Pencemaran adalah komposisi air, udara, atau tanah yang terkontaminasi oleh mahkluk hidup, zat, energi, atau komponen lain sehingga kualitas air, udara, atau tanah menjadi kurang baik bahkan tidak berfungsi. Pencemaran dapat di diukur melalui berbagai metode dan alat dengan baku mutu limbah sebagai patokan. Baku mutu adalah ukuran batas, kadar unsur, dan jumlah unsur pencemar yang dapat ditoleransi oleh ekosistem pada limbah yang akan dibuang atau dilepas ke media air, udara, atau tanah. Baku mutu bertujuan untuk meminimalisir pembuangan limbah yang terlalu berlebihan dan untuk mengukur tingkat kontaminasi suatu air, udara, atau tanah. Perubahan kualitas air dapat berpengaruh terhadap kehidupan manusia maupun organisme yang terpapar. Kualitas air dibagi menjadi beberapa parameter yaitu parameter kimia, parameter fisika, dan parameter biologi yang dapat memburuk secara akut atau kronis.
Kualitas air yang memburuk diakibatkan oleh beberapa sektor seperti sektor industri, sektor rumah tangga, sektor kesehatan, serta sektor pertanian dan perikanan baik dalam bentuk cair maupun padat (Sasongko dkk., 2014). Kualitas air yang memburuk dapat dikarenakan bahan organik dan anorganik yang terakumulasi terlalu tinggi di perairan. Limbah organik adalah limbah yang berasal dari mahkluk hidup yang dapat diuraikan di dalam tanah dan perairan seperti feses dan sisa makanan. Limbah anorganik adalah limbah yang berasal dari zat tidak hidup yang tidak mudah terurai seperti plastik dan logam berat.
Logam berat berdasarkan kebutuhan mahkluk hidup terdiri dari elemen esensial dan elemen non-esensial. Elemen esensial adalah elemen yang dibutuhkan masuk ke dalam sel karena sel tidak mampu menghasilkan elemen esensial sendiri. Elemen esensial bersifat tidak dapat digantikan dengan elemen lain. Elemen non-esensial adalah elemen yang tidak dibutuhkan di dalam sel karena sel dapat memproduksi elemen non-esensial sendiri, elemen non-esensial yang masuk kedalam sel dapat menyebabkan keracunan karena terakumulasi terlalu tinggi. Elemen non-esensial bersifat dapat digantikan dengan elemen lain.
Elemen esensial terdiri dari elemen makro esensial dan elemen mikro esensial. Elemen makro esensial adalah elemen esensial yang dibutuhkan sel dalam jumlah yang tinggi. Elemen mikro esensial adalah elemen esensial yang dibutuhkan sel dalam jumlah yang rendah. Elemen makro esensial dan elemen mikro esensial dibutuhkan oleh sel di dalam tubuh agar sel dapat berfungsi secara optimal. Kandungan elemen yang melebihi ambang batas toleransi suatu organisme dapat menyebabkan gangguan dalam sistem fisiologis sel hingga kematian.
Unsur elemen makro esensial yang dibutuhkan oleh organisme adalah karbon (C), hidrogen (H), nitrogen (N), Oksigen (O), Belerang (S), Kalsium (Ca), Natrium (Na), Kalium (K), Magnesium (Mg), Khlor (Cl), dan Fosfor (P). Unsur elemen mikro esensial yang dibutuhkan oleh organisme adalah Kobalt (Co), Tembaga (Cu), Fluor (F), Iodin (I), Besi (Fe), Mangan (Mn), Molibdat (Mo), Nikel (Ni), Selenium (Se), Silikon (Si), Timah (Sn), Vanadium (V), Arsen (As), Kromium (Cr) dan Seng (Zn). Unsur elemen non-esensial yang tidak dibutuhkan oleh sel adalah Kadmium (Cd), Timbal (Pb), Merkuri (Hg). Ambang batas setiap logam berat berbeda-beda tergantung dari jenis kegiatan pencemaran, jenis logam berat, unsur kandungan logam berat, dan toksisitas logam berat bagi ekosistem.
Skeletonema costatum merupakan fitoplankton jenis diatom yang dapat diproduksi secara massal pada bak terkontrol maupun di tambak. Proses bioremediasi pada setiap spesies fitoplankton berbeda-beda. Mekanisme penyerapan logam berat oleh fitoplankton yang ada di perairan secara umum terjadi melalui proses tranpor pasif dan transpor aktif. Mekanisme transpor pasif berlangsung pada dinding sel melalui proses adsorbsi. Dinding sel fitoplankton mengandung gugus fungsi yang memiliki ion negatif. Gugus fungsi pada dinding sel dapat mengikat logam berat karena ion gugus fungsi pada dinding sel bermuatan negatif, sementara ion pada logam berat bermuatan positif. Mekanisme transpor aktif adalah proses absorbsi ion logam berat yang masuk ke dalam sel dan akan terakumulasi serta terjadi proses detoksifikasi.
Proses detoksifikasi logam berat pada sel fitoplankton terjadi karena terdapat sintesis ion logam berat dengan fitokelatin sehingga logam berat dapat dimanfaatkan sel untuk melakukan proses metabolisme. Logam berat yang belum atau tidak dapat dimanfaatkan oleh sel akan terus terakumulasi pada sel. Akumulasi logam berat pada sel yang terlalu tinggi dapat memperlambat laju metabolisme karena logam berat dapat menjadi inhibitor. Fitokelatin adalah peptida γ-glutamilsistein yang kaya akan gugus tiol (-SH) dengan asam amino glisin pada ujung karboksi. Fitokelatin disintesis dari glutation yang terdiri atas asam glutamat, sisteina, dan glisin oleh enzim fitokelatin sintase dengan keberadaan ion logam berat.
Penulis: Boedi Setya Rahardja
Department of Fish Health Management and Aquaculture, Faculty of Fisheries and Marine, Universitas Airlangga, Mulyorejo Street, Surabaya 60115, Indonesia
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/441/1/012029
The effect of density as Skeletonema costatum bioremediation agent of copper (Cu) heavy metal concentration
N A Pratama, B S Rahardja and L A Sari
IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 441
