Ruang Lingkup Biologi

A. Pengertian Biologi

Istilah Biologi berasal dari bahasa Yunani yaitu berasal dari kata bios dan logos. Bios artinya hidup dan logos artinya ilmu. Jadi secara sederhana biologi dapat diartikan sebagai ilmu tentang makhluk hidup.

Biologi adalah ilmu pengetahuan alam yang khusus mempelajari segala perikehidupan organisme (makhluk hidup).

Biologi menurut kamus adalah ilmu yang mempelajari seluk beluk makhluk hidup, hewan, tumbuhan dan jasad renik, masing-masing dikenal dengan zoologi, botani, dan mikrobiologi. Biologi disebut juga ilmu hayati.

Manfaat mempelajari biologi: 

1. manusia dapat mengenal berbagai organisme di lingkungannya

2. manusia dapat mengenal dirinya sendiri sebagai makhluk hidup

3. manusia dapat mengenal hubungan timbal balik antara sesama makhluk hidup dan antara makhluk hidup dengan lingkungannya.

4. membangkitkan pengertian dan rasa sayang terhadap makhluk hidup

5. membangkitkan rasa peduli lingkungan

6. mengembangkan cara berpikir ilmiah melalui penelitian dan percobaan

B. Keterampilan Proses

Biologi merupakan bagian dari ilmu IPA (sains) yaitu ilmu yang mengaji semua gejala alam yang dapat diindra. Ilmu ini disusun berdasarkan pengalaman empiris, menggunakan cara berpikir logis dan dilaksanakan dengan langkah yang sistematis. Pendekatan yang paling sesuai untuk mempelajari IPA adalah keterampilan proses.

Keterampilan proses adalah pendekatan yang menitikberatkan pada kemampuan individu dalam mengamati permasalahan, keterampilan, pemilihan cara yang sistematis, penggunaan logika yang baik dan objektif,.

Pemanfaatan alat indera untuk mengamati gejala alam yang dipelajari akan memberikan banyak keuntungan, diantaranya adalah:

1. memberikan pengalaman nyata yang dapat  diingat dalam masa yang lama

2. memberikan keterampilan motorik

3. terbiasa bekerja secara sistematis

4. terbiasa berpikir logis dan objektif berdasarkan data

Langkah-langkah pendekatan proses adalah

1. Observasi: langkah untuk mencari gambaran atau informasi tentang objek penelitian melalui indra. hasil observasi berupa data dalam bentuk gambar, suara, warna, angka, kalimat dan lain-lain. data ini dapat ditampilkan dalam bentuk grafik, tulisan, tabel, bagan maupun gambar

2. klasifikasi / penggolongan : usaha untuk mengelompokkan sesuatu berdasarkan kesamaan yang dimiliki untuk suatu tujuan

3. menafsirkan: memberikan makna terhadap suatu fenomena atas dasar kejadian yang lain berdasarkan patokan-patokan tertentu

4. meramalkan/ memperkirakan: mencoba menentukan kejadian yang belum berlangsung berdasarkan pada hukum-hukum yang telah berlaku atau berdasarkan kejadian-kejadian yang pernah berlangsung.

5. mengajukan pertanyaan, berguna untuk mencari data-data sehingga dapat menemukan suatu masalah

6. mengidentifikasi variabel: 

    variabel adalah faktor yang berpengaruh dan mempunyai nilai yang dapat diubah. variabel dibedakan menjadi 3 yaitu

a. variabel bebas / variabel percobaan: variabel yang sengaja dibuat berbeda-beda dalam satu percobaan

b. variabel terikat: variabel yang terjadi karena perlakuan variabel bebas

c. variabel terkontrol: variabel yang dibuat sama dalam suatu penelitian

C. Metode Ilmiah

Metode yang paling sesuai untuk mengembangkan Ilmu Pengetahuan Alam adalah metode ilmiah. Metode ini merupakan langkah-langkah yang sistematis yang dapat digunakan untuk memecahkan suatu masalah. Metode ini digunakan oleh para ilmuwan dalam mengembangkan berbagai ilmu pengetahuan sehingga ilmu pengetahuan dan teknologi dapat berkembang dengan pesat.

Langkah-langkah dalam metode ilmiah secara urut adalah sebagai berikut.

1. Merumuskan Masalah

Sebelum menentukan suatu penelitian, perlu dirumuskan permasalahan yang akan diteliti terlebih dahulu. Dalam merumuskan permasalahan untuk suatu percobaan perlu diperhatikan hubungan antarvariabel.

2. Mengumpulkan Keterangan

Setelah masalah dapat dirumuskan, kita mulai mengumpulkan keterangan. Pengumpulan keterangan dapat dilakukan melalui pengamatan langsung (observasi) atau secara kepustakaan (membaca buku-buku hasil penelitian sebelumnya). Kegiatan ini bertujuan untuk menemukan jawaban sementara terhadap masalah tersebut.

3. Merumuskan Hipotesis

Hipotesis adalah suatu dugaan sementara terhadap masalah sebelum dibuktikan. Dugaan sementara tersebut akan dibuktikan kebenarannya melalui percobaan (eksperimen) yang akan kita lakukan. Ada dua macam hipotesis dalam eksperimen, yaitu hipotesis alternatif dan hipotesis nol. Hipotesis alternatif adalah dugaan yang menyatakan ada pengaruh. Hipotesis nol menyatakan tidak ada pengaruh. Dugaan sementara yang kita buat dapat diterima jika sesuai dengan hasil percobaan atau ditolak jika berbeda dengan hasil percobaan yang kita lakukan.

4. Melakukan Eksperimen (Percobaan)

Eksperimen dilakukan untuk menguji kebenaran hipotesis yang diajukan. Dalam melakukan eksperimen diperlukan tingkat ketelitian yang tinggi, misalnya dalam penggunaan alat, pengukuran, pemberian perlakuan (ulangan atau sampel), kontrol, dan pengendalian faktor- faktor lain. Ketelitian dalam eksperimen sangat memengaruhi hasil penelitian. Eksperimen dapat dilakukan di laboratorium atau di alam sesuai dengan tujuan penelitian kita.

5. Menganalisis Data

Data hasil eksperimen kita analisis untuk menarik kesimpulan hasil eksperimen. Data umumnya dianalisis secara statistik.

6. Menarik Kesimpulan Hasil Eksperimen

Kesimpulan dibuat berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukan. Kesimpulan ada dua kemungkinan, yaitu hipotesis ditolak atau hipotesis diterima. Dari kesimpulan tersebut dapat dikemukakan teori-teori. Selain itu, berdasarkan kesimpulan itu dapat pula dilakukan pengujian ulang. Hasil penelitian ditulis dalam laporan yang sebaiknya dipublikasikan. Seorang peneliti akan lebih berhasil dalam melakukan percobaan jika memiliki sikap ilmiah. Sikap ilmiah yang harus dimiliki seorang peneliti adalah rasa ingin tahu tinggi, jujur, objektif, berpikir secara terbuka, memiliki kepedulian, teliti, tekun, berani dan santun.

D. Struktur Organisasi Kehidupan

Tingkatan organisasi kehidupan dari kecil menuju ke tingkatan yang lebih besar adalah sebagai

berikut.

1. Molekul, merupakan senyawa kimia yang terdiri atas beberapa unsur/atom.

2. Organel, yaitu suatu struktur yang khas yang tersusun atas senyawa-senyawa kimia yang dapat mendukung suatu fungsi dalam sel.

3. Sel, yaitu suatu organisasi terkecil yang menunjukkan sifat hidup.

4. Jaringan, merupakan kumpulan beberapa sel yang mempunyai bentuk dan fungsi yang sama.

5. Organ, yaitu kumpulan beberapa jaringan yang membentuk suatu struktur yang mendukung fungsi tertentu.

6. Sistem organ, merupakan kumpulan beberapa organ untuk mendukung suatu fungsi. (sistem pernafasan, pencernaan) 

7. Individu, merupakan satu unit makhluk hidup. Individu merupakan tingkatan hirarki terendah dalam lingkungan. Misalnya seekor rusa, seekor laba-laba dan satu batang tanaman tebu

8. Populasi, yaitu kumpulan individu-individu sejenis (spesies) yang menempati daerah yang sama. 

9. Komunitas, yaitu kumpulan beberapa populasi yang menempati daerah yang sama.

10. Ekosistem, yaitu kesatuan makhluk hidup (faktor biotik) dengan lingkungannya (faktor abiotik).

11. Bioma, yaitu kumpulan beberapa ekosistem yang menempati daerah yang sama dengan ciri-ciri fisik, vegetasi dan hewan-hewan yang sama. Bioma, Gurun pasir, Bioma Lumpur

12. Biosfer, yaitu seluruh bagian bumi beserta makhluk hidup yang mendiami bumi.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang tingkat organisasi kehidupan pelajari uraian berikut.

1. Sel

Makhluk hidup (organisme) tersusun oleh sel. Sel merupakan satuan (unit) kehidupan terkecil dari makhluk hidup. Makhluk hidup yang tersusun oleh satu sel disebut organisme uniseluler (misalnya bakteri, protozoa) dan makhluk hidup yang tersusun oleh banyak sel disebut organisme multiseluler. Sel tersusun atas inti sel (nukleus), membran sel, sitoplasma, dan organel sel. DNA (deoxyribonudeic acid) yang terdapat di dalam sel merupakan senyawa kimia yang paling penting pada organisme yang membawa informasi genetik. Semua organisme, kecuali beberapa virus, memiliki DNA. Bagian terbesar DNA terdapat di dalam nukleus, terutama di dalam kromosom.

2. Jaringan

Pada organisme multiseluler, sel-sel yang sejenis dan memiliki fungsi sama tersusun membentuk jaringan. Contoh jaringan pada manusia atau hewan vertebrata adalah jaringan epitel, jaringan otot, jaringan saraf, jaringan tulang, jaringan tulang rawan, jaringan lemak, dan jaringan darah. Jaringan pada tumbuhan misalnya jaringan meristem, jaringan epidermis, jaringan parenkim, jaringan penyokong, dan jaringan pengangkut.

3. Organ

Jaringan tidak mampu melaksanakan fungsi hidup secara sendiri-sendiri. Berbagai jaringan bersatu dan menjalankan fungsi tertentu membentuk alat tubuh yang disebut organ. Organ pada vertebrata dan manusia misalnya mata, paru-paru, jantung, hati, dan lambung. Mata terbentuk dari jaringan otot dan jaringan saraf. Jantung antara lain terbentuk dari Jaringan otot jantung dan jaringan saraf. Organ pada tumbuhan adalah akar, batang, daun, dan bunga.

4. Sistem Organ

Berbagai organ di dalam tubuh organisme multiseluler bekerja sama menjalankan suatu fungsi tertentu. Koordinasi berbagai organ, membentuk sistem organ. Sistem organ yang terdapat pada manusia antara lain sistem otot, sistem rangka, sistem saraf, sistem hormon, sistem transportasi, sistem pernapasan, sistem pencernaan, sistem ekskresi, dan sistem reproduksi.

5. Individu

Sistem organ di dalam tubuh organisme multiseluler membentuk suatu organisasi kehidupan sehingga terbentuk organisme yang disebut individu. Individu adalah makhluk hidup tunggal. Contohnya seorang manusia, seekor ikan, seekor sapi, seekor kelinci, sebuah pohon mangga, dan sebatang pohon singkong.

6. Populasi

Populasi adalah kumpulan individu sejenis yang menempati suatu daerah tertentu. Individu dikatakan sejenis jika dapat mengadakan perkawinan dan menghasilkan keturunan yang fertil. Keturunan yang fertil artinya keturunan yang mampu berkembang biak. Misalnya, populasi padi di sawah; populasi banteng (Bos javanicus) di Pangandaran, Jawa Barat; dan populasi badak bercula satu (Rhinoceros sondaictis) di Ujung Kulon, Banten.

7. Komunitas

Komunitas adalah kumpulan populasi dari berbagai spesies yang tinggal bersama dan saling berinteraksi satu sama lain di suatu habitat. Contohnya, komunitas lapangan rumput terdiri atas populasi rumput gajah, belalang, burung gereja, cacing tanah, dan semut.

8. Ekosistem

Ekosistem adalah hubungan timbal balik antarsesama makhluk hidup dan antara makhluk hidup (komponen biotik) dengan komponen abiotiknya. Komponen abiotik adalah benda-benda tak hidup, misalnya air, tanah, cahaya matahari, udara, suhu, dan kelembapan.

E. Klasifikasi Makhluk Hidup

Tujuan klasifikasi makhluk hidup adalah untuk mempermudah' mempelajari, mengenali, mengelompokkan, dan membandingkan makhluk hidup yang jumlahnya sangat banyak dan beraneka ragam. Mengenali adalah mendeskripsikan ciri-ciri yang dimiliki oleh setiap jenis makhluk hidup. Mengelompokkan adalah menggolong-golongkan makhluk hidup yang memiliki ciri-ciri yang sama. Membandingkan adalah mencari persamaan dan perbedaan ciri-ciri atau sifat yang ada pada makhluk hidup. Dengan melakukan klasifikasi makhluk hidup kita juga dapat mengetahui adanya hubungan kekerabatan antarmakhluk hidup. Semakin banyak persamaan yang dimiliki antarmakhluk hidup berarti semakin dekat hubungan kekerabatannya. Persamaan yang dimiliki oleh makhluk hidup dijadikan dasar klasifikasi, meliputi persamaan morfologi, anatomi, fisiologi, dan biokimia.

1. Persamaan Morfologi

Klasifikasi terutama didasarkan pada ciri persamaan morfologi, yaitu ciri-ciri bagian luar tubuh makhluk hidup. Pada tumbuhan, ciri morfologi yang dapat digunakan antara lain bentuk daun, tulang daun, bentuk bunga, jumlah bagian-bagian bunga, bentuk atau keping biji, bentuk pohon, dan bentuk buah. Pada hewan, ciri morfologi antara lain ruas-ruas pada tubuh, bentuk alat gerak, jumlah kaki, bentuk paruh pada aves, dan jumlah sayap pada serangga.

2. Persamaan Anatomi

Persamaan anatomi dilihat dari ciri-ciri yang terdapat di dalam tubuh makhluk hidup. Ciri anatomi pada tumbuhan sebagai dasar klasifikasi antara lain ada tidaknya berkas pembuluh angkut (xilem dan floem), letak pembuluh angkut (menyebar atau mengelompok), dan ada tidaknya kambium. Ciri anatomi pada hewan misalnya ada tidaknya tulang belakang.

3. Persamaan Fisiologi

Persamaan fisiologi adalah persamaan fungsi faal yang terjadi dalam tubuh makhluk hidup. Misalnya, persamaan dalam proses metabolisme, seperti pencernaan, respirasi, dan peredaran darah.

4. Persamaan Biokimia

Persamaan fisiologi dan biokimia sangat terkait dan sering sulit dipisahkan. Pada hewan, persamaan biokimia yang dapat digunakan untuk klasifikasi antara lain struktur protein, ada tidaknya enzim, ada tidaknya organel sel, ada tidaknya membran organel sel, dan asam nukleat  (DNA atau RNA). Pada tumbuhan, dasar klasifikasinya antara lain persamaan zat-zat kimia yang terkandung dalam tubuh tumbuhan. Makhluk hidup yang memiliki morfologi berbeda tetapi memiliki persamaan biokimia, bisa berarti menunjukkan adanya hubungan kekerabatan.

F. Urutan Takson

Tingkatan takson dari yang paling rendah sampai ke tingkat paling tinggi berturut-turut adalah spesies genus-famili - ordo - kelas - divisi (untuk tumbuhan) atau filum (untuk hewan)- kingdom/dunia.

Anggota takson yang lebih rendah memiliki persamaan sifat lebih banyak dibandingkan anggota takson yang lebih tinggi.

1. Spesies (Jenis)

Spesies atau jenis merupakan tingkatan takson yang terendah. Makhluk hidup digolongkan dalam satu spesies jika secara alami dapat melakukan perkawinan dan menghasilkan keturunan yang fertil. Keturunan yang fertil artinya dapat melakukan perkawinan antarsesamanya dan menghasilkan keturunan kembali. Contoh spesies adalah orang utan (Pongo pygmaeus), kan mas (Cyprinus carpio), dan jagung (Zea mays).

2. Genus (Marga)

Genus adalah tingkatan takson yang anggotanya terdiri atas beberapa spesies yang memiliki beberapa persamaan ciri. Misalnya, anjing (Canis familiaris) dan srigala (Canis nubilis), keduanya termasuk genus Canis; singa (Panthera leo) dan macan tutul (Panthera tigris), lada (Piper nigrum) dan sirih (Piper betle).

3. Famili (Suku)

Famili adalah tingkatan takson yang anggotanya terdiri atas beberapa genus. Misalnya, genus Panthera (marga singa dan macan tutul) bersama dengan genus Felis (marga kucing rumah) dimasukkan ke dalam famili Felidae.

4. Ordo (Bangsa)

Ordo adalah tingkatan takson yang terdiri atas beberapa famili. Contohnya famili Felidae (kelompok kucing), Canidae (kelompok anjing), Ursidae (kelompok beruang), dan Viverridae (kelompok musang) membentuk ordo Carnivora (hewan pemakan daging). Anggota Carnivora memiliki ciri yang sama, yaitu gigi taring kuat dan tajam dan gerahamnya memiliki ujung-ujung mahkota yang runcing.

5. Kelas

Kelas adalah tingkatan takson yang terdiri atas beberapa ordo. Contohnya ordo Carnivora, Insectivora (pemakan serangga), Chiroptera (bangsa kelelawar), Rodentia (binatang mengerat), Primata (bangsa kera), Perissodactyla (hewan bertelapak ganjil) dimasukkan dalam satu kelas, yaitu kelas Mamalia. Anggota kelas Mamalia memiliki ciri yang sama, yaitu memiliki kelenjar susu (glandula mamae), menyusui anaknya, dan mempunyai rambut.

6. Filum atau Divisi

Filum atau divisi adalah tingkatan takson yang terdiri atas beberapa kelas yang memiliki persamaan ciri. Contohnya, hewan yang tubuh dan kakinya bersegmen dimasukkan ke dalam. filum Arthropoda. Tumbuhan yang memiliki bunga sebagai alat perkembangbiakan dimasukkan dalam divisi Anthophyta.

7. Kingdom/Dunia

Tingkat takson yang tertinggi adalah kingdom atau dunia. Contohnya semua hewan dimasukkan ke dalam Kingdom Animalia dan semua tumbuhan dimasukkan ke dalam Kingdom Plantae.

G. Perkembangan Klasifikasi

1. Sistem Dua Kingdom

Dalam sistem ini makhluk hidup dibagi atas dua kingdom (dunia), yaitu dunia tumbuhan (kingdom Plantae) dan dunia hewan (kingdom animalia). 

Ciri-ciri tumbuhan adalah mempunyai dinding sel dari selulosa dan berklorofil sehingga mampu berfotosintesis. Makhluk hidup yang termasuk dalam dunia tumbuhan adalah bakteri, ganggang, lumut, jamur, paku dan tumbuhan biji, meskipun bakteri dan jamur tidak berklorofil. 

Ciri-ciri hewan adalah tidak berdinding sel, tidak berklorofil, dan mampu berpindah tempat dari satu tempat ke tempat lain (bergerak bebas). Makhluk hidup yang termasuk dalam dunia hewan adalah semua hewan mulai dari Protozoa (hewan bersel satu) sampai Chordata.

2. Sistem Tiga Kingdom

Klasifikasi ini mengelompokkan organisme menjadi tiga kingdom yaitu kingdom Plantae atau tumbuhan, kingdom Animalia atau hewan, dan kingdom Protista. Kingdom Plantae meliputi jamur, lumut, tumbuhan paku, dan tumbuhan biji. Kingdom Animalia meliputi semua hewan mulai dari Protozoa sampai Chordata. Kingdom Protista terdiri atas organisme bersel satu atau bersel banyak yang belum berdiferensiasi. Contohnya adalah amoeba, diatom, dan ganggang.

3. Sistem Empat Kingdom

Klasifikasi ini membagi organisme ke dalam empat kingdom berdasarkan ada tidaknya membran inti sel. Organisme yang selnya tidak memiliki membran inti disebut prokariotik. Organisme yang selnya memiliki membran inti disebut eukariotik. Berdasarkan sifat tersebut, sistem 4 kingdom terdiri atas kingdom Monera, kingdom Protista, kingdom Plantae, dan kingdom Animalia. 

Kingdom Monera terdiri atas bakteri dan ganggang biru yang keduanya prokariotik.

Kingdom Protista terdiri atas ganggang. Kingdom Plantae terdiri atas jamur, lumut, paku, dan tumbuhan biji. 

Kingdom Animalia terdiri atas semua hewan dari Protozoa sampai Chordata.

Kingdom Protista, Plantae, dan Animalia termasuk eukariotik.

4. Sistem Lima Kingdom

Klasifikasi 5 kingdom diperkenalkan oleh Whittaker (1969). Klasifikasi ini didasarkan pada tingkatan organisme, susunan sel, dan cara organisme memperoleh makanannya. Kelima kingdom itu adalah sebagai berikut.

a. Kingdom Monera

Monera terdiri atas semua organisme prokariotik, contohnya bakteri dan ganggang hijau biru (Cyanobacteria).

b. Kingdom Protista

Protista terdiri atas organisme eukariotik, tersusun atas satu sel atau banyak sel tetapi belum terdiferensiasi. Protista umumnya memiliki sifat antara hewan dan tumbuhan. Protista dapat dibedakan menjadi Protista menyerupai hewan (Protozoa), Protista menyerupai tumbuhan (ganggang/alga), dan Protista menyerupai jamur.

c. Kingdom Fungi

Fungi (jamur) memiliki sel eukariotik. Cara makannya bersifat heterotrof, yaitu menyerap zat organik dari lingkungannya sehingga hidupnya bersifat parasit atau saprofit. Kingdom Fungi terdiri atas semua jamur, kecuali jamur lendir (divisi Myxomycota) dan jamur air (divisi Oomycota), yang masuk ke kingdom Protista.

d. Kingdom Plantae

Plantae terdiri atas tumbuhan eukariotik, memiliki dinding sel dari selulosa dan memiliki kloroplas sehingga mampu berfotosintesis (bersifat autotrof). Plantae terdiri atas tumbuhan lumut (Bryophyta), tumbuhan paku (Pterydophyta), dan tumbuhan biji (Spermatophyta). yang terbagi menjadi divisi tumbuhan biji terbuka (Gymnospermae) dan tumbuhan biji tertutup (Angiospermae). Beberapa ilmuwan memasukkan ganggang hijau ke dalam tumbuhan karena berdasarkan analisis DNA, diketahui bahwa ganggang hijau dan tumbuhan memiliki hubungan yang dekat secara genetik. Penelitian tersebut menyimpulkan bahwa ganggang hijau dan tumbuhan masuk dalam kelompok takson yang sama (Presson dan Jenner, 2008).

e. Kingdom Animalia

Animalia memiliki sel eukariotik. Tubuhnya tersusun atas banyak sel yang telah terdiferensiasi membentuk jaringan. Animalia tidak dapat membuat makanannya sendiri (bersifat heterotrof) dan menelan makanannya. Kingdom Animalia meliputi filum Porifera, Coelenterata, Platyhelminthes, Nemathelminthes, Annelida, Mollusca, Echinodermata, Arthropoda, dan Chordata.

5. Sistem Enam Kingdom

Menurut penelitian terbaru yang dipimpin oleh Carl Woese (1977), organisme prokariotik tidak hanya tergabung dalam satu kingdom, yaitu Monera, melainkan dipisahkan menjadi dua kingdom, yaitu kingdom Archaebacteria dan Bacteria. Dengan demikian muncullah klasifikasi sistem enam kingdom, yang terdiri atas kingdom Archaebacteria, Bacteria, Protista, Fungi, Plantae, dan Animalia.