PHOTOSYNTHESIS

Introduction

The processes in all organisms—from bacteria to humans—require energy. To get this energy, many organisms access stored energy by eating, that is, by ingesting other organisms. But where does the stored energy in food originate? All of this energy can be traced back to photosynthesis.

Overview of Photosynthesis

Photosynthesis is essential to all life on earth; both plants and animals depend on it. It is the only biological process that can capture energy that originates in outer space (sunlight) and convert it into chemical compounds (carbohydrates) that every organism uses to power its metabolism. In brief, the energy of sunlight is captured and used to energize electrons, which are then stored in the covalent bonds of sugar molecules. How long lasting and stable are those covalent bonds? The energy extracted today by the burning of coal and petroleum products represents sunlight energy captured and stored by photosynthesis almost 200 million years ago.

Plants, algae, and a group of bacteria called cyanobacteria are the only organisms capable of performing photosynthesis (Figure 1.1). Because they use light to manufacture their own food, they are called photoautotrophs (literally, “self-feeders using light”). Other organisms, such as animals, fungi, and most other bacteria, are termed heterotrophs (“other feeders”), because they must rely on the sugars produced by photosynthetic organisms for their energy needs. A third very interesting group of bacteria synthesize sugars, not by using sunlight’s energy, but by extracting energy from inorganic chemical compounds; hence, they are referred to as chemoautotrophs.

Figure  1.1 Photoautotrophs including (a) plants,  (b) algae, and (c) cyanobacteria synthesize their organic  compounds via photosynthesis using  sunlight  as an energy source. Cyanobacteria and  planktonic  algae can  grow over enormous areas in water,  at  times  completely covering  the  surface. In a  (d) deep sea vent,  chemoautotrophs, such  as these (e) thermophilic  bacteria, capture energy from inorganic  compounds to produce organic  compounds. The ecosystem surrounding the  vents   has   a  diverse array  of  animals, such   as tubeworms, crustaceans, and  octopi  that  derive energy from the bacteria. (credit a: modification  of work by Steve Hillebrand,  U.S. Fish and  Wildlife Service; credit b: modification  of work by "eutrophication&hypoxia"/Flickr; credit c: modification  of work by NASA; credit d: University of Washington, NOAA; credit e: modification of work by Mark Amend, West Coast and Polar Regions Undersea Research Center, UAF, NOAA)

The importance of photosynthesis is not just that it can capture sunlight’s energy. A lizard sunning itself on a cold day can use the sun’s energy to warm up. Photosynthesis is vital because it evolved as a way to store the energy in solar radiation (the “photo-” part) as high-energy electrons in the carbon-carbon bonds of carbohydrate molecules (the “-synthesis” part). Those carbohydrates are the energy source that heterotrophs use to power the synthesis of ATP via respiration. Therefore, photosynthesis powers 99 percent of Earth’s ecosystems. When a top predator, such as a wolf, preys on a deer (Figure 1.2), the wolf is at the end of an energy path that went from nuclear reactions on the surface of the sun, to light, to photosynthesis, to vegetation, to deer, and finally to wolf.

Figure  1.2  The  energy stored in carbohydrate molecules from photosynthesis passes  through  the  food  chain.  The predator that eats these deer  receives a portion of the energy that originated in the photosynthetic vegetation that the deer  consumed. (credit: modification of work by Steve VanRiper,  U.S. Fish and Wildlife Service)

Main Structures and Summary of Photosynthesis

Photosynthesis is a multi-step process that requires sunlight, carbon dioxide (which is low in energy), and water as substrates (Figure 1.3). After the process is complete, it releases oxygen and produces glyceraldehyde-3-phosphate (GA3P), simple carbohydrate molecules (which are high in energy) that can subsequently be converted into glucose, sucrose, or any of dozens of other sugar molecules. These sugar molecules contain energy and the energized carbon that all living things need to survive.

Figure  1.3  Photosynthesis uses solar  energy, carbon dioxide,  and  water  to produce energy-storing carbohydrates. Oxygen  is generated as a waste product  of photosynthesis.

The following is the chemical equation for photosynthesis (Figure 1.4):

Figure  1.4  The  basic  equation for photosynthesis is deceptively simple.  In reality,  the  process takes place  in many steps involving intermediate reactants and  products. Glucose, the  primary  energy source in cells,  is made from two three-carbon GA3Ps.

Although the equation looks simple, the many steps that take place during photosynthesis are actually quite complex. Before learning the details of how photoautotrophs turn sunlight into food, it is important to become familiar with the structures involved.

In plants, photosynthesis generally takes place in leaves, which consist of several layers of cells. The process of photosynthesis occurs in a middle layer called the mesophyll. The gas exchange of carbon dioxide and oxygen occurs through small, regulated openings called stomata (singular: stoma), which also play roles in the regulation of gas exchange and water balance. The stomata are typically located on the underside of the leaf, which helps to minimize water loss. Each stoma is flanked by guard cells that regulate the opening and closing of the stomata by swelling or shrinking in response to osmotic changes.

In all autotrophic eukaryotes, photosynthesis takes place inside an organelle called a chloroplast. For plants, chloroplast- containing cells exist in the mesophyll. Chloroplasts have a double membrane envelope (composed of an outer membrane and an inner membrane). Within the chloroplast are stacked, disc-shaped structures called thylakoids. Embedded in the thylakoid membrane is chlorophyll, a pigment (molecule that absorbs light) responsible for the initial interaction between light and plant material, and numerous proteins that make up the electron transport chain. The thylakoid membrane encloses an internal space called the thylakoid lumen. As shown in Figure 1.5, a stack of thylakoids is called a granum, and the liquid-filled space surrounding the granum is called stroma or “bed” (not to be confused with stoma or “mouth,” an opening on the leaf epidermis).

  

Figure  1.5 Photosynthesis takes place  in chloroplasts, which have  an outer  membrane and  an inner membrane. Stacks of thylakoids  called grana form a third membrane layer.

On a hot, dry  day, plants close their stomata to conserve water. What impact will this have on photosynthesis?

The Two Parts of Photosynthesis

Photosynthesis takes place in two sequential stages: the light-dependent reactions and the light independent-reactions. In the light-dependent reactions, energy from sunlight is absorbed by chlorophyll and that energy is converted into stored chemical energy. In the light-independent reactions, the chemical energy harvested during the light-dependent reactions drive the assembly of sugar molecules from carbon dioxide. Therefore, although the light-independent reactions do not use light as a reactant, they require the products of the light-dependent reactions to function. In addition, several enzymes of the light-independent reactions are activated by light. The light-dependent reactions utilize certain molecules to temporarily store the energy: These are referred to as energy carriers. The energy carriers that move energy from light-dependent reactions to light-independent reactions can be thought of as “full” because they are rich in energy. After the energy is released, the “empty” energy carriers return to the light-dependent reaction to obtain more energy. Figure 1.6 illustrates the components inside the chloroplast where the light-dependent and light-independent reactions take place.

Figure  1.6 Photosynthesis takes place  in two stages: light dependent reactions and the Calvin cycle. Light-dependent reactions, which take  place  in the thylakoid membrane, use  light energy to make  ATP and  NADPH. The Calvin cycle, which takes place  in the stroma, uses energy derived  from these compounds to make  GA3P from CO2.

Natural Sciences

What would you expect to see in a museum of natural sciences? Frogs? Plants? Dinosaur skeletons? Exhibits about how the brain functions? A planetarium? Gems and minerals? Or, maybe all of the above? Science includes such diverse fields as astronomy, biology, computer sciences, geology, logic, physics, chemistry, and mathematics (Figure 1.1). However, those fields of science related to the physical world and its phenomena and processes are considered natural sciences. Thus, a museum of natural sciences might contain any of the items listed above.

Figure  1.1  The  diversity  of scientific  fields  includes astronomy, biology,  computer science, geology,  logic, physics, chemistry, mathematics, and many other  fields. (credit: “Image Editor”/Flickr)

There is no complete agreement when it comes to defining what the natural sciences include, however. For some experts, the natural sciences are astronomy, biology, chemistry, earth science, and physics. Other scholars choose to divide natural sciences into life sciences, which study living things and include biology, and physical sciences, which study nonliving matter and include astronomy, geology, physics, and chemistry. Some disciplines such as biophysics and biochemistry build on both life and physical sciences and are interdisciplinary. Natural sciences are sometimes referred to as “hard science” because they rely on the use of quantitative data; social sciences that study society and human behavior are more likely to use qualitative assessments to drive investigations and findings.

Not surprisingly, the natural science of biology has many branches or subdisciplines. Cell biologists study cell structure and function, while biologists who study anatomy investigate the structure of an entire organism. Those biologists studying physiology, however, focus on the internal functioning of an organism. Some areas of biology focus on only particular types of living things. For example, botanists explore plants, while zoologists specialize in animals.

One thing is common to all forms of science: an ultimate goal “to know.” Curiosity and inquiry are the driving forces for the development of science. Scientists seek to understand the world and the way it operates. To do this, they use two methods of logical thinking: inductive reasoning and deductive reasoning.

Inductive reasoning is a form of logical thinking that uses related observations to arrive at a general conclusion. This type of reasoning is common in descriptive science. A life scientist such as a biologist makes observations and records them. These data can be qualitative or quantitative, and the raw data can be supplemented with drawings, pictures, photos, or videos. From many observations, the scientist can infer conclusions (inductions) based on evidence. Inductive reasoning involves formulating generalizations inferred from careful observation and the analysis of a large amount of data. Brain studies provide an example. In this type of research, many live brains are observed while people are doing a specific activity, such as viewing images of food. The part of the brain that “lights up” during this activity is then predicted to be the part controlling the response to the selected stimulus, in this case, images of food. The “lighting up” of the various areas of the brain is caused by excess absorption of radioactive sugar derivatives by active areas of the brain. The resultant increase in radioactivity is observed by a scanner. Then, researchers can stimulate that part of the brain to see if similar responses result.

Deductive reasoning or deduction is the type of logic used in hypothesis-based science. In deductive reason, the pattern of thinking moves in the opposite direction as compared to inductive reasoning. Deductive reasoning is a form of logical thinking that uses a general principle or law to forecast specific results. From those general principles, a scientist can extrapolate and predict the specific results that would be valid as long as the general principles are valid. Studies in climate change can illustrate this type of reasoning. For example, scientists may predict that if the climate becomes warmer in a particular region, then the distribution of plants and animals should change. These predictions have been made and tested, and many such changes have been found, such as the modification of arable areas for agriculture, with change based on temperature averages.

Both types of logical thinking are related to the two main pathways of scientific study: descriptive science and hypothesis- based science. Descriptive (or discovery) science, which is usually inductive, aims to observe, explore, and discover, while hypothesis-based science, which is usually deductive, begins with a specific question or problem and a potential answer or solution that can be tested. The boundary between these two forms of study is often blurred, and most scientific endeavors combine both approaches. The fuzzy boundary becomes apparent when thinking about how easily observation can lead to specific questions. For example, a gentleman in the 1940s observed that the burr seeds that stuck to his clothes and his dog’s fur had a tiny hook structure. On closer inspection, he discovered that the burrs’ gripping device was more reliable than a zipper. He eventually developed a company and produced the hook-and-loop fastener popularly known today as Velcro. Descriptive science and hypothesis-based science are in continuous dialogue.

The Process of Science

Biology is a science, but what exactly is science? What does the study of biology share with other scientific disciplines? Science (from the Latin scientia, meaning “knowledge”) can be defined as knowledge that covers general truths or the operation of general laws, especially when acquired and tested by the scientific method. It becomes clear from this definition that the application of the scientific method plays a major role in science. The scientific method is a method of research with defined steps that include experiments and careful observation.

The steps of the scientific method will be examined in detail later, but one of the most important aspects of this method is the testing of hypotheses by means of repeatable experiments. A hypothesis is a suggested explanation for an event, which can be tested. Although using the scientific method is inherent to science, it is inadequate in determining what science is. This is because it is relatively easy to apply the scientific method to disciplines such as physics and chemistry, but when it comes to disciplines like archaeology, psychology, and geology, the scientific method becomes less applicable as it becomes more difficult to repeat experiments.

These areas of study are still sciences, however. Consider archeology—even though one cannot perform repeatable experiments, hypotheses may still be supported. For instance, an archeologist can hypothesize that an ancient culture existed based on finding a piece of pottery. Further hypotheses could be made about various characteristics of this culture, and these hypotheses may be found to be correct or false through continued support or contradictions from other findings. A hypothesis may become a verified theory. A theory is a tested and confirmed explanation for observations or phenomena. Science may be better defined as fields of study that attempt to comprehend the nature of the universe.

NORMA, DEVIATION DAN LEMBAGA KEMASYARAKATAN

Etika pergaulan sosial yang sudah melembaga di tengah masyarakat disebut Norma, bertujuan untuk mencapai situasi tata tertib, yang apabila terwujud dinamakan dengan organisasi sosial. Lembaga kemasyarakatan diartikan sebagai himpunan norma-norma segala tingkatan yang berkisar pada satu kebutuhan pokok dalam masyarakat. Wujud konkrit lembaga kemasyarakatan adalah asosiasi. Universitas merupakan lembaga kemasyarakatan, sedangkan Universitas Indonesia, Universitas Gajah Mada adalah sebagai bentuk asosiasi. Fungsi lembaga kemasyarakatan sebagai berikut:

• Memberikan pedoman kepada anggota masyarakat
• Menjaga keutuhan masyarakat
• Memberikan pegangan kepada masyarakat untuk mengadakan sistem pengendalian sosial.

Sebuah norma sudah melembaga apabila norma tersebut : Diketahui, Dipahami atau dimengerti, Ditaati, dan Dihargai.

Dalam proses melanggengkan ketentraman dan keharomonisan antar anggota masyarakat diperlukan pengendalian sosial yang merupakan cara pengawasan tanpa kekerasan oleh individu maupun kelompok dalam masyarakat tehadap individu atau kelompok lainnya dalam suatu susunan masyarakat. Pengendalian sosial terkadang kurang disadari, padahal proses tersebut terjadi alamiah dan tanpa diperintah. Apabila pengendalian sosial dicantumkan dalam bentuk tulisan, maka disebut pengendalian sosial formal, artinya berasal dari pihak yang memiliki wewenang secara formal.

Terhadap norma yang sudah berlaku di tengah masyarakat, ada beberapa respon sebagai landasan dibutuhkannya proses pengendalian sosial yaitu pihak Conformity dan pihak Deviation. 

Conformity dan Deviation terkait erat dengan pengendalian sosial. Conformity berarti proses penyesuaian diri dengan masyarakat dengan cara mengindahkan kaidah dan nilai-nilai masyarakat. Deviation berarti penyimpangan terhadap kaidah tersebut. Kondisi kaidah di pedesaan dan perkotaan berbeda. Pedesaan cenderung tetap dan stabil. Sedangkan di perkotaan, kaidah selalu berubah sebab menjadi tempat bertemunya manusia dengan berbagai norma asal yang beranekaragam. Bahkan ada yang berpendapat bahwa conformity di perkotaan bisa mengambat kemajuan dan perkembangan responsif terhadap perubahan. Di bawah ini disebutkan beberapa pelanggaran terhadap Norma-norma Masyarakat, yaitu :

• Pelacuran, diartikan sebagai suatu pekerjaan bersifat menyerahkan diri kepada umum untuk melakukan perbuatan seksual dengan mendapatkan upah.
• Delinkuensi Anak-anak, berupa organisasi atau ikatan sosial anak-anak yang tidak disukai oleh anggota masyarakat pada umumnya. Peristiwanya bisa berupa pencurian, perampokan, pencopetan, penganiayaan, pelanggaran susila, penggunaan obat-obatan terlarang, pengedaran bahan-bahan pornografi, dan lain sebagainya.
• Alkoholisme, tindakan bermabuk-mabukan
• Homoseksualitas, diartikan sebagai tindakan yang menyukai orang yang sejenis kelamin dalam mitra seksualnya. 

Dari telaah filsafat tentang lembaga kemasyarakatan, norma dan penyimpangan masyarakat, mengindikasikan relevansi kuat diperlukannya program-program filsafat ilmu guna memecahkan permasalahan tersebut, terutama berawal dari pergulatan ilmu di tingkat perguruan tinggi. Jika belum ditemukan jawabannya pada saat sekarang, filsuf pendidikan terus mencari jawabannya sepanjang masa tanpa henti.

PERKEMBANGAN FILSAFAT DAN MANFAATNYA

Pada tulisan kali ini akan dijelaskan hubungan filsafat dan manusia, bahwa kehidupan manusia dipenuhi dengan berbagai macam permasalahan, baik yang umum dan harus  segera di atasi karena kesibukan manusia dalam pekerjaan sehari-hari maupun yang bersifat azasi dalam diri manusia terkait dengan hakikat dirinya sendiri dan proses interaksi dirinya dengan Tuhan dan alam sekitarnya. Dari beranekaragam permasalahan itu, yang terbesar mendasar dihadapi oleh manusia adalah permasalahan tentang dirinya sendiri. Pertanyaan yang fundamental tentang manusia ialah

• Bagaimana manusia itu
• Apa sebabnya demikian
• Apa itu sesungguhnya manusia
• Dari mana awalnya dan 
• Ke mana akhirnya

Dari kelima pertanyaan di atas, dua yang depan dijawab oleh ilmu, sedangkan tiga yang terakhir dijawab dan dibahas oleh filsafat. Kemudian pertanyaan mengenai diri manusia itu sendiri mengantarkan kepada bias kontemplasi dalam pertanyaan tentang hakikat alam semesta.  Maka muncul pertanyaan sebagai berikut :

• Kapankah alam semesta terjadi
• Bagaimana terjadinya alam semesta ini
• Dari sumber apa alam semesta ini memperoleh hidupnya
• Dan apakah akhir yang dituju dalam gerakan ini

Selanjutnya, pertanyaan tentang alam semesta ini membawa kepada pemikiran tentang Sang Pencipta manusia dan alam semesta, misalnya :

• Apa Ia suatu pribadi atau bukan pribadi
• Apa Ia suatu pribadi, apakah hakikat dan konstitusi sang pribadi itu
• Apakah Ia satu pribadi seperti kita secara fisik
• Apakah Ia sesuatu proses kerusakan dan kematian atau apakah Ia itu kekal
• Apakah Ia itu satu, dua, tiga,, ataukah lebih dari itu

Pertanyaan tentang dirinya sendiri, alam semesta dan Tuhan akan hadir saat manusia dibebani oleh suatu permasalahan rumit dan memerlukan pemecahan, yang tentunya agar tercapai kefahaman benar yang diharapkan bisa menjawab dan memberi permufakatan internal atas pertanyaan-pertanyaan dalam dirinya, sehingga filsafat mampu mendorong manusia untuk :

• berusaha mengetahui apa yang telah dketahui dan apa yang belum diketahui
• berendah hati bahwa tidak semuanya akan pernah diketahuinya dalam kesemestaan yang seakan tak terbatas ini 
• mengoreksi diri, berani melihat sejauh mana kebenaran yang dicari telah dijangkaunya
• tidak apatis terhadap lingkungan dan nilai yang berkembang di tengah masyarakatnya
• selalu memberikan makna dalam setiap amal perbuatannya

Meskipun jawaban dari para filsuf tidak terjamin sempurna mampu menjadi jawaban atas pertanyaan yang sama oleh manusia lain, tetapi filsuf sangat berguna dalam mengantarkan pada pemecahan permasalahan hidup manusia. 

Filsafat lahir dalam diri setiap manusia yang memandang kehidupannya, sehingga wujud filsafat itu selalu ada, hidup dan memberi kehidupan bagi manusia. Dalam tiap jawaban terhadap sebuah pertanyaan, bagi filsuf akan melahirkan pertanyaan-pertanyaan baru seterusnya yang tidak akan berhenti sampai kapanpun jua. Selain itu, pembahasan untuk menyelesaikan persoalan sehari-hari, manusia selalu dekat dengan pemikiran kaum filsuf, di mana keterbukaan berpikir dan prosesnya akan selalu terjadi seiring wujudnya manusia-manusia baru yang lahir pada suatu masa tertentu dengan permasalahan tertentu pula. Filsafat tidak berhenti meskipun dari kajian ilmu tertentu sebuah permasalahan dianggap sudah selesai dan terjawab melalui karya seseorang dengan penemuannya. Seorang filsuf selalu bersifat terbuka, profesional dalam bidangnya serta harus cerdas menghadapi masyarakat, mampu melihat segala situasi secara tuntas dan penuh kebijaksanaan. 

Dikarenakan filsafat ini membahas sesuatu secara mendasar dan radikal, maka filsafat ini menjadi sumber dari segala pemikiran dalam bidang-bidang tertentu yang pada suatu waktu mengemuka adanya filsafat bahasa, filsafat sejarah, filsafat pendidikan dan filsafat kebudayaan dan lain-lain. Masing-masing konsentrasi pembahasan filsafat membentuk sebuah atau beberapa cabang ilmu yang dapat diterapkan dalam hidup manusia, baik untuk menyelesaikan permasalahan hidup sehari-harinya, maupun untuk mengembangkan proses perjalanan keilmuan baru. 

Sebagai contoh, filsafat bahasa memperhatikan tentang bahasa dan untuk mewujudkan pernyataan-pernyataan yang berbentuk logis, ringkas dan terbaik yang sesuai dengan fakta dan arti yang disajikan.

Pada bab ini juga dijabarkan tentang sejarah perkembangan filsafat yang merupakan studi kritis tentang pembentukan dan perkembangan filsafat dari sejak mula sampai sekarang, dan melintasi masa depan. 

Bentuk filsafat yang “tidak memiliki bentuk” ini menjadikan sejarah tentang filsafat merupakan filsafat itu sendiri, bukan dalam arti pengetahuan yang sudah ada, tetapi lebih dalam arti pengetahuan itu sendiri dalam proses menjadi. Dari pengertian ini, bermula perkembangan para ilmuwan sejarah filsafat lebih mengacu kepada perubahan dan perkembangan-perkembangan temporal filsafat daripada isi dan makna filsafat. 

Filsafat merupakan percaturan dan pergulatan manusia dengan masa-masa sebuah sejarah hidup, baik  manusia maupun proses alam semesta ini, maka sejarah filsafat “tidak memikiki sejarah” dalam arti selalu berkembang sesuai zaman, dan tidak ada kesempurnaan jawaban dari pertanyaan filsafat. “Jawaban yang merupakan pertanyaan” filsafat pada masa tertentu bukan sebuah bentuk kebenaran dan kepastian, akan dijadikan sebagai landasan berpikir kemudian hari. Selama masih ada manusia di alam semesta ini, selama itu sejarah filsafat bersemi dan berkembang tanpa henti. 

Dalam diskusi kritis tentang sejarah filsafat, tidak diperbolehkan membahas apa yang diungkap manusia pada masa lalu, tetapi kebenaran apa yang sudah diungkap, untuk dijadikan sebagai topik pembahasan berikutnya. 

• Perkembangan filsafat tidak memiliki masa lalu, masa sekarang dan masa depan, tetapi memiliki fase-fase perkembangan yang dapat dipetakan berdasarkan belahan masa tertentu, yaitu :
• Filsafat Klasik atau Kuno, berkembang mulai dari permulaan antara orang-orang Yunani di pantai Ionia di Asia kecil sampai pada perwujudan akhirnya dalam Neo-platonisme, termasuk semua bentuk pemikiran India dan China yang memiliki unsur-unsur berpikir filosofis di bawah suatu pandangan moralistik atau religius.
• Zaman Pra-Sokrates, berkembang sebelum masa Sokrates. Ditandai oleh upaya menemukan prinsip (arche) yang menjadi dasar dari segala sesuatu yang ada. Meraba prinsip tersebut, Thales (624-562 SM) menyebut air sebagai azas segala yang ada, Anaximander menyebut yang tak terbatas, Anaximenes menyebut udara, Heraklitus menyebut api, Pythagoras dan para pengikutnya membuat studi tentang alam dalam kaitan dengan angka.
• Zaman para Sofis, berkembang pada masa Protagoras (480-410 SM) sebagai pendiri. Tampil juga Sokrates, Plato, Aristoteles dan semua pengikut mereka dikenal sebagai neoplatonisme, di mana pada saat itu pikiran manusia sudah mulai terarah pada manusia, relasi antar manusia dan relasi manusia dengan alam dan manusia lain.
• Abad Pertengahan dan Skolastisisme, dimulai pada sekitar 500 M sampai 1500 M. Pada masa Agustinus (354-430 M) sampai tahun 1000 M dikenal dalam sejarah filsafat sebagai periode transisi. Kemudian pada abad 11 ditandai tumbuhnya pendidikan dan perguruan-perguruan khusus. Pada abad 12 ditandai oleh tumbuhnya universitas-universitas. Puncak perkembangan sejarah filsafat abad pertengahan bersinar pada abad 13, ditandai oleh karya-karya besar para filsuf seperti Roger Bacon (1214-1293 M), Bonaventura (1217-1274 M), Albertus Agung (1206-1280 M), dan Thomas Aquinas (1224-1274 M). Zaman ini juga disebut Skolastisisme puncak. Salah satu perbedaan filsafat Yunani-Romawi dengan abad pertengahan ialah para pemikir Kristen abad pertengahan percaya akan suatu relevasi Ilahi yang definitif. Relevasi Ilahi ini terkutip dalam kitab suci dan diyakini sebagai kebenaran yang pasti. Ciri khas pada masa ini adalah relasi iman dan akal budi manusia.
• Zaman Renaisans, pada abad 16. Zaman ini juga disebut sebagai zaman kebangkitan, dengan munculnya peristiwa sebagai berikut; 1) adanya usaha menghidupkan kembali karya-karya seni rupa dan sastra, filsafat dan pelbagai aspek lain dari kebudayaan Yunani-Romawi kuno, 2) banyaknya ilmu modern dan penemuan dunia baru yang mengindikasikan kemampuan manusia menguasai alam semakin besar, menguatkan gerakan humanisme baru yang mempengaruhi eropa, 3) berseminya gerakan reformasi dan kontra reformasi. Kalau Renaisans kembali pada keaslian ilham kebudayaan kuno dan humanisme kepada keistimewaan dan kebesaran manusia, memperbaharui kepercayaan kristiani yang dianggap merosot. Pada zaman ini, muncul Nicolo Machiavelli (1469-1527 M) dan Giordano Bruno, yang berbicara banyak tentang kuasa dan manajemen politik manusia dan memperoleh suatu filsafat politik yang relevan dan ditata secara moralis. Bruno mengajarkan suatu Pantheisme  yang mengungkap keinginan untuk memperhatikan dan menyatukan diri dengan alam/kosmos.
• Filsafat Barat Modern, dimulai dengan Rene Descrates di Perancis dan Francis Bacon di Inggris, dengan karakteristik sebagai berikut; 1) tumbuh dalam konteks faktor-faktor kultural dan nasional modern, 2) secara intensif menggunakan bahasa-bahasa daerah setempat dan mengembangkan vokabuler teknis filosofis dalam tiap wilayah linguistik, 3) sangat kuat dipengaruhi oleh metode, konsep, dan persoalan-persoalan yang nampak dalam ilmu-ilmu fisis dan biologis, 4) pelan-pelan memisahkan diri dari kerangka teologis, 5) kesadaran historis dengan meminati pada persoalan genetika dan historisitas manusia. Sebagai perbandingan saja, zaman klasik diisi filsuf yang mencari prinsip-prinsip dasar kosmos (cosmosentris), abad pertengahan berkutat pada filsafat ketuhanan (teosentris), maka pada masa ini konsentrasi pada antroposentris, yaitu segala sesuatu berpusat dan bermuara dari dalam diri manusia sendiri. Penampakan manusia sebagai subyek aktif yang menjadi aktor penguasa  utama dalam perjalanan hidup di alam semesta ini merupakan tema pemikiran filsuf zaman ini.
• Filsafat Kontemporer atau Filsafat Abad 20, ditandai dengan munculnya berbagai aliran berpikir dan madzab filsafat, sehingga sering timbul persilangan pendapat. Filsuf pada adab ini dipenuhi personil profesionalis dalam bidang matematika, fisika, sosiologi, ekonomi, psikologi dan lain-lain.

Ciri khusus filsafat zaman ini adalah desentralisasi manusia, di mana manusia ditempatkan menjadi bahasa sebagai subyek kenyataan. Manusia diambil alih perannya oleh bahasa, sehingga manusia tidak lagi berbicara sendiri tetapi dibicarakan melalui bahasa politik, ekonomi  dan sosial.

1. Filsafat abad 20 di Perancis, ditandai adanya peristiwa di mana filsafat dipelajari mulai sejak sekolah menengah atas, tidak di universitas seperti negara-negara lain, sehingga banyak filsuf dan ilmuwan terkemuka berasal dari negara ini. Keadaan ini berubah sejak tahun 1970, di mana filsafat mulai kurang diperhatikan dan jam pelajarannya semakin dikurangi. Hal ini disebabkan adanya anggapan bahwa filsafat dianggap idealistis-rasionalistis, dan lain sebagianya.
2. Filsafat abad 20 di Inggris dan Jerman. Pada abad ini, filsafat idealisme berkembang pesat di Inggris. Filsafat Hegel berkembang kuat di Inggris, sementara pada saat  yang sama mulai pudar di Jerman, sehingga disebut sebagai filsafat Neo-Hegelisme. Filsafat Idealisme muncul sebagai reaksi atas materialisme dan positivisme yang sangat menguasai eropa pada saat itu. Filsuf yang berpengaruh di Inggris saat itu, Ludwig Wittgenstein (1889-1951 M) dikenal sebagai penemu permainan bahasa dan Alfred Jules (1910-1989) memunculkan filsafat bahasa atau filsafat analitik dengan ajarannya tentang positivisme logis. Di Jerman, muncul ajaran filsafat Neo-kantianisme, fenomenologi, filsafat eksistensi, positivisme, historisisme, dan filsafat dialogis. Neo-kantianisme mengarahkan manusia untuk selalu mengkritisi pengetahuan, dengan mengutamakan akal praktis daripada akal teoretis. Di samping itu, di Jerman juga tumbuh subur filsafat yang menekankan tentang hidup, dikembangkan oleh Wilhelm Ditlhey (1833-1911 M). Pada masa ini juga lahir suatu aliran filsafat dinamakan Fenemenologi yang didasari oleh Edmund Husserl (1859-1938 M), yang menegaskan peran realitas dan bagaimana kita membiarkan gejala dalam realitas membuka diri kepada subyek atau manipulasi data inderawi yang kita peroleh dari realitas. Filsafat Eksistensialisme menjadi populer pada abad 20. Muncul juga Frans Rosenzweig (1886-1929 M) yang melahirkan filsafat dialogis yang menekankan peran pengalaman bukan inderawi, yaitu pengalaman bertemu dengan Allah, dengan dunia dan sesama manusia. Warna filsafat neopositivisme kental menguasai Jerman pada abad 20 ini, dipelopori oleh tokoh-tokoh di antaranya Rudolp Carnap, Otto Neurath, Moritz Schlick, Hans Han dan Karl Popper. Filsafat lain yang mengakar adalah analisis-logis menyangkut filsafat bahasa.
3. Filsafat di Amerika Utara, muncul bersamaan dengan pengaruh pemikiran evolusioner. Pada zaman ini muncul aliran pragmatisme yang menekankan kebenaran pada aspek praktis dan aspek guna, dipopulerkan oleh William James (1842-1910) yang mengklaim bahwa universum yang pluralistik dan milioristik lengkap dengan suatu Allah yang sedang dalam proses perkembangan, tidak hanya lebih merangsang bagi perasaan moral manusia, tetapi juga lebih dekat pada kebenaran tentang adanya. Kesulitan mempertemukan pemuasan dengan pembenaran ide-ide tanpa kembali kepada kemutlakan idealistik dari James, memunculkan aliran naturalisme. Pandangan ini disampaikan oleh George Santayana, bahwa segala sesuatu yang ideal memiliki basis yang riil dalam dunia material yang natural dan segala sesuatu yang riil memiliki suatu modus ideal pemenuhan dalam tata imaginasi. Santayana memandang bahwa roh manusia sebagai suatu tindakan yang tetap, suatu transisi dari materi kepada imaginasi dan kembali lagi kepada materi, dan mereduksikan agama sebagai suatu saringan pelbagai aspirasi lewat permainan imaginasi. Tokoh lain, John Dewey mengajarkan naturalisme yang anti-dualistik dalam hubungan dengan distingsi jiwa-badan, Allah-dunia. Ernest Nagel memasukkan naturalisme ke dalam suatu filsafat ilmu, John Randall Jr. menerapkannya ke dalam filsafat sejarah dan agama, dan Stephen Pepper dalam filsafat tentang ilahi. Gerakan filsafat lain di Amerika adalah filsafat realisme yang mengungkapkan bahwa segala sesuatu tidak tergantung pada pengalaman manusia tentang mereka, tetapi harus dilihat sebagaimana adanya tanpa adanya spekulasi dan idealisasi. Filsafat realisme ini membelah menjadi dua, realisme kritis dan realisme baru. Realisme baru menegaskan bahwa segala sesuatu dapat diinderai secara langsung, di mana dunia ini adalah riil dan obyektif yang tidak akan berubah karena perubahan pengetahuan manusia tentang obyek tersebut. Menurutnya, dunia di sekeliling kita tidak berada dalam kesadaran kita sendiri, sedangkan kita hanya memiliki data rasa dan gambaran-gambaran mental tentang dunia ini. Data rasa ini menunjukkan watak dari obyek luar, dan akal yang mempersepsinya. Setelah Perang Dunia II, di Amerika filsafat berkembang melalui pelbagai bidang ilmu dan teknologi berbarengan dengan pelbagai gejolak dan perkembangan sosial di dalamnya.

SEKILAS TENTANG FILSAFAT

Pada bab ini dijabarkan bahwa filsafat berasal dari bahasa Arab “falsafat”.Sedangkan menurut bahasa Yunani “philosophia” daei bahasa Yunani terurai dua kata istilah “philo” berarti cinta dan “sophia” berarti hikmah atau kebijaksanaan. Jadi “philosophia” berarti cinta akan kebijaksanaan. Karena filsafat itu sendiri sesuatu yang melambangkan wujud abstrak, maka arti dan pemahaman terhadap filsafat juga beraneka ragam sesuai latar belakang dan pendalamannya.

Dengan begitu, maka filsafat memiliki karakteristik khusus, yaitu 1) berfilsafat berarti mencari kebenaran, untuk kebenaran, dalam kebenaran dan melalui jalan penghayatan akan kebenaran, semata-mata karena para filsuf itu suka dan cinta akan kebenaran,tanpa pengharapan pujian, kedudukan dan kemuliaan apapun bentuknya. 2) Berpikir, bahkan secara radikal memikirkan sesuatu yang fundamental dengan membongkar segala sesuatu yang telah ada dan kokoh terbangun, namun tetap sistematis dalam penyusunan langkah pemikiran-pemikirannya, serta menjunjung tinggi universalitas dan integralitas fenomena di alam semesta ini, tidak berpikir parsial dan terperangkap hanya pada bagian tertentu saja.

Di sini juga dipaparkan tentang ruang lingkup filsafat bahwa dengan “bentuk” filsafat yang tidak memiliki bentuk itu, serta proses pemikiran manusia yang tidak akan berhenti dan terus bertanya, baik tentang Tuhan, dirinya dan alam sekitarnya sehingga jawaban-jawaban yang ada juga tidak mampu menghentikan perjalanan pemikiran filsafat,  maka diperlukan suatu batasan dan ruang lingkup agar manusia tetap terarah dan memiliki jalur berpikir jelas. 

Ruang lingkup filsafat dibagi menjadi 5 macam; 1) logika, yaitu suatu studi mengenai metode-metode ideal mengenai berpikir dan meneliti dalam melakukan observasi, introspeksi, deduksi dan induksi serta hipotesa yang merupakan bentuk aktivitas manusia melalui upaya logika agar bisa dipahami, 2) estetika, yaitu studi tentang bentuk dan keindahan atau kecantikan yang sesungguhnya dan merupakan mengenai kesenian; 3) etika, yaitu studi  mengenai tingkah laku yang terpuji yang dianggap sebagai ilmu pengetahuan yang nilainya tinggi; 4) politik, yaitu studi mengenai organisasi sosial yang utama dan bukan berdasarkan perkiraan orang tetapi sebagai seni dan pengetahuan dalam melaksanakan pekerjaan kantor, seperti monarki, aristokrasi, demokrasi, sosialisme, marksisme, feminisme dan lain sebagainya; dan 5) metafisika. Yaitu suatu studi tentang realita tertinggi dari hakikat semua benda materi,  nyata dari benda dan dari akal pikiran manusia dan hubungan antara pikiran manusia dan benda dalam proses pengamatan dan pengetahuan. 

PENGARUH KADAR AIR TERHADAP PERTUMBUHAN TANAMAN

Selama siklus hidup tanaman, mulai dari perkecambahan sampai panen selalu membutuhkan air. Tidak satupun proses kehidupan tanaman yang dapat bebas dari air. Besarnya kebutuhan air setiap fase pertumbuhan selama siklus hidupnya tidak sama. Hal ini berhubungan langsung dengan proses fisiologis, morfologis dan kombinasi ke dua faktor di atas dengan faktor-faktor lingkungan.

Fungsi air bagi tanaman adalah :

1.    Merupakan unsur penting dari protoplasma, terutama pada jaringan meristematik.

2.    Sebagai pelarut dalam proses fotosintesa dan proses hidrolitik, seperti perubahan pati menjadi gula.

3.    Bagian yang esensial dalam menstabilkan turgor sel tanaman.

4.    Pengatur suhu bagi tanaman, karena air mempunyai kemampuan menyerap panas yang baik.

5.    Transport bagi garam-garam, gas dan material lainnya dalam tubuh tanaman.

Kebutuhan air pada tanaman dapat dipenuhi melalui tanah dengan jalan penyerapan oleh akar. Besarnya air yang diserap, oleh akar tanaman sangat tergantung pada kadar air tanah dan kondisi lingkungan di atas tanah. Kisaran kadar air tanah yang tersedia secara optimum berada antara kapasitas lapang (field capacity) dantitik layu permanen (permanent wilting point) (Kramer, 1969). Kondisi ini berada antara 50% sampai 70% air tersedia. Ketersediaan air dalam tanah ditentukan oleh pF (kemampuan partikel tanah memegang air), dan kemampuan akar untuk menyerapnya. Besarnya kemampuan partikel tanah memegang air ditentukan oleh jumlah air dalam tanah. Jumlah air yang diserp oleh akar pada lapisan tanah dari perempat pertama, kedua, ketiga dan keempat berturut-turut adaha 40%, 30%, 20%, dan 10%.

Menurut Burstom (1956), bahwa defisit air langsung mempengaruhi pertumbuhan vegetatif tanaman. Proses ini pada sel tanaman diterntukan oleh tegangan turgor. Hilangnya turgiditas dapat menghentikan pertumbuhan sel (penggadaan dan pembesaran) yang akibatnya pertumbuhan tanaman terhambat.

1. Fotosintesa

Defisit air pada saat proses fotosintesa berlangsung berakibat pada kecepatan fotosintesa. Defisit air akan menurunkan kecepatan fotosintesa. Hal ini sebagai akibat dari menutupnya stomata, meningkatnya resistensi mesofil yang akhirnya memperkcil efisiensi fotosintesa.Hasil penelitan Boyer (1970), menyatakn potensial air sebesar 4 bar akan mengakibatkan berkurangnya perluasan daun sampai sebesar 25% dari maksimum yang dapat diperoleh. Potensial air daun 12 bar mengakibatkan terhentinya peruluasan daun. Hasil fotosintesa per unit luas daun mulai menurun pada potensial air daun 11 bar (Gambar 43).

Apabila melewati potensial air daun 18 bar laju penurunan perluasan daun menjadi maksimum, dan setelah melewati 19 bar sampai 40 bar kecepatan fotosintesa menurun secara drastis dan akhirnya terhenti. Dari penelitian itu disimpulkan bahwa perluasan daun dibatasi oleh ketersediaan air tanah sehingga menurunkan efiiensi fotosintesa. Hal ini berhubungan proses biokimia, karena fotosintesa merupakan proses hidrolisa yang memerlukan air.

Kisaran defisit air dan potensial air daun bervariasi menurut;

a.    Umur tanaman

b.    Posisi daun dalam tajuk

c.     Kondisi-kondisi pertumbuhan

Menurut Yahya (1988), jumlah siklus defisit (stress) yang dialami tanaman pada kondisi yang berbeda akan menunjukkan pengaruh yang berbeda pula. Tanaman kapas yang tumbuh pada “growth chamber” (terkontrol) pada potensial air daun 16 bar mengakibatkan menutupnya stomata. Apabila tanaman yang sama ditanam pada lapangan terbuka, hingga potensial daun mencapai 27 bar belum menunjukkna menutupnya stomata walaupun tanaman juga mengalami siklus kekeringan. Stomata mempunya mekanisme penyesuaian terhadap perubahan kandungan air tanah, yang dipengaruhi oleh kapasitas tanah menyimpan air (water holding capacity). Gambar 44 menunjukkan semakin tinggi kapasitas menyi8mpan air tanah semakin lama waktu yang tersedia bagi stomata untuk kembali pada keadaan semula (non stress).

Penutupan stomata juga dipengaruhi oleh adanya variasi kelembaban relatif yang terjadi di udara. Kelembaban relatif terjadi karena adanya air dalam status uap. Pada suhu tinggi udara akan memegang upa lebih besar dibandingkan dengan suhu rendah. Kelembaban relatif di-nyatakan dalam persentase, ialaah sejumalh uap air pada suatu waktu dibandingkan dengan jumlah total uap air yang dapat diikat oleh udara pada suatu suhu. Kelembaban berperan pada perkmebangan kutikula, mencegah hidrasi kutikula, transpirasi yang akhirnya juga sangat berperan dalam mengurangi adanya water streess. Oleh karena itu dalam hal mencegah water stress kelembaban relatif lebih bervariasi dari satu tempat ke tempat lain dan dari waktu ke waktu, karena dipengaruhi oleh faktor meteorologi dan fisiologi tanman seperti kegiatan transpirasi, respirasi dan fotosintesa.

Kelembaban relatif rendah secara morfologis mempengaruhi endapan lilin yang tebal. Kondisi ini secara fisiologis mempengaruhi kecepatan transpirasi. Lapisan lilin yang tebal menyebabkan terhalangnya energi cahaya mencapai khlorophyl. Sehingga mengurangi efisiensi fotosintesa. Selam kelembaban dalam tubuh tumbuhan berada di atas titik layu, kegiatan metabolisme tak terpengaruhi oleh kelembaban udara. Kelembaban relatif mempengaruhi masuknya air ke dalam jaringan tanaman dan translokasi air dalam tubuh tanaman. Kutikula yang terhidrasi akan meningkatkan aliran air ke daun, karena tekanan daun berkurang. Water stress yang lama dapat meningkatkan tebal dan kepadatan kutikula, menurunkan pemasukan, pelaluan air dan mentabolisme dalam tubuh tanaman. Kelayuan yang berkepanjangan mengakibatkan kutikula kurang permeable pada air. Status ini menimbulkan kelambatan pada pertumbuhan batang dan daun, mengurangi kecepatan transpor ion, menurunkan respirasi, menurunkan aktivitas enzim, megurangi pembelahan sel dan mengurangi sintesa protein. Tetapi meningkatkan enzim hidrolitik, penutup stomata dan mengakibatkan penimbunan asam abisisik.

Pengaruh stress air terhadap sistem fotosintesa bisa juga melalui pengaruh pada kandungan dan organisasi klorofil dalam kloroplass di dalam jaringan atau sel yang aktif berfotosintesa. Pengaruh stress air pada perangkat fotosintesa tanaman jagung dilaporkan oleh Alberte, Thornber dan Fiscus (1977). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa stress air bisa menurunkan kandungan klorofil dan (Gambar 45). Pada tanaman jagung dan tanaman C₄ lainnya stress air berpengaruh negatif pada sel-sel mesofil daun. Pengaruh ini lebih besar daripada sel-sel “bundle sheat” karena menurut Yahya (1988),

Sel-sel mesofil terletak lebih jauh dari jaringan pembuluh yang mensuplai air dengan sel-sel bundle sheat.

a. Kloroplast mesofil lebih terpengaruh karena mengandung lebih banyak “ligh-harvesting chlorophyl a/b protein (Fotosintem II) yang nampaknya labil pada kondisi stress yang sedang sekalipun

b. Kombinasi ke dua proses di atas.

2. Sistem Reproduktif

Keberhasilan persarian dan penyerbukan tanaman akan menggambarkan kapasitas sink tanaman tersebut. Fase reproduktif merupakan fase yang kritis, karena itu pengaruh faktor lingkungan seperti suhu, cahaya, dan air yang langsung terlihat pada sink. Pembuangan, pembuahan dan pengisian biji/buah akan gagal apabila stress air berlangsung lama. Menurut Herrero dan Johnson (1981) bahwa, perpanjangan rambut jagung (silk), tangkai kepala putih (style) terhenti pada air daun (yang meghadap tongkol pertama) kira-kira -9 bar pada tanaman yang mengalami stress kekeringan, dan hanya-14 baru pada tanaman yang diairi cukup. Laju perpanjangan silk dan potensial air daun yang diairi cukup dan tanaman yang mengalami stress kekecingan dapat dilihat pada Gambar 46.

Hasil penelitian Yahya (1982) menunjukkan bahwa stress air (tanpa irigasi) memperlambat munculnya bunga yang akibatnya memperpendek periode pengisisna biji, sehingga meningkatkan pula kandungan air dalam biji sewaktu panen. Tabel 6 memperlihatkan diperlambatnya muncul bunga jantan (tassel) dan bunga betina (silking) selama 4-5 hari karena adanya stress air. Kekeringan yang terjadi menjelang saat pembungaan sangat berpengaruh pada sistem reproduktif (Tabel 7). Pada tanaman padi pengaruh ini meningkatkan sterilitas bunga dan menurunkan persen pengisian biji.

3. Translokasi

Pertumbuhan suatu tanaman selain ditentukan oleh kegiatan fotosintesa (fotsintat) dan perombakan bahan kering oleh respirasi, juga ditentuka oleh kelancaran translokasi fotosintat dan unsur hara ke bagian sink. Bahan yang berfungsi sebagai transpor zat-zat (fotosintat dan unsur hara) dari sel ke sel dan dari organ ke organ adalah air.  Translokasi melalui xylem berupa unsur hara yang dimulai dari akar terus ke organ-organ, seperti daun untuk diproses dengan kegiatan fotosintesa. Fotosintat yang merupakan hasil fotosintesa ditranslokasi melalui phloem ke sink (buah, biji atau umbi) ataupun sebelumnya ke batang (sink sementara), bagi tanaman yang menumpukkan fotosintatnya di batang, seperti tebu. 

Stress air memperlihatkan pengaruhnya melalui terhambtanya proses translokasi. Pengaruh tidak langsung terhadap produksi adalah berukangnya penyerapan hara dari tanah. Hasil penelitian Yahya (1982) dari Universitas Wisconsin, pemupukan nitrogen terhadap kandungan nitrogen (N) dalam daun (komponen klorofil) menunjukkan bahwa adanya stress air kandungan N daun lebih rendah, jauh di bawah titik kritis. Rendahnya penyerapan unsur hara berarti rendah pula laju sintesa-sintesa bahan kering (antara lain protein). Hal ini juga berarti rendah pula hasil akhir yang diperoleh. Secara langsung stress air menurunkan laju translokasi fotosintat ke bagian organ penumpukan (sink) misalnya dalam proses pengisisan biji.