Semua kehidupan yang ada di Bumi terpengaruh oleh perubahan iklim. Tapi, makhluk hidup yang tinggal di perairan menghadapi tantangan yang unik. Ketika air menghangat, oksigen yang terlarut lebih sedikit daripada air yang lebih dingin. Akibatnya, lautan, muara, sungai dan danau mengalami proses yang dikenal sebagai “deoksigenasi.”
Ketika kadar oksigen terlarut menurun hingga sekitar 2 miligram per liter-dibandingkan dengan kisaran normalnya yaitu sekitar 5 hingga 10 mg/L-banyak organisme air menjadi sangat stres. Ilmuwan menyebut kadar oksigen rendah ini dengan “hipoksia.”
Industri perikanan global menghasilkan US$362 miliar per tahun. Para ilmuwan sudah memperkirakan hilangnya biomassa ikan karena suhu air yang menghangat. Tapi bisakah kita mengukur efeknya pada ikan secara langsung?
Untuk beberapa dampak perubahan iklim, bisa. Rahasia kehidupan ikan-ikan semakin terbuka melalui penelitian terhadap formasi terkalsifikasi di dalam tengkorak ikan yang disebut sebagai otoliths-yang secara harfiah berarti “batu telinga. ”
Batu-batu dalam kepala ikan
Banyak orang mungkin kaget ketika tahu ikan punya telinga, apalagi ketika mengetahui pada beberapa kasus, ikan punya indera pendengaran yang tajam. Ikan modern memiliki tiga pasang otolith. Otolith ini terbentuk di dalam kantung kecil di bawah kanal berbentuk setengah lingkaran telinga bagian dalam. Otolith ini berfungsi sebagai bagian dari sistem pendengaran dan keseimbangan ikan. (Spesies dengan kerangka yang terbuat dari tulang rawan, seperti hiu dan pari, cuma punya sedikit otolith.)
Otolith terbuat dari kalsium karbonat, sebagian besar dalam bentuk yang disebut aragonit. Ini mirip dengan materi yang membentuk karang keras dan cangkang kerang. Ukuran otolith bisa lebih kecil dari butiran pasir hingga sebesar kacang fava. Batuan ini tumbuh seiring pertumbuhan ikan sepanjang hidupnya. Dan ini menarik sekali bagi ahli biologi ikan.
Di lingkungan yang suhu airnya berubah secara musiman, pada otolith ikan terbentuk rangkaian zona buram dan transparan setiap tahunnya, layaknya lingkaran tahun pada pohon berkayu. Dan yang menakjubkan, ikan muda menyimpan otolith yang sedikit meningkat setiap harinya.
Penemuan ini membawa pemahaman baru tentang sejarah awal kehidupan ikan, karena peningkatan ini–baik secara harian dan tahunan–berhubungan dengan pertumbuhan ikan. Otolith ikan secara umum dianggap sebagai “arsip seumur hidup” untuk usia dan sejarah pertumbuhan ikan.
Unsur kimia dari otolith
Saya telah menghabiskan sebagian besar karir saya mempelajari otolith. Saya meneliti usia dan pertumbuhannya, juga komposisi kimianya.
Struktur kisi kristal aragonit otolith memungkinkan berbagai elemen jejak untuk menggantikan kalsium ketika lapisan otolit diendapkan. Selain itu, sebagian besar unsur dalam otolith ada dalam bentuk isotop berbeda–atom dari unsur yang sama yang memiliki sedikit perbedaan massa karena mengandung berbagai jumlah neutron.
Otolith dapat dianalogikan bagai “kotak hitam” pada kokpit pesawat terbang. Dengan memperlajarinya, kita bisa memanfaatkan sifat otolith yang menerangkan tentang waktu dan perubahan kimiawi ketika ikan tumbuh dan mengalami lingkungan yang berbeda.
Meskipun kami telah berhasil menemukan beberapa mekanisme penyebab, kami masih mempelajari bagaimana cara menafsirkan “kode” di dalamnya.
Paparan hipoksia dan efeknya
Sebagian besar elemen yang membentuk otolith terlarut dalam air laut, yang mengalir melalui insang ikan. Dari situlah bahan kimia masuk ke aliran darah.
Salah satu elemen jejak yang biasa diukur adalah mangan, elemen yang larut ketika kadar oksigen menjadi sangat rendah. Ketika saya meneliti ikan kod Lauth Baltik pada 2009, saya penasaran melihat pola berulang mangan dalam cincin dalam otolith yang terbentuk ketika musim panas.
Saat saya sadar bahwa Laut Baltik adalah salah satu dari “zona mati” terbesar di dunia, saya mengambil kesimpulan dan mengajukan gagasan bahwa mangan dapat menjadi pelacak hipoksia, karena elemen ini merekam ketika ikan secara individual terpapar perairan rendah oksigen.
Sekelompok dari kami mampu melacak bukti untuk hipotesis ini kembali ke Zaman Batu. Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa pelacak ini dapat digunakan di berbagai ekosistem perairan.
Baru-baru ini, ahli ekologi kelautan Universitas Swedia Michele Casini bersama saya menggunakan mangan untuk melacak paparan hipoksia ikan kod Baltik dan menggabungkannya dengan perkiraan sejarah pertumbuhan.
Temuan kami menunjukkan dibandingkan dengan ikan kod sehat yang hanya terpapar hipoksia sedikit atau tidak terpapar sama sekali, ikan yang paling banyak terpapar hipoksia berukuran 39% lebih kecil pada usia 3 tahun dan beratnya 64% lebih ringan. Jika bobot ini diwujudkan dalam bentuk fillet ikan, terlihat betapa serius konsekuensi dari hipoksia.
Terdapat unsur jejak yang berbeda, magnesium, yang tidak peka terhadap hipoksia, namun laju magnesium masuk ke dalam otolith bervariasi dengan tingkat pertumbuhan ikan. Pada ikan yang diuji sejauh ini, tampaknya magnesium juga berkaitan dengan tingkat metabolisme.
Menggunakan wawasan ini, Casini dan saya menemukan hubungan positif yang sangat kuat antara magnesium di dalam otolith dan kondisi tubuh ikan kod Baltik. Ini luar biasa, karena kami memiliki pengukuran kondisi tubuh ikan hanya pada satu titik waktu.
Mengetahui bahwa sepanjang hidupnya ikan mengambil magnesium ke dalam otolith menunjukkan bahwa jika pada saat penangkapan ikan dalam kondisi buruk, ikan tersebut mungkin telah menjalani kehidupan yang buruk di sebagian besar hidup mereka. Hipoksia, penyakit, dan kelaparan tampaknya menjadi penyebab berkurangnya kadar magnesium dalam otolith ikan kod Baltik.
Bisakah otolith melacak suhu perairan?
Dalam temuan terbaru yang menarik, sekelompok ilmuwan di Denmark, Inggris dan Norwegia menganalisis rasio dalam otolith antara dua isotop karbon (karbon 13 dan karbon 12). Rasio ini selain sebagian dipengaruhi oleh karbon terlarut dalam air di sekitarnya, juga secara utama dipengaruhi oleh oleh karbon metabolik dari pernapasan ikan.
Menggabungkan eksperimen laboratorium, pemodelan, dan pengamatan pada ikan liar, tim ini menentukan bahwa mereka dapat mengurai rasio C-13/C-12 yang disebabkan oleh metabolisme, dan menghubungkannya langsung ke jumlah konsumsi oksigen oleh ikan. Meskipun penelitian lebih lanjut masih diperlukan, ada kemungkinan bahwa rasio karbon dan magnesium ini pada akhirnya dapat berfungsi sebagai “respirometer seumur hidup” yang dapat dikaitkan dengan adanya tekanan pada ikan dari air yang lebih hangat, hipoksia, dan kemungkinan adanya pengasaman laut. Hal ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk menguji proyeksi model, misalnya, pertumbuhan yang berkurang di laut yang menghangat.
Bersama dengan kalsium dan karbon, oksigen adalah elemen utama ketiga dalam otolith. Rasio isotop oksigen O-18 hingga O-16 sensitif terhadap salinitas dan suhu. Jika salinitas kurang lebih konstan di tempat ikan hidup, rasio dalam otolith berfungsi sebagai termometer bawaan dalam tubuh ikan.
Para ilmuwan sedang mengeksplorasi koleksi arsip otolith kembali ke 100 tahun lalu untuk sinyal-sinyal ini, dan menemukan bahwa fosil otolith memberikan catatan perubahan suhu variabel selama ribuan tahun. Dalam sebuah makalah yang menggabungkan analisis oksigen dan karbon isotop, para ilmuwan Eropa dan AS telah menunjukkan bahwa otolith tuna sirip biru Atlantik menyediakan catatan penyerapan karbon dioksida di Laut Mediterania.
Dengan mengambil sampel pertumbuhan tahun pertama dalam otolith dari tuna pada berbagai usia, kelompok ini mampu merekonstruksi rekaman dari tahun 1989 hingga 2010. Mereka tidak menemukan perubahan suhu, tapi mendeteksi penurunan rasio isotop karbon stabil yang terkait dengan penyerapan laut karbon dioksida, indikasi terjadinya pengasaman.
Analisis kimia otolith adalah bidang yang berkembang pesat, dan kini kami telah belajar banyak tentang dampak perubahan iklim dari “buku catatan kimia” yang terkandung dalam otolith. Meskipun merupakan pekerjaan yang sulit dan mahal, ini adalah cara terbaik untuk memahami dampak langsung dari perubahan iklim terhadap populasi ikan.
Las Asimi Lumban Gaol menerjemahkan artikel ini dari bahasa Inggris.