan reaksi pembentukan ATP dari ADP dan Pi. Fase ini dapat ditulis sebagai persamaan reaksi:

H2O + NADP+ + ADP + Pi 🡪 O2 + H+ + NADPH + ATP

Fase II: Reaksi Termokimia, Reaksi Fiksasi/Reduksi CO2 , Reaksi Gelap

    Reaksi ini berlangsung di stroma dan sering kali disebut reaksi gelap, karena reaksi ini dapat berlangsung tanpa adanya cahaya, walaupun tidak harus berlangsung dalam keadaan gelap. Hal ini disebabkan karena enzim-enzim stroma kloroplas tidak membutuhkan cahaya untuk aktivitasnya, tetapi membutuhkan ATP dan NADPH2. Fase II fotosintesis ini berlangsung pada stroma dan menghasilkan karbohidrat. Dalam reaksi ini senyawa kimia berenergi tinggi yang dihasilkan pada fase I, yaitu NADPH dan ATP dipakai untuk reaksi reduksi CO2 yang menghasilkan glukosa dengan persamaan reaksi:

CO2 + NADP + H+ + ATP 🡪 glukosa + NADP+ + ADP + Pi

Evolusi Fotosintesis

    Bumi terbentuk kira-kira 4.600 juta tahun silam (Ai, 2012). Menurut Wiraatmaja (2017), sekitar 3.500 juta tahun silam, ketika semua bentuk kehidupan di Bumi merupakan mikroorganisme dan atmosfer memiliki sejumlah besar karbondioksida, maka organisme fotosintesis pertama kemungkinan berevolusi. Makhluk hidup ketika itu sangat mungkin memanfaatkan hidrogen atau hidrogen sulfida —bukan air— sebagai sumber elektron. Cyanobacteria muncul kemudian, sekitar 3.000 juta tahun silam, dan secara drastis mengubah Bumi ketika mereka mulai mengoksigenkan atmosfer pada sekitar 2.400 juta tahun silam. Atmosfer baru ini memungkinkan evolusi kehidupan kompleks seperi protista. Sekitar 1000 juta tahun silam, salah satu protista membentuk hubungan simbiosis dengan satu cyanobacteria dan menghasilkan nenek moyang dari seluruh tumbuhan dan alga. Kloroplas pada Tumbuhan modern merupakan keturunan dari cyanobacteria yang bersimbiosis ini.

    Fotosintesis merupakan proses biokimia yang melibatkan protein dan molekul-molekul organik lain yang cepat mengalami dekomposisi. Hal ini menyebabkan bukti-bukti geologis untuk evolusi fotosintesis sangat sedikit. Fotosintesis berkembang menjadi lebih kompleks secara biokimia dan terjadi pemisahan antara respirasi dan fotosintesis beserta regulasinya. Fotosintesis membentuk biosfir baik secara langsung maupun melalui pengaruhnya pada iklim dan geologi bumi. Unsur karbon dari fotosintesis menyusun minyak, batu bara dan gas, sehingga CO2 di atmosfir menurun dan rasio O2/CO2 meningkat. Kondisi ini mungkin tidak menguntungkan bagi fotosintesis karena enzim ribulosa bifosfat karboksilase yang mengfiksasi CO2 bekerja kurang efisien. Hilangnya air dari tumbuhan di daratan yang dicegah dengan adanya kutikula yang tebal, juga mengurangi persediaan CO2. Evolusi tipe-tipe fotosintesis seperti C4 dan CAM mungkin merupakan respons terhadap menurunnya rasio CO2/O2 dan atmosfir yang lebih kering dengan radiasi yang intensif. Aktivitas manusia pada saat ini meningkatkan konsentrasi CO2 di atmosfir dengan membakar bahan bakar fosil (Ai, 2012).

Penutup

    Berdasarkan pemaparan sebelumnnya, kita dapat menyimpulkan bahwa evolusi fotosintesis awalnya terjadi akibat peningkatan O2 di atmosfir yang menyebabkan berkembangnya jenis tumbuhan C4. Peningkatan CO2 akhir-akhir ini menjadikan keuntungan untuk perkembangan tumbuhan jenis C3. Hal ini memberikan indikasi bahwa dalam menghadapi krisis pangan, penting untuk menilai jenis tumbuhan yang dimasukkan untuk diversifikasi pertanian.

Daftar Pustaka

• Ai, N. S. 2012. Evolusi Fotosintesis pada Tumuhan. Jurnal Ilmiah Sains. Vol. 12(1): 28-34.
• Alberts. B., A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter. 2002. Molecular Biology of The Cell 4th Edition. Garland Publishing: New York.
• Campbell, N.A., J.B Reece, L.A Urry, M.L Cain., S.A Wasserman, P.V. Minorsky. 2017. Campbell Biology 11th Edition. Pearson Higher Education: New York.
• Mudrieq, S. H. 2014. Problematika Krisis Pangan Dunia dan Dampaknya Bagi Indonesia. JURNAL ACADEMICA Fisip Untad. Vol. 6(2): 1287-1302.
• Sa’id. E. G. 2011. Kecenderungan Permasalahan Pasokan Pangan Global dan Antisipasinya Bagi Indonesia. PANGAN. Vol. 20(2): 133-140.
• Siregar, N. S. 2014. Karbohidrat. Jurnal Ilmu Keolahragaan. Vol. 13(2): 38-44.
• Wijayati, P. D., Harianto & A. Suryana. 2019. Permintaan Pangan Sumber Karbohidrat di Indonesia. Analisis Kebijakan Pertanian. Vol. 17(1): 13-26.
• Wiraatmaja, I. W. 2017. Bahan Ajar Metabolisme pada Tumbuhan. Program Studi Agroekoteknologi Fakultas Pertanian Universitas Udayana: Bali.

Roniyansyah [1911012110014]