7

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Ikan Malalugis (Decapterus macarellus)

Jenis ikan layang di perairan Indonesia terdapat lima jenis spesies, yaitu:

layang biasa (Decapterus russelli), layang deles (D. macrosoma), layang ekor

merah (D. kurroides dan D. tabl) dan malalugis/layang biru (D. macarellus).

Spesies ikan malalugis umumnya tertangkap di perairan laut dalam (deep water

species) dengan kadar garam paling rendah 34 per mil (Hariati, 2005). Secara

morfologis ikan malalugis hampir sama dengan ikan layang lain, sedikit

perbedaan dengan spesies layang lain adalah pada warna yang lebih biru

(gelap) (Gambar 2). Klasifikasi ikan malalugis adalah sebagai berikut:

Domain: Eukaryota - Whittaker & Margulis,1978 - eukaryotes

Kingdom: Animalia - C. Linnaeus, 1758 - animals

Subkingdom: Bilateria - (Hatschek, 1888) Cavalier-Smith, 1983

Branch: Deuterostomia - Grobben, 1908

Infrakingdom: Chordonia - (Haeckel, 1874) Cavalier-Smith, 1998

Phylum: Chordata - Bateson, 1885 - Chordates

Subphylum: Vertebrata - Cuvier, 1812 - Vertebrates

Infraphylum: Gnathostomata - auct. - Jawed Vertebrates

Superclass: Osteichthyes - Huxley, 1880 - Bony Fishes

Class: Actinopterygii - Huxley, 1880 - Ray-Finned Fishes

Subclass: Actinopterygii - Ray-Finned Fishes

Infraclass: Actinopteri

7

8

Cohort: Clupeocephala

Superorder: Acanthopterygii

Order: Perciformes

Suborder: Percoidei

Family: Carangidae - Jacks and pompanos

Genus: Decapterus - Berry, 1968

Specific name: macarellus - (Cuvier, 1833)

Scientific name: - Decapterus macarellus (Cuvier, 1833)

Jenis ikan layang tersebut tertangkap di perairan dengan kedalaman di

atas 100 m, antara lain di perairan Selat Malaka bagian utara, Samudera Hindia,

Teluk Tomini, Laut Sulawesi dan Laut Banda. Ikan malalugis dan layang deles

yang berukuran relatif besar (± 25 cm) sukar dibedakan, karena keduanya

mempunyai bentuk dan penampang badan yang hampir sama. Salah satu ciri

yang membedakan adalah ikan malalugis tidak bergigi sedangkan layang deles

mempunyai gigi-gigi kecil pada rahang bawah (Tarp dan Kailola, 1985). Menurut

FAO untuk membedakan antara malalugis dan layang deles bisa dilihat dari

bentuk maxilla dan supramaxilla (Gambar 3).

Gambar 2. Ikan malalugis.

9

A B

Gambar 3. Bentuk maxilla dan supramaxilla A) ikan malalugis; B) ikan layang deles (FAO).

Analisis contoh isi lambung ikan malalugis di perairan Teluk Tomini

diperoleh hasil bahwa makanan ikan malalugis didominasi oleh jenis-jenis

fitoplankton terutama Diatomae dan Dinoflagellata serta zooplankton dari kelas

Crustacea, Mollusca dan Copepoda (Hariati, 2005). Sesuai dengan sifat

hidupnya yang merupakan jenis ikan pelagis, ikan malalugis utamanya

tertangkap dengan pukat cincin. Umumnya di setiap daerah penangkapan, ikan

malalugis tertangkap sepanjang tahun dengan beberapa puncak hasil

tangkapan. Hasil tangkapan tertinggi di perairan Banda Aceh terjadi pada bulan

Maret – Mei dan bulan Oktober, sedangkan di perairan ZEE Selat Malaka terjadi

pada bulan Juni – Oktober. Perairan Barat Sumatera puncak hasil tangkapa ikan

malalugis terjadi pada Maret dan bulan September. Penangkapan ikan pelagis

dengan pukat cincin di perairan Teluk Tomini berlangsung sepanjang tahun dan

pada bulan Desember – Februari produksi sangat menurun. Pada perairan

Parigi dan sekitarnya musim penangkapan berlangsung antara bulan Mei –

Oktober, sedangkan di perairan Poso antara bulan Maret – September (Hariati,

2005).

2.2. Pulau Sulawesi

Sulawesi memiliki luas 187 882 km2

dan merupakan pulau terbesar dan

terpenting di daerah biogeografi Wallacea. Daerah biogeografi Wallacea meliputi

Pulau Sulawesi dan pulau-pulau lain yang berada di antara garis Wallace di

10

sebelah Barat dan garis Lydekker di sebelah Timur (Gambar 4). Ditinjau dari

sejarah geologinya, pulau Sulawesi sangat menarik, karena diduga, di masa

lampau, pulau ini tidak pernah bersatu dengan daratan manapun (Hall 2001).

Berbeda halnya dengan Sumatra, Jawa, Bali, dan Kalimantan yang pernah

bersatu dengan daratan Asia (Sundaland), serta Papua yang pernah bersatu

dengan daratan Australia (Sahulland) sebelum kala Pleistosen (Pleistocene)

berakhir.

Gambar 4. Peta Wilayah Wallacea. Wallacea merupakan daerah peralihan

antara daratan Sunda (Asia) dan daratan Sahul (Australia). (putih = daratan, abu-abu tua = daratan sebelum kala Pleistosen berakhir, abu-abu muda = lautan dalam) ( Whitten et al. 2002)

Keadaan terisolasi dalam kurun waktu yang lama memungkinkan

terjadinya evolusi pada berbagai spesies, sehingga pulau Sulawesi mempunyai

tingkat endemisitas yang tinggi. Tingkat endemisitas yang paling tinggi adalah

dari taksa vertebrata. Mamalia misalnya, dari 127 jenis hewan menyusui yang

11

terdapat di Sulawesi, 61% di antaranya bersifat endemik. Sebagai perbandingan,

pulau Kalimantan yang mempunyai endemisitas paling tinggi di Sundaland,

hanya mempunyai 18% mamallia endemik (Whitten et al. 2002).

Menurut Myers et al. (2000) daerah Wallacea termasuk dalam 25

“hotspot” paling penting untuk konservasi. Daerah ini mempunyai 529 spesies

vertebrata endemik (1,9% dari jumlah di dunia). Spesies-spesies tersebut

mengalami ancaman yang serius, sebab hanya 15% habitat alami yang masih

tersisa. Dari habitat alami yang masih tersisa tersebut, 39,2% di antaranya

terdapat dalam kawasan konservasi. Habitat alami yang masih tersisa tersebut

hanya akan efektif untuk melindungi biodiversitas di Sulawesi, jika tersebar

sesuai dengan distribusi biodiversitas tersebut. Oleh sebab itu upaya konservasi

di Sulawesi harus dirancang secara komprehensif.

Profesor John A. Katili, ahli geologi Indonesia yang merumuskan

geomorfologi Pulau Sulawesi bahwa terjadinya Sulawesi akibat tabrakan dua

pulau (Sulawesi bagian Timur dan Sulawesi bagian Barat) antara 19 sampai 13

juta tahun yang lalu, terdorong oleh tabrakan antara lempeng benua yang

merupakan fundasi Sulawesi Timur bersama Pulau-Pulau Banggai dan Sula,

yang pada gilirannya merupakan bagian dari lempeng Australia, dengan

Sulawesi Barat yang selempeng dengan pulau-pulau Kalimantan, Jawa dan

Sumatra, Sulawesi menjadi salah satu wilayah geologis paling rumit di dunia.

Perairan di sekitar Pulau Sulawesi juga mempunyai keunikan tersendiri,

karena perairan tersebut dilalui oleh Arlindo (Arus Lintas Indonesia). Arlindo

merupakan aliran air hangat antar samudera yang merupakan bagian dari

Thermohaline circulation atau The Great Ocean Conveyor Belt atau The Global

Conveyor Belt (Gambar 5). Arus ini mengalir dari Samudera Pasifik menuju

Samudera Hindia melalui perairan-perairan di sekitar Sulawesi. Dari hasil-hasil

penelitian yang telah dilakukan selama ini dapat diketahui bahwa ada 3 pintu

12

masuk utama massa air dari Samudera Pasifik ke perairan Indonesia. Yang

pertama dan yang dominan adalah Selat Makassar. Massa air yang berasal dari

Pasifik Utara memasuki laut Sulawesi lewat sebelah selatan Mindanao, untuk

kemudian masuk ke jantung Perairan Indonesia lewat Selat Makassar. Di ujung

Selat Makassar, jalur ini bercabang menjadi dua, sebagian langsung menuju

Samudera Hindia melalui Selat Lombok, dan yang sebagian lagi berbelok ke

timur melewati Laut Flores menuju Laut Banda. Pintu kedua adalah melalui Laut

Maluku. Dari Laut Maluku massa air dari Pasifik Utara memasuki Laut Seram

dengan melewati Selat Lifamatola yang terletak antara Pulau Lifamatola dan

Pulau Obi. Kemudian dari Laut Seram mengalir melalui Selat Manipa ke Laut

Banda. Sedangkan pintu ketiga adalah melalui Laut Halmahera. Massa air dari

Pasifik Selatan masuk ke Laut Halmahera menuju ke Laut Seram dan Cekungan

Aru. Disini terjadi percampuran dengan massa air yang datang dari Laut Banda.

Gambar 5. Thermohaline Circulation.

13

2.3. Struktur Genetika Populasi

Genetika (dari bahasa Yunani γέννω atau genno yang berarti

“melahirkan”) merupakan ilmu dari cabang biologi yang mempelajari berbagai

aspek yang menyangkut pewarisan sifat dan variasi sifat ada organisme maupun

suborganisme (Griffiths et al., 2000). Genetika populasi menghabiskan sebagian

besar waktunya untuk melakukan salah satu dari dua hal: menggambarkan

struktur genetik populasi atau berteori pada tekanan evolusi yang bekerja pada

populasi (Gillespie, 1998). Windelspecht (2007) menerangkan bahwa seorang

ahli genetika populasi mempelajari bagaimana frekuensi dari perubahan alel

dalam suatu populasi dari waktu ke waktu, biasanya dalam menanggapi atau

merespon suatu tekanan yang selektif. Dalam hal ini, ahli genetika populasi

umumnya kurang tertarik dalam mempelajari mekanisme molekuler regulasi gen,

melainkan menggunakan matematika dan statistik untuk menggambarkan

perubahan populasi.

Struktur populasi, sekelompok individu atau sub kelompok dari suatu

spesies yang memiliki kesamaan struktur atau pola genetika (genetic pool),

dapat dipelajari berdasarkan frekuensi genetika dari setiap gen yang terlibat

dalam ekspresi fenotipik. Pada tingkat molekuler (DNA) ikan laut menunjukkan

variabilitas genetik walaupun dalam derajat yang lebih rendah disbanding ikan air

tawar baik pada level supraspesifik maupun taksa kelompok individu (populasi

dan sub-populasi) dimana pada tingkat protein (studi allozyme) tidak terlihat.

Menurut Graves et al. in Saunders et al. (1986), terdapat variabilitas genetika

yang disebabkan oleh aliran gen (gene flow) inter-oseanik serta menimbulkan

diferensiasi genetika.

Berdasarkan sifat polimorfisme DNA mitochondria, variabilitas genetika

populasi ditunjukkan oleh dua ukuran divergensi, yaitu divergensi di dalam

14

populasi (variabilitas intrapopulasi) dan variabilitas antar populasi (divergensi

interpopulasi). Variabilitas intrapopulasi dinyatakan dengan parameter diversitas

haplotipe atau diversitas nucleon (h), banyaknya neukleomorf (unit polimorfisme

pada nucleon yang terdapat dalam bentuk pola situs restriksi), jumlah rata-rata

perbedaan situs restriksi, jumlah segregasi situs restriksi atau jumlah situs

restriksi polimorfis dalam sejumlah sampel nukleon. Nukleon merupakan suatu

segmen DNA, identik dengan gen dalam DNA ini (nuclear DNA), yang dicirikan

oleh peta situs restriksi, atau jumlah dan ukuran fragmen DNA. Divergensi

interpopulasi dipelajari berdasarkan parameter jarak genetika (δ) dan analisis

terhadap perbedaan situs restriksi (Nei dan Tajima, 1981). Nei dan Tajima

(1981) menambahkan bahwa variabilitas genetika nucleon berhubungan dengan

laju mutasi per-nukleon dimana perubahan situs restriksi terjadi secara

evolusioner dan disebabkan oleh substitusi, insersi (insertion) atau penghapusan

(deletion) nukleotida. Jenis dan jumlah enzim restriksi yang sama digunakan

dalam analisis sampel untuk membandingkan nilai parameter diantara nukleon

atau organisme yang berbeda.

Variasi mtDNA intra dan interspesifik berdasarkan dari analisis enzim

restriksi telah banyak dilaporkan, antara lain pada manusia digunakan untuk

mencirikan populasi lokal, membedakan cirri individu, variasi etnik,

pengelompokan etnik dan menduga hubungan evolusioner dari kelompok-

kelompok etnik tersebut, serta menentukan bentuk-bentuk morf mtDNA khusus

untuk kemudian mengelompokkannya ke dalam grup menurut skala geografis

(Bermingham, 1990). Studi variabilitas mtDNA pada Teleostei dan Invertebrata

dilaporkan oleh beberapa peneliti, antara lain Bermingham dan Avise (1986),

Saunders et al. (1986), Ferris dan Berg (1987), Effenberger dan Suchentrunk

(1999).

15

2.4. Populasi Dalam Arti Genetika

Untuk mempelajari pola pewarisan sifat pada tingkat populasi terlebih

dahulu perlu difahami pengertian populasi dalam arti genetika atau lazim disebut

juga populasi Mendelian. Populasi mendelian ialah sekelompok individu suatu

spesies yang bereproduksi secara seksual, hidup di tempat tertentu pada saat

yang sama, dan di antara mereka terjadi perkawinan (interbreeding) sehingga

masing-masing akan memberikan kontribusi genetik ke dalam lungkang gen

(gene pool), yaitu sekumpulan informasi genetik yang dibawa oleh semua

individu di dalam populasi.

Deskripsi susunan genetik suatu populasi mendelian dapat diperoleh

apabila kita mengetahui macam genotipe yang ada dan juga banyaknya masing-

masing genotipe tersebut. Sebagai contoh, di dalam populasi tertentu terdapat

tiga macam genotipe, yaitu AA, Aa, dan aa. Maka, proporsi atau persentase

genotipe AA, Aa, dan aa akan menggambarkan susunan genetik populasi tempat

mereka berada. Adapun nilai proporsi atau persentase genotipe tersebut dikenal

dengan istilah frekuensi genotipe. Jadi, frekuensi genotipe dapat dikatakan

sebagai proporsi atau persentase genotipe tertentu di dalam suatu populasi.

Dengan perkataan lain, dapat juga didefinisikan bahwa frekuensi genotipe adalah

proporsi atau persentase individu di dalam suatu populasi yang tergolong ke

dalam genotipe tertentu. Pada contoh di atas jika banyaknya genotipe AA, Aa,

dan aa masing-masing 30, 50, dan 20 individu, maka frekuensi genotipe AA =

0,30 (30%), Aa = 0,50 (50%), dan aa = 0,20 (20%).

Di samping dengan melihat macam dan jumlah genotipenya, susunan

genetik suatu populasi dapat juga dideskripsi atas dasar keberadaan gennya. Hal

ini karena populasi dalam arti genetika, seperti telah dikatakan di atas, bukan

sekedar kumpulan individu, melainkan kumpulan individu yang dapat

16

melangsungkan perkawinan sehingga terjadi transmisi gen dari generasi ke

generasi. Dalam proses transmisi ini, genotipe tetua (parental) akan dibongkar

dan dirakit kembali menjadi genotipe keturunannya melalui segregasi dan

rekombinasi gen-gen yang dibawa oleh tiap gamet yang terbentuk, sementara

gen-gen itu sendiri akan mengalami kesinambungan (kontinyuitas). Dengan

demikian, deskripsi susunan genetik populasi dilihat dari gen-gen yang terdapat

di dalamnya sebenarnya justru lebih bermakna bila dibandingkan dengan

tinjauan dari genotipenya.

Susunan genetik suatu populasi ditinjau dari gen-gen yang ada

dinyatakan sebagai frekuensi gen, atau disebut juga frekuensi alel, yaitu

proporsi atau persentase alel tertentu pada suatu lokus. Jika kita gunakan contoh

perhitungan frekuensi genotipe tersebut di atas, maka frekuensi alelnya dapat

dihitung sebagai berikut.

AA Aa aa Total

Banyaknya individu 30 50 20 100

Banyaknya alel A 60 50 - 110

Banyaknya alel a - 50 40 90

Karena di dalam tiap individu AA terdapat dua buah alel A, maka di dalam

populasi yang mempunyai 30 individu AA terdapat 60 alel A. Demikian juga,

karena tiap individu Aa membawa sebuah alel A, maka populasi yang

mempunyai 50 individu Aa akan membawa 50 alel A. Sementara itu, pada

individu aa dengan sendirinya tidak terdapat alel A, sehingga secara keseluruhan

banyaknya alel A di dalam populasi tersebut adalah 60 + 50 + 0 = 110. Dengan

cara yang sama dapat dihitung banyaknya alel a di dalam populasi, yaitu 0 + 50

+ 40 = 90. Oleh karena itu, frekuensi alel A = 110/200 = 0,55 (55%), sedang

frekuensi a = 90/200 = 0,45 (45%).

200

17

Frekuensi alel berkisar dari 0 hingga 1. Suatu populasi yang mempunyai

alel dengan frekuensi = 1 dikatakan mengalami fiksasi untuk alel tersebut.

Perhitungan frekuensi alel menggunakan data elektroforesis

Frekuensi alel pada suatu populasi spesies organisme dapat dihitung atas

dasar data elektroforesis protein/enzim atau zimogram yang menampilkan pita-

pita sebagai gambaran mobililitas masing-masing polipeptida penyusun protein

(Gambar 6). Elektroforesis merupakan teknik pemisahan molekul yang berbeda-

beda ukuran dan muatan listriknya. Oleh karena itu, molekul-molekul yang akan

dipisahkan tersebut harus bermuatan listrik seperti halnya protein dan DNA.

Jarak

migrasi (cm)

4

3

2

1

Individu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Genotipe CL LL LL CL CL CL LL CL CL CL LL CL LL LL CL

Gambar 6. Zimogram esterase dari ikan sidat (Anguilla sp) di kawasan Segara Anakan, Cilacap.

Prinsip kerja elektroforesis secara garis besar dapat dijelaskan sebagai

berikut. Sampel ditempatkan pada salah satu ujung media berupa gel, kemudian

kedua ujung gel tersebut diberi aliran listrik selama beberapa jam sehingga

komponen-komponen penyusun sampel akan bergerak menuju kutub yang

muatan listriknya berlawanan dengannya. Kecepatan gerakan (mobilitas) tiap

komponen ini akan berbeda-beda sesuai dengan ukuran molekulnya. Makin

besar ukuran molekul, makin lambat gerakannya. Akibatnya, dalam satuan waktu

18

yang sama molekul berukuran besar akan menempuh jarak migrasi yang lebih

pendek daripada jarak migrasi molekul berukuran kecil.

Pola pita seperti pada zimogram esterase di atas sebenarnya merupakan

gambaran fenotipe, bukan genotipe. Namun, analisis variasi fenotipe terhadap

kebanyakan enzim pada berbagai macam organisme sering kali dapat

memberikan dasar genetik secara sederhana. Seperti diketahui, tiap enzim dapat

mengandung sebuah polipeptida atau lebih dengan susunan asam amino yang

berbeda sehingga menghasilkan fenotipe berupa pita-pita dengan mobilitas yang

berbeda. Variasi fenotipe ini disebabkan oleh perbedaan alel yang menyusun

genotipe.

Jika alel-alel yang menyebabkan perbedaan polipeptida pada enzim

tertentu terletak pada suatu lokus, maka bentuk alternatif enzim yang

diekspresikannya dikenal sebagai alozim. Alel yang mengatur alozim biasanya

bersifat kodominan, yang berarti dalam keadaan heterozigot kedua-duanya akan

diekspresikan. Dengan demikian, individu pada Gambar 15.1 yang menampilkan

pita lambat dan pita cepat (nomor 1, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, dan 15) memiliki

genotipe heterozigot, yaitu CL (C=cepat; L=lambat). Sementara itu, individu yang

hanya menampilkan pita lambat (nomor 2, 3, 7, 11, 13, dan 14) adalah

homozigot LL. Begitu pula individu dengan hanya satu pita cepat (kebetulan

pada zimogram tersebut tidak ada) dikatakan mempunyai genotipe homozigot

CC.

Dari data genotipe yang diturunkan dari data variasi fenotipe tersebut, kita

dengan mudah dapat menghitung baik frekuensi genotipe maupun frekuensi

alelnya. Frekuensi genotipe CC, CL, dan LL masing-masing adalah 0, 9/15, dan

6/15. Frekuensi alel C = 0 + ½ (9/15) = 9/30, sedang frekuensi alel L = 6/15 + ½

(9/15) = 21/30.

19

2.5. Hukum Keseimbangan Hardy-Weinberg

Populasi mendelian yang berukuran besar sangat memungkinkan

terjadinya kawin acak (panmiksia) di antara individu-individu anggotanya. Artinya,

tiap individu memiliki peluang yang sama untuk bertemu dengan individu lain,

baik dengan genotipe yang sama maupun berbeda dengannya. Dengan adanya

sistem kawin acak ini, frekuensi alel akan senantiasa konstan dari generasi ke

generasi. Prinsip ini dirumuskan oleh G.H. Hardy, ahli matematika dari Inggris,

dan W.Weinberg, dokter dari Jerman,. sehingga selanjutnya dikenal sebagai

hukum keseimbangan Hardy-Weinberg.

Di samping kawin acak, ada persyaratan lain yang harus dipenuhi bagi

berlakunya hukum keseimbangan Hardy-Weinberg, yaitu tidak terjadi migrasi,

mutasi, dan seleksi. Dengan perkatan lain, terjadinya peristiwa-peristiwa ini serta

sistem kawin yang tidak acak akan mengakibatkan perubahan frekuensi alel.

Deduksi terhadap hukum keseimbangan Hardy-Weinberg meliputi tiga

langkah, yaitu (1) dari tetua kepada gamet-gamet yang dihasilkannya, (2) dari

penggabungan gamet-gamet kepada genotipe zigot yang dibentuk, dan (3) dari

genotipe zigot kepada frekuensi alel pada generasi keturunan. Secara lebih rinci

ketiga langkah ini dapat dijelaskan sebagai berikut.

Kembali kita misalkan bahwa pada generasi tetua terdapat genotipe AA,

Aa, dan aa, masing-masing dengan frekuensi P, H, dan Q. Sementara itu,

frekuensi alel A adalah p, sedang frekuensi alel a adalah q. Dari populasi

generasi tetua ini akan dihasilkan dua macam gamet, yaitu A dan a. Frekuensi

gamet A sama dengan frekuensi alel A (p). Begitu juga, frekuensi gamet a sama

dengan frekuensi alel a (q).

Dengan berlangsungnya kawin acak, maka terjadi penggabungan gamet A

dan a secara acak pula. Oleh karena itu, zigot-zigot yang terbentuk akan memilki

20

frekuensi genotipe sebagai hasil kali frekuensi gamet yang bergabung. Pada

Tabel 1 terlihat bahwa tiga macam genotipe zigot akan terbentuk, yakni AA, Aa,

dan aa, masing-masing dengan frekuensi p2, 2pq, dan q2.

Tabel 1. Pembentukan zigot pada kawin acak

Gamet-gamet Ε

dan frekuensinya

A

(p)

a

(q)

Gamet-gamet Γ

dan frekuensinya

A (p)

AA

(p2)

Aa

(pq)

a (q) Aa

(pq)

aa

(q2)

Oleh karena frekuensi genotipe zigot telah didapatkan, maka frekuensi alel

pada populasi zigot atau populasi generasi keturunan dapat dihitung. Fekuensi

alel A = p2 + ½ (2pq) = p2 + pq = p (p + q) = p. Frekuensi alel a = q2 + ½ (2pq) =

q2 + pq = q (p + q) = q. Dengan demikian, dapat dilihat bahwa frekuensi alel pada

generasi keturunan sama dengan frekuensi alel pada generasi tetua.

Migrasi

Di atas telah disebutkan bahwa migrasi merupakan salah satu syarat yang

harus dipenuhi bagi berlakunya hukum keseimbangan Hardy-Weinberg. Hal ini

berarti bahwa peristiwa migrasi akan menyebabkan terjadinya perubahan

frekuensi alel. Lebih jauh, kuantifikasi migrasi dalam bentuk laju migrasi (lazim

dilambangkan sebagai m), sering kali digunakan untuk menjelaskan adanya

perbedaan frekuensi alel tertentu di antara berbagai populasi, misalnya

21

perbedaan frekuensi golongan darah sistem ABO yang terlihat sangat nyata

antara ras yang satu dan lainnya.

Laju migrasi dapat didefinisikan sebagai proporsi atau persentase alel

tertentu di dalam suatu populasi yang digantikan oleh alel migran pada tiap

generasi. Sebagai contoh, jika pada tiap generasi sebanyak 80 dari 1000 ekor

ikan normal digantikan oleh ikan albino, maka dikatakan bahwa laju migrasinya

0,08 atau 8%.

Secara matematika, hubungan antara perubahan frekuensi alel dan laju

migrasi dapat dilihat sebagai persamaan berikut ini.

pn - P = (po - P)(1 - m)n

pn = frekuensi alel pada populasi yang diamati setelah n generasi migrasi

P = frekuensi alel pada populasi migran

po = frekuensi alel pada populasi awal (sebelum terjadi migrasi)

m = laju migrasi

n = jumlah generasi

Mutasi

Faktor lain yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan frekuensi alel

adalah mutasi. Namun, peristiwa yang sangat mendasari proses evolusi ini

sebenarnya tidak begitu nyata pengaruhnya dalam perubahan frekuensi alel. Hal

ini terutama karena laju mutasi yang umumnya terlalu rendah untuk dapat

menyebabkan terjadinya perubahan frekuensi alel. Selain itu, individu-individu

mutan biasanya mempunyai daya hidup (viabilitas), dan juga tingkat kesuburan

(fertilitas), yang rendah.

Dari kenyataan tersebut di atas dapat dimengerti bahwa mutasi hanya akan

memberikan pengaruh nyata terhadap perubahan frekuensi alel jika mutasi

berlangsung berulang kali (recurrent mutation) dan mutan yang dihasilkan

memiliki kemampuan untuk beradaptasi dengan lingkungan yang ada.

22

Hubungan matematika antara laju mutasi dan perubahan frekuensi alel

dapat dirumuskan seperti pada contoh berikut ini. Misalnya, di dalam suatu

populasi terdapat alel A dan a, masing-masing dengan frekuensi awal po dan qo.

Mutasi berlangsung dari A ke a dengan laju mutasi sebesar u. Sebaliknya, laju

mutasi alel a menjadi A adalah v. Dengan demikian, perubahan frekuensi alel A

akibat mutasi adalah ∆p = vqo - upo, sedang perubahan frekuensi alel a akibat

mutasi adalah ∆q = upo - vqo.

Ketika dicapai keseimbangan di antara kedua arah mutasi tersebut nilai ∆p

dan ∆q adalah 0. Oleh karena itu, vqo = upo, atau secara umum vq = up. Jika

persamaan ini dielaborasi, maka akan didapatkan p = v/(u + v) dan q = u/(u + v).

2.6. DNA mitochondria (mtDNA)

Mitochondria adalah organel yang bertanggung jawah di dalam

metabolisme aerobik pada sel-sel eukariot. Mitochondria memiliki molekul DNA

tersendiri dengan ukuran kecil yang susunannya berbeda dengan DNA inti.

Setiap sel rnengandung satu sampai ratusan mitochondria. DNA mitochondria

mempakan DNA utas ganda yang berhentuk sirkuler (Solihin, 1994). Prinsip dari

ekstraksi DNA mitochondria ialah memisahkan sitoplasma dari intinya dengan

sentrifugasi rendah sehingga hanya didapatkan mitochondria. Untuk menghindari

kontaminasi dari DNA inti dilakukan penamhahan DNAase sebelum mitochondria

dilisis. Mitokondria tersebut dilisis dengan larutan .tertentu (misalnya detergen)

dan proteinnya dihilangkan dengan fenol dan kloroform, kemudian disentrifugasi

dengan kecepatan tinggi. Teknik purifikasi.yang lain dilakukan dengan

penggunaan larutan garam yang sangat pekat (konsentrasi tinggi) seperti CsCI.

Teknik yang kedua ini dapat memisahkan molekul-molekul RNA, DNA inti, dan

DNA mitochondria dalam lapisan yang berbeda (Solihin, 1994).

23

Beberapa teknik eksplorasi dapat dimanfaatkan oleh para biologiwan

untuk menggali informasi yang terkandung dalam genom mitochondria. Teknik

eksplorasi yang pertama didasarkan pada sekuen, basa-basa penyusun genom

mitochondria. Hal ini memberikan informasi yang sangat lengkap mengenai

urutan basa-basanya, namun cara ini membutuhkan tenaga dan biaya yang

sangat besar. Alternatif lain yang Iebih efisien dari teknik pertama tadi ialah

analisis hanya bagian tertentu dari genom mitochondria. Berkat penemuan Saiki

et al. (1985, 1988) mengenai amplifikasi DNA dengan PCR (Polymerase Chain

Reaction), analisis genom mitochondria secara partial dapat dilakukan dengan

mudah. Teknik eksplorasi yang kedua didasarkan pada pnggunaan enzim

restriksi (restriction endonucleases) untuk membandingkan genom mitochondria

antar individu maupun takson. Pemotongan dengan enzim restriksi yang

berbada akan menghasilkan potongan DNA yang berbeda dari DNA yang sama.

Perbedaan genom mitochondria dapat dibandingkan hanya dangan

perbandingan jumlah dan ukuran fragmen-fragmen yang dipotong oleh enzim

restriksi tersebut. Variasi yang dihasilkan oleh perbedaan panjang fragmen yang

dipotong oleh enzim restriksi ini dikenal sebagai Restriction Fragment Length

Polymorphism (RFLP). Pendekatan ini relatif sederhana dan mampu

memberikan informasi dari semua bagian genom mitochondria. Setiap situs

restriksi dapat dipetakan pada molekul DNA mitochondria sehingga

menghasilkan peta situs restriksi DNA mitochondria (Solihin, 1994).

Beberapa hal yang mendukung penggunaan mtDNA sebagai penanda

dalam studi keragaman genetik dan studi biologi populasi pada hewan yaitu: (i)

DNA mitochondria terdapat dalam jumlah kopi yang tinggi. Jumlah kopi yang

tinggi ini mnenjadikannya mudah diisolasi dan dipurifikasi untuk berbagai

keperluan analisis genom; (ii) Ukuran DNA mitochondria relatif kecil (14-39 kb)

sehingga dapat dipeiajari sebagai satu kesatuan yang utuh; (iii) Bagian-bagian

24

dari genom mitochondria berevolusi dengan kecepatan yang berbeda. Diketahui

bahwa tingkat evolusi dari suatu gen atau bagian dari DNA merupakan faktor

penting yang menentukan penggunaan penanda DNA dalam studi sistematika

dan biogeografi. Gen-gen yang terkonservasi dengan baik dapat dijadikan

sebagai dasar penelusuran kesamaan asal muasal (ancient taxa), sedangkan

gen-gen yang tak terkonservasi dengan baik yaitu gen-gen yang berevolusi

dengan cepat dapat digunakan untuk perbandingan galur-galur baru. Secara

umum evolusi sekuen DNA mitochondria lebih cepat 5 sampai 10 kali dari genom

inti (Brown et al., 1979) dan bahkan gen tRNA seratus kali lebih cepat dari DNA

inti (Brown et al., 1982); (iv) DNA mitochondria hewan tidak memiliki intron

ataupun spacer yang berukuran besar antar gennya. Hal inilah yang

mebyebabkan ukuran genom mitochondria hewan lebih kecil dibandingkan

dengan genom mitochondria tanaman; (v) DNA mitochondria bersifat khusus

karena diturunkan melalui induk betinanya tanpa mengalami rekombinasi (strict

maternal inheritance). Akibatnya afinitas genetik yang diatur oleh genom

mitochondria merupakan refleksi dari Phylogeni matriarcale; vi) DNA

mitochondria sangat polimorf, baik untuk intrapopulasi maupun untuk

interspesies (Solihin, 1994).

2.7. Analisis DNA

Prosedur awal dalam analisis mtDNA dilakukan melalui proses ekstraksi,

yaitu memecah genom DNA dari sumber sel (jaringan) ke dalam fragmen-

fragmen spesifik yang berukuran lebih kecil. Tahap berikutnya adalah isolasi,

yaitu pemisahan sekuen DNA target (mtDNA) dari total DNA (DNA inti dan

mtDNA) yang diekstraksi; dan amplifikasi, merupakan proses perbanyakan atau

sintesis sekuen mtDNA melalui proses Polymerase Chain Reaction (PCR).

Sekuen DNA yang telah diisolasi dan diamplifikasi kemudian diidentifikasi dan

25

dianalisis menurut cara RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) atau

RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) sesuai dengan tujuannya. Metode

RFLP melihat perbedaan profil dan panjang fragmen DNA dari individu yang

berbeda berdasarkan hasil pemotongan enzim restriksi yang sama; sedangkan

metode fingerprinting RAPD memperhatikan perbedaan hasil amplifikasi dari

individu yang berbeda dengan menggunakan ‘primer’ tertentu.

Tahap ekstraksi dan isolasi merupakan dua tahapan penting yang sangat

menentukan keberhasilan analisis DNA. Jenis jaringan yang biasa digunakan

dapat berupa hati, otot, sirip, darah, sel kultur dan jaringan lain, baik dalam

kondisi segar, telah difiksasi atau beku. Penggunaan jaringan dalam keadaan

beku atau diawet biasanya lebih umum dipilih sehubungan dengan prosedur

analisa yang harus dilaksankan di tempat yang bersih dengan menggunakan

peralatan khusus.

2.8. Polymerase Chain Reaction (PCR)

Teknik PCR ditemukan tahun 1985 oleh Dr. Kary Mullis di Cetus

Corporation, dan telah berkembang pesat dalam menunjang revolusi besar

dalam bidang biologi molekuler (Zyskind dan Bernstein, 1993). Awalnya Mullis

menggunakan enzim polymerase DNA I (fragmen Klenov) pada tahap ekstensi

polinukleotida primer, tetapi karena fragmen Klenov tidak stabil pada suhu tinggi,

maka diganti dengan Taq DNA-polymerase, suatu enzim yang dihasilkan oleh

bakteri thermofilik yang tahan terhadap suhu tinggi tanpa kehilangan aktivitasnya

dan tetap aktif selama siklus PCR, suhu optimum 75oC. Teknik ini

dikembangkan untuk menghasilkan sekuen DNA tertentu dalam jumlah besar

tanpa melalui cloning pada sel hidup.

Prinsip kerja dari teknik PCR adalah proses memperbanyak DNA dengan

memanfaatkan sifat replikasi DNA, dibantu oleh enzim DNA polymerase dan

26

perubahan sifat fisik DNA terhadap suhu. Replikasi terjadi jika terdapat untai

tunggal DNA yang bertindak sebagai template (cetakan) dan energi pembangun

basa (dNTP). Enzim DNA polymerase akan membantu katalis pembuatan DNA

untai lainnya yang merupakan komplemen dari template DAN. Reaksi ini harus

dimulai dengan ‘primer’ (pemula), yaitu suatu potongan pendek DNA

(oligonukleotida) yang umumnya terdiri dari 20 nukleotida dan disintesa dengan

susunan nukleotida spesifik. Masing-masing primer akan berpasangan dengan

sekuen tertentu yang mengapit daerah DNA target amplifikasi pada tiap pita

DNA.

Siklus pokok PCR berlangsung dalam tiga tahap, yaitu denaturasi

template pada suhu tinggi (94 – 97oC), annealing oligonukleutida primer pada

suhu 55 – 72oC dan ekstensi DNA-polymerase primer pada ujung 3’ pada suhu

72oC. Siklus diulang sebanyak 25 – 30 kali. Pada tahap denaturasi, untai DNA

pilin ganda dibuka melalui pemanasan hingga tiap pita DNA terpisah; annealing

adalah pelekatan primaer pada masing-masing untai pita DNA; yang terakhir

pada tahap ekstensi, ezim DNA polymerase aktif memperpanjang primer hingga

terbentuk untaian pasangan basa sepanjang sekuen DNA target. Dari

keseluruhan proses jumlah DNA target yang dihasilkan meningkat secara

eksponensial karena template yang baru akan terbentuk pada setiap siklus.

Kelebihan dari teknik PCR adalah proses isolasi relatif cepat, jumlah

sekuen DNA yang dihasilkan dapat mencapai 300.000 copy dan sangat sensitif

dalam mendeteksi sekuen DNA target dari sampel. Dibandingkan dengan teknik

konvensional, prosedur ini mempunyai beberapa kelebihan antar lain (Zyskind

dan Bernstein, 1993): a) tidak memerlukan enzim lain selama siklus; b) suhu

tinggi yang diterapkan dalam sintesa DNA (75oC) dapat meningkatkan stringency

sehingga meminimumkan ekstensi primer yang tak sebanding dengan template;

c) struktur skunder dari templae DNA yang dapat manghalangi aktivitas enzim

27

polymerase direduksi melalui denaturasi sekuen pada suhu tinggi. Dalam

perkembangan selanjutnya PCR sangat bermanfaat dalam aplikasi sebagai

berikut:

Ø Amplifikasi RNA untuk kepentingan deteksi atau cloning

Ø Amplifikasi sekuen yang diapit (flanking) melalui PCR yang dibalik (inverse

PCR)

Ø Template bagi sequencing DNA

Ø Aplikasi dalam teknik standard, yaitu riset pada koloni bakteri bagi keperluan

screening, penyisipan (insertion) atau penghapusan (deletion) sekuen

nukleotida ke dalam sekuen nukleotida, serta untuk menentukan orientasi

dan lokasi dari fragmen restriksi.

2.9. Enzim Restriksi (restriction endonuclease)

Enzim restriksi adalah enzim yang dapat memotong DNA pada sekuesn

spesifik sehinggak dihasilkan fragmen-fragmen nukleotida yang lebih pendek

dengan ukuran tertentu (enzim pemotong). Enzim restriksi dapat mengenal

sekuen 4-basa, 5-basa atau 6-basa, dan akan memotong molekul DNA di tempat

manapun yang dikenal. Pemotong 4-basa biasanya menghasilkan 3 – 6 kali

lebih banyak fragmen disbanding pemotong 6-basa (Ferris dan Berg, 1987).

Dapat dikatakan enzim restriksi merupakan ‘tool’ prinsip dalam analisis genom

mtDNA.

Ezim restriksi dapat diisolasi dari mikroorganisme (bakteri), misalnya

enzim Xba I diisolasi dari Xanthomonas badrii. Enzim ini dapat mengenal dan

memotong sekuen nukleotida T^CTAGA (tanda ‘^’ menunjukkan titik pemotongan

atau cleavage). Pada Salmo gairdneri pemotongan enzim Xba I menghasilkan 6

fragmen dengan ukuran masing-masing 5690, 3080,2310, 1480 dan 690 bp

28

(Gyllensten dan Wilson 1987). Pada genus Salmo enzim Mbo I (^GATC) dapat

mengenal dan menghasilkan fragmen 25 bp.

Keuntungan utama dari tehnik restriksi adalah hanya diperlukan material

sangat sedikit, lebih sensitif (memungkinkan deteksi fragmen 30 bp) dan dapat

mendeteksi mtDNA dari DNA selular, namun demikian diperlukan lebih banyak

enzim restriksi. Tehnik lain seperti Southern yang dilakukan melalui prosedur

endlabeling (dekembangkan oleh Brown) memakan waktu lebih lama (Ferris dan

Berg, 1987). Disamping tehnik restriksi, perkembangan manipulasi DNA

terutama ditunjang oleh berkembangnya teknologi DNA rekombinan (genetic

engineering) dan tehnik PCR (Polymerase Chain Reaction).