PENGONTROLAN LINGKUNGAN INTERNAL

                PENGATURAN SUHU TUBUH

Metabolisme sangat sensitif terhadap perubahan suhu lingkungan internal seekor hewan.  Sifat-sifat membran juga berubah dengan perubahan suhu. Meskipun spesies hewan yang berbeda telah diadaptasikan terhadap kisaran suhu yang berbeda-beda, setiap hewan mempunyai kisaran suhu yang optimum. Di dalam kisaran tersebut, banyak hewan dapat mempertahankan suhu internal yang konstan meskipun suhu eksternalnya berfluktuasi. Termoregulasi adalah pemeliharaan suhu tubuh di dalam suatu kisaran yang mmembuat sel-sel mampu berfungsi secara efisien. Untuk memahami permasalahan itu dan mekanisme pengaturan suhu, pertama-tama kita perlu membahas pertukaran panas antara organisme dan lingkungannya.

                Empat proses fisik bertanggung jawab atas perolehan panas dan kehilangan panas

Suatu organisme, seperti halnya semua benda, mempertukarkan panas dengan lingkungan eksternalnya melalui empat proses fisik: konduksi, konveksi, radiasi, dan evaporasi. Konduksi adalah perpindahan langsung gerakan termal(panas) antara molekul-molekul lingkungan dengan molekul-molekul permukaan tubuh. Konveksi adalah perpindahan panas melalui pergerakan udara atau cairan melewati permukaan tubuh. Konveksi juga memberikan kontribusi dalam kenyamanan dan kesejukan yang diberikan oleh kipas angin kepada manusia selama hari-hari panas, tetapi sebagian besar dari pengaruh ini disebabkan oleh pendinginan melalui evaporsi. Radiasi adalah pancaran gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh semua benda yang lebih hangat dari suhu absolut nol, termasuk tubuh hewan dan matahari. Radiasi dapat memindahkan panas diantara benda-benda yang tidak melakukan kontakmlangsung, seperti ketika hewan menyerap panas radiasi dari matahari. Evaporasi atau Penguapan adalah kehilangan panas dari permukaan cairan yang kehilangan beberapa molekulnya yang berubah menjadi gas.

                Hewan ektotermik mendapatkan sebagian besar panas tubuhnya dari sekelilingnya; hewan endotermik mendapatkan sebagian besar panas tubuhnya dari metabolisme

Salah satu cara untuk mengelompokkan karakteristik termal hewan adalah dengan menekankan pada sumber utama panas tubuhnya. Seekor hewan ektotermik memanaskan tubuhnya terutama dengan cara menyerap panas disekelilingnya. Jumlah panas yang ia peroleh dari metabolismenya sendiri umumnya dapat diabaikan. Sebagian besar invertebrata, ikan, amfibia, dan reptilia adalah ektotermik. Sebaliknya, seekor hewan endotermik mendapatkan sebagian besar atau semua panas tubuhnya dari metabolisme sendiri. Banyak diantara hewan endotermik mempertahankan suhu lingkungan internal yang hampir konstan meskipun suhu sekelilingnya berfluktuasi. Akan tetapi, suhu tubuh yang konstan tidak membedakan endotermik dari ektotermik.

Hubungan bioenergetik antara suhu tubuh, metabolisme aerobik yang aktif dan mobilitas adalah hal penting dalam evolusi endotermik; bergerak di darat memerlukan lebih banyak upaya dibandingkan dengan bergerak dalam air. Sistem respirasi dan sirkulasi burung dan mamalia yang efisien dapat dianggap sebagai adaptasi yang menyertai evolusi endotermik dan laju metabolisme yang tinggi. Hal ini bukan berarti bahwa ektotermik tidak sesuai dengan keberhasilan hidup di darat. Amfibia dan reptilia mempunyai adaptasinya sendiri untuk menghadapi perubahan suhu pada lingkungan terestrial.

                Termoregulasi melibatkan penyesuaian fisiologis dan perilaku

Baik hewan ektotermik maupun endotermik mengatur suhu tubuhnya dengan menggunakan beberapa kombinasi dari empat kategori umum adaptasi.

1.       Penyesuaian laju pertukaran panas antara hewan dan sekelilingnya. Insulasi tubuh seperti rambut, bulu, dan lemak yang terletak persis dibawah kulit, mengurangi kehilangan panas dari tubuh hewan. Jenis adaptasi yang mengubah pertukaran panas adalah suatu pengaturan arteri dan vena yang disebut sebagai penukar panas lawan arus.

2.       Mekanisme umpan-balik dalam Termoregulasi

Pengaturan suhu tubuh pada manusia dan mamalia darat lainnya merupakan contoh suatu sistem komeostasis kompleks yang fasilitasi oleh mekanisme umpan-balik

3.       Penyesuaian kisaran suhu

Banyak hewan dapat menyesuaikan diri dengan kisaran baru suhu lingkungan dalam waktu beberapa hari atau beberapa minggu, yang merupakan suatu respons fisiologis yang disebut sebagai aklimatisasi. Perubahan musiman merupakan suuatu konteks dimana penyesuaian fisiologis terhadap kisaran baru suhu lingkungan m enjadi penting.

                Torpor menghemat energi selama kondisi lingkungan yang ekstrem

Torpor merupakan suatu keadaan fisiologis alternatif dimana metabolisme menurun dan jantung dan sistem pernafasan mengalami perlambatan. Banyak hewan endotermik memasuki keadaan torpor saat suhu tubuhnya menurun. Hibernasi adalah torpor jangka panjang dimana selama periode tersebut suhu tubuh diturunkan sebagai adaptasi terhadap dinginnya musim dingin dan kelangkaan makanan. Estivasi atau torpor musim panas, ditandai oleh metabolisme yang lambat dan keadaan inaktif. Hibernasi dan estivasi sering kali dipicu oleh perubahan musiman panjang siang hari.

Pada sebagian besar hewan mayoritas sel tidak secara langsung berhubungan dengan lingkungan eksternal, tetapi digenangi oleh suatu cairan tubuh internal. Pada vertebrata dan hewan lain dengan sistem sirkulasi tertutup, kolam internal tersebut adalah cairan interstisial yang dialiri oleh darah. Memelihara suatu keseimbangan antara pengambilan air dari lingkungan eksternal dan kehilangan air ke lingkungan merupakan aspek kunci homeostasis.

                Keseimbangan air dan pembuangan limbah bergantung pada epitelium transpor

Mempertahankan keseimbangan air dan membuang limbah metabolisme memerlukan aliran zat-zat terlarut tertentu dalam jumlah yang spesifik antara seekor hewan dan lingkungannya. Pada sebagian besar kasus zat terlarut itu lewat melalui suatu epitelium transpor yaitu satu atau beberapa lapisan sel-sel epitelium khusus yang mengatur pergerakan zat-zat terlarut. Pada sebagian hewan besar, epitelium transpor tersusun menjadi jaringan tubuler dengan luas permukaan yang sangat besar. Struktur molekuler membran plasma menentukan jenis zat terlarut yang bergerak melewati epitelium transpor itu dan arah pergerakannya.

                Limbah bernitrogen yang berasal dari hewan berkorelasi dengan filogeninya dan habitatnya

Beberapa diantara hasil sampingan metabolisme yang paling toksik adalah buangan yang mengandung nitrigen dari perombakan protein dan asam nukleat. Nitrogen dikeluarkan ketika makromolekul tersebut dirombak dan diuraikan untuk mendapatkan energi, atau ketika makkromolekul diubah menjadi karbohidrat atau lemak. Produk buangan bernitrogen itu adalah amonia, yaitu suatu molekul kecil yang sangat tiksik.

                Sel memerlukan suatu keseimbangan antara perolehan dan kehilangan air secara osmotik

Apakah hewan hidup didarat, dalam air tawaar, atau air asin, atau bergerak keluar-masuk diantara berbagai lingkungan tersebut, satu permasalahan umum akan terjadi: sel-sel hewan itu tidak dapat bertahan hidup pada perolehan netto atau kehilangan netto air. Air secara terus meneur memasuki dan meninggalkan sel hewan menembus membran plasma; akan tetapi, pengambilan dan pengeluaran harus seimbang.  Sel-sel hewan akan membengkak dan pecah jika terjadi pengambilan netto air atau akan mengkerut dan mati jika terjadi kehilangan netto air.

                Osmoregulator menghabiskan energi untuk mengontrol internalnya; osmokonformer bersifat isoosmotik dengan sekelilingnya

Terdapat dua penyelesaian dasar terhadap permasalahan keseimbangan antara perolehan dan kehilangan air. Satu penyelesaian untuk hewan laut adalah tetap bersifat isoosmotik dengan lingkungan air asinnya. Hewan seperti itum yang tisak secara aktif menyesuaikan osmolaritas internalnya, dikenal sebagai osmokonformer. Sebaliknya, osmoregulator merupakan hewan yang harus menyesuaikan osmolaritas inernalnya, karena cairan tubuhnya tidak isoosmotik dengan lingkungan luarnya.

Sistem ekskresi merupakan hal yang pokok dalam homeostasis karena sistem tersebut membuang limbah metabolisme dan merespons terhadap ketidakseimbangan cairan tubuh dengan cara mengekskresikan ion-ion tertentu sesuai kebutuhan.

                Sebagian besar sistem ekskresi menghasilkan urin dengan cara menyaring filtrat yang diperoleh dari cairan tubuh: gambaran umum

Sistem ekskresi sangat beraneka ragam, tetapi semuanya mempunyai kemiripan fungsional. Secara umum, sistem ekskresi menghasilkan urin melalui dua proses utama: filtrasi cairan tubuh dan penyulingan larutan cair yang dihasilkan dari filtrasi itu.

                Sistem ekskresi yang beraneka ragam merupakan variasi dari suatu tema tubular

Cacing pipih mempunyai sistem ekskresi tubuler yang disebut sebagai protonefridia. Protonefridium adalah suatu jaringan kerja tubula tertutup yang tidak mempunyai pembukaan internal. Urin dari sistem tubula mengalir ke lingkungan eksternal melalui lubang yang disebut sebagai nefridiopori.

                Nefron dan pembuluh darah yang terkait merupakan unit fungsional ginjal manusia

Pada mamalia, ginjal adalah sepasang organ berbentuk biji kacang merah. Darah memasuki masing-masing ginjal melalui arteri renal dan meninggalkan masing-masing ginjal melalui vena renal. Meskipun ginjal manusia hanya meliputi sekitar 1% bobot tubuhm ginjal menerima sekitar 20% dari darah yang dipompakan dalam setiap denyutan jantung. Urin keluar meninggalkan ginjal melalui duktus yang disebut ureter. Ureter kedua ginjal tersebut mengosongkan isinya ke dalam kandung kemih. Selama urinasi, urin meninggalkan tubuh dari kandungan kemih melalui saluran yang disebut dengan tubuh dari kandung kemih melalui saluran yang disebut dengan uretra, yang mengosongkan isinya dekat vagina pada perempuan.

                Kemampuan ginjal mamalia untuk menghemat air merupakan suatu adaptasi terestrial yang utama

Osmolaritas darah manusia adalah sekitar 300 mosm/L, tetapi ginjal dapat mengekskresikan urin sampai kepekatan empat kali lipat yaitu sekitar 1200 mosm/L. Kerja kooperatif lengkung Henle dan duktus pengumpul mempertahankan gradien osmolaritas dalam jaringan interstisial ginjal yang memungkinkan pemekatan urin. Kedua zat terlarut yang bertanggung jawab atas gradien osmolaritas ini adalag NaCl, yang dideposit didalam medula renal oleh lengkung Henle, dan urea, yang bocor menembus epitelium duktus pengumpul itu ke bagian dalam medula.

                Sistem saraf dan perputaran umpan-balik hormonal mengatur fungsi ginjal

Meskipun ginjal dapat mengekskresikan urin yang hiperosmotik, namum tidak selalu menguntungkan bagi ginjal untuk melakukan hal itu.

                Adaptasi yang sangat beraneka ragam pada ginjal vertebrata telah dievolusikan pada habitat yang berlainan

Variasi dalam struktur dan fungsi nefron memperlengkapi ginjal dari berbagai vertebrata untuk melakukan osmoregulasi dalam berbagai jenis habitatnya. Ginjal reptilia, yang hanya mempunyai nefron kortikal, menghasilkan urin yang dalam ekadaan terbaik, isoosmotik dengan ciran tubuh. Ginjal amfibia berfungsi mirip dengan ginjal ikan air tawar. Ketika berada dalam air tawar, kulit katak mengakumulasikan garam-garam tertentu dari air melalui transpor aktif, dan ginjal mengekskresikan urin encer. Di darat, dimana dehidrasi adalahh permasalaan osmoregulasi yang paling mendesak, katak menghemat cairan tubuh dengan cara menyerap kembali air melewati epitelium kandung kemih.

                Sistem pengaturan yang saling berinteraksi mempertahankan homeostasis

Pada beberapa kondisi, umumnya oada kondisi-kondisi fisik ekstrem yang sesuai dengan kehidupan organisme tersebut, kebutuhan suatu sistem bisa bertentangan dengan kebutuhan sistem lain. Fungsi hati sangat penting dalam homeostasis dan melibatkan interaksi dengan sebagian besar sistem organ tubuh. Fungsi hati yang sangat beraneka ragam dan interaksinya dengan organ lain memperkuat pernyataan bahwa homeostasis memerlukan kerjasama beberapa sistem tubuh secara terkoordinasi dan terintegrasi.