KEBARUAN PENELITIAN
1. PENGARUH KONSENTRASI DAN UKURAN TUBUH TERHADAP BIOAKUMULASI DAN DEPURASI MERKURI PADA Anadara antiquata
ABSTRAK
Kemampuan bioakumulasi dan depurasi merkuri Anadara antiquata diteliti dengan menggunakan perunut radioaktif. Digunakan kerang uji berukuran kecil (10-20 mm) dan ukuran besar (35-45 mm). Konsentrasi Hg2+ 0,0025; 0,005; 0,01; 0,02 µg/L dipaparkan ke medium air dan sedimen yang mengandung perunut 203
Hg2+.Peubah yang diukur yaitu Faktor Biokonsentrasi (BCF), laju pengambilan, fluks masuk, pelepasan, waktu paruh biologis, dan kandungan Hg2+ dalam tubuh, serta pembuatan model untuk prediksi BCF dan laju pelepasan Hg2+. Hasil penelitian menunjukkan bioakumulasi Hg2+ tertinggi pada kerang ukuran kecil
dengan konsentrasi Hg2+ terendah. Peningkatan konsentrasi Hg2+ di air meningkatkan nilai BCF, laju fluks masuk, dan kandungan Hg2+ dalam tubuh kedua kelompok kerang, namun menurunkan laju pengambilan Hg2+ pada kerang ukuran besar. Berdasarkan model, diprediksi konsentrasi Hg2+ rendah di air menghasilkan nilai BCF lebih tinggi; kondisi tunak pada kerang ukuran kecil akan tercapai di hari ke 15, dan pada kerang ukuran besar di hari ke 13. Laju pelepasan Hg2+ selama depurasi, tidak berbeda nyata pada kedua kelompok kerang. Waktu paruh biologis Hg2+ berkisar 3,49 – 7,24 hari depurasi. Tidak terjadi bioakumulasi Hg2+ pada A. antiquata lewat medium sedimen.
Kata kunci: Bioakumulasi, Faktor Biokonsentrasi, merkuri, Anadara antiquata.
ABSTRACT
Mercury bioaccumulation and depuration by the ark cockles Anadara antiquata were investigated using radiotracer. The aquaria experiments has been applied to the smaller size cockles (10-20 mm) and bigger size cockles (35-45 mm). The Hg2+ concentration 0.0025; 0.005; 0.01; 0.02 µg/L were exposed to water and sediment medium that already contained 203Hg2+ tracer. Variables measured were Bioconcentration Factor (BCF), uptake rates, efflux rates, elimination rates, and contents of mercury in cockles body; also modelling of BCF and elimination rates. The results showed that highest Hg2+ bioaccumulation was in smaller cockles with lowest Hg2+ concentration in water. The increased of Hg2+ concentration in water increased the BCF, efflux rates, and contents of Hg2+ on both groups, but decreased the uptake rates on bigger cockles. Based on the models, lower concentration of Hg2+ in water caused higher BCF values on both cockles groups; the steady state would reached in 15 days on smaller cockles, and 13 days on bigger cockles. Based on the models, Hg2+ retention decreased would not significantly different between both group. The Hg2+ biological half times were ranged 3.49 – 7.24 depuration days. There was none of Hg2+ uptakes from the sediment medium on A. antiquata.
Key words: Bioaccumulation, Bioconcentration Factor, mercury, Anadara antiquata.
PENDAHULUAN
Bioakumulasi logam berat dalam tubuh bivalvia merupakan hasil interaksi faktor fisiologi (antara lain tingkat pertumbuhan, laju pengambilan), faktor kimia (antara lain konsentrasi, spesiasi, bioavailabilitas logam), serta faktor lingkungan (antara lain suhu, dan konsentrasi logam dalam pakan) (Gochfeld 2003). Merkuri di lingkungan dapat dibedakan, yaitu merkuri yang bersifat volatile (misal Hg0, (CH3)2Hg), merkuri yang mudah larut dalam air (Hg2+, HgCl2, CH3HgCl, Hg(NO3)2), dan merkuri yang sulit larut dalam air berupa senyawaan komplek organik (CH3HgC) (Boszke et al. 2003). Merkuri di perairan terdistribusi dalam berbagai fraksi (terlarut, tersuspensi, atau berupa endapan di sedimen), dan dalam spesi berbeda (organik maupun anorganik), sehingga bioavailabilitasnya menjadi bervariasi (Wang et al. 2002; Gochfeld 2003). Bioavailabilitas merkuri organik (misalnya metil merkuri CH3Hg) lebih tinggi dibandingkan merkuri anorganik (misalnya ion Hg2+), yang menyebabkan spesi ini lebih cepat masuk ke tubuh biota, dan berikatan dengan jaringan-jaringan yang kaya akan lipid, sehingga efek toksisitasnya menjadi lebih tinggi. Jalur utama bioakumulasi merkuri pada biota akuatik adalah melalui pakan (Banks et al. 2005), namun jalur air memberikan kontribusi cukup signifikan terhadap keseluruhan proses bioakumulasi.
Logam esensial maupun non esensial dapat menimbulkan pengaruh toksik, dan ekotoksik. Logam berat yang masuk ke tubuh hewan akan mengganggu proses-proses biologis dan fisiologis yang dapat menyebabkan kematian hewan, dan mengancam konservasi species. Energi yang terpakai untuk proses ekskresi, dan/atau detoksifikasi logam, akan menurunkan laju pertumbuhan, dan reproduksi, sehingga mengancam densitas populasi, hubungan intra species, maupun antar species (Luoma & Rainbow 2005). Ion-ion logam masuk ke sel tubuh diangkut oleh protein carrier, atau melalui protein channel. Kuantitas ion logam yang diangkut carrier, dipengaruhi oleh kuantitas ion yang dibawa melalui
channel, demikian pula sebaliknya (Chojnacka & Wojciechowski 2007).
Logam berat yang terakumulasi dalam tubuh hewan dibedakan menjadi dua komponen, yaitu logam yang dapat dimetabolisme tubuh (metabolically available metals), serta logam yang disimpan dan didetoksifikasi (stored detoxified metals). Toksisitas logam tidak ditentukan oleh konsentrasi total logam yang terakumulasi, melainkan oleh konsentrasi ambang logam yang dapat dimetabolisme tubuh. Pengaruh toksik muncul jika laju pengambilan logam melebihi laju detoksifikasi dan/atau ekskresi, sehingga konsentrasi logam yang tersedia untuk dimetabolisme tubuh melebihi ambang, akibatnya logam toksik mulai diikat pada tempat-tempat berlangsungnya fungsi metabolik normal (Rainbow 2006).
Proses bioakumulasi logam berat secara kimiawi dapat diterangkan oleh teori Model Ligan Biotik (Biotic Ligand Model, BLM), yang pertama kali dipakai untuk menerangkan fenomena bioakumulasi pada algae (Luoma & Rainbow 2005). Untuk dapat terakumulasi di dalam sel, dan memberikan efek biologis, suatu logam pertama-tama harus berinteraksi dengan membran sel. Dalam sistem larutan, logam berada dalam bentuk ion bebas, atau berupa kompleks ligan. Logam dalam berbagai bentuk ini harus melewati membran sel yang bersifat porus, dan mengandung gugus fungsional sederhana yang didominasi grup oksigen sebagai donor elektron (-COH; -COOH; -P(O) (OH)2). Pada pH netral, kebanyakan gugus fungsional mengalami ionisasi menghasilkan matriks hidrofilik
bermuatan negatif, sehingga ion logam dan bentuk kompleksnya dapat melewati membran plasma. Interaksi antara logam dengan sel tubuh, terdiri atas beberapa langkah : 1) difusi logam ke permukaan sel, 2) adsorpsi logam pada sisi ikatan pasif dalam lapisan pelindung, atau sisi pengikat spesifik pada permukaan luar membran plasma, dan 3) pengambilan logam sepanjang membran plasma (Campbell 2002; Rainbow 2006).
Proses bioakumulasi dapat dijelaskan dengan pendekatan biokinetik, melalui model yang mengkonstruksi hubungan antar proses berbeda. Umumnya dipakai model kompartemen tunggal, yang memperlakukan organisme sebagai suatu kolam homogeni tunggal (single homogenous pool), dengan input pengambilan logam, dan output pelepasan logam (Luoma et al. 2009). Prinsip dalam model kompartemen tunggal, digambarkan sebagai berikut :
pengambilan makhluk hidup pelepasan
K
1C
BK
2Gambar 4. Model kompartemen tunggal (Luoma et al. 2009)
Laju perubahan konsentrasi pencemar pada organisme, ditunjukkan oleh persamaan sebagai berikut (Luoma et al. 2005):
t e w u t t C k C k d dC (1)
dengan Ct=konsentrasi pencemar di tubuh biota pada waktu t (µg/g); Cwadalah konsentrasi pencemar di lingkungan (µg/L); ku adalah konstanta laju pengambilan (per hari); ke adalah konstanta laju pelepasan (per hari); t adalah waktu (hari). Rasio Ku terhadap Ke merupakan nilai Faktor Biokonsentrasi (BCF), atau nilai BCF kondisi tunak (= BCFss) (Whicker & Schultz 1982), sehingga :
BCFt = BCFss (1 – e ke.t) (2) Integrasi persamaan (1), dari suatu Ct awal = 0 dan t = 0, maka konsentrasi Ct pada waktu t yaitu :
(1 ke) w e u t C e k k C (3)
Pada saat konsentrasi di tubuh biota mendekati keadaan tunak (steady state), proses pengambilan dan pelepasan akan berada dalam keadaan setimbang :
t e w u t t C k C k d dC 0 (4) t e w uC k C k (5)
Jika kontak terhadap pencemar diakhiri, pengambilan berhenti, dan kuCw = 0, maka proses pelepasan (depurasi) dirumuskan dalam persamaan:
t e t t C k d dC (6)
Konstanta laju pelepasan (ke) merupakan nilai slope dari pengeplotan kurva presentase pencemar yang tertahan (% retensi) dalam tubuh biota terhadap lamanya waktu pelepasan. Waktu paruh biologis (t1/2b) adalah waktu yang dibutuhkan sehingga konsentrasi pencemar menjadi setengah dari konsentrasinya saat awal, ketika paparan pencemar dihentikan. Nilai t1/2b ditentukan dengan persamaan berikut (Whicker & Schultz 1982) :
t1/2b = 0,693/ke (7)
Pada perkembangan saat ini, pengamatan proses pengambilan bahan pencemar, dapat dilakukan dengan menganalisis kandungan radionuklida perunut radioaktif dalam suatu periode tertentu, yang dikonversi kepada parameter biokinetik, seperti persamaan berikut (Whicker & Schultz 1982) :
Nilai Faktor Konsentrasi (bioconcentration factor, BCF) pada kondisi tunak pada suatu waktu tertentu, merepresentasikan laju pengambilan pencemar pada biota (Fisher 2002).
Persamaan (9) sampai (15) menunjukkan mekanisme total bioakumulasi pencemar dalam tubuh biota melalui fase air. Persamaan ini merupakan model linier dan saturasi, yang menjelaskan hubungan lama paparan pencemar dengan konsentrasi perunut dalam percobaan ini (Luoma et al. 2009):
biota bobot C FK ss ss (9) t k FKt u. (10) t k o t e e A A . (11) e o t A k A (12) e k t1/2 0,693 (13) e u k k FB (14) ) 1 ( k.t ss t e e FK FK (15)
dimana ku = konstanta laju pengambilan, yaitu nilai slope dari pengeplotan BCF terhadap waktu paparan (t); BCFss = BCF pada kondisi tunak (Bq/gr); t1/2 = waktu paruh biologis pencemar dalam hewan uji; At = prosentase pencemar dalam tubuh biota pada proses depurasi (%); A0 = total pencemar yang terakumulasi.
FK = konsentrasi perunut (Bq) / bobot organisme (gr) konsentrasi perunut (Bq) / volume air (ml)
Persamaan (10) dan (12) merupakan persamaan linier proses bioakumulasi dan depurasi, persamaan (11) dan (15) merupakan persamaan model saturasi kedua proses tersebut (Luoma et al. 2009).
Metode perunutan dengan Spektrometri Gamma yang digunakan dalam penelitian ini, didefinisikan sebagai suatu cara pengukuran dan identifikasi zat-zat radioaktif, melalui pengamatan spektrum karakteristik oleh interaksi foton gamma yang dipancarkan oleh zat-zat radioaktif dengan materi detektor. Sinar gamma yang dipantau menghasilkan pulsa listrik, sebagai luaran dari detektor NaITL. Tenaga elektron yang dilepaskan, tergantung pada intensitas gamma yang mengenai detektor. Semakin banyak elektron, maka semakin tinggi pulsa listrik yang dihasilkan, dan semakin banyak cacahan pulsanya. Untuk keperluan analisis kualitatif dan kuantitatif, pulsa listrik tersebut diproses lebih lanjut oleh penguat awal dan peralatan elektronik, berupa penganalisis saluran ganda (multichanel analyzer), sehingga pada layar monitor dapat ditampilkan radiasi spektrum gamma yang tertangkap detektor (Suseno 2011) (Gambar 5).
Gambar 5. Detektor Gamma NaITL dan perangkat perunutan radiotracer