Ion dan Mineral di Dalam Air dan Peranan Biologisnya

Arsip Cofa No. A 078

Ion-Ion Dalam Air Laut

Menurut Mowka (2009) ion adalah partikel bermuatan listrik. Ion memiliki kelebihan elektron (bermuatan negatif) atau kekurangan elektron (bermuatan positif). Beberapa molekul membentuk ion bila mereka dilarutkan di dalam air. Natrium klorida (NaCl) bila dilarutkan dalam air akan menghasilkan ion natrium bermuatan positif (Na⁺) dan ion klorida bermuatan negatif (Cl^-). Kalium nitrat (KNO3) menghasilkan ion kalium bermuatan positif (K^-) dan ion nitrat bermuatan negatif (NO3^-). Ion bisa berupa atom seperti natrium, kalium dan klorida, bisa juga berupa molekul sepeti nitrat. Ion-ion mayor yang banyak terdapat dalam air laut adalah klorida, natrium, sulfat, magnesium, kalsium dan kalium. Air laut juga mengandung ion-ion minor yaitu bikarbonat, bromida, borat, strontium dan silikat. Bikarbonat merupakan ion paling penting karena berperanan dalam mempertahankan pH air, atau yang dikenal dengan istilah buffering (penyangga). Borat juga berperanan dalam sistem buffer ini meskipun pengaruhnya kecil.

Peranan Ion Dalam Interaksi Air-Udara

Jungwirth dan Tobias (2006) mempelajari pengaruh ion spesifik pada bidang-batas air/udara. Bidang-batas yang mengandung larutan ion banyak dijumpai di mana-mana dan memainkan peranan penting dalam proses-proses fisika, kimia, atmosfer dan biologis antara lain sebagai berikut : (1) Ion-ion pada bidang-batas udara/air sangat penting bagi kimia atmosfer yang terjadi pada permukaan samudra dan aerosol air laut, demikian juga pada bongkahan-bongkahan salju di Kutub Utara yang tertutup percikan air laut. (2) Banyak jenis garam (misalnya NaCl) cenderung menghambat penggabungan gelembung, dan hal ini menjadi salah satu sebab mengapa buih terbentuk ketika gelombang air pecah di laut tetapi tidak terbentuk di danau air tawar. (3) Terlontarnya butiran garam yang terjadi pada bidang batas es/air laut berpengaruh terhadap iklim di daerah kutub. (4) Bidang batas cairan elektrolit/logam terlibat dalam elektroda dan proses perkaratan. (5) Ion tertentu memainkan peranan penting dalam interaksi antara partikel-partikel koloid dalam elektrolit. (6) Ion-ion pada bidang batas bio(makro)molekul/air sangat penting bagi stabilitas protein.

Baca juga
Dinamika Zat Hara di Estuaria

Kandungan Ion dan Mineral Dalam Perairan

Boyd (1982) menyatakan bahwa perairan permukaan biasanya merupakan larutan encer akali tanah bikarbonat dan karbonat, sehingga kalsium, magnesium, bikarbonat dan karbonat merupakan ion-ion dominan. Bagaimanapun, ada beberapa pengecualian. Di daerah kering, karbonat dan bikarbonat bisa mengendap dari larutan ketika penguapan meningkatkan konsentrasi ion. Perairan seperti ini bisa mengandung natrium, sulfat dan klorida dengan proporsi relatif tinggi.

Perairan asam di daerah pesisir yang lembab sering sedikit mengandung bikarbonat alkali tanah tetapi relatif kaya akan natrium dan klorida. Air sumur sepanjang dataran pesisir sering dikurangi kesadahannya oleh suatu proses di mana kalsium dan magnesium dalam air sumur digantikan oleh natrium yang berasal dari bahan-bahan padat di dalam lapisan air bawah-tanah. Kolam yang terisi air semacam air sumur seperti ini mengandung natrium dan bikarbonat dalam konsentrasi relatif besar tetapi miskin akan kalsium dan magnesium.

Pengaruh Jenis Tanah Terhadap Konsentrasi Mineral Dalam Perairan

Dalam suatu daerah beriklim tertentu, derajat mineralisasi perairan permukaan mencerminkan kelarutan mineral-mineral dari tanah dan batuan di daerah tangkapan-air perairan tersebut. Perairan di daerah tanah yang kering dan tipis biasanya miskin mineral dari pada perairan di daerah yang bertanah subur dan tebal. Perairan yang mengaliri tanah yang berkembang dari batu kapur lebih kaya akan mineral dari pada perairan yang mengaliri tanah berpasir.

Lembah, dataran tinggi dan prairi berbatuan kapur memiliki hamparan tanah luas yang berkembang dari batuan kapur yang lapuk. Tanah liat tandus umum dijumpai di prairi, sedang tanah permukaan di dataran pesisir seringkali berpasir. Derajat mineralisasi meningkat dalam urutan dataran pesisir, lembah dan dataran tinggi berbatuan kapur, dan prairi. Bagaimanapun, perbedaannya relatif kecil dalam hal proporsi ion-ion utama di dalam perairan yang ada di daerah-daerah yang tanahnya berbeda-beda tersebut; semuanya merupakan larutan encer karbonat dan bikarbonat alkali tanah dengan konsentrasi natrium, kalium, klorida dan sulfat rendah (Boyd, 1982).

Baca juga
Komponen Kimia Air Laut

Pengaruh Kation Terhadap Kelarutan Karbon Dioksida

Menurut Cole (1994) kelarutan gas di dalam cairan merupakan fungsi dari sifat-sifat gas itu sendiri dan dipengaruhi oleh tekanan, suhu dan salinitas. Dalam hal ini berlaku hukum Henry yang menyatakan bahwa pada suhu konstan jumlah gas yang diserap oleh suatu cairan dengan volume tertentu adalah sebanding dengan tekanan atmosfer gas tersebut. Hal ini ditunjukkan oleh persamaan berikut :

c = K x p

Di sini c adalah konsentrasi gas yang diserap, bisa dinyatakan dalam miligram per kilogram, mikromol, milimol, miligram atau mililiter per liter. Tekanan parsial gas diberi simbol p, sedang K adalah faktor kelarutan yang nilainya berbeda-beda untuk setiap gas.

Kebanyakan gas mengikuti hukum Henry sehingga kita dapat menduga jumlah suatu gas yang akan ditemukan terlarut di dalam air danau. Namun konsentrasi CO₂ bisa menjadi lebih tinggi daripada yang diramalkan oleh hukum Henry, yaitu bila karbon dioksida bergabung dengan kation-kation ketika masuk ke dalam air. Karbon dioksida ditemukan baik dalam bentuk bebas maupun terikat (Cole, 1994).

Ad (klik gambar untuk informasi lebih detil) :

Peran Hormon Prolaktin Dalam Keseimbangan Ion Pada Ikan

Peran hormon prolaktin pada ikan teleostei air laut tidak sejelas pada ikan air tawar, terutama teleostei eurihalin, namun prolaktin tampaknya terlibat dalam pengurangan aliran natrium keluar dari tubuh pada beberapa spesies ikan laut. Pada ikan sebelah, Platichthys flescus, prolaktin mengurangi “sodium turnover” (natrium keluar tubuh dan digantikan natrium baru) sebesar 50 % tetapi aliran natrium keluar dari tubuh pada spesies ikan ini tidak banyak berkurang. Juga pada spesies ikan sebelah Platichthys stellatus, prolaktin mengurangi permeabilitas air dalam gelembung renang dan permeabilitas air dalam tubula ginjal. Prolaktin juga mengurangi aktivitas enzim ATP-ase yang diaktifkan natrium-kalium dalam insang dan ginjal (Matty, 1985).

Pengaruh Hujan Dan Kekeringan Terhadap Konsentrasi Ion di Perairan

Menurut Boyd (1982) rendahnya konsentrasi ion terlarut di perairan bisa disebabkan oleh tingginya curah hujan. Sebaliknya, tingginya konsentrasi ion terlarut di perairan bisa disebabkan oleh penguapan, terutama di daerah beriklim kering. Konsentrasi ion dalam air sumur lebih tinggi daripada konsentrasinya di perairan permukaan karena air sumur sering bersentuhan erat dengan mineral selama periode waktu yang lama. Konsentrasi ion total dalam perairan permukaan berkisar antara 20 – 500 mg/liter (untuk daerah dengan curah hujan sedang sampai tinggi) dan antara 500 – 2.500 mg/liter atau lebih (untuk daerah kering). Bandingkan dengan air laut yang mengandung sekitar 35.000 mg/liter ion total.

Konsentrasi Ion Dalam Darah Ikan Selama Aklimasi Terhadap Air Tawar

Venturini et al. (1992) mengevaluasi aktivitas ATPase ginjal, esofagus dan insang serta konsentrasi ion-ion Na⁺, K⁺ dan Cl^- dalam serum darah pada ikan Eropean sea bass (Dicentrarchus labrax) selama aklimasi eksperimental terhadap air tawar. ATPase ginjal dan esofagus meningkat dalam salinitas rendah dan mencapai maksimum dalam air tawar. ATPase insang menurun selama percobaan aklimasi dan meningkat kembali sampai ke nilai normal setelah tiga minggu berada dalam air tawar. Konsentrasi ion Na⁺ dan K⁺ serum darah menurun selama percobaan ini dan meningkat lagi setelah tiga minggu berada dalam air tawar.

Penyerapan Ion-Ion dan Mineral Pada Ikan Air Tawar

Menurut Lagler et al. (1977) insang dan membran mulut ikan merupakan lokasi penyerapan ion aktif yang penting untuk mengganti kehilangan garam atau untuk melengkapi mineral makanan. Ion-ion berikut telah dibuktikan diserap oleh kedua struktur tersebut : litium (Li⁺), natrium (Na⁺), kalsium (Ca²⁺), klorin (Cl^-), brom (Br^-), fosfat asam (HPO₄^-) dan sulfat (SO₄^2-). Masing-masing ion ini memiliki ambang batas penyerapannya sendiri-sendiri, tetapi data kuantitatif menunjukkan bahwa penyerapannya adalah sedikit kecuali klorin. Ikan lamprey (Petromyzon), karper (Cyprinus) dan ikan roach (Leuciscus, famili cyprinidae) mengambil ion klorida dari air sebanyak kurang dari 0,05 milimol Cl per liter. Ikan air tawar lain, seperti ikan perch (Perca), memerlukan konsentrasi ion klorida yang lebih tinggi daripada nilai ini sebelum penyerapan aktif melalui insang bisa berlangsung.

Lagler et al. (1977) menambahkan bahwa selain ada perbedaan yang bersifat spesifik-spesies dalam hal penyerapan ion klorida dan ion-ion lain, juga sangat mungkin bahwa perbedaan seperti ini meluas ke sifat-sifat fisiologis, tergantung pada karakteristik kimia air tempat hidupnya. Laju penyerapan ion ini bersesuaian dengan laju kehilangan ion lewat difusi : ikan lamprey (Petromyzon) menyerap 90 mikromol ion klor per 100 gram jaringan tubuh per jam, ikan salmon Atlantik (Salmo salar) 30, dan beberapa ikan minnow (cyprinidae) antara 4 dan 30. Nilai-nilai ini menunjukkan bahwa penggantian ion klorida secara aktif oleh penyerapan melalui insang bisa sangat melebihi kehilangan ion klorin secara pasif. Banyak jenis mineral digantikan lewat makanan dalam jumlah yang cukup, tetapi jenis-jenis mineral lain memiliki mekanisme penggantian yang sama seperti pada klorida.

Pengaruh pH Rendah Terhadap Keseimbangan Ion Pada Kerang Anodonta

Maekelae dan Oikari (1992) mempelajari pengaruh rendahnya pH air terhadap keseimbangan ion pada kerang air tawar Anodonta anatina. Pada penelitian tersebut kerang air tawar Anodonta anatina selama 8 atau 10 hari dimasukkan ke dalam air dengan konsentrasi ion kalsium 3 mg per liter. Untuk menghasilkan pH antara 4,8 sampai 2,3 dan 7,3 maka air media pemeliharaan kerang ditambahkan asam sulfat. Berdasarkan hasil penelitian ini Maekelae dan Oikari (1992) menyimpulkan bahwa pH air 2,3 dan 2,6 menyebabkan laju mortalitas kerang menjadi 63 % selama 8 hari, tetapi pH yang lebih tinggi tidak mempengaruhi kelangsungan hidup kerang Anodonta. Secara umum, pH rendah menyebabkan penurunan konsentrasi ion-ion natrium dan klorida di dalam hemolimfa, serta menyebabkan penurunan konsentrasi ion natrium di dalam jaringan lunak kerang. Peningkatan konsentrasi ion-ion kalsium dan natrium dalam hemolimfa kerang juga ditemukan.

Baca juga
Komposisi Kimia Air, Padatan dan Gas Terlarut

Peranan Transpor Ion Dalam Perkembangan Sel Telur Ikan

Menurut Alderdice (1988) dalam Hoar et al., (1988) transpor ion berperanan dalam oogenesis, yaitu proses pembentukan sel telur ikan. Pergerakan ion-ion (dan hormon) melintasi membran sel telur akan merangsang berlangsungnya rantai proses yang menyebabkan berkembangnya oosit (sel telur) dan sempurnanya meiosis. Studi elektrofisiologis dan sitologis sangat bermanfaat dalam mempelajari peristiwa ini. Pada penelitian-penelitian tersebut terlihat adanya perubahan penting dalam hal potensial-istirahat dan potensial-aksi membran plasma oosit. Gejala-gejala ini secara mendadak mengubah laju influx (pemasukan) atau efflux (pengeluaran) ion, yang umumnya melibatkan ion-ion Ca²⁺, K⁺, Na⁺ dan Cl^-, akibat perbedaan potensial lstrik yang timbul berkaitan dengan perbedaan menyolok konsentrasi ion di dalam dan di luar membran. Perubahan potensial membran secara mendadak ini berhubungan dengan perubahan yang cepat permeabilitas membran plasma oosit terhadap ion-ion tertentu.

Alderdice (1988) dalam Hoar et al., (1988) menambahkan bahwa mekanisme atau lintasan penembusan ion yang menyebabkan transmembran (pergerakan melintasi membran) berfluktuasi sebagai respon terhadap rangsangan tertentu disebut “channel” (saluran). Secara morfologis, saluran ini bertingkah laku seperti struktur protein dengan sebuah lubang di tengah. Mereka bertindak seperti “pintu”, yang membuka dan menutup sebagai respon terhadap perbedaan konsentrasi ion di dalam dan di luar membran atau depolarisasi membran. Bagaimanapun, meskipun saluran yang dapat-dirangsang listrik – yang menunjukkan potensial aksi – telah ditemukan pada oosit hewan tunikata, anelida, moluska, echinodermata, amfibi dan mamalia, namun saluran-saluran seperti ini belum ditemukan pada telur ikan teleostei secara meyakinkan. Bukti-bukti mengenai adanya perangsangan oleh listrik pada oosit ikan teleostei masih jarang; telur ikan padi (Oryzias latipes) dilaporkan tak dapat dirangsang oleh listrik.

Percobaan penggantian ion memperlihatkan bahwa potensial membran tergantung pada ion K⁺ dan Na⁺, tetapi tidak tergantung pada Ca²⁺ atau Cl^-. Meskipun saluran-saluran Na⁺, beberapa tipe saluran Ca²⁺ dan tiga tipe saluran K⁺ telah diidentifikasi, namun peranannya dalam transpor ion melintasi membran oosit relatif tidak diketahui. Diperkirakan bahwa berbagai saluran ion terbentuk, menghilang, atau terkumpul selama perkembangan oosit; sebagian saluran tersebut terselip atau hilang dan sebagian lainnya tetap ada.

Telah dilakukan penelitian terhadap ikan book trout Salvelinus fontinalis untuk membandingkan sifat-sifat elektrofisiologis oosit, yang dipisahkan dari jaringan folikel, dengan sifat elektrofisiologis telur terovulasi. Oosit kontrol yang memiliki gelembung germinal (sel kelamin) dibandingkan dengan oosit yang diberi perlakuan dengan hormon 17α-20β-dihidroksiprogesteron (DHP) untuk merangsang GVBD (Germinal Vesicle Breakdown; pemecahan gelembung germinal). Gamet-gamet ini disimpan dalam larutan garam Cortland dan diuji dalam berbagai modifikasi larutan Ringer, yang semuanya memiliki osmolaritas konstan 310 – 320 mOsm/kg.

Hasil penelitian tersebut di atas menunjukkan bahwa dibandingkan dengan oosit yang memiliki gelembung germinal, potensial membran dalam telur yang terovulasi mengalami penurunan secara tajam. Dengan alasan yang sama, hambatan membran jauh lebih tinggi pada oosit setelah terjadinya GVBD, dan meningkat tajam setelah ovulasi. Daya hantar ion sebelum dan sesudah GVBD kira-kira konstan, sedangkan daya hantar ion-ion K⁺ dan Na⁺ menurun tajam selama berlangsungnya ovulasi. Tak ada bukti terjadinya perubahan daya hantar Cl^-. Perlakuan oosit kontrol di dalam larutan Ringer yang rendah-Na⁺ dan tinggi-K⁺ menyebabkan oenurunan hambatan membran dan potensial membran, yang memperkuat dugaan bahwa depolarisasi merangsang lintasan penghantaran ion. Sebuah penjelasan mengenai efek ini adalah daya hantar tergantung-voltase; namun pembatasan elektroda tidak membuktikan kemungkinan ini. Studi ini membuktikan bahwa GVBD dan ovulasi meningkatkan hambatan membran, menurunkan arus membran, dan bahwa daya hantar ion-ion Na⁺ dan K⁺ serta depolarisasi membran menurun dengan terjadinya ovulasi. Karena itu sebagai wakil dari salmonidae, telur matang ikan brook trout relatif tidak permeabel terhadap ion Na⁺ dan K⁺ sebelum pembuahan (Alderdice, 1988, dalam Hoar et al., 1988).

Baca juga
Komposisi Kimia Air di Perairan Darat

Peranan Ion Kalium Dalam Memulai Daya Gerak Sperma Ikan Teleostei

Berdasarkan penelitian yang dilakukannya, Morisawa dan Suzuki (1980) menyimpulkan bahwa spermatozoa - yang tidak aktif di dalam larutan elektrolit dan non elektrolit yang isotonik terhadap plasma cairan sperma - akan menunjukkan daya gerak ketika cairan sperma tersebut diencerkan dengan larutan hipotonik pada ikan teleostei air tawar (empat spesies yang diuji) dan diencerkan dengan larutan hipertonik pada ikan teleostei laut (lima spesies yang diuji). Penurunan atau peningkatan, berturut-turut, dalam hal osmolalitas lingkungan mungkin menjadi faktor yang memulai daya gerak sperma pada spesies-spesies ikan tersebut. Daya gerak spermatozoa ikan chum salmon dalam larutan natrium klorida (yang isotonik terhadap plasma cairan sperma) terhambat sama sekali oleh sekitar 10 milimol ion kalium per kilogram. Spermatozoa ikan topminow, bagaimanapun, menjadi tidak bergerak di dalam larutan non elektrolit, dan daya geraknya dirangsang oleh elektrolit, terutama ion kalium. Dengan demikian ion, bukan osmolalitas, merupakan faktor penting yang menentukan daya gerak sperma ikan salmonidae dan teleostei vivipar. (catatan, vivipar = melahirkan anak).

Ad (klik gambar untuk informasi lebih detil) :

Peranan Gelembung Renang Dalam Transpor Ion dan Air

Baldisserotto et al. (1990) melakukan studi untuk membandingkan konsentrasi ion-ion (Na⁺, K⁺, Cl^-, Ca²⁺ dan Mg²⁺) di dalam empedu gelembung renang dan plasma darah beberapa spesies ikan teleostei air tawar, yaitu Sebastiscus marmoratus, Prochilodus affinis dan Prochilodus marggravii. Data untuk konsentrasi ion-ion di dalam empedu gelembung renang ikan Prochilodus scrofa juga disajikan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semua spesies yang dipelajari tersebut memiliki konsentrasi ion-ion Na⁺, K⁺, Ca²⁺ dan Mg²⁺ yang lebih tinggi dan konsentrasi ion Cl^- yang lebih rendah di dalam empedu gelembung renang daripada di dalam plasma darah. Konsentrasi ion-ion Na⁺ dan K⁺ di dalam empedu gelembung renang tidak berbeda pada spesies-spesies ikan yang dipelajari. Empedu ikan Prochilodus scrofa memiliki konsentrasi ion Cl^- yang lebih rendah dibandingkan pada ketiga spesies yang lain, konsentrasi Ca²⁺ yang lebih rendah dibandingkan pada Prochilodus affinis dan Prochilodus marggravii , serta konsentrasi Mg²⁺ yang lebih rendah dibandingkan pada Sebastiscus marmoratus dan Prochilodus affinis. Hasil-hasil ini menunjukkan bahwa kebiasaan makan tidak mengubah konsentrasi ion di dalam empedu gelembung renang ikan, dan bahwa epitel gelembung renang spesies-spesies ikan tersebut mentranspor ion dan air sehingga memekatkan ion-ion Na⁺, K⁺, Ca²⁺ dan Mg²⁺ serta menurunkan konsentrasi ion Cl^-.

Laju Penggantian Ion Pada Ikan Cucut

Carrier dan Evans (1972) mempelajari laju “turnover” (penggantian) ion dan air pada ikan cucut perawat Ginglymostoma cirratum dengan bantuan radioisotop. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju turnover adalah 0,46 persen/jam untuk ion natrium, 1,52 persen/jam untuk ion klorida, 81 persen/jam untuk air dan 0,14 persen/jam untuk urea. Perbandingan dengan data lain yang telah dipublikasikan menunjukkan bahwa laju turnover air pada ikan cucut ini jauh lebih tinggi dibandingkan yang ditemukan pada ikan-ikan teleostei laut, sedangkan laju turnover untuk ion natrium dan klorida adalah sekitar 5 persen dibandingkan laju yang ditemukan pada ikan-ikan teleostei laut. Laju turnover urea sesuai dengan data yang telah dipublikasikan mengenai laju sintesis urea pada spesies elasmobtanchii lain.

REFERENSI :
ARTIKEL TERKAIT

loading...