4

TINJAUAN PUSTAKA

Rayap Tanah Macrotermes gilvus Hagen

Rayap termasuk ke dalam ordo Blattodea, superfamili Termitoidea (Lo et al.

2000; Inward et al. 2007). Superfamili Termitoidea dapat diklasifikasikan ke dalam 7 famili rayap yaitu meliputi: Mastotermitidae, Kalotermitidae, Termopsidae, Hodotermitidae, Rhinotermitidae, Serritermitidae, dan Termitidae (Pearce 1997; Thompson et al. 2000). Enam dari tujuh famili termasuk ke dalam kelompok rayap tingkat rendah, sedangkan famili Termitidae merupakan satu-satunya famili yang merupakan kelompok rayap tingkat tinggi. Rayap tanah Macrotermes termasuk ke dalam famili Termitidae subfamili Macrotermitinae. Nandika et al. (2003) menyatakan bahwa rayap jenis M. gilvus merupakan rayap tanah yang banyak tersebar di Indonesia. Klasifikasi rayap tanah M. gilvus sebagai berikut:

Filum : Arthropoda Klas : Insecta Subklas : Pterygota Super-ordo : Dictyoptera Ordo : Blattodea Superfamili : Termitoidea Famili : Termitidae Subfamili : Macrotermitinae Genus : Macrotermes Spesies : Macrotermes gilvus Hagen

Famili Termitidae merupakan famili terbesar diantara famili-famili yang lain (Krishna 1969). Hal ini disebabkan karena 80% anggota ordo Blattodea superfamili Termitoidea termasuk ke dalam famili ini. Rayap merupakan serangga yang hidup dalam kelompok dengan pembagian sistem kasta yang berkembang sempurna. Sistem kasta pada rayap terdiri dari dari 3 yaitu kasta reproduktif, prajurit, dan pekerja (Krishna 1969).

Kasta prajurit dan pekerja pada M. gilvus mempunyai polimorfisme. Kasta prajurit dikenal prajurit mayor dan minor. Ciri-ciri dari kasta prajurit adalah mandibel yang berkembang dengan baik, simetris, dan tanpa gigi yang berfungsi untuk memotong atau mencabik, kepala berwarna coklat kemerahan, labrum dengan ujung hialin, meso - dan metanotum melebar, dan antena terdiri atas 17 ruas (Ahmad 1959). Kasta prajurit mayor berukuran lebih besar dibandingkan dengan prajurit minor. Prajurit mayor mempunyai warna kepala berwarna coklat kemerahan, sedikit berambut, terdapat fontanel di kepala, panjang kepala dengan mandibel 4.80-5.48 mm, panjang kepala tanpa mandibel 3.40-3.65 mm, dan lebar kepala 2.30-2.68 mm (Ahmad 1958). Prajurit minor mempunyai bagian ujung labrum pendek, bagian metanotum lebih lebar dibanding mesonotum, ruas antena ketiga lebih panjang dari ruas kedua dan sama panjang dengan ruas keempat, panjang kepala dengan mandibel 3.07-3.43 mm, panjang kepala tanpa mandibel 1.84-2.08 mm, lebar kepala 1.18-1.40 mm (Ahmad 1958).

Kasta pekerja juga dikenal dengan pekerja mayor dan minor. Kasta pekerja mayor bertugas mencari sumber makanan dari luar sarang dan mencari spora-spora jamur untuk ditanam di sarangnya. Rayap pekerja minor mempunyai tugas yang berbeda yaitu menyeleksi spora-spora yang dibawa oleh kasta pekerja mayor untuk ditanam di dalam sarangnya (Sands 1969).

Kekerabatan Rayap Berdasarkan Pendekatan Perilaku Agonistik

dan Molekuler

Kekerabatan Rayap Kasta Pekerja Menggunakan Pendekatan Perilaku

Agonistik

Perilaku agonistik mirip dengan sifat antagonisme dimana satu individu dengan individu yang lain akan menunjukkan perilaku yang agresif untuk mendapatkan sumberdaya yang ada. Perilaku agonistik pada rayap merupakan salah satu metode yang digunakan untuk mengetahui isyarat pengenalan yang dikeluarkan oleh individu rayap untuk dikenali anggota koloninya (Shelton dan Grace 1996).

Rayap yang berasal dari induk yang sama tidak akan bersifat agresif, akan tetapi jika rayap berasal dari induk yang berbeda akan bersifat agresif. Perilaku agresif antar rayap terjadi disebabkan karena diantara individu tersebut akan menghasilkan senyawa yang berbeda. Senyawa dari koloni yang berasal dari induknya hanya akan dikenali oleh satu koloninya sendiri, sedangkan koloni yang lain tidak akan mengenali. Individu yang tidak mengenali senyawa yang dikeluarkan oleh anggota koloni yang lain akan dianggap sebagai musuh sehingga akan terjadi pertarungan ataupun respon penolakan (Shelton dan Grace 1996).

Pengujian perilaku agonistik pada rayap pekerja Reticulitermes spp. mempunyai fenotipik hidrokarbon kutikula (CA) yang berbeda yaitu CA-A, CA-B, dan CA-C. Kode A, B, dan C merupakan koloni rayap yang berbeda pada saat pengujian (Delphia et al. 2003). Hasil perilaku agonistik diantara individu pekerja tersebut dapat digunakan untuk menyatakan hubungan pekerja Reticulitermes spp. dari perbedaan kelompok mencari makan (foraging) karena identifikasi spesies Reticulitermes sering menyulitkan (Delphia et al. 2003).

Rayap dengan spesies yang sama, tetapi dipisahkan oleh jarak yang jauh akan berpotensi mempunyai sifat agresif karena isyarat yang dikeluarkan dari individu satu dengan individu yang lainnya sudah berbeda. Pengujian perilaku agonistik pada rayap pekeja Nasutitermes rippertii dengan cara mencuci dengan air. Hasil yang diperoleh yaitu terjadi agresifitas diantara pekerja dari satu koloni. Rayap pekerja dari spesies yang sama tersebut saling menyerang karena dianggap pekerja yang dicuci tersebut bukan dari anggota koloninya (Andrews 1991). Rayap pekerja tidak mampu mengenali rayap yang telah dicuci karena isyarat yang dikeluarkan dari kutikulanya (cuticular hydrocarbon) sudah hilang (Andrews 1991).

Hubungan inter- dan intra koloni pada rayap tanah R. flavipes dan R.

virginicus dilakukan untuk melihat perilaku agonistik dan kematiannya (mortalitas) (Harahap et al. 2005). Perilaku agonistik rayap dihubungkan dengan mengukur kematian (mortality) diantara spesies tersebut, diperoleh hasil bahwa perilaku agonistik dan mortalitas sangat rendah pada koloni di dalam spesies yang sama

5

6

(intraspesies), sedangkan pada koloni dari spesies yang berbeda (interspesies) sangat tinggi (Harahap et al. 2005).

Komposisi bakteri simbion yang ada di dalam saluran pencernaan rayap dapat mempengaruhi perilaku agonistik. Bakteri simbion akan menghasilkan senyawa kimia dan memberikan isyarat untuk mengenali anggota koloni yang lainnya (Matsuura 2001; Kirchner & Minkley 2003). Rayap R. speratus diuji dengan memanipulasi antibiotik dari bakteri. Perilaku pekerja R. speratus dalam mengenali anggota koloni yang lain berhasil berubah, hal ini mengindikasikan bahwa bakteri pencernaan rayap mempunyai peran dalam pengenalan anggota koloni yang lain (Matsuura 2001).

Analisis Kekerabatan Rayap Menggunakan Karakter Gen COI

DNA mitokondria (DNAmt) adalah DNA yang terletak pada organel mitokondria. DNAmt memiliki ukuran 14 000 sampai 16 000 pb. DNAmt terdapat dalam jumlah yang banyak yaitu 1000 kopi dalam tiap sel. DNAmt juga memiliki laju mutasi 5 sampai 10 kali lebih cepat, pola pewarisan sifat murni diturunkan secara maternal (induk betina) tanpa mengalami rekombinasi, sehingga mampu mengungkapkan perbedaan yang lebih teliti dalam membedakan intraspesies (Simon et al. 1994, 2006).

Gen penyusun DNAmt mempunyai 13 gen pengkode protein (COI, COII, COIII, Cyt-b, ATPase 6, NADH dehydrogenase), 2 gen pengkode rRNA (12S rRNA dan 16S rRNA), 22 gen pengkode tRNA dan daerah pengontrol (Avise 1987). Daerah pengontrol pada serangga adalah daerah yang kaya akan kandungan basa A dan T yang menggambarkan komposisi dari sekuennya. Jumlah persentase AT yang tinggi merupakan ciri dari DNAmt serangga (Simon et al. 1994).

Analisis genom mitokondria telah berhasil dilakukan untuk rayap spesies Macrotermes barneyi (No. aksesi JX050221) dan M. subyalinus (No. aksesi JX144937) (Wei et al. 2012; Cameron et al. 2012). Panjang genom DNAmt yang diperoleh masing-masing sebesar 15 940 pb dan 16 351 pb dengan jumlah komposisi %AT berturut-turut 80.2% dan 80.4%.

Gen penyusun DNAmt yang sering digunakan untuk karakterisasi variasi genetik spesies adalah gen COI dan COII (King et al. 2002; Kourti 2006). Gen COI digunakan sebagai penanda genetic dalam studi molekuler untuk mempelajari karakteristik genetik intraspesies, karena memiliki variasi genetik yang tinggi sehingga mampu membedakan antar spesies. Penanda genetik pada gen ini memiliki ukuran yang pendek yaitu 648 pb (Hebert et al. 2003a, 2003b). Rayap yang telah diidentifikasi berdasarkan morfologi sebanyak 31 spesies, akan tetapi setelah dilihat kembali menggunakan penanda genetik gen COI ada tiga spesies kriptik dari 31 spesies tersebut (Bourguignon et al. (2013)

Bakteri Simbion pada Saluran Pencernaan Rayap

Rayap terbagi menjadi dua kelompok besar yaitu rayap tingkat rendah dan tingkat tinggi. Rayap tingkat rendah yaitu terdiri dari 6 famili dari 7 famili rayap yaitu Rhinotermitidae, Serritermitidae, Kalotermitidae, Termopsidae, Hodotermitidae, dan Mastotermitidae (Noirot dan Noirot-Timothee 1969; Zhang dan Leadbetter 2012). Sedangkan rayap tingkat tinggi hanya terdiri dari satu famili yaitu Termitidae. Rayap tingkat rendah mempunyai dominansi simbion berupa

protozoa. Sedangkan rayap tingkat tinggi mempunyai dominansi simbion berupa bakteri (Noirot dan Noirot-Timothee 1969).

Bakteri simbion merupakan bakteri yang bersimbiosis di dalam saluran pencernaan rayap yang bersifat menguntungkan (mutualisme) (Bignell 2000). Bakteri simbion berperan dalam membantu menghasilkan enzim selulolitik untuk mendegradasi selulosa dari makanan yang telah dimakan oleh rayap (Li et al. 2006). Keberadaan bakteri simbion di dalam saluran pencernaan rayap akan membantu proses degradasi selulosa yang lebih cepat (Bignell 2000). Rayap akan memperoleh makanan dari hasil degradasi oleh bakteri simbion, sedangkan bakteri antara lain mendapatkan tempat untuk hidup dan berkembang biak di dalam saluran pencernaan.

Rayap mempunyai beragam jenis bakteri simbion. Rayap merupakan sistem model terbaik yang dapat dipelajari untuk mengetahui hubungan simbiosis antara mikroba dengan hewan (Bignell 2000). Mikroba simbion yang berasosiasi dengan saluran pencernaan rayap dan berperan penting dalam mencerna lignoselulosa, metanogenesis, acetogenesis, dan fiksasi nitrogen (Li et al. 2006; Manjula et al.

2014).

Gambar 1 Saluran pencernaan rayap kasta pekerja (Brune 2014)

Rayap mempunyai 3 bagian saluran pencernaan yaitu saluran pencernaan

depan (stomodeum/foregut), saluran pencernaan tengah (mesenteron/midgut), dan saluran pencernaan belakang (proktodeum/hindgut). Umumnya ukuran saluran pencernaan tengah serangga lebih besar dibandingkan dengan saluran pencernaan belakang, tetapi pada rayap mempunyai ukuran saluran pencernaan belakang yang lebih besar dibandingkan saluran pencernaan tengah (Noirot dan Noirot-Timothee 1969) (Gambar 1).

Rayap mempunyai perbedaan dalam proses pencernaannya. Serangga pada umumnya akan melakukan proses pencernaan di saluran pencernaan bagian tengah (mesenteron), akan tetapi pada rayap terjadi di saluran pencernaan bagian belakang (proktodeum) (Bignell 2000). Mikrob simbion seperti bakteri akan berperan aktif pada saluran pencernaan belakang. Mikrob simbion sangat berkembang di saluran pencernaan belakang karena ukuran dari saluran pencernaan belakang pada rayap lebih besar dibandingkan dengan saluran pencernaan tengah (Noirot dan Noirot-Timothee 1969).

Spesies bakteri yang mampu mendegradasi selulosa dan hemiselulosa pada rayap yang terdiri dari berbagai macam jenis. Bakteri dari saluran pencernaan rayap

7

8

Z. angusticolis telah berhasil diisolasi sebanyak 119 strain bakteri selulolitik (Wenzel et al. 2002). Bakteri selulolitik yang diperoleh sebanyak 23 kelompok dari bakteri aerobik, an-aerob fakultatif atau mikroaerofili. Bakteri Gram positif dari ordo Aktinomycetales yaitu genus Cellulomonas/ Oerskovia, Microbacterium dan Kocuria. Bakteri Gram positif dari Ordo Bacillales yaitu Bacillus, Brevibacillus dan Paenibacillus. Bakteri lain yang ditemukan yaitu Agrobacterium/Rhizobium, Brucella/ Ochrobactrum, Pseudomonas dan Sphingomonas/ Zymomonas dari kelompok Proteobacteria dan mirip Spirosoma dari kelompok Flexibacteriaceae yang mewakili dari bakteri Gram negatif (Wenzel et al. 2002).

Bakteri dari saluran pencernaan rayap M. barneyi telah berhasil diisolasi dan diperoleh sebanyak 105 klon bakteri dari yaitu Bacteroidetes sebesar 47.6%, Firmicutes sebesar 28.6%, Proteobacteria sebesar 14.3%, Deferribacteres sebesar 4.8%, Actinobacteria sebesar 2.8%, dan Planctomycetes sebesar 1.9% (Zhu et al.

2012). Bakteri dari saluran pencernaan rayap Odontotermes formosanus juga berhasil ditemukan yaitu bakteri Firmicutes, Bacteriodates/ Chlorobi, Proteobacteria, dan Actinobacteria dari saluran pencernaan rayap (Shinzato et al.

2007). Bakteri simbion Paracoccus yeei ditemukan di dalam saluran pencernaan

rayap M. gilvus (Febriyanto 2013). Bakteri simbion tersebut bersifat aerob dan an-aerob fakultatif. Bakteri simbion juga ditemukan dari saluran pencernaan rayap M.

gilvus yaitu bakteri dari Ordo Bakteriodales dan Clostridales (Hongoh et al. 2006). Bakteri simbion yang telah ditemukan merupakan hasil identifikasi berdasarkan amplifikasi gen 16S rRNA.