Archive for December, 2015

December 7, 2015

Warna-Warni MOMIJI dari Perspektif Biologi

Momiji (Kanji 紅葉 hiragana もみじ), sangat dinantikan di Jepang karena kita dapat melihat keindahan warna-warni daun di musim gugur. Banyak yang salah mengartikan bahwa Momiji merupakan “kegiatan melihat warna-warni daun di musim gugur” seperti halnya HANAMI (花見) melihat bunga sakura di musim semi. Momiji diambil dari kata terakhir IROHA MOMIJI (いろは紅葉) yang tidak lain adalah tanaman japanese maple (Acer palmatum). Di jepang sendiri, Kyoto sangat terkenal dengan keindahan warna-warni daun di musim gugur. Beberapa tempat yang sangat bagus antara lain Kiyomizu dera, Jisso-in Temple, dan Daigo-Ji.

431b842d

Keindahan warna-warni daun ini merupakan salahsatu fenomena yang sangat menarik bagi saya sendiri. Tentu kita semua akan takjub dengan kecantikan pemandangan tersebut. Namun, pernahkah kita bertanya-tanya kenapa tanaman yang semula berwarna hijau itu mengganti warna daunnya? kenapa berubah warna menjadi merah terang? darimana warna kuning dan oranye? bagaimana prosesnya?

leaf-change

Sebagai seorang pedagang boneka biolog yang kebanyakan klayapan mendalami regulasi pigmen fotosintesis, saya tertantang untuk menulis dan berbagi wawasan mengenai proses-proses yang terjadi selama perubahan warna daun tersebut. Sebelum memulainya, ijinkan saya narsis dibawah japanese maple terlebih dahulu 😛
68386_10151459699585101_439797071_n

Foto ini diambil di Takao-San (高尾山) Tokyo, Sebenernya saya hanya ingin menunjukkan bahwa untuk melihat keindahan warna-warni momiji kita tidak harus ke Kyoto #diplomatis.

Warna hijau pada daun berasal dari klorofil, pigmen fotosintesis yang menyerap sinar biru dan merah (sinar paling efektif untuk fotosintesis) dan memantulkan atau meneruskan sinar hijau, sehingga yang tertangkap oleh mata kita adalah warna hijau. Pada tanaman, klorofil terdapat pada membran tilakoid di dalam kloroplas.

ch9chloroplast

Kloroplas sendiri merupakan salah satu plastid yang sudah terspesialisasi. Ada beberapa macam plastid, diantaranya kloroplas (mengandung klorofil), kromoplas (mengandung karotenoid, xantofil dan pigmen lain), leukoplas (untuk penyimpanan pati, lemak, dan protein).

Plastids_types_en.svg

Plastid berkembang dari proplastid. Plastid memiliki sifat plastis, sederhananya merupakan fleksibilitas plastid dapat berubah struktur dan komposisinyanya sebagai respon terhadap lingkungan. Etioplas adalah plastid pada tanaman yang mengalami etiolasi (pertumbuhan yang cepat di tempat yang gelap), etioplas ini dapat berkembang menjadi kloroplas apabila tanaman yang mengalami etiolasi ditumbuhkan dengan penyinaran. Kloroplas dapat berubah menjadi kromoplas. Terdapat juga amiloplas (menyimpan pati), elaioplast (lemak), dan proteinoplas (protein). Selian itu, akhir-akhir ini juga telah ditemukan plastid yang berfungsi untuk mensintesis dan menyimpan metabolit-metabolit spesifik, contohnya tannosomes (tannin), phenyloplast (menyimpan prekursor vanillin pada tanaman vanilli), dan lain-lain.

Respon terhadap lingkungan

Di negara 4 musim seperti jepang, durasi “siang” dan “malam” berbeda setiap musim. Musim panas memiliki durasi “siang” lebih lama daripada musim dingin. Seiring berakhirnya musim panas dan beralih ke musim gugur, durasi siang  menjadi lebih pendek. Perubahan durasi siang-malam ini merupakan sinyal bagi tumbuhan untuk mempersiapkan diri menghadapi musim selanjutnya, yaitu Musim Dingin!

DSC05359

Selama musim dingin, ketersediaan cahaya dan air menjadi terbatas untuk melakukan fotosintesis secara optimal. Oleh karenanya, tumbuhan merespon dengan “beristirahat” dan mengandalkan cadangan makanan yang telah mereka produksi pada musim semi dan musim panas. Untuk merespon hal tersebut, untuk sementara waktu tanaman akan men “Shut Down” pabrik tempat fotosintesisnya, yaitu kloroplas.

Degradasi klorofil

Klorofil akan mulai di break down dengan pelepasan klorofil pada binding-proteinnya, selanjutnya  melalui serangkaian proses enzimatik, klorofil (tetrapyrroles) akan dikonversi menjadi pFCC (primary Fluorescence Chl Catabolites) yang merupakan tetrapyrroles linier yang tidak berwarna. pFCC kemudian akan diekspor dari kloroplas ke vacuola dan kemudian lebih lanjut di break down menjadi monopyrrole. Sangat dimungkinkan monopyrrole ini akan dibreak down kembali menjadi molekul yang lebih sederhana, meskipun sampai saat ini belum diketahui secara pasti nasib monopyrrole setelah dibawa ke vacuola. Enzimatik proses pada degradasi klorofil dapat dilihat pada gambar berikut :

f10_01

Seiring dengan degradasi klorofil, maka daun akan mulai terlihat kuning-oranye, ini adalah warna dari karotenoid dan xantofil. Sebenernya pigmen ini juga terdapat di daun, hanya saja pada saat musim semi dan panas, jumlah klorofil yang jauh lebih banyak menutupi warna pigmen ini.

Chemistry-of-the-Colours-of-Autumn-Leaves-v2

Sintesis Antosianin

Warna merah terang pada daun dapat disebabkan oleh dua hal ; glukosa dan akumulasi antosianin. Pada Momiji, glukosa (produk fotosintesis) masih terperangkap pada daun setelah proses fotosintesis berhenti. Sinar matahari dan suhu udara malam yang dingin pada musim gugur menyebabkan glukosa menjadi merah. Tetapi mekanisme umum yang lebih dikenal dalam perubahan warna merah ini adalah akumulasi pigmen merah (antosianin) pada sel.

スライド1

Seperti yang dapat kita lihat pada ilustrasi gambar yang saya padukan dari beberapa sumber, setelah degradasi klorofil, sintesis antosianin meningkat dan diekspor ke vakuola. Sebenarnya selain klorofil, karotenoid juga mengalami degradasi, namun sebagian masih tertinggal di plastid. Pertanyaan selanjutnya adalah mengapa tumbuhan repot-repot menggunakan energinya untuk memproduksi antosianin padahal sebentar lagi harus menggugurkan daunnya? Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa antosianin ini menjaga daun bertahan lebih lama sebelum gugur, melindungi daun tanpa klorofil dari sinar matahari, dan pigmen ini menurunkan titik beku daun sehingga melindungi dari suhu dingin yang ekstrim. Karena daun bertahan lebih lama pada tanaman, maka gula, nitrogen, hasil metabolisme yang penting dapat dipindahkan terlebih dahulu sebelum gugur. Ilmuwan lain berhipotesa bahwa ketika daun gugur dan membusuk, antosianin meresap kedalam tanah sehingga menghambat tumbuhan spesien lain untuk tumbuh dan menjadi kompetitor di sekelilingnya.

Semoga tulisan singkat ini bermanfaat dan menambah wawasan, AMIN

Salam hangat ditengah indahnya warna-warni daun musim gugur Tokyo

Tokyo, 7 Desember 2015

Dwi Andi Listiawan