Mereka Yang Bertahan Hidup Di Tempat Terdingin Di Bumi

Manusia mencintai kehangatan, tetapi banyak organisme menghabiskan seluruh hidup mereka dalam kebekuan. Untuk bertahan hidup mereka mengubah biokimia tubuh dan bahkan mengubah bentuknya.

Di Antartika, 400 mil sebelah barat Kutub Selatan ada sebuah danau yang belum pernah tersentuh cahaya matahari selama 120.000 tahun.

Danau Whillans dalamnya hanya 2 meter, tanahnya berbukit-bukit sepanjang 37 mil. Terperangkap di bawah lapisan es setebal 800 m, ia dihangatkan oleh panas yang datang dari dalam Bumi.

Pada tahun 2013, selama tujuh hari para ilmuwan mengebor lapisan es yang menutupi danau. Mereka menemukan komunitas yang berkembang dari organisme bersel tunggal yang bertahan hidup dalam kegelapan total membekukan. Mereka memperoleh energi dari karang yang dihangatkan panas Bumi di dasar danau. Temuan ini menyarankan bahwa kehidupan bisa saja ada di danau es serupa di tempat lain di tata surya, seperti di bulan Jupiter, Europa.

Mikroba yang hidup di Danau Whillans adalah beberapa dari contoh paling dramatis yang pernah ditemukan hidup dalam suhu dingin membekukan. Tapi mereka tidak sendirian dalam perjuangan melawan kebekuan. Alam telah menemukan cara untuk bertahan hidup pada suhu yang akan membunuh manusia dalam beberapa menit.

Lake Whillans

Antartika bukanlah satu-satunya tempat yang membeku secara permanen. Sekitar 80% dari biosfer Bumi secara permanen berada di bawah suhu 5° C . Itu mungkin terdengar luar biasa, tetapi volume lautan adalah jauh lebih besar dari volume daratan, dan setelah Anda menyelam melewati lapisan hangat di permukaannya, laut adalah seluruhnya dingin.

Ini berarti bahwa kehidupan di Bumi telah memiliki banyak waktu dan kesempatan untuk beradaptasi dengan suhu membekukan. Akibatnya, organisme yang mampu bertahan hidup dalam suhu dingin lebih berlimpah, beragam dan didistribusikan secara luas daripada organisme yang hidup dalam kehangatan.

Antartika bukan hanya tempat terdingin di Bumi, ia juga salah satu tempat paling berangin di dunia. Kecepatan angin 320 km/h (200 mph) tercatat di pangkalan milik Perancis, Dumont d'Urville pada bulan Juli 1972. Antartika juga memiliki suhu dingin yang ekstrim. Di stasiun milik Rusia, Vostok misalnya, suhu terendah yang pernah tercatat adalah -89,2° C pada tahun 1983.

Antartika adalah gurun es tandus. Sekitar pantai yang suhunya relatif hangat sekalipun, di musim panas berkisar antara -10 ° C dan -30 ° C. Kondisi benar-benar dingin terjadi di tengah Antartika, di mana konturnya berupa dataran tinggi. Di sini, suhu musim panas sulit mencapai di atas -20 ° C dan jatuh di bawah -60 ° C di musim dingin. Suhu dan angin dingin yang ekstrim membuat makhluk hidup disana harus menahan dehidrasi yang intens.

Namun demikian, kehidupan berjalan terus. Pada tahun 2014, sebuah spesies baru tardigrade , hewan kecil yang tampak seperti persilangan antara cacing dan woodlouse ditemukan pada lumut di kawah yang dilubangi oleh gletser kuno.

Untuk hidup di tempat yang dingin, hewan, tumbuhan dan bakteri menghadapi sejumlah tantangan yang unik. Hewan berdarah panas harus menghabiskan sejumlah besar energi untuk mempertahankan suhu tubuh internal mereka. Hal itu membutuhkan pasokan makanan yang banyak.

Namun di tempat dingin dimana kurangnya sinar matahari yang hangat berarti berkurangnya proses fotosintesis, dan itu berarti kurangnya keberadaan tanaman, dasar dari semua rantai makanan.

Sementara itu, makhluk berdarah dingin bergantung pada sejumlah kecil kehangatan dari Matahari untuk menjaga reaksi metabolisme tubuh mereka. Tapi resiko serius dari suhu dingin, bahkan mengubah cara kerja sel dan molekul mereka.

Penguin Kaisar

Membran lemak yang mengelilingi semua sel menjadi seperti jelly dalam dingin. Enzim protein yang memungkinkan semua proses metabolisme tubuh bekerja menjadi terhambat. Cairan tubuh akan membeku, menjadi kristal es yang menembus dan menghancurkan sel-sel.

Terlebih lagi, angin dingin dapat menyebabkan sel tubuh mengering, dan tingkat radiasi ultraviolet yang tinggi dapat merusak DNA. Untuk mengatasinya, hewan-hewan yang hidup di Antartika lalu mengembangkan sejumlah cara agar tetap hangat.

Hewan berdarah panas yang besar berpenampang bulat, anjing laut dan penguin misalnya, keduanya memiliki volume besar namun luas permukaan kecil, mengurangi kehilangan panas dari kulit mereka. Penguin menurunkan luas permukaan mereka lebih lanjut dengan berkerumun bersama-sama dalam kelompok-kelompok kecil.

Terlebih lagi, semua hewan besar adalah karnivora, daging merupakan sumber energi yang jauh lebih baik daripada tanaman. Meskipun dengan semua adaptasi ini, hidup di Antartika adalah bisnis yang berisiko tinggi. Mengingat iklim yang sangat tidak ramah, lalu mengapa mereka repot-repot bertahan hidup disana?.

Jawabannya terletak di lautan sekitarnya.

Krill Antartica

Gerak arus dalam air laut membawa naik nutrisi ke permukaan, dan di musim panas itu berarti karunia karena dapat berlangsung 24 jam sehari, sehingga tanaman mikroskopis yang disebut fitoplankton dapat terus berfotosintesis. Tumbuhan ini kemudian dimakan oleh krustasea kecil yang disebut krill, yang pada gilirannya adalah makanan pokok bagi banyak hewan Antartika.

Hasil akhirnya adalah bahwa sejumlah besar makanan tersedia di Samudera Antartika bagi siapapun yang mampu menangkapnya. Selama musim panas, paus biru besar dapat menangkap dan makan 6 ton krill setiap hari selama berminggu-minggu.

Kehidupan di Antartika hampir seluruhnya ditopang oleh laut. Tapi ada satu pengecualian, satu-satunya hewan Antartika yang dapat bertahan hidup sepenuhnya bergantung pada daratan.

Nyamuk tak bersayap Belgica antartica tinggal di singkapan bebatuan semenanjung Antartika. Ini adalah satu-satunya serangga yang hidup di Antartika , pembatasan parasit yang hidup pada hewan yang lebih besar.

Ia terkena berbagai serangan gencar termasuk suhu ekstrim, kekurangan air, paparan intens  sinar ultraviolet dan angin kencang. Tapi mengangkat bahu terhadap itu semua. Ia mampu menahan suhu beku, karena menghabiskan sebagian dari siklus hidupnya selama 2 tahun sebagai larva terbungkus dalam matriks es. Ia muncul hanya di musim panas yang hangat pada bulan Desember - Januari, dan bisa tidur selama beberapa minggu atau bahkan berbulan-bulan jika suhu turun.

Tidak memiliki sayap memastikan bahwa nyamuk ini tidak dapat diterpa angin. Ukurannya yang kecil, hanya 13 mm, berarti dapat menghangatkan diri dengan cepat pasca musim dingin.

Belgica Antartica

Serangga ini juga memiliki urutan genom terkecil yang pernah diketahui, dengan hanya 99 juta "huruf" DNA dibandingkan dengan 3,2 miliar pada genom manusia. Tidak seperti kebanyakan hewan, DNA-nya mengandung sangat sedikit urutan berulang. Pendekatan ekonomis ini dapat membantunya bertahan hidup.

Terlebih lagi, nyamuk ini memiliki spesialisasi gen yang memungkinkan untuk memerangi bahan kimia berbahaya yang disebut spesies oksigen reaktif (ROS), yang dapat merusak sel dan DNA. Suhu ekstrim, kekeringan dan radiasi dapat menyebabkan sel-sel menghasilkan ROS.

Banyak hewan mengatasi dengan beralih pada gen yang memproduksi bahan kimia yang disebut antioksidan, yang membersihkan ROS. Dalam larva Belgica Antartica ini, gen itu terus-menerus dihasilkan .

Tapi tidak semuanya sesulit itu. Hidup di air terkadang sedikit lebih mudah.

Laut sekitar Antartika sering lebih hangat dari daratan, bervariasi dari -2° C hingga + 2° C sepanjang tahun. Hewan seperti anjing laut dan penguin sering mundur ke air ketika mendapati daratan terlalu dingin. Dan mereka dapat hidup tanpa batas waktu di air dingin.

Jumping Penguins

Namun, melompat ke laut juga bisa berbahaya. Penguin, ikan paus dan anjing laut harus aktif menjaga suhu tubuh internal mereka pada kisaran suhu 35-42 ° C. Air menyerap panas 25 kali lebih efektif daripada udara, sehingga secara teori mereka akan kehilangan panas tubuh lebih cepat dalam air daripada di  daratan.

Untuk menjaga diri tetap hangat, penguin dan paus memiliki lapisan lemak tebal di bawah kulit mereka. Hal ini sangat efektif untuk mencegah kehilangan panas. Jika Anda mengukur suhu kulit mereka, Anda akan merasa itu hampir identik dengan suhu air di sekitarnya, sementara hanya beberapa sentimeter di bawah lapisan lemak, darah mereka disimpan dalam kisaran suhu normal 35-42 ° C.

Hewan-hewan ini juga dapat menutup pembuluh darah di sirip dan kaki mereka, mengalihkan darah dari permukaan ke dalam tubuh yang menghentikan kehilangan panas. Akibatnya, mereka dapat hidup tanpa batas waktu dalam air dingin. Beberapa hewan Antartika lainnya juga melakukan trik ini.

Ikan-ikan Antartika memiliki enzim khusus yang disesuaikan untuk mengatasi suhu rendah, dan banyak diantaranya bahkan memiliki enzim anti-beku dalam darah mereka. Bahan kimia anti-pembekuan terbuat dari glikoprotein: protein dengan gula terkunci. Molekul besar itu mengelilingi setiap kristal es yang terbentuk dalam darah hewan atau jaringan, sebelum ujung-ujung tajam kristal es menusuk membran sel.

Blackfin Icefish

Namun, protein anti-beku hanya ditemukan pada ikan yang hidup di dekat permukaan dan bersentuhan dengan es mengambang. Ikan yang hidup di kedalaman laut tidak pernah bersentuhan dengan kristal es, yang hanya ditemukan di permukaan laut.

Ikan yang tinggal di kedalaman laut memiliki suhu tubuh "sangat dingin". Darah dan jaringan tubuh mereka tetap cair meskipun berada di air laut yang suhunya lebih dingin dari titik beku. Tapi jika Anda membawa ikan ini ke permukaan, kristal es pertama yang mereka temukan akan bertindak sebagai pemicu pembentukan rantai kristal es dalam tubuh mereka, dan mereka seketika akan langsung mati beku.

Adaptasi yang bermacam-macam seperti ini menunjukkan bahwa kehidupan di laut Antartika kaya dan beragam. Di wilayah kering, bagaimanapun, itu adalah cerita yang berbeda.Lembah kering Antartika adalah gurun terdingin dan terkering di Bumi. Satu-satunya penduduk adalah bakteri. Banyak yang bertahan dengan hidup di bawah batu tembus cahaya yang disebut hypoliths, yang melindungi mereka dari tekanan situasi yang terburuk.

Dry Valley in Antartica

Suhu dingin yang mengginggit mengancam sel-sel bakteri. Membran sel terbuat dari lemak, sehingga mereka menjadi lebih kaku, seperti ketika Anda menaruh mentega di lemari es. Ini menghambat transportasi vital molekul masuk dan keluar dari sel.

Kristal es juga dapat terbentuk dalam sel, dan enzim bekerja lebih lambat. Gas dalam tubuh bakteri menjadi lebih mudah larut pada suhu rendah. Gas-gas itu sendiri tidak berbahaya, tetapi ketika mereka larut dalam cairan sel, mereka bisa berubah berbahaya menjadi ROS, yang dapat merusak sel dan menyerang DNA.

"Bakteri telah mengembangkan sejumlah strategi yang berbeda untuk mengatasi tantangan alam ini," kata Pieter de Maayer ahli mikrobiologi dari Pretoria University, Afrika Selatan. "Membran sel mereka mengandung asam lemak tak jenuh kadar tinggi, yang tetap cair saat suhu disekitar mendingin. Mereka juga memproduksi versi yang berbeda dari protein dan enzim yang aktif dalam kondisi dingin. Mereka juga dapat mengaktifkan gen-gen yang terlibat dalam memerangi spesies oksigen reaktif, dan memproduksi protein yang melindungi DNA terhadap kerusakan pada suhu rendah. "

Rhodoglobus vestalii bacteria

Bakteri Antartika juga dapat menghasilkan sejumlah molekul khusus yang melindungi mereka terhadap dingin. Ini termasuk krioprotektan seperti glisin dan sukrosa, yang mencegah sel-sel dari pembekuan padat, dan anti-pembekuan protein yang menghentikan pembentukan kristal es.

Spesies lain hanya mencoba untuk menghindari yang terburuk dari lingkungan yang dingin. Beberapa bakteri yang hidup di es mencari kantong air garam, di mana konsentrasi garam yang tinggi mencegah mereka dari pembekuan.

Beberapa bakteri laut yang lain dapat menghasilkan gelembung gas yang membungkus tubuh mereka. Mereka kemudian melakukan perjalanan di dalam gelembung gas tersebut menuju daerah-daerah yang lebih hangat. Lainnya masuk ke keadaan tidak aktif ketika mendapati suhu menjadi terlalu dingin. Semua reaksi kimia berhenti, tapi ketika cuaca menghangat mereka dapat menghidupkan kembali diri mereka sendiri.

Cold-love Bacteria

Antartika telah membeku selama jutaan tahun, sehingga organisme yang tinggal di sana secara menyeluruh beradaptasi dengan suhu dingin. Tapi sekarang benua itu mengalami pemanasan sebagai akibat dari perubahan iklim buatan manusia.

Untuk beberapa bakteri, mungkin ini kabar yang relatif baik. "Meskipun banyak mikro-organisme dapat bertahan hidup di lingkungan yang dingin, banyak yang akan memiliki kualitas hidup jauh lebih baik di lingkungan beriklim sedang," kata de Maayer.

"Bakteri pada tudung es, misalnya, sering terkena siklus beku-mencair," katanya. "Mereka harus mengaktifkan coding gen untuk protein dan enzim yang terlibat dalam kelangsungan hidup dalam kondisi dingin, dan mematikan gen non-esensial untuk menghemat energi. Ketika suhu naik, pola ini harus dibalik."

"Namun, yang lainnya akan berada dalam kesulitan karena mereka perlu suhu dingin untuk dapat bertahan hidup. "Bakteri ini sebagian besar berasal dari lautan di mana suhu tetap dingin sepanjang waktu," kata de Maayer.

Beberapa bisa bergerak lebih dalam ke laut, di mana suhu cenderung tetap relatif stabil. Tetapi yang lain mungkin harus bertahan dengan "pergi tidur" untuk waktu yang sangat lama.

Global warming Effect in Antartica

"Banyak dari bakteri ini dapat mengatasi peningkatan suhu dengan membentuk spora atau pergi ke kondisi mati suri di mana mereka masih hidup, tetapi telah mematikan metabolisme mereka, pada dasarnya masuk ke mode bertahan hidup dengan energi-pengeluaran yang rendah," kata de Maayer. "Dengan cara ini, mereka bisa bertahan hidup dalam suhu yang terus naik sampai datangnya zaman es baru."

Adapun hewan, prospeknya kurang bagus. Hanya ada satu tempat bagi mereka untuk pergi, ke benua terdekat yaitu Afrika dan Amerika Selatan yang sudah dihuni oleh sejumlah spesies yang berbeda.

Ambil contoh penguin kaisar. Sebuah studi 2014 meneliti apa yang mungkin terjadi pada 45 koloni penguin kaisar yang dikenal selama ini, dan meramalkan bahwa jumlah mereka semua akan menurun pada tahun 2100 . Jumlahnya diperkirakan akan turun sebesar 19%.

Bagi manusia, Antartika terlalu dingin dan berbahaya meskipun tampak indah. Tetapi untuk hewan seperti penguin kaisar dan nyamuk Antartika, itu adalah satu-satunya rumah yang mereka miliki. (bbc/tvsx)