1. Apa itu Hydrothermal Vents?

Hydrothermal Vents adalah retakkan di permukaan planet yang secara geothermal

memanaskan perairan. Hydrothermal vents biasa ditemukan di dekat daerah yang aktif

secara vukanis, area di mana lempeng tektonik bergerak. Hydrothermal vents biasa

ditemukan di bumi karena bumi secara geologis cukup aktif dan perairan berada di

atasnya. Di daratan, Hydrothermal vents dapat berupa fumarol, mata air panas, dan

geyser. Di bawah laut, Hydrothermal vents biasa disebut Black Smokers.

Di sebagian besar laut dalam, area sekita Hydrothermal vents secara biologis sangatlah

subur bagi kehidupan sekitarnya dan menjadi tuan rumah bagi berbagai makhluk hidup

yang memanfaatkan bahan kimia terlarut dari lubang Hydrothermal Vents. Archaea

kemosintesis membentuk dasar rantai makanan, mensupport berbagai organisme seperti

cacing tabung raksasa, udang, dan kerang. Hydrothermal Vents yang aktif dipercaya

berada di satelit Jupiter Europa dan Hydrothermal Vents tua pernah berada di Mars.

2. Dimana ditemukan Hydrothermal Vents?

Perairan yang mengelilingi Hydrothermal Vents biasanya adalah air laut. Massa

yang keluar dari Hydrothermal Vents dapat memanaskan air laut hingga 400oC.

Bandingkan dengan temperatur di laut dalam pada umumnya yang hanya mencapai 2oC.

Tekanan yang tinggi pada kedalaman laut memperluas range temperatur secara signifikan

pada kondisi air yang tetap cair sehingga air tidak menguap. Air pada kedalaman 3000 m

dan temperatur 407oC menjadi supercritical dan keadaan air yang bergaram memdorong

air mendekati titik kritisnya. Beberapa Hydrothermal Vents mengandung timbunan

mineral anhidrat. Tembaga sulfida, besi sulfida, dan seng sulfida. Tingginya kandungan

mineral di sekitar Hydrothermal Vents menyebabkan berbagai eksploitasi di sekitarnya

oleh berbagai perusahaan tambang.

3. Mekanisme Hydrothermal Vents?

Proses terjadinya hidrotermal bawah laut adalah sebagai berikut:

a. Air laut yang dingin (2 oC) merembas melalui celah-celah ataupun rekahan yang

terdapat di dasar lautan.

b. Air laut terus merembas jauh ke bawah di dalam kerak samudera. Radiasi energi

panas dari batuan cair yang terletak jauh di bawah dasar laut mendidihkan

rembasan air laut hingga suhu cairan hidrotermal mencapai 350-400 oC. Setelah

rembasan air laut terpanaskan, ia bereaksi dengan batuan sekitar di dalam kerak

samudera. Reaksi kimia ini merubah cairan hidrotermal dengan cara sebagai

berikut :

• Semua kandungan oksigen dalam cairan menjadi hilang

• Cairan panas ini menjadi bersifat asam

• Cairan ini menangkap logam-logam terlarut, termasuk besi, tembaga dan

seng

• Cairan ini menangkap hidrogen sulfide

c. Cairan panas ini tidaklah begitu kental sehingga ia lebih ringan dibandingkan

dengan cairan yang lebih dingin. Dengan demikian cairan hidrotermal

menyembur ke atas melalui kerak samudera layaknya balon udara-panas yang

naik ke udara.

d. Cairan hidrotermal keluar melalui cerobong dan bercampur dengan air laut yang

dingin. Logam-logam dibawa ke atas dalam bentuk fluida bercampur dengan

belerang membentuk meneral yang berwarna hitam yang biasa disebut sulfida

logam, kondisi ini menjadikan kenampakan cairan hidrotermal seperti asap.

Banyak faktor yang memicu terjadinya reaksi ini. Salah satu faktor tersebut

adalah suhu yang dingin, dan faktor lainnya adalah keberadaan kandungan

oksigen dalam air laut. Tanpa adanya unsur oksigen, mineral-mineral tersebut

tidak akan pernah terbentuk.

4. Jelaskan Sirkulasi Hydrothermal Vents?

Siklus hidrotermal adalah sirkulasi air panas akibat adanaya intrusi magma ke

bagian kulit bumi sehingga membaut air yang berada di sekitarnya menjadi panas. Hal ini

biasa terjadi di dekat gunung di dalam laut yang masih aktif, tetapi dapat juga terjadi di

lapisan kerak samudera dan kerak benua.

Sirkulasi hidrotermal di lautan adalah tenggelam air laut dingin padat ke basal

dari dasar laut dan dipanaskan di kedalaman itu lalu naik kembali ke antarmuka air-laut

batu karena densitasnya lebih rendah melalui pertengahan punggungan-samudera.

Ventilasi hidrotermal adalah lokasi di dasar laut di mana cairan hidrotermal bercampur

dengan air laut di atasnya. Mungkin yang paling dikenal adalah bentuk ventilasi cerobong

disebut sebagai perokok hitam . sirkulasi hidrotermal ini tidak terbatas pada lingkungan

punggungan laut. Sumber air untuk geyser dan sumber air panas dipanaskan airtanah

convecting di bawah dan lateral air panas ventilasi.

Penyebab konveksi hal ini dapat:

• Intrusi magma ke kerak

• Radioaktif panas yang dihasilkan oleh massa didinginkan dari granit

• Panas dari mantel

5. Hubungan Hydrothermal Vents dengan Biota Laut?

Kehidupan, seperti yang diketahui banyak orang, dikendalikan oleh matahari.

Tetapi makhluk laut dalam tidak mendapatkan sedikitpun cahaya matahari dan mereka

bergantung pada energi dan nutrisi kimia dari Hydrothermal Vents. Sebelumnya ahli

biologi kelautan memperkirakan bahwa makhluk laut dalam memanfaatkan nutrisi dari

‘hujan’ sisa-sisa makhluk hidup yang tidak dimanfaatkan makhluk hidup di atasnya. Hal

ini membuat mereka tidak memiliki ketergantungan pada tanaman dan energi matahari.

Beberapa makhluk hidup di sekitar Hydrothermal vents memang mengkonsumsi ‘hujan’

ini, tapi dengan sistem seperti ini, kehidupan yang terbentuk akan sangat miskin sekali.

Tetapi pada kenyataannya, kepadatan makhluk hidup dasar laut di sekitar zona

Hydrothermal Vents sangat tinggi, sekitar 10,000 hingga 100,000 lebih tinggi dari

perkiraan awal.

Komunitas Hydrothermal Vents mampu mempertahankan kehidupan yang sangat

besar itu karena mereka bergantung pada bakteri kemosintesis sebagai makanan. Massa

yang keluar dari Hydrothermal Vents mengandung banyak mineral terlarut dan

mendukung populasi besar bakteri kemoautotrofik. Bakteri ini mengandalkan komponen

sulfur, umumnya hidrogen sulfida, bahan kimia yang bersifat sangat beracun bagi

sebagian besar makhluk hidup, untuk membentuk material organik melalui proses

kemosintesis.

Ekosistem ini sangat independen terhadap ketergantungan terhadap matahari,

seperti sebagian besar jenis kehidupan di bumi. Tetapi sesungguhnya sebagian makhluk

hidup di ekosistem itu masih memanfaatkan oksigen yang diproduksi makhluk

fotosintetik. Yang lainnya merupakan makhluk anaerobik, yang merupakan bentuk awal

kehidupan di bumi.

Bakteri kemosintetik tumbuh membentuk lapisan tebal yang menarik perhatian

makhluk amphipods dan copepods yang melahap bakteri secara langsung. Organisme

yang lebih besar seperti siput, udang, kepiting, cacing tabung, ikan, dan gurita

membentuk rantai makanan predasi. Jenis makhluk hidup yang dominan di sekitar

Hydrothermal vents diantaranya adalah annelida, gastropoda, pogonophorans, crustacea,

bivalvia, cacing vestimentiferan, dan udang tanpa mata yang membentuk kehidupan

nonmicrobial.

Cacing tabung adalah bagian penting dari komunitas Hydrothermal Vents. Cacing

tabung bersimbiosis dengan bakteri kemosintesis di dalam jaringan tubuhnya. Cacing

tabung tidak memiliki mulut dan saluran pencernaan, ia hanya menyerap secara langsung

nutrisi kimia dari perairan sekitarnya untuk memberi makan bakteri yang hidup di dalam

jaringannya. Sebagai gantinya, bakteri memberikan material karbon untuk kehidupan

cacing tabung. Makhluk unik lainnya yang ditemukan di sekitar Hydrothermal Vents

adalah siput yang dilapisi sisik yang terbuat dari senyawa besi dan material organik, dan

cacing Pompeii yang mampu bertahan di lingkungan bertemperatur 80oC.

Telah ditemukan lebih dari 300 species baru di sekitar Hydrothermal Vents dan sebagian

dari mereka adalah saudara dari makhluk hidup yang bergantung pada matahari dan

terpisah secara geografis dari Hydrothermal Vents.

Bahkan Hydrothermal Vents dipercaya merupakan asal muasal makhluk hidup

yang ada di bumi. Hal itu disampaikan oleh GünterWächtershäuser dalam jurnal

Proceedings of National Academy of Science. Ia berpendapat bahwa asam amino

sederhana dapat terbentuk dari sintesis bahan-bahan kimia di sekitar Hydrothermal Vents

dan dibawa pergi oleh aliran air menuju perairan yang lebih dingin di mana suhu yang

lebih rendah dan kandungan mineral tanah liat dapat membentuk formasi peptida dan

protosel. Ini adalah teori yang sangat menarik karena kandungan CH4 dan NH3 memang

banyak terdapat di sekitar Hydrothermal Vents. Keterbatasan utama dari teori ini adalah

tingginya temperatur di sekita Hydrothermal Vents yang mengganggu kestabilan molekul

organik.

Temuan yang luar biasa di dasar laut adalah rekahan hidrotermal laut dalam atau

“Hydrothermal vent” .Pada daerah tersebut terdapat ribuan hewan berkerumun di sekitar

cairan sangat panas yang menyembur dari dasar laut. Ternyata cairan panas yang

menyembur dari dasar laut itu disebabkan oleh gunung api yang kaya akan logam dan

aneka gas yang memberikan energi dan nutrisi yang dibutuhkan untuk tumbuh kepada

mikroorganisme seperti bakteri. Makhluk ini hidup bukan karena fotosintesis tetapi

tumbuh dengan proses yang disebut 'kemosintesis' yang menyediakan makanan yang

dibutuhkan untuk tumbuh yang berdasarkan eksistem panas yang dihasilkan vulkanik

dibawah laut. Beberapa di antara hewan ini bahkan tidak memiliki mulut atau perut.

Sebagai gantinya mereka memiliki kantung di dalam tubuhnya yang dinamakan

'trofosom' yang dipenuhi mikroba yang melahap gas vulkanik yang disebut

“Hipertermofil” yang berarti "pencinta panas-menyengat" dan mikroba tersebut

menyediakan makanan dan energi untuk hewan itu dalam proses yang dinamakan

simbiosis.

6. Bagaimana Keberadaan Biota Laut di Daerah Hydrothermal Vent menguntungkan/

merugikan ?

Sekelompok mikro-organisme “hipertermofil” ini adalah bentuk kehidupan

terpanas yang dikenal di planet ini dan dapat tumbuh pada suhu hingga 252° F (122° C)

bahkan lebih tinggi dari suhu air mendidih. Mereka tinggal di dalam batuan di sekitar

rekahan hidrotermal yang panas sekali dan memperoleh makanan oleh cairan vulkanik

ini. Cara hidup mereka juga aneh. Hipertermofil laut dalam mendapatkan energi dan

karbon dari gas hidrogen dan karbon dioksida yang ada dalam cairan vulkanik. Mereka

memperoleh energi dengan mengambil elektron di dalam hidrogen dan melepaskannya ke

zat kimia seperti belerang dan karbon dioksida. Beberapa di antaranya bahkan dapat

memproduksi energi dengan melepaskan elektron dari hidrogen ke karat besi yang mirip

dengan karat yang sering dilihat di mobil untuk membuat besi magnetik hitam,

hipertermofil ini bahkan bisa makan batu. Sementara hewan lainnya dalam ekosistem ini

dapat membuat gas metan yang mudah terbakar dan dapat digunakan oleh manusia untuk

menghasilkan listrik.

Selain itu, ternyata protein dalam organisme ini berguna untuk banyak hal. Ketika

ilmuwan dan detektif kepolisian ingin membuat miliaran salinan DNA dalam tabung

reaksi, mereka menggunakan protein yang disebut 'DNA polimerase' yang berasal dari

hipertermofil laut dalam untuk membuat salinan itu. Protein lain dari mikroba ini disebut

'hidrolase', yang dapat memutuskan rantai besar molekul organik menjadi sub-unit yang

lebih kecil, dapat digunakan untuk membuat zat aditif makanan seperti pemanis,

melembutkan kain katun, menghilangkan noda dari pakaian ketika kita mencucinya

dengan air panas, dan memudahkan ekstraksi minyak dan gas dari tanah. Kedua, menurut

penelitian,ada beberapa mikroba penghuni rekahan hidrotermal sangat mirip dengan

kehidupan di Bumi miliaran tahun yang lalu. Dengan mengkaji kehidupan di rekahan

laut-dalam,manusia dapat mengetahui bagaimana kehidupan berlangsung ketika Bumi

jauh lebih muda dan berbeda dengan Bumi yang sekarang. Selain itu, jika kehidupan

dapat berlangsung tanpa sinar matahari di tempat bergabungnya air dan batu vulkanik,

mungkin hal ini dapat menopang kehidupan di luar Bumi. Mikroba rekahan hidrotermal

juga memberi gambaran tentang apa yang harus dicari saat mencari kehidupan di Mars

dan beberapa planet dalam sistem tata surya. Salah satu contoh adalah planet Europa

yang mengelilingi Jupiter, yang diperkirakan memiliki laut-dalam yang gelap di bawah

cangkang sedingin es dan gunung api aktif di bagian bawah. Mungkin ada rekahan

hidrotermal di sana dan di tempat lain.

Ternyata rekahan hidrotermal di seluruh dunia sangat berbeda satu sama lain dan

saling menopang kehidupan berbagai jenis mikroba. Perairan Indonesia salah satu tempat

yang sering teliti untuk mencari rekahan hidrotermal karena perairan ini adalah salah satu

daerah vulkanik paling aktif di dunia. Menurut penelitian, besar kemungkinan beberapa

jenis rekahan hidrotermal yang memiliki zat kimia dan mikroba yang berlainan mungkin

benar-benar saling berdekatan. Hal ini juga memberi kesempatan untuk memperkenalkan

lingkungan yang luar biasa kepada rakyat Indonesia dan warga dunia.

Berdasarkan uraian diatas , dapat diketahui bahwa keberadaan biota di daerah

Hydrothermal Vent sangat menguntungkan karena dapat bermanfaat bagi kehidupan

manusia, seperti yang telah di jelaskan diatas.

7. Apa itu Kemosintesis?

Kemosintesis merupakan reaksi anabolisme selain fotosintesis. Kemosintesis

adalah konversi biologis satu molekul karbon atau lebih (biasanya karbon dioksida atau

metana), senyawa nitrogen dan sumber makanan menjadi senyawa organik dengan

menggunakan oksidasi molekul anorganik (contohnya, gas hidrogen, hidrogen sulfida)

atau metana sebagai sumber energi. Kemosintesis adalah anabolisme yang menggunakan

energi kimia. Energi kimia yang digunakan pada reaksi ini adalah energi yang dihasilkan

dari suatu reaksi kimia, yaitu reaksi oksidasi. Organisme autotrof yang melakukan

kemosintesis disebut kemoautotrof.

8. Mekanisme Kemosintesis?

Menurut Campbell et al. (2002), prokariota paling awal adalah organisme

kemoautotrof yang mendapatkan energi dari bahan kimia anorganik dan menghasilkan

energinya sendiri dan bukannya menyerap ATP. Hal ini disebabkan Hidrogen sulfide

(H2S) dan senyawa besi (Fe2+) sangat berlimpah di bumi purbakala, dan sel-sel primitive

kemungkinan mendapatkan energi dari reaksi melibatkan senyawa tersebut. Beberapa

arkhaea modern saat ini dapat bertahan hidup pada sumber mata air panas yang

mengandung sulfur dan melakukan reaksi kimia yang membebaskan energi.

FeS + H2 S ® FeS2 + H2 + energi bebas

Protein membrane pada prokariota awal kemungkinan menggunakan sebagian

energi bebas yang dihasilkan untuk memecahkan produk H2 menjadi proton dan electron

serta menghasilkan suatu gradient proton sepanjang membrane plasmanya. Dalam bentuk

primitive kemiosmosis, gradient tersebut kemungkinan dapat menyebabkan terjadinya

sintesis ATP.

Campbell et al. (2002), melaporkan percobaan yang dilakukan oleh Van Niel pada

tahun 1930-an untuk mengamati proses fotosintesis pada bakteri yang membuat

karbohidratnya dari CO2 tetapi tidak melepaskan O2, menyimpulkan bahwa pada bakteri

tersebut CO2 tidak terurai menjadi karbon dan oksigen. Satu kelompok bakteri

menggunakan hydrogen sulfide (H2S) dan bukannya air untuk fotosintesis, dan

menghasilkan titik sulfur (belerang) warna kuning sebagai produk limbah dengan

persamaan kimianya:

CO2 + 2H2S ® CH2O + H2O + 2S

Kemampuan melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh beberapa jenis

mikroorganisme, misalnya bakteri belerang nonfotosintetik (Thiobacillus) dan bakteri

nitrogen (Nitrosomonas dan Nitrosococcus). Banyak mikroorganisme di daerah laut

dalam menggunakan kemosintesis untuk memproduksi biomassa dari satu molekul

karbon. Dua kategori dapat dibedakan. Pertama, di tempat yang jarang tersedia molekul

hidrogen, energi yang tersedia dari reaksi antara CO2 dan H2 (yang mengawali produksi

metana, CH4) dapat menjadi cukup besar untuk menjalankan produksi

biomassa.Kemungkinan lain, dalam banyak lingkungan laut, energi untuk kemosintesis

didapat dari reaksi antara O2 dan substansi seperti hidrogen sulfida atau amonia. Pada

kasus kedua, mikroorganisme kemosintetik bergantung pada fotosintesis yang

berlangsung di tempat lain dan memproduksi O2 yang mereka butuhkan (Isnan, 2007).

Bakteri nitrogen, seperti Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi hasil

dengan cara mengoksidasi NH3 yang telah bereaksi dengan CO2 dan membentuk

amonium karbonat ((NH4)2CO3).

(NH4)2CO3 + O2 ® 2 HNO2 + CO2 + Energi

Jenis bakteri lain yang mampu melaksanakan kemosintesis antara lain

Nitrobacter. Bakteri ini mampu mengoksidasi senyawa nitrit dalam mediumnya. Hasilnya

adalah senyawa nitrat dan membebaskan energi yang akan dipergunakan untuk

menyintesis senyawa organik.

Ca(NO2)2 + O2 ® Ca(NO3)2 + Energi