Zooxanthellae adalah protozoa bersel tunggal (dinoflagellata) yang mampu hidup bersimbiosis dengan invertebrata laut tertentu. Zooxanthellae merupakan
endosimbion intraselluler coklat keemasan dari berbagai
hewan laut dan protozoa, khususnya anthozoa seperti karang scleractinian dan anemon laut tropis. Mereka adalah anggota filum dinoflagellata khususnya alga dinoflagellata, namun dapat juga berasal dari diatom (Riddle, 2006). Menurut Fautin and Allen (1997), zooxanthellae adalah sel tunggal berupa alga dinoflagellata (coklat keemasan) yang hidup bersimbiosis dalam sel-sel beberapa binatang laut seperti kebanyakan terumbu yang membentuk karang di daerah tropis dan anemon laut, beberapa hydroid, dan semua giant clam. Zooxanthellae adalah organisme fotosintetik seperti klorofil a dan klorofil c yang mengandung pigmen-pigmen dinoflagellata pigmen peridinin dan
diadinoxanthin. Pigmen ini memberikan warna
kekuningan dan kecoklatan khas dari banyak spesies inang. Sedangkan Rudwan (2000) menyatakan bahwa zooxanthellae adalah tanaman bersel tunggal yang tinggal dalam jaringan hewan. Mereka adalah kelompok tanaman mikroskopik yang biasanya ditemukan melayang dan mengapung di perairan laut. Zooxanthellae ditemukan pada karang, karang lunak, anemon laut, gorgonian, juga pada invertebrata lainnya seerti Giant Clams (Tridacna) dan beberapa nudibranch. Sebagian besar alga uniselluler yang ditemukan dalam anemon laut adalah dinoflagellata (Dinophyceae) dari genus Symbiodinium (= Gymnodinium) yang umumnya disebut zooxanthellae.
Klasifikasi zooxanthellae adalah sebagai berikut (Rudwan, 2000 dan Riddle, 2006):
Domain : Eukaryota Kingdom : Chromalveolata Superphylum : Alveolata
Genus : Symbiodinium (Gambar 18).
Gambar 18. Alga zooxanthellae (Symbiodinium sp) (Sumber: Rudwan, 2000 dan Riddle, 2006)
Kelompok terbesar dan paling umum dari
dinoflagellata endosimbiotik adalah genus Symbiodinium.
Dinoflagellata ini dapat hidup bebas dalam jumlah besar di jaringan inang. Pada tahap motil dan mastigote ketika berada dalam kolom air, mereka berenang karena telah memiliki dua flagella, sementara ketika berada di dalam jaringan inang, mereka bermetamorfosis menjadi non-motil daan masuk tahap coccoid tanpa memiliki flagella.
Pada sel endodermis anemon laut berlimpah sel-sel zooxanthellae sebagai simbion intrasel-selluler, sebagaimana halnya karang dan beberapa biota avertebrata bentik lainnya. Menurut Toller et al. (2001), karang dan anemon memiliki phototrophic dinoflagellate
endosymbionts dalam genus Symbiodinium yang
umumnya disebut zooxanthellae. Endosymbiosis adalah hubungan simbiotik antara simbion yang tinggal dalam jaringan dengan inangnya.
Kebanyakan hawan karang termasuk anemon laut, relokasi zooxanthellae umumnya terdapat pada jaringan
mesoglea dan gastrodermis baik di tentakel maupun
mesentrinya. Untuk menempuh ini diperlukan tahapan-tahapan endosymbiosis (Veron, 1995). Tahapan endosimbiosis tersebut oleh Lenhoff dan Muscatine (1974) diterangkan melalui 4 mekanisme, yaitu:
Kontak dan pengenalan (Recognition). Infeksi zooxanthellae pada jaringan seluler inangnya terjadi pada saat pelepasan planula, namun tahap ini diperlukan pada setiap perkembangan dari binatang karang. Proses ini merupakan proses transport yang tidak saja mencakup proses fisik akan tetapi juga biokimiawi.
Endocytosis. Merupakan proses pemasukan suatu algae
selular ke dalam jaringan inang. Prosesnya dilakukan setelah mengalami tahap pengenalan dengan kecepatan dan jumlah yang bergantung kepada jenis dan kapasitas dari binatang karang.
Relokasi intraselluler dari simbion, ini berkaitan dengan sistem endoskeleton dari binatang karang. Proses enzimatik yang membantu pelaksanaannya ditentukan oleh fluktuasi pH seluler.
Pertumbuhan dan regulasi kuantitasnya. Proses ini terjadi setelah relokasi dan berlangsung dengan bergantung kepada perubahan faktor-faktor eksternal penentu (limiting faktor) pertumbuhan. Bleaching merupakan salah satu fenomena regulasi dari zooxanthellae dalam jaringan binatang karang.
Menurut Niartiningsih (2001), zooxanthellae hidup bersimbiosis secara luas dalam tubuh berbagai hewan avertebrata laut, yaitu sebagai salah satu komponen yang menyediakan sumber energi dan nutrisi bagi kelangsungan hidup hewan yang menjadi inangnya. Sedangkan Muscatine (1967) menyatakan bahwa zooxanthellae hidup bersimbiosis dengan sekitar 150
genera avertebrata laut, antara lain dengan kima, karang hermatipik, dan anemon laut.
Kebanyakan zooxanthellae bersifat autotrof dan dapat menyediakan energi bagi inangnya hasil transformasi senyawa karbon dari hasil aktifitas fotosintesis. Pada karang, zooxanthellae mampu menyediakan lebih dari 90% kebutuhan energi karang. Sedangkan karang dan anemon mampu memberikan proteksi, shelter, dan supplai karbon dioksida secara konstan untuk kebutuhan aktifitas fotosintesisnya. Populasi zooxanthellae dalam jaringan inang dibatasi ketersediaan nutrien, cahaya matahari, dan kelebihan sel (Rudwan, 2000 dan Riddle, 2006). Pada siang hari, zooxanthellae menghasilkan produk fotosintesis, karbon organik dan nitrogen untuk memasok kebutuhan energi inang mereka yang digunakan hampir 90% untuk metabolisme, pertumbuhan, dan reproduksi. Sebagai imbalannya zooxanthella, menerima nutrisi, karbon dioksida, dan posisi yang ideal untuk mendpatkan akses sinar matahari (Ruppert, et. al., 2004 dan Lohr, et al., 2007). Hasil penelitian menunjukkan, zooxanthellae mampu memberikan kontribusi terhadap fitness inang-inangnya dan produktivitas primer perairan disekitarnya. Ada kecenderungan zooxanthellae menjadi faktor-faktor pengendali dalam kelimpahan dan distribusi anemon laut (Rinkevick, 1989 dan Muscatine and Weis, 1992).
Anemon laut jenis Stichodactyla gigantea memiliki densitas zooxanthellae mencapai 11,46 x 106/cm2 jauh lebih tinggi dibandingkan kima sisik Tridacna squamosa dan karang bercabang Acropora samoensis yang masing-masing hanya mencapai 4,04 x 106/cm2 dan 2,74 x 106/cm2. Begitu pula kandungan klorofil-a anemon mencapai 51,32 mg/m3 lebih tinggi dibandingkan kima dan karang bercabang masing-masing sebesar 28,04 mg/m3 dan 24,68 mg/m3 (Niartiningsih, 2001).
Kehadiran zooxanthellae dan klorofil-a ini sangat penting dalam daur energi bagi anemon laut itu sendiri dan lingkungannya termasuk biota yang berasosiasi dengannya. Dengan kemampuan zooxanthellae aktif berfotosintesis, banyak karbon yang dihasilkan sehingga memungkinan induk semangnya membentuk gliserol, glukosa, dan bahan organik lainnya (Kozloff, 1990).
Interaksi antara zooxanthellae dengan inang terutama anemon laut bersifat mutualisme, melalui hubungan yang saling menguntungkan antara inang dan simbionnya (Frankboner, 1971). Inang menyediakan perlindungan dan menyediakan beberapa hasil metabolisme seperti karbon dioksida dan kemungkinan beberapa nutrien untuk zooxanthellae (Taylor, 1969). Zooxanthellae juga dapat menggunakan produk-produk ekskresi seperti fosfor esensial, sulfur, dan senyawa nitrogen yang berasal dari inang (McLaughlin et al., 1964). Sementara itu zooxanthellae pada anemon laut aktif berfotosintesis, banyak karbon yang dihasilkan sehingga memungkinkan induk semangnya membentuk gliserol, glukosa, dan bahan organik lainnya (Kozloff, 1990). Hasil analisis autoradiographic dalam jaringan
Anemonia viridis (= A. Sulcata) menunjukkan 60%
karbon yang diikat oleh zooxanthellae pada saat fotosintesis ditransfer ke jaringan inang (Taylor, 1969). Menggunakan teknik radioisotop, Stambler and Dubinsky (1987) mengestimasi 45 – 48% hasil fotosintesis ditranslokasi ke inang anemon laut A. viridis.
Zooxanthellae juga menjadi mediasi aliran nutrien antara lingkungan dan hewan inang (D’Elia and Wiebe, 1990 dan Muscatine, 1990). Taylor (1971) menemukan bahwa produk metabolisme simbion adalah gliserol, glukosa, alanin, lemak, asam organik, fosfat organik, dan oksigen. Khusus untuk karang, zooxanthellae juga memiliki peranan mendasar dalam skeletogenesis terumbu karang dan kecepatan pertumbuhan karang
hermatipik. Davies (1984) menemukan 98% total kebutuhan makanan karang dihasilkan dari aktifitas zooxanthellae. Edmunds and Davies (1986) mengamati bahwa untuk Porites porites energi yang diikat dari hasil fotosintesis harian, 26% digunakan respirasi dan pertumbuhan, 22% untuk respirasi zooxanthellae dan pertumbuhan, <1% reproduksi koloni, dan 45% untuk lainnya seperti kehilangan mukus karang.
Sebagaimana diketahui bahwa perairan tropis sangat miskin dengan kandungan nutrien, oleh karena itu karang dan anemon laut sangat bergantung pada kehadiran alga zooxanthellae untuk mendapatkan makanan. Hasil penelitian menunjukkan anemon laut
Aiptasia pallida yang mengalami bleaching akibat
ditinggalkan oleh zooxanthellae. Kehilangan zooxanthellae menyebabkan kehilangan sumber makanan yang pada akhirnya dapat mereduksi fitness inangnya (Gambar 19). Pada Gambar 19 terlihat bawah pada Bagian A tampak Aiptasia pallida normal berwarna coklat dengan simbion alga zooxanthellae yang terdapat pada jaringannya. Pada Bagian B tampak Aiptasia
pallida yang mengalami bleaching ditinggalkan
simbionnya. Pada saat fotosintesis zooxanthellae menggunakan karbon untuk respirasi dan pertumbuhannya kemudian zooxanthellae menghasilkan molekul organik penting seperti gliserol, asam amino, asam lemak. Bahan organik ditranslokasi ke anemon untuk mendukung kebutuhan energi dan material untuk pertumbuhan, perbaikan dan reproduksi (Johnson 2007).
Pola asosiasi antara zooxanthellae dan anemon laut dalam memanfaatkan nutrien adalah sebagai berikut: (1) anemon menghasilkan sisa metabolisme seperti karbon dioksida, amonia, dan fosfat, (2) zooxanthellae menggunakan sisa metabolisme ini untuk produksi molekul biologi. Zooxanthellae membutuhkan karbon
Gambar 19. Anemon laut Aiptasia pallida yang mengalami bleaching. A. Anemon normal yang mengandung simbion alga zooxanthellae. B. Anemon
yang telah ditinggalkan simbion alga zooxanthellae (Sumber: Johnson, 2007).
dioksida untuk sintesis molekul organik. Amonia digunakan oleh asam amino dan molekul biologis yang mengandung nitrogen lainnya. Fosfat digunakan oleh senyawa organik yang mengandung fosfat (contoh ATP dan DNA), (3) produk organik hasil proses sintesis ditranslokasi ke inang, (4) siklus nutrien selanjutnya digunakan untuk survival anemon pada perairan yang miskin nutrien.
Pada anemon laut, alga endosimbiotik terletak dalam sel-sel endodermal (Gambar 20). Mereka terdapat dalam membran vacuola. Lokasi intraselluler alga dikendalikan oleh inang, populasi alga dan hasil fotosintesis alga. Alga zooxanthellae terkonsentrasi dalam tentakel dan oral disk (Gambar 21) karena kedua lokasi tersebut mampu menyediakan sinar matahari secara langsung, daerah permukaannya luas, dan kontrol behavior iluminasi oleh mengembang dan mengkerutnya inang (Shick, 1991).
Gambar 20. Lokasi alga endosimbiotik dalam anemon laut. A. Bagian oral disc Anthopleura elegantissima, tampak batas-batas zooxanthellae (zx) hingga endoderm
(en) dan keberadaannya dari mesoglea (m) dan ectoderm (epi). B. Sisi tentakel Aiptasia pallida, tampak
zooxanthellae (zx) dalam vacoula (v) sel-sel flagellata endodermal. Skala bar = 10 µm. C. Sel-sel endodermal
dari maserasi enzimatik tentakel A. pillida, tampak flagellae afikal (f) dan dua zooxanthellae yang tertutup dalam membran plasma sel (pm). Skala bar = 3 µm. D.
Zoochlorella dan sel-sel debris dalam vacolula sel-sel inang Anthopleura xanthogrammica. Skala bar = 1 µm.
E. Zoochlorella bebas dalam coelenteron A. xanthogrammica, membran vacuola (m) skala bar = 1 µm. (Sumber: A. Trench (1971); B dan C. Glider et al.,
Gambar 21. Konsentrasi alga zooxanthellae pada tentakel dan oral disk. Tampak kandungan klorofil dan
superoxide dismutase (SOD) dan akatifitas katalase pada daerah yang berbeda dari Anthopleura elegantissima. (Sumber: Dykens and Shick, 1984).
Genus Symbiodinium merupakan kelompok terbesar dan paling umum dari dinoflagellata
endosimbiotik. Genus ini merupakan protista alga
uniseluler yang ditemukan di endoderm cnidaria tropis seperti karang, anemon laut, dan ubur-ubur. Selain itu ditemukan pula pada berbagai spesies spons, cacing pipih, moluska seperti kima raksasa, foraminifera (soritids), dan beberapa ciliates. Produk fotosintetis genus ini dirubah dalam inang menjadi molekul anorganik.
Dinoflagellata memasuki sel inang melalui proses
Berbeda dengan sebagian besar moluska, Symbiodinium berada interseluler (diantara sel). Cnidaria yang berasosiasi dengan Symbiodinium umumnya terjadi di daerah oligotrophic hangat (daerah miskin hara), lingkungan laut yang konstituennya dominan komunitas bentik. Oleh karena itu dinoflagellata ini merupakan salah satu mikroba eukariotik yang paling banyak ditemukan di ekosistem terumbu karang.
Symbiodinium ini dikenal dengan sebutan "zooxanthellae" (atau "zoox"), dan biota yang bersimbiosis dengan alga genus ini dikatakan "zooxanthellate" (Blank and Trench (1986). Symbiodinium memiliki peran utama sebagai endosymbionts mutualistik. Ditemukan sangat melimpah di inang, mulai ratusan ribu hingga jutaan per sentimeter persegi (Stimson, et al., 2002). Setiap sel
Symbiodinium yang hidup dan tinggal di sel inang serta
dan dikelilingi oleh membran yang berasal dari
plasmalemma sel inang selama tahapan fagositosis
(Gambar 22 dan 23). Membran ini mungkin mengalami beberapa modifikasi kandungan protein untuk membatasi atau mencegah fusi Phagolisosom (Collley and Trench 1983; Wakefield and Kempf 2001; dan
Shao-En et al., 2010). Struktur vakuola mengandung simbion
ini disebut symbiosome, dan hanya sel simbion tunggal ditemukan dalam setiap symbiosome. Tidak ada kejelasan bagaimana membran ini mengembang untuk mengakomodasi sel pemisah simbion. Dalam kondisi normal, sel-sel simbion dan sel inang saling bertukar molekul organik dan anorganik yang memungkinkan pertumbuhan dan proliferasi dari kedua mitra