Sejak pertama kali kehidupan aerobik muncul miliaran tahun lalu, gas oksigen (O₂) telah menjadi penentu utama kelangsungan hidup di Bumi. Tanpa zat ini, proses metabolisme kompleks yang menopang hampir seluruh makhluk hidup—dari bakteri mikroskopis hingga paus biru—tidak akan mungkin terjadi. Oksigen yang kita hirup bukanlah hasil kebetulan, melainkan produk sampingan dari sebuah proses biokimia yang paling penting di planet ini: fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan, alga, dan fitoplankton.
Artikel ini akan mengupas tuntas bagaimana oksigen yang dihasilkan oleh dunia tumbuhan menjadi pilar penopang ekologi, biologi, dan keseimbangan iklim global, mengeksplorasi manfaatnya yang melampaui sekadar pernapasan.
Untuk memahami manfaat oksigen, kita harus terlebih dahulu mengapresiasi keajaiban proses yang menciptakannya. Fotosintesis adalah transformasi energi cahaya matahari menjadi energi kimia yang disimpan dalam molekul gula. Reaksi ini membutuhkan karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O), dan sebagai imbalannya, ia melepaskan glukosa (makanan bagi tumbuhan) dan oksigen (O₂).
Oksigen yang kita hirup berasal dari pemecahan molekul air, bukan dari karbon dioksida, sebuah penemuan revolusioner dalam biokimia. Proses ini terjadi dalam dua tahap utama:
Tahap ini terjadi di membran tilakoid dalam kloroplas. Energi cahaya diserap oleh pigmen klorofil, yang kemudian digunakan untuk memecah molekul air—proses yang disebut fotolisis. Elektron dari air dilepaskan dan bergerak melalui rantai transpor elektron. Pada saat yang sama, atom oksigen yang tersisa dari H₂O bergabung membentuk O₂, yang kemudian dilepaskan ke atmosfer. Ini adalah titik di mana oksigen, yang esensial bagi kehidupan lain, terlahir.
Meskipun disebut "gelap," tahap ini tidak harus terjadi di malam hari, tetapi tidak memerlukan cahaya secara langsung. Tahap ini menggunakan energi (ATP dan NADPH) yang dihasilkan dari Reaksi Terang untuk mengubah CO₂ menjadi gula. Oksigen yang dihasilkan pada tahap terang tidak digunakan dalam siklus ini; ia murni merupakan produk buangan yang dibuang ke lingkungan.
Meskipun sering fokus pada hutan dan pepohonan, kita tidak boleh melupakan fitoplankton. Organisme mikroskopis yang hidup di permukaan laut ini adalah mesin fotosintesis paling produktif di dunia. Diperkirakan bahwa fitoplankton bertanggung jawab atas 50 hingga 80 persen dari semua oksigen yang diproduksi di Bumi. Mereka adalah paru-paru biru planet ini, menjaga keseimbangan atmosfer dengan kecepatan dan volume yang luar biasa. Ekosistem laut yang sehat, dengan suhu dan nutrisi yang optimal, sangat penting untuk menjaga pasokan oksigen global.
Manfaat paling mendasar dan krusial dari oksigen adalah perannya sebagai penerima elektron akhir dalam proses respirasi seluler. Ini adalah mekanisme di mana makhluk hidup aerobik (yang membutuhkan oksigen) mengekstrak energi dari makanan mereka secara efisien.
Ketika kita mengonsumsi makanan, molekul seperti glukosa dipecah melalui serangkaian langkah (glikolisis dan Siklus Krebs), menghasilkan elektron berenergi tinggi. Elektron-elektron ini kemudian dibawa ke mitokondria (pusat energi sel) untuk melalui Rantai Transpor Elektron (RTE). Inilah peran penting oksigen:
Tanpa oksigen, sebagian besar kehidupan kompleks yang kita kenal—termasuk manusia—tidak akan memiliki pasokan energi yang cukup untuk mempertahankan fungsi tubuh, pergerakan otot, transmisi saraf, dan pertumbuhan sel. Oksigen memungkinkan skala kehidupan yang besar dan kompleks.
Bahkan ketika oksigen berlimpah, kebutuhan oksigen seluler dapat bervariasi. Misalnya, saat kita melakukan aktivitas fisik intensitas tinggi (latihan sprint), tubuh mungkin tidak dapat memasok oksigen ke otot secepat yang dibutuhkan. Dalam kondisi ini, sel otot beralih ke respirasi anaerobik (fermentasi asam laktat) yang kurang efisien, menyebabkan kelelahan dan penumpukan asam laktat. Ini menunjukkan betapa cepatnya kehidupan kompleks terhambat ketika pasokan oksigen terganggu.
Oksigen yang dihasilkan tumbuhan tidak hanya menopang kehidupan, tetapi juga memicu revolusi evolusioner. Sekitar 2,4 miliar tahun yang lalu, peristiwa yang dikenal sebagai Peristiwa Oksidasi Besar (Great Oxidation Event - GOE) terjadi. Mikroorganisme fotosintetik (cyanobacteria) mulai membanjiri atmosfer dengan O₂. Gas ini pada awalnya beracun bagi banyak bentuk kehidupan anaerobik yang ada, menyebabkan kepunahan massal. Namun, tekanan evolusioner ini memaksa sisa-sisa kehidupan untuk mengembangkan cara menggunakan oksigen—yaitu, respirasi aerobik—yang membuka jalan bagi munculnya organisme multiseluler dan kompleks.
Manfaat oksigen meluas jauh melampaui tingkat seluler. Oksigen yang dipompa oleh tumbuhan dan fitoplankton berperan penting dalam menjaga komposisi atmosfer yang stabil, mendukung siklus air, dan bahkan melindungi kehidupan dari radiasi berbahaya.
Saat ini, atmosfer Bumi terdiri dari sekitar 78% Nitrogen, 21% Oksigen, dan 1% gas lainnya (termasuk Argon, CO₂, dan uap air). Keseimbangan 21% oksigen ini adalah hasil dari milyaran tahun interaksi antara fotosintesis (produksi) dan respirasi/dekomposisi (konsumsi).
Salah satu manfaat paling vital dari oksigen yang dihasilkan tumbuhan adalah perannya dalam membentuk lapisan ozon di stratosfer. Lapisan ini adalah perisai planet yang sangat penting.
Proses pembentukannya adalah sebagai berikut: Radiasi ultraviolet (UV) berenergi tinggi dari Matahari menyerang molekul oksigen (O₂) di atmosfer atas, memecahnya menjadi atom oksigen tunggal (O). Atom-atom oksigen tunggal ini sangat reaktif dan segera bergabung dengan molekul O₂ lain untuk membentuk ozon (O₃).
Lapisan ozon berfungsi menyerap sebagian besar radiasi UV-B yang berbahaya. Radiasi UV-B dapat menyebabkan kerusakan DNA, mutasi, kanker kulit, katarak, dan mengganggu fotosintesis pada tumbuhan. Tanpa perlindungan lapisan ozon yang secara terus-menerus dipertahankan oleh pasokan O₂ dari tumbuhan, kehidupan di darat akan sangat sulit, jika tidak mustahil, karena tingkat radiasi yang mematikan.
Di lingkungan air, baik sungai, danau, maupun lautan, oksigen yang terlarut (Dissolved Oxygen, DO) adalah prasyarat mutlak bagi kehidupan akuatik aerobik. Oksigen terlarut ini disuplai melalui dua cara utama:
Kadar DO yang memadai sangat penting bagi ikan, krustasea, dan invertebrata air untuk bernapas melalui insang mereka. Jika oksigen terlarut jatuh di bawah ambang batas kritis (hipoksia), yang sering terjadi akibat polusi organik atau kenaikan suhu air, ekosistem air dapat mengalami kematian massal. Dengan demikian, kesehatan komunitas tumbuhan air dan fitoplankton secara langsung menentukan kelangsungan seluruh jaring-jaring makanan akuatik.
Selain perannya sebagai penerima elektron akhir, oksigen terlibat dalam berbagai fungsi biologis yang spesifik, memastikan integritas dan fungsi sistem organ pada organisme multiseluler.
Pada manusia dan hewan bertulang belakang, oksigen harus diangkut dari paru-paru ke setiap sel tubuh. Tugas ini diemban oleh protein khusus: Hemoglobin, yang terdapat dalam sel darah merah. Oksigen berikatan secara reversibel dengan atom besi dalam hemoglobin, membentuk oksihemoglobin.
Oksigen adalah senjata utama bagi sel-sel kekebalan tertentu, terutama fagosit (seperti makrofag dan neutrofil), yang bertugas menghancurkan patogen. Proses ini dikenal sebagai Ledakan Respirasi (Respiratory Burst).
Ketika fagosit menelan bakteri atau virus, mereka dengan cepat mengonsumsi oksigen untuk menghasilkan spesies oksigen reaktif (Reactive Oxygen Species, ROS) seperti hidrogen peroksida dan radikal superoksida. Zat-zat ini sangat beracun dan digunakan untuk memecah dinding sel patogen, membuktikan bahwa oksigen, dalam bentuk teraktivasi, adalah bagian penting dari mekanisme pertahanan tubuh.
Oksigen sangat penting untuk penyembuhan luka dan pemeliharaan jaringan. Enzim yang bertanggung jawab untuk sintesis kolagen, protein struktural utama dalam kulit, tulang, dan pembuluh darah, memerlukan oksigen sebagai kofaktor. Tanpa oksigen yang cukup, tubuh tidak dapat memperbaiki kerusakan jaringan secara efektif. Ini menjelaskan mengapa terapi oksigen hiperbarik (menghirup O₂ murni di bawah tekanan) sering digunakan untuk mempercepat penyembuhan luka kronis atau luka bakar parah, dengan memanfaatkan oksigen dari tumbuhan secara maksimal.
Otak adalah organ yang paling rakus oksigen. Meskipun hanya menyumbang sekitar 2% dari berat tubuh, otak mengonsumsi sekitar 20% dari total oksigen yang kita hirup. Neuron sangat bergantung pada respirasi aerobik untuk menghasilkan ATP yang diperlukan guna menjaga potensial membran, mentransmisikan sinyal listrik, dan mensintesis neurotransmiter. Kekurangan oksigen (hipoksia) dalam waktu singkat dapat menyebabkan kerusakan otak permanen. Ketergantungan ekstrem sistem saraf pada oksigen yang stabil menekankan betapa pentingnya tumbuhan menjaga atmosfer kita tetap kaya O₂.
Kepastian pasokan oksigen global bergantung pada dua ekosistem utama: hutan tropis di daratan dan fitoplankton di lautan. Keduanya menghadapi ancaman besar, dan pemahaman akan kerentanan mereka sangat penting.
Hutan hujan seperti Amazon dan Kongo sering dijuluki "paru-paru dunia." Mereka menghasilkan sejumlah besar oksigen melalui fotosintesis. Namun, narasi ini perlu sedikit disempurnakan. Hutan yang sudah dewasa (mature forest) menghasilkan oksigen, tetapi mereka juga mengonsumsi oksigen dalam jumlah besar melalui respirasi (baik oleh pohon itu sendiri maupun oleh organisme yang memecah materi organik yang mati). Secara bersih, hutan dewasa mungkin hanya menyumbang sedikit oksigen tambahan ke atmosfer global.
Kontribusi Nyata Hutan: Kontribusi terbesar hutan terhadap keseimbangan global bukanlah melalui oksigen bersih, melainkan melalui penyerapan Karbon Dioksida (CO₂) dalam jumlah masif dan penyimpanan karbon (carbon sequestration) dalam biomassa mereka. Dengan menghilangkan CO₂ berlebih, hutan secara tidak langsung menjaga efisiensi fotosintesis global dan mencegah perubahan iklim yang dapat mengganggu seluruh produsen oksigen, termasuk lautan.
Fitoplankton jauh lebih penting dalam konteks produksi oksigen bersih global. Mereka memiliki siklus hidup yang sangat cepat; mereka tumbuh, memproduksi oksigen, mati, dan tenggelam, membawa karbon ke dasar laut. Ini berarti mereka adalah produsen bersih oksigen yang luar biasa efisien.
Ancaman terhadap fitoplankton sangat serius:
Gangguan pada ekosistem fitoplankton dapat memiliki efek berjenjang yang jauh lebih cepat terhadap konsentrasi oksigen global dibandingkan dengan hilangnya sebidang kecil hutan.
Secara singkat, ekosistem yang sedang tumbuh (seperti hutan muda, lahan pertanian baru, dan daerah dengan peningkatan populasi fitoplankton) menghasilkan lebih banyak oksigen daripada yang mereka konsumsi, menghasilkan emisi oksigen bersih. Ekosistem yang statis atau menurun (terutama area yang mengalami dekomposisi biomassa yang cepat) mungkin menjadi konsumen oksigen. Oleh karena itu, aktivitas manusia yang mendukung pertumbuhan biomassa (reboisasi, perlindungan terumbu karang, dll.) adalah kunci untuk menjamin stabilitas pasokan O₂.
Ketika hutan terbakar, terjadi dua kerugian besar: pertama, produsen oksigen hilang; kedua, proses pembakaran mengonsumsi oksigen dan secara masif melepaskan CO₂ dan polutan. Kerugian oksigen yang dihasilkan oleh kebakaran hutan besar-besaran adalah sebuah pengingat brutal akan kerapuhan keseimbangan atmosfer yang diciptakan oleh tumbuhan.
Selain manfaat ekologis dan biologis alami, oksigen yang dipanen, diisolasi, dan digunakan dalam industri modern menjadi komoditas vital yang menopang kesehatan dan teknologi manusia.
Oksigen murni yang dipisahkan dari udara (yang awalnya diproduksi oleh tumbuhan) adalah obat esensial dalam kedokteran modern. Ini digunakan untuk:
Teknologi penerbangan dan eksplorasi antariksa sangat bergantung pada oksigen murni yang diproduksi secara biologis atau disintesis dari sumber daya Bumi. Di ketinggian tinggi, tekanan parsial oksigen turun drastis, sehingga pesawat komersial harus menjaga kabin bertekanan. Lebih ekstrem lagi, astronot bergantung pada pasokan oksigen yang ditutup rapat untuk bertahan hidup di ruang hampa udara.
Menariknya, bahkan dalam misi antariksa jangka panjang, konsep sistem pendukung kehidupan ekologis tertutup (seperti yang digunakan di ISS atau yang direncanakan untuk koloni Mars) seringkali melibatkan penanaman tumbuhan (misalnya alga atau tanaman pangan) untuk secara terus-menerus mendaur ulang CO₂ menjadi O₂ dan makanan, meniru peran tumbuhan di Bumi.
Oksigen juga sangat penting dalam industri, terutama dalam proses yang membutuhkan oksidasi cepat atau pembakaran yang sangat panas:
Setiap kubik meter oksigen yang digunakan di rumah sakit, pabrik, atau pesawat terbang, pada dasarnya dapat ditelusuri kembali ke cadangan global yang telah diisi ulang oleh miliaran tahun kerja keras organisme fotosintetik.
Meskipun cadangan oksigen di atmosfer tampak tidak terbatas, laju perubahan lingkungan global menimbulkan kekhawatiran serius tentang kemampuan produsen oksigen utama kita untuk terus berfungsi secara optimal.
Laju deforestasi, terutama di hutan hujan tropis, mengurangi luas permukaan pabrik fotosintesis. Walaupun efek langsungnya terhadap persentase O₂ atmosfer mungkin lambat, dampaknya pada kapasitas planet untuk menyerap CO₂ sangat signifikan. Jika terlalu banyak CO₂ bertahan di atmosfer, itu memicu pemanasan global, yang pada gilirannya mengganggu fitoplankton laut—produsen oksigen bersih terbesar.
Perubahan suhu global adalah ancaman ganda:
Limbah pertanian dan industri yang kaya nutrisi (nitrogen dan fosfor) mengalir ke perairan. Ini memicu pertumbuhan alga yang eksplosif (algal blooms). Meskipun alga ini memproduksi O₂ di permukaan, ketika mereka mati dan tenggelam, proses dekomposisi oleh bakteri di dasar laut mengonsumsi sejumlah besar oksigen terlarut.
Fenomena ini menciptakan Zona Mati (Dead Zones) yang meluas di perairan pesisir, di mana kadar oksigen sangat rendah (anoksia) sehingga kehidupan akuatik tidak dapat bertahan hidup. Zona mati adalah contoh lokal yang dramatis tentang bagaimana gangguan ekosistem dapat mengubah ekosistem yang seharusnya menjadi produsen O₂ menjadi konsumen O₂ yang ganas.
Oksigen yang dihasilkan tumbuhan adalah hadiah abadi yang diberikan kepada biosfer secara gratis. Penghargaan terhadap proses ini harus diterjemahkan menjadi tindakan konservasi yang nyata dan berkelanjutan, mengakui bahwa keberlanjutan hidup kita sangat terikat pada keberlanjutan dunia hijau.
Upaya untuk menjamin pasokan oksigen global harus fokus pada perlindungan dan pemulihan semua ekosistem fotosintetik, baik di darat maupun di laut.
Hubungan antara tumbuhan dan makhluk hidup lain adalah salah satu mutualisme paling fundamental di planet ini. Kita menyediakan CO₂ (limbah kita) yang mereka butuhkan, dan mereka menyediakan O₂ (limbah mereka) yang kita butuhkan. Keseimbangan ini telah bertahan selama miliaran tahun. Tugas manusia modern adalah memastikan bahwa laju limbah CO₂ kita tidak melebihi kapasitas penyerapan dan produksi O₂ dari ekosistem alami.
Jika kita gagal melindungi hutan dan lautan, kita tidak hanya kehilangan sumber daya alam, tetapi kita juga merusak sistem pendukung kehidupan planet yang menghasilkan udara yang kita hirup, filter air yang kita minum, dan menjaga stabilitas iklim yang memungkinkan peradaban kita berkembang.
Pemahaman tentang oksigen yang dihasilkan tumbuhan juga memberikan wawasan tentang bagaimana kehidupan bertahan di kondisi paling ekstrem dan bagaimana kita mencari kehidupan di luar Bumi.
Beberapa organisme telah mengembangkan adaptasi yang luar biasa untuk bertahan hidup di lingkungan dengan oksigen rendah (hipoksia), seperti di puncak gunung tinggi atau di perairan yang sangat tercemar. Adaptasi ini sering melibatkan peningkatan efisiensi pengikatan oksigen (misalnya, mamalia dataran tinggi dengan Hemoglobin yang dimodifikasi) atau kemampuan untuk beralih ke metabolisme anaerobik dalam jangka waktu yang lebih lama.
Namun, organisme ini adalah pengecualian, bukan aturan. Sebagian besar biomassa dan keanekaragaman hayati planet bergantung pada kelimpahan oksigen, yang merupakan warisan ekologis dari kerja keras tumbuhan purba dan modern.
Diperkirakan bahwa total biomassa tumbuhan di Bumi mencapai sekitar 450 gigaton karbon. Semua karbon ini pernah berupa CO₂ yang diambil dari atmosfer. Ketika kita mempertimbangkan bahwa setiap molekul karbon yang diikat melalui fotosintesis melepaskan setidaknya satu molekul oksigen, skala operasi pabrik O₂ alami ini sungguh menakjubkan. Keberadaan oksigen dalam jumlah besar di atmosfer adalah bukti fisik dari dominasi dan kesuksesan tumbuhan sebagai produsen primer planet ini.
Oksigen dan karbon dioksida adalah dua sisi dari mata uang yang sama. Mereka terikat erat dalam siklus biogeokimia. Tumbuhan mengambil CO₂ dan melepaskan O₂. Hewan dan dekomposer mengambil O₂ dan melepaskan CO₂. Siklus sempurna ini disebut Siklus Biologis Pendek.
Namun, pembakaran bahan bakar fosil (karbon yang telah tersimpan selama jutaan tahun) mengganggu siklus ini. Kita melepaskan CO₂ purba tanpa pasokan O₂ yang setara untuk menyerapnya dengan cepat. Inilah yang menyebabkan ketidakseimbangan iklim, meskipun persentase oksigen atmosfer (21%) saat ini masih sangat stabil. Fokusnya bukan pada hilangnya oksigen, melainkan pada kelebihan karbon yang merusak sistem yang memproduksi oksigen.
Selain O₂, tumbuhan menghasilkan uap air (melalui transpirasi), yang memicu curah hujan dan menjaga siklus air global. Mereka juga menyerap polutan udara lainnya. Stomata (pori-pori) pada daun tidak hanya digunakan untuk mengambil CO₂ dan melepaskan O₂, tetapi juga untuk menyerap polutan seperti ozon tingkat permukaan, sulfur dioksida, dan partikel halus. Dengan kata lain, oksigen hanyalah salah satu dari banyak layanan ekosistem yang diberikan tumbuhan secara gratis kepada semua makhluk hidup.
Oksigen adalah penentu efisiensi. Respirasi aerobik yang dimungkinkan oleh oksigen dari tumbuhan menghasilkan energi yang luar biasa besar, memungkinkan pengembangan makhluk hidup yang cerdas, bergerak cepat, dan mampu beradaptasi secara kompleks. Tanpa efisiensi energi yang tinggi ini, evolusi kehidupan tidak akan pernah mencapai kompleksitas seperti sekarang.
Bumi adalah sistem pendukung kehidupan ekologis tertutup raksasa. Oksigen tidak dihasilkan dari luar angkasa; ia terus didaur ulang dan diciptakan di tempat. Ketergantungan total kita pada fungsi ekosistem, terutama fotosintesis, harus menjadi dasar dari setiap kebijakan konservasi global. Setiap pohon yang ditebang, setiap patch fitoplankton yang musnah akibat polusi, mengurangi sedikit kapasitas planet untuk mempertahankan lingkungan yang mendukung kehidupan aerobik.
Oksigen yang dihasilkan oleh tumbuhan bukan sekadar bonus; ia adalah warisan geologis dan biologis yang harus kita jaga dengan segala cara. Ini adalah fondasi kimia yang memungkinkan mamalia, serangga, burung, dan ikan untuk bernapas, bergerak, berpikir, dan berkembang.