Contoh dan Peranan Mikroorganisme Akuatik

Peran Mikroorganisme Dalam Lingkungan Akuatik

Peran mikroorganisme sangat penting dalam siklus kehidupan air. Kontribusi mikroorganisme ini mampu menguraikan bahan-bahan organik dan mempercepat kemungkinan kembalinya unsur-unsur anorganik penting ke dalam siklus zat organik baru. Kehadiran mikroba di dalam air, mungkin akan mendatangkan keuntungan tetapi juga mungkin mendatangkan kerugian.

1.           Mikroorganisme yang menguntungkan

a.        Plankton: baik yang terdiri dari plankton-tumbuhan (fitoplankton) ataupun plankton-hewan (zooplankton), merupakan makanan utama ikan-ikan kecil. Sehingga kehadirannya merupakan tanda kesuburan kolam ikan misalnya, untuk perikanan. Ini misalnya untuk jenis-jenis microalgae yaitu Chlorella, Scenedesmus, Hydrodiction, Pinnularia, Sinedra, dan sebagainya.

b.        Bakteri atau fungi di dalam badan air berlaku sebagai jasad decomposer. Artinya jasad tersebut mempunyai kemampuan untuk mengurai atau merombak senyawa yang berada (masuk) ke dalam badan air. Sehingga kehadirannya telah dimanfaatkan di dalam rangka pengolahan buangan di dalam air secara biologis. Contoh fungi yaitu jamur Pilobolus crystallinus, Auricularia auricularis sedangkan contoh bakteri yaitu Pseudomonas.

c.     Mikroalga yang mempunyai klorofil: dapat melakukan proses fotosintesis dengan menghasilkan oksigen. Di dalam air, kegiatan fotosintesis tersubut akan menambah jumlah (kadar) oksigen di dalamnya, sehingga nilai kelarutan oksigen (umumnya disebut DO atau dissolved oxygen) akan naik atau bertambah, contohnya: Stephanodiscus alpinus, Euglena viridis, Spirulina maxima.

d.        Kehadiran hasil uraian senyawa hasil rombakan bakteri atau fungi, ternyata digunakan atau dimanfaatkan oleh jasad-jasad lain, antara lain oleh microalgae, oleh bakteri atau fungi sendiri. Sehingga dalam masalah ini jasad-jasad pengguna tersebut dinamakan consumer atau jasad pemakai. Tanpa adanya jasad pemakai, kemungkinan besar penimbunan (akumulasi) hasil uraian tersebut dapat mengakibatkan keracunan terhdap jasad lain, khususnya ikan.

e.        Penggunaan Bakteri dalam Menguraikan Detergen. Alkil benzil sulfonat (ABS) adalah komponen detergen, yang merupakan zat aktif yang dapat menurunkan tegangan muka sehingga dapat digunkan sebagai pembersih. ABS mempunyai Na-sulfonat polar dan ujung alkil non-polar. Pada proses pencucian, ujung polar ini menghadap ke kotoran (lemak) dan ujung polarnya menghadap ke luar (ke-air). Bagian alkil dari ABS ada yang linier dan non-linier (bercabang). Bagian yang bercabang ABS-nya lebih kuat dan berbusa, tetapi lebih sukar terurai sehingga menyebabkan badan air berbuih. Sulitnya peruraian ini disebabkan karena atom C tersier memblokir beta-oksidasi pada alkil. Hal ini dapat dihindari apabila ABS mempunyai alkil yang linier. Namun ada beberapa bakteri yang dapat menguraikan ABS meskipun memakan waktu yang cukup lama. Bakteri pengurai deterjen antara lain Basilus subtilus, Vibrio coma, Pseudomonas aeruginosa, dan Escherichia coli.

2.             2.     Mikroorganisme yang merugikan

a.             Salmonella penyebab penyakit tifus adalah bakteri gram negatif berbentuk batang, tidak membentuk spora namun bersifat patogen, baik pada manusia ataupun hewan. Dapat menyebabkan demam typhoid (typoid fever). Sebenarnya penyakit demam typoid dapat dipindahkan dengan perantara makanan yang terkontaminasi dan dengan kontak langsung dengan si penderita. Namun yang paling umum sebagai fakta penyebab adalah air. Air dapat terkontaminasi oleh bakteri ini karena kesalahan metode pemurnian air atau kontaminasi silang (Cros contaminant) antara pipa air dengan saluran air limbah (Tarigan, 1988).

b.     Clostridium prefringens adalah bakteri gram positif pembentuk spora yang sering ditemukan dalam usus manusia, tetapi kadang-kadang juga ditemukan di luar usus manusia (tanah, debu, lingkungan dan sebagainya).

c.        Escherichia coli adalah bakteri gram negatif berbentuk batang yang tidak membentuk spora dan merupakan flora normal di dalam usus. E.coli termasuk bakteri komensal yang umumnya bukan patogen penyebab penyakit namun bilamana jummlahnya melampaui normal maka dapat pula menyebabkan penyakit. E. coli merupakan salah satu bakteri coliform.

d.      Leptospira merupakan bakteri berbentuk spiral dan lentur yang merupakan penyebab penyakit leptosporosis. Penyakit ini merupakan penyakit zoonosis atau penyakit hewan yang bisa berpindah ke manusia. Pada umumnya penyebaran bakteri ini adalah pada saat banjir.

e.         Shigella dysentriae adalah basil gram negatif, tidak bergerak. Bakteri ini menyebabkan penyakit disentri (mejan). Spesies lain seperti S. sonnei dan S. paradysentriae juga menyebabkan penyakit disentri (Dwijoseputro, 1976).

f.        Vibrio comma adalah bakteri yang berbentuk agak melengkung, gram negatif dan monotrik. Bakteri ini menyebabkan penyakit kolera yang endemis di indonesia dan sewaktu-waktu berjangkit serta memakan banyak korban (Dwijoseputro, 1976).

g.             Ascaris penyebab penyakit cacing, dan banyak contoh-contoh lainnya. Juga didalam air banyak ditemukan mikroba penghasil toksin (racun) yang sangat berbahaya, seperti:

-              Hidup secara anaerobic contohnya Clostridium

-            Hidup secara aerobic contohnya Pseudomonas, Salmonella, Staphylococcus, dan     sebagainya.

-         Toksin juga dihasilkan oleh beberapa jenis microalgae contohnya Anabaena dan Microcystis

h.           Kelompok bakteri besi (contoh, Crenothrix dan Sphaerotilus) yang mampu mengoksidasi senyawa besi (II) menjadi besi (III). Akibat kehadiran mikroorganisme tersebut, air sering mengalami perubahan warna kalau disimpan lama yaitu berwarna kehitam-hitaman, kecoklat-coklatan, dan lain-lain. Proses oksidasi Crenothrix / Sphaerotilus.

i.       Kelompok bakteri belerang (contoh, Chromatium dan Thiobacillus) yang mampu mereduksi senyawa sulfat menjadi H₂S. Akibatnya kalau air disimpan lama akan tercium bau busuk. Contohnya Thiobacillus/Chromatium.

j.          Kelompok mikroalga (misalnya yang termasuk kelompok mikroalga hijaubiru, biru, dan kersik), sehingga jika air disimpan lama di dalamnya akan nampak kelompok mikroorganisme yang berwarna hijau, biru atau kekuningkuningan, tergantung dominasi mikroalga yang terdapat dalam air serta lingkungan yang mempengaruhinya. Suatu proses yang sering terjadi di danau atau kolam seluruh permukaan airnya ditumbuhi oleh pertumbuhan massa alga yang sangat banyak (blooming). Blooming menyebabkan perairan berwarna, ada endapan, dan bau amis, disebabkan oleh meningkatnya pertumbuhan mikroalga (Anabaena flos-aquae dan Microcystis aerugynosa). Dalam keadaan blooming sering terjadi:

-             Ikan mati disebabkan jenis-jenis mikroalga yang terdapat di dalam air menghasilkan toksin yang dapat meracuni ikan.

-         Korosi/pengkaratan terhadap logam karena di dalam massa mikroalga didapatkan pula bakteri besi atau belerang penghasil asam yang korosif.

-          Kekurangan oksigen karena mikroalga yang menutupi permukaan kolam sehingga menyebabkan ikan mati.

Lebih jauh lagi akibat kehadiran kelompok bakteri dan mikroalga dalam air, dapat mendatangkan kerugian. Kehadiran kelompok bakteri dan mikroalga tersebut di dalam air, dapat menyebabkan terjadinya penurunan turbiditas dan hambatan aliran, karena kelompok bakteri besi dan belerang dapat membentuk serat atau lendir. Akibat lainnya adalah terjadinya proses korosi (pengkaratan) terhadap benda-benda logam yang berada di dalamnya, menjadi bau, berubah warna, dan sebagainya.

Peranan Mikroorganisme Dalam Siklus Unsur Di Lingkungan Akuatik

1.             Siklus Nitrogen

Nitrogen merupakan “limiting factor“ yang harus diperhatikan dalam suatu ekosistem perairan. Nitrogen di perairan terdapat dalam bentuk gas N₂,  NO₂^-, NO₃^-, NH₃ dan NH₄⁺ serta sejumlah N yang berikatan dalam organik kompleks (Haryadi, 2003). Akumulasi kandungan nitrogen dalam air dapat menjadi sumber penurunan kualitas air. Sumber nitrogen terbesar berasal dari udara, sekitar 80% dalam bentuk nitrogen bebas yang masuk melalui sistem fiksasi biologis dalam kondisi aerobik.

Keberadaan nitrogen di perairan dapat berupa nitrogen anorganik dan organik. Nitrogen anorganik terdiri atas ion nitrit (NO₂^-), ion nitrat (NO₃^-), ammonia (NH₃), ion ammonium (NH₄⁺) dan molekul N₂ yang larut dalam air, sedangkan nitrogen organik berupa protein, asam amino dan urea akan mengendap dalam air. Ikatan nitrogen dalam air sangat mudah berubah bentuknya.  Menurut Effendi (2003) nitrogen organik berupa asam amino, protein, dan urea, bentuk-bentuk tersebut mengalami transformasi sebagai bagian dari siklus nitrogen. Senyawa nitrogen organik dapat ditransformasi menjadi nitrogen, amonium dan dioksida menjadi nitrogen nitrat dan nitrit dalam sistem biologis. Transformasi nitrogen secara mikrobiologi mencakup hal-hal sebagai berikut:

a.          Asimilasi nitrogen anorganik (nitrat dan ammonium) oleh tumbuhan dan mikroorganisme (bakteri autorof) untuk membentuk nitrogen organik misalnya asam amino dan protein.

b.          Fiksasi gas nitrogen menjadi ammonia dan nitrogen organik oleh mikroorganisme. Fiksasi gas nitrogen secara langsung dapat dilakukan oleh beberapa jenis alga Cyanophyta (alga biru) dan bakteri.

N₂ + 3 H₂ 2NH₃ (ammonia); atau NH₄⁺ (ion ammonium).

c.         Nitrifikasi yaitu oksidasi ammonia menjadi nitrit dan nitrat dapat dilakukan oleh bakteri aerob. Nitrifikasi berjalan secara optimum pada pH 8 dan berkurang secara nyata pada pH < 7. 

NH₄⁺ + 3/2 O₂             Nitrosomonas              2 H⁺ + NO₂^- + H₂O

NO₂^- + ½ O₂    Nitrobacter                  NO₃^-

Hasil oksidasi ini sangat reaktif dan mudah sekali larut, sehingga dapat langsung digunakan dalam proses biologis.

d.         Amonifikasi nitrogen organik untuk menghasilkan ammonia selama proses dekomposisi bahan organik. Proses ini banyak dilakukan oleh mikroba dan jamur yang membutuhkan oksigen untuk mengubah senyawa organik menjadi karbondioksida. Selain itu, autolisasi atau pecahnya sel dan ekskresi ammonia oleh zooplankton dan ikan juga berperan sebagai pemasok ammonia.

e.      Denitrifikasi yaitu reduksi nitrat menjadi nitrit (NO₂^-), dinitrogen oksida (N₂O) dan molekul nitrogen (N₂). Proses reduksi nitrat berjalan optimal 28^oC pada kondisi anaerob (tak ada oksigen). Dinitrogen oksida (N₂O) adalah produk utama dari denitrifikasi pada perairan dengan kadar oksigen sangat rendah, sedangkan molekul nitrogen (N₂) adalah produk utama dari proses denitrifikasi pada kondisi anaerob. Proses denitrifikasi akan berkurang atau lambat pada kondisi pH dan suhu rendah, tetapi akan berjalan optimum pada suhu rata-rata danau pada umumnya. Kondisi anaerob di sedimen membuat proses denitrifikasi lebih besar, yaitu dengan laju rata-rata 1 mg /liter per hari. Kadar nitrogen yang tinggi dalam perairan dapat merangsang pertumbuhan alga secara tak terkendali (blooming). Konsentrasi nitrogen organik di perairan berkisar 0,1 sampai 5 mg/l, sedangkan di perairan tercemar berat kadar nitrogen bisa mencapai 100 mg/l. Konsentrasi nitrit yang tinggi dapat menyebabkan perairan menjadi tercemar Schmit (1978).

2.             Siklus Karbon

Pada ekosistem air, pertukaran CO₂ dengan atmosfer berjalan secara tidak langsung. Karbon dioksida berikatan dengan air membentuk asam  karbonat yang akan terurai menjadi ion bikarbonat. Bikarbonat adalah sumber karbon bagi alga yang memproduksi makanan untuk diri mereka sendiri dan organisme heterotrof lain. Sebaliknya, saat organisme air berespirasi, CO₂ yang mereka keluarkan menjadi bikarbonat. Jumlah bikarbonat dalam air adalah seimbang dengan jumlah CO₂ di air.

Karbon adalah bahan penyusun dasar semua senyawa organik. Dalam siklus karbon terjadi proses timbal balik fotosintesis dan respirasi seluler. Tumbuhan mendapatkan karbon, dalam bentuk CO₂ dari atmosfer melalui proses fotosintesis yang dapat menghasilkan O₂ yang nantinya akan digunakan oleh tumbuhan dan hewan untuk berespirasi_. Hewan dan tumbuhan yang mati, dalam waktu yang lama akan membentuk batubara di dalam tanah. Batubara akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang juga menambah kadar CO₂ di udara. Sejumlah karbon bisa dipindahkan dari siklus tersebut dalam waktu yang lebih lama ketika karbon terakumulasi di dalam kayu dan bahan organik oleh detritivora akhirnya didaur ulang karbon ke atmosfer sebagai CO₂. Hal ini dapat sebagai kembalinya CO₂ ke atmosfer.

3.             Siklus Fosfor

Proses daur fosfor yang terjadi di perairan hampir sama dengan proses daur fosfor yang terjadi di daratan. Molekul fosfat yang terdapat di dalam air digunakan oleh fitoplankton, ganggang, dan tumbuhan air untuk metabolisme tubuhnya. Melalui rantai makanan fosfat masuk ke dalam tubuh hewan di perairan. Selanjutnya melalui proses dekomposisi organisme mati (zat organik) oleh bakteri dan fungi, fosfor kembali dilepaskan ke lingkungan perairan. Beberapa bakteri dan fungi mampu memecah senyawa-senyawa organik fosfor dan mampu melepaskan fosfat dari dan kembali dalam siklus materi. Beberapa bakteri yang dapat mendekomposisi Ca₃(PO₄)₂ adalah genus Pseudomonas, Aeromonas, Escherichia, Bacillus dan Micrococcus.

Molekul fosfat yang terbawa oleh aliran air  tidak seluruhnya diserap oleh tumbuhan. Sebagian terus terbawa menuju lautan dan mengendap di dasar laut. Endapan tersebut lama kelamaan semakin banyak dan oleh proses geologis selama bertahun-tahun membetuk batuan atau endapan yang mengandung fosfat.

Pembuangan air deterjen yang mengandung fosfat ke dalam perairan dapat menyebabkan pertumbuhan ganggang yang berlebihan. Ganggang yang jumlahnya tidak terkendali menyebabkan oksigen di air berkurang, selanjutnya akan menyebabkan ikan-ikan di perairan mati. Peristiwa tersebut dinamakan eutrofikasi.

4.             Siklus Besi dan Mangan

Bakteri besi umumnya terdapat pada perairan air tawar dan sering terdapat pada sumur-sumur dan sumber-sumber air. Kadang-kadang bakteri tersebut dalam jumlah besar terdapat pada air mengalir dan empang. Bakteri-bakteri tersebut sering menimbulkan kerusakan pada pipa-pipa besi.

Bakteri Thiobacillus (Ferrobacillus) ferrooxydans dapat mengoksidasi senyawa ferro menjadi ferri pada reaksi asam.

Fe²⁺     Fe³⁺ + 1,5 kcal

Bakteri besi yang tersebar luas adalah Leptothrix ochracea dan Crenothrix polyspora. Mikroorganisme juga mampu membentuk logam organik dan kompleks mangan (chelat). Berbagai fungi dapat mensintesis senyawa kompleks yang berbeda. Senyawa logam organik dan kompleksnya dapat dipecah lagi oleh mikroorganisme. Dekomposisi ini memainkan peran dalam siklus besi dan mangan.