topik hidayat

Menggairahkan Pembelajaran Taksonomi Di Kelas Menggunakan Metode Fenetik

Topik Hidayat

Departemen Pendidikan Biologi, FPMIPA, Universitas Pendidikan Indonesia
Dr. Setiabudi 229 Bandung 40154 Indonesia

E-mail: topikhidayat@upi.edu

 

Evolusi tidak diragukan lagi merupakan kerangka teoritik dan praktik yang terpenting dalam biologi modern (Brewer, 1996). Dalam taksonomi misalnya, sistem klasifikasi yang dipercaya memiliki tingkat kevalidan yang tinggi adalah sistem yang dibangun berdasarkan pada hubungan evolusi/kekerabatan. Melalui kajian evolusi ini, pola-pola alami dari obyek organisme yang sedang dipelajari akan muncul, yang mengarah kepada pemahaman yang komprehensif tentang status keanekaragaman organisme tersebut.

Dalam dunia pendidikan kita, taksonomi dan evolusi telah menjadi bagian terpenting dalam kurikulum dari mulai tingkat sekolah dasar sampai perguruan tinggi dengan berbagai modifikasi yang disesuaikan dengan perkembangan intelektual mereka. Meskipun belum ada data yang signifikan, perhatian mahasiswa biologi terhadap materi kuliah tentang taksonomi dan evolusi cenderung rendah. Mereka memandang kedua materi kuliah ini penuh dengan hapalan. Kebanyakan mahasiswa berpendapat bahwa taksonomi dan evolusi hanya bersifat teoritis sehingga membosankan. Tidak salah kalau mereka melihat kedua subyek kuliah ini bersifat deskriptif dan spekulatif, sulit untuk dibuktikan.

Menurut Harvey dan Pagel (1991) inti permasalahan tidak terletak pada mahasiswa, tetapi lebih pada kurangnya penugasan (workable assignments) yang diberikan oleh dosen kepada mahasiswa selama berlangsungnya pembelajaran di kelas. Penugasan yang diberikan semestinya mengilustrasikan bagaimana para ilmuwan biologi atau ahli taksonomi bekerja untuk melakukan pengujian terhadap hipotesis tentang pola hubungan evolusi/kekerabatan dalam sebuah kelompok organisme biologi sebelum sebuah sistem klasifikasi diusulkan. Dalam makalah ini akan dibahas kemungkinan penggunaan metode fenetik sebagai bentuk penugasan untuk menguji hubungan evolusi/kekerabatan dalam kelompok tumbuhan berbiji.

Sistematik dan Fenetik

Sistematik memiliki peran sentral di dalam Biologi dalam menyediakan sebuah perangkat pengetahuan untuk mengkarakterisasi organisme dan sekaligus merekognisinya dalam rangka memahami keanekaragaman. Secara fundamental, sistematik bertujuan untuk memahami dan mendeskripsikan keanekaragaman suatu organisme dan merekonstruksi hubungan kekerabatannya terhadap organisme lainnya (Gravendeel, 2000), dan juga mendokumentasikan perubahan-perubahan yang terjadi selama evolusinya dan merubahnya ke dalam sebuah sistem klasifikasi yang mencerminkan evolusinya tersebut (Systematics Agenda, 2000). Oleh karena itu, salah satu tugas yang penting dari sistematik adalah merekontruksi hubungan evolusi (evolutionary relationship) dari kelompok-kelompok organisme biologi. Sebuah hubungan evolusi yang direkontruksi dengan baik dapat digunakan sebagai landasan untuk melakukan penelitian-penelitian komparatif (comparative investigations) misalnya dalam bidang ekologi dan biogeografi.

Ada dua metode untuk merekonstruksi hubungan evolusi dari sebuah kelompok organisme biologi, yaitu kladistik dan fenetik. Kalau metode pertama mendasari sebuah hubungan pada perjalanan evolusi karakter atau ciri dari setiap anggota suatu kelompok yang sedang dipelajari, maka yang kedua menaksir hubungan evolusi berdasarkan kepemilikan karakter atau ciri yang sama (overall similarity) dari anggota-anggota suatu kelompok.

Terdapat lima langkah dalam melakukan analisis fenetik. Pertama, menyeleksi organisme yang akan dianalisis (disebut Taksa), karakter, dan ciri (character state). Taksa dimaksud bisa berupa divisi/filum, kelas, bangsa, famili, marga, jenis, varitas, dll. Karakter dan ciri dapat bersumber dari morfologi organ vegetatif dan generatif. Karakter biasanya meliputi hanya dua ciri, ada (diberi kode 1) dan tidak ada (diberi kode 0). Tetapi, karakter bisa memiliki banyak ciri (multistate characters).

Kedua, menentukan tingkat kesamaan antara pasangan taksa dengan menghitung koefisien kesamaan. Saat ini telah banyak formula untuk menghitung koefisien kesamaan, tetapi secara sederhana koefisien kesamaan dihitung berdasarkan hasil bagi antara jumlah karakter yang sama dengan total karakter yang digunakan. Langkah ketiga adalah menyusun koefisien kesamaan di atas ke dalam bentuk matriks kesamaan.

Keempat, nilai-nilai kesamaan dalam matriks kesamaan selanjutnya dibuat klastering. Langkah ini dilakukan dengan cara mengidentifikasi pasangan taksa yang memiliki koefisien kesamaan tertinggi, selanjutnya disusun sampai pada pasangan taksa yang memiliki kesamaan terendah. Terakhir, menghitung kembali koefisien kesamaan pasangan taksa yang tersisa dan menyusun kembali matriks kesamaan yang baru.

Kelima, merekonstruksi pohon kekerabatan fenetik (biasa disebut Fenogram). Fenogram dibentuk berdasarkan klastering yang telah dilakukan. Pohon fenetik memiliki skala 0-1, yang mencerminkan jarak fenetik (phenetic distance).

Latihan di kelas

Dalam bagian ini akan dibahas bagaimana mahasiswa yang mengambil mata kuliah Phanerogame melakukan analisis fenetik terhadap beberapa marga tumbuhan dari subkelas Zingiberidae (kelas Liliopsida; divisi Magnoliophyta) berdasarkan karakter morfologi. Bophan, yang merupakan mata kuliah wajib di Jurusan Pendidikan Biologi FPMIPA UPI Bandung, memfokuskan diri pada sistematik, taksonomi, dan evolusi dari kelompok tumbuhan berbiji (divisi Pinophyta dan Magnoliophyta).

Mahasiswa menyeleksi empat marga, yaitu Musa (A), Heliconia (B), Zingiber (C), Costus (D), dan menyeleksi lima karakter yaitu spata (1), aromatis (2), perbungaan jantung (3), perbungaan tegak (4), dan rizoma (5). Di bawah ini merupakan matriks taksa x karakter.

 

 

1 2 3 4 5
A 1 0 1 0 0
B 1 0 0 0 0
C 0 1 0 0 1
D 0 1 0 1 1

 

0 = tidak ada   1 = ada

 

Langkah selanjutnya mahasiswa menghitung koefisien kesamaan.

Kesamaan AB = 4/5 = 0,8

Kesamaan AC = 1/5 = 0,2

Kesamaan AD = 0

Kesamaan BC = 2/5 = 0,4

Kesamaan BD = 1/5 = 0,2

Kesamaan CD = 4/5 = 0,8

 

Matriks kesamaan akan disusun menjadi:

A B C D
A 1
B 0,8 1
C 0,2 0,4 1
D 0 0,2 0,8 1

 

Selanjutnya klastering dilakukan dengan mengidentifikasi pasangan taksa yang memiliki kesamaan yang tinggi. Klastering-1 adalah pasangan taksa AB, dan untuk memudahkan disebut P.

P C D
P 1
C ? 1
D ? 0,8 1

 

Selanjutnya dihitung kembali koefisien kesamaan:

Kesamaan PC = 0,2+0,4 = 0,6/2 = 0,3

Kesamaan PD = 0+0,2 = 0,2/2 = 0,1

 

Maka matriksnya menjadi:

P C D
P 1
C 0,3 1
D 0,1 0,8 1

 

Klastering-2 adalah pasangan taksa CD, dan disebut Q.

P Q
P 1
Q ? 1

 

Selanjutnya koefisien kesamaan PQ dihitung, dan diperoleh:

Kesamaan PQ = 0,3+0,1 = 0,4/2 = 0,2

 

Maka matriksnya akan menjadi:

P Q
P 1
Q 0,2 1

 

Langkah terakhir adalah merekonstruksi pohon fenetik (fenogram), dan dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

 

 

 

 

 

 

A    B       C     D

 

 

0,8

 

 

 

 

0,2

 

0

 

Melalui latihan ini, mahasiswa dituntut untuk menguji hipotesis yang menyatakan bahwa marga Musa dan Heliconia memiliki hubungan evolusi/kekerabatan yang sangat dekat, sehingga pada sistem klasifikasi yang lama keduanya ditempatkan dalam satu famili, yaitu Musaceae. Kondisi yang sama terjadi pada dua marga yang lain, yaitu Zingiber dan Costus. Pada sistem klasifikasi yang lama Zingiber dan Costus termasuk ke dalam famili Zingiberaceae. Dan hasilnya, mahasiswa dapat membuktikan hipotesis di atas melalui analisis fenetik yang dilakukannya.

Karena ilmu dan pengetahuan manusia terus berkembang, saat ini keempat marga di atas terpisah ke dalam empat famili yang berbeda, berturut-turut adalah Musaceae, Heliconiaceae, Zingiberaceae, dan Costaceae. Pemanfaatan data molekuler (DNA) telah menguatkan entiti dari keempat famili di atas di dalam taksonomi kontemporer magnoliophyta.

Bagaimana melakukan evaluasinya?

Tingkat kepercayaan (reliability level) dari fenogram yang dihasilkan tergantung kepada jumlah spesimen yang terlibat, jumlah karakter yang digunakan, akurasi dan presisi dari pengamatan terhadap karakter yang dipilih, kerunutan langkah-langkah yang telah ditetapkan, dan jenis software komputer yang digunakan (kalau melibatkan data yang massif maka untuk memudahkan analisis sering digunakan software komputer). Tentu saja semakin banyak jumlah spesimen dan karakter yang digunakan, maka tingkat kepercayaan akan semakin tinggi.

Dalam konteks pembelajaran di kelas, evaluasi dapat diterapkan dengan mengacu kepada informasi yang telah disebutkan di atas. Komponen evaluasi dapat meliputi:

  1. Karakter yang dipilih (karakter hendaknya bersifat variatif; lihat kembali contoh di atas)
  2. Akurasi pengamatan terhadap karakter yang dipilih (dosen hendaknya memonitor apakah pengamatan dilakukan dengan benar)
  3. Kerunutan langkah-langkah yang telah ditetapkan (karena analisis fenetik merupakan sebuah proses yang satu sama lain saling berhubungan, maka kesalahan satu langkah akan menimbulkan efek domino)
  4. Topologi fenogram yang dihasilkan (topologi fenogram yang terbentuk mengacu kepada hipotesis yang akan diuji)

Rekomendasi

Meskipun contoh latihan analisis fenetik yang disampaikan dalam artikel ini dilakukan oleh mahasiswa, tidak menutup kemungkinan dapat diterapkan di lingkungan sekolah menengah, terutama SMA/sederajat. Sejauh ini topik tugas akhir (TA) mahasiswa Program Studi Pendidikan Biologi UPI telah dan sedang diarahkan untuk menerapkan metode fenetik ini untuk pembelajaran keanekaragaman makhluk hidup baik di SMP maupun di SMA. Hasil sementara menunjukkan bahwa siswa menjadi bergairah belajar klasifikasi makhluk hidup (Taksonomi) di kelas.

Metode fenetik diharapkan dapat menjadi salah satu alternatif pengajaran dan/atau penugasan di kelas. Pemberian metode pembelajaran yang bervariasi dapat membantu peserta didik untuk lebih memahami materi ajar (Hidayat dan Kusumawaty, 2008). Tentu saja guru harus melakukan beberapa modifikasi yang disesuaikan dengan tingkat intelektual dan kebutuhan siswanya. Modifikasi awal yang bisa diterapkan misalnya, guru melakukan sendiri analisis fenetik terhadap beberapa spesimen dan hasilnya dipresentasikan di dalam kelas. Pada gilirannya nanti, guru bisa menugaskan ke siswa untuk melakukan analisis fenetik, yang bisa dilakukan di luar jam pelajaran.

 

DAFTAR PUSTAKA

Brewer S (1996) A problem-solving approach to the teaching of evolution. BIOSCENE, 22, 11-33

Harvey PH dan Pagel MD (1991) The comparative method in evolutionary biology. Oxford, UK: Oxford University Press

Hidayat T dan Kusumawaty D (2008) Catatan kuliah online dosen: pentingkah bagi mahasiswa?. Mimbar Pendidikan, 4, 77-80

Gravendeel B (2000) Reorganising the orchid genus Coelogyne: a phylogenetic classification based on morphology and molecules. National Herbarium Nederland

Systematics Agenda (2000) Charting the Biosphere. Technical Report. Herbarium, New York Botanical Garden, USA