Ixchel Feibie Mandagi,SPi.,MSi.,PhD (Kanan)
SIPHAMIA TUBIFER DAN SIMBIOSIS BIOLUMINESEN DENGAN
PHOTOBACTERIUM MANDAPAMENSIS: MODEL VERTEBRATA UNTUK
MEMAHAMI INTERAKSI IKAN–MIKROBA DI EKOSISTEM TERUMBU KARANG
Oleh
Ixchel Feibie Mandagi,SPi.,MSi.,PhD
Dosen Pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Sam Ratulangi
Peneliti Genetika Populasi dan Biogeografi Perikanan
Peneliti Laut Daalam
Peneliti Ikan Purba Raja Laut, Coelacanth
Team Member Research Collaboration on Banggai Cardinalfish With Rutgers University
Person In Charge Research Collaboration on Siphamia Tubifer (Sea Urchin Cardinalfish)
SIGNIFIKANSI ILMIAH
Dalam beberapa dekade terakhir, Siphamia tubifer berkembang menjadi salah satu
organisme model yang penting dalam penelitian biologi laut, mikrobiologi, genomik, dan ekologi evolusioner. Ketertarikan ilmiah terhadap spesies ini terutama berasal dari hubungan simbiosisnya yang sangat spesifik dengan bakteri bioluminesen Photobacterium mandapamensis. Hubungan tersebut memberikan kesempatan unik bagi para peneliti untuk mempelajari mekanisme interaksi antara organisme vertebrata dan mikroorganisme dalam sistem yang relatif sederhana (Gould & Dunlap, 2019; Wada et al., 2021). Berbeda dengan sistem mikrobioma pada sebagian besar hewan yang terdiri atas ratusan hingga ribuan spesies mikroba, hubungan antara S. tubifer dan P. mandapamensis didominasi oleh satu simbion utama. Kesederhanaan sistem ini memungkinkan para ilmuwan mengidentifikasi faktor-faktor yang mengatur proses kolonisasi bakteri, komunikasi molekuler antara inang dan simbion, serta mekanisme yang menjaga kestabilan hubungan mutualistik dalam jangka panjang. Oleh karena itu, sistem Siphamia–Photobacterium sering
dianggap sebagai model ideal untuk mempelajari prinsip dasar simbiosis pada vertebrata (Dunlap et al., 2007; Gould & Dunlap, 2019).
Kemajuan teknologi sekuensing genom telah membuka peluang baru dalam memahami hubungan tersebut pada tingkat molekuler. Melalui analisis genom lengkap, para peneliti berhasil mengidentifikasi gen-gen yang terlibat dalam pembentukan organ cahaya, pengenalan simbion, regulasi sistem imun, serta adaptasi fisiologis yang memungkinkan bakteri hidup secara stabil didalam tubuh ikan. Studi genomik juga mengungkap adanya variasi genetik pada populasi bakteri simbion yang dapat memengaruhi efisiensi produksi cahaya dan keberhasilan kolonisasi (Wada et al., 2021; Kaeding et al., 2007).
Selain itu, penelitian filogenetik menunjukkan bahwa evolusi organ cahaya dan hubungan simbiosis dengan bakteri kemungkinan menjadi salah satu faktor utama yang mendorong diversifikasi genus Siphamia. Temuan ini memberikan bukti bahwa interaksi dengan mikroorganisme dapat berperan sebagai kekuatan evolusioner yang memengaruhi pembentukan spesies dan adaptasi ekologis (Gould et al., 2024; Wada et al., 2021). Pengetahuan yang diperoleh dari penelitian pada S. tubifer memiliki implikasi luas bagi berbagai bidang ilmu, termasuk biologi evolusi, mikrobiologi, imunologi, hingga bioteknologi. Pemahaman mengenai bagaimana organisme memilih dan mempertahankan mikroba yang menguntungkan dapat memberikan wawasan baru tentang fungsi mikrobioma pada hewan dan manusia (McFall-Ngai, 2014; Gould & Dunlap, 2019).
IMPLIKASI KONSERVASI
Keberlangsungan hidup Siphamia tubifer sangat bergantung pada kestabilan berbagai komponen ekosistem laut tropis. Spesies ini memerlukan terumbu karang yang sehat sebagai habitat utama, populasi bulu babi sebagai tempat perlindungan pada siang hari, serta keberadaan komunitas mikroba laut yang mendukung proses kolonisasi bakteri simbion. Oleh karena itu, gangguan terhadap salah satu komponen tersebut dapat memberikan dampak yang signifikan terhadap kelangsungan hidup populasi S. tubifer (Bellwood et al., 2004; Gould & Dunlap, 2019).
Perubahan iklim global saat ini menjadi salah satu ancaman terbesar bagi ekosistem terumbu karang. Peningkatan suhu laut dapat menyebabkan peristiwa pemutihan karang (coral bleaching) yang berujung pada kematian koloni karang dalam skala luas. Selain itu, peningkatan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer juga menyebabkan pengasaman laut yang dapat mengganggu pertumbuhan organisme pembentuk kerangka kapur, termasuk karang dan beberapa jenis plankton (Hoegh-Guldberg et al., 2007; Hughes et al., 2018).
Ancaman lain berasal dari aktivitas manusia seperti pencemaran, sedimentasi akibat pembukaan lahan di daerah pesisir, pembangunan infrastruktur pantai, serta praktik penangkapan ikan yang merusak. Aktivitas tersebut dapat menurunkan kualitas habitat terumbu karang dan mengganggu keseimbangan ekosistem yang mendukung kehidupan spesies ini. Penurunan populasi bulu babi akibat perubahan lingkungan juga dapat mengurangi tempat perlindungan yang dibutuhkan ikan selama siang hari (Fabricius, 2005; Bellwood et al., 2004).
Keunikan S. tubifer terletak pada ketergantungannya terhadap hubungan simbiosis yang sangat spesifik dengan Photobacterium mandapamensis. Karena hubungan ini melibatkan organisme makroskopis dan mikroorganisme sekaligus, upaya konservasi tidak dapat hanya
berfokus pada perlindungan ikan atau habitatnya saja. Stabilitas populasi bakteri simbion di lingkungan laut juga menjadi faktor penting yang perlu diperhatikan. Gangguan terhadap komunitas mikroba dapat memengaruhi proses kolonisasi organ cahaya dan pada akhirnya mengurangi kemampuan ikan untuk memanfaatkan bioluminesensi sebagai alat adaptasi (Dunlap et al., 2007; Gould & Dunlap, 2019). Dengan demikian, konservasi Siphamia tubifer harus dilakukan melalui pendekatan ekosistem yang menyeluruh, mencakup perlindungan terumbu karang, pelestarian populasi bulu babi, pengendalian pencemaran, serta pemeliharaan keanekaragaman mikroorganisme laut. Pendekatan ini tidak hanya penting bagi kelangsungan hidup S. tubifer, tetapi juga bagi pelestarian berbagai interaksi biologis kompleks yang membentuk keanekaragaman hayati di ekosistem laut tropis (Hoegh-Guldberg et al., 2007; Hughes et al., 2018).
DAFTAR PUSTAKA
Allen, G.R., & Erdmann, M.V. (2012). Reef Fishes of the East Indies. Tropical Reef Research.
Bellwood, D.R., Hughes, T.P., Folke, C., Nyström, M., & Conolly, S.R. (2004). Confronting the
coral reef crisis. Nature, 429, 827–833.
Dunlap, P.V. et al. (2012). Symbiosis Initiation in the Bacterially Luminous Sea Urchin
Cardinalfish Siphamia versicolor. Journal of Fish Biology.
Dunlap, P.V., Ast, J.C., Kimura, S., Fukui, A., Yoshino, T., & Endo, H. (2007). Phylogenetic
analysis of host–symbiont specificity in bioluminescent symbioses. Environmental
Microbiology, 9(8), 2079–2087.
Fabricius, K.E. (2005). Effects of terrestrial runoff on the ecology of corals and coral
reefs. Marine Pollution Bulletin, 50, 125–146.
Gon, O. & Allen, G.R. (2016). Life History of the Symbiotically Luminous Cardinalfish Siphamia
tubifer. Journal of Fish Biology.
Gon, O., & Randall, J.E. (2003). A Review of the Cardinalfishes (Apogonidae) of the Indo
Pacific Region. South African Institute for Aquatic Biodiversity.
Gould, A. L., Wada, N., Babu, A., Connon, R. E., & Dunlap, P. V. (2022). Chromosome-level
genome assembly of the bioluminescent cardinalfish Siphamia tubifer: An emerging
model for symbiosis research. Genome Biology and Evolution, 14(9),
evac123. https://doi.org/10.1093/gbe/evac123
Gould, A. L., Wada, N., Harris, M. T., Babu, A., Connon, R. E., & Dunlap, P. V.
(2024). Evolutionary diversification and symbiotic specificity in the cardinalfish genus
Siphamia. Molecular Ecology, 33(5), 1125–1140. https://doi.org/10.1111/mec.17292
Gould, A.L. & Dunlap, P.V. (2019). Population Genomic Structure of a Symbiosis Between a
Coral Reef Fish and Luminous Bacterium. Frontiers in Microbiology.
Gould, A.L., & Dunlap, P.V. (2019). The evolution of bioluminescent symbioses in marine
fishes. Current Opinion in Microbiology, 50, 36–42.
Gould, A.L., Wada, N., Harris, M.T., & Dunlap, P.V. (2021). Museum genomics illuminate the
high specificity of a bioluminescent symbiosis across a genus of reef fish. Molecular
Ecology, 30(18), 4626–4641. https://doi.org/10.1111/mec.16077
Haddock, S.H.D., Moline, M.A., & Case, J.F. (2010). Bioluminescence in the sea. Annual
Review of Marine Science, 2, 443–493.
Hoegh-Guldberg, O., Mumby, P.J., Hooten, A.J., et al. (2007). Coral reefs under rapid climate
hange and ocean acidification. Science, 318, 1737–1742.
Hughes, T.P., Anderson, K.D., Connolly, S.R., et al. (2018). Spatial and temporal patterns of
mass coral bleaching. Science, 359, 80–83.
Johnson, G.D., & Rosenblatt, R.H. (1988). Mechanisms of light production and light organ
structure in cardinalfishes. Bulletin of Marine Science, 42, 248–265.
Kaeding, A.J., Ast, J.C., Pearce, M.M., Urbanczyk, H., Kimura, S., Endo, H., Nakamura, M., &
Dunlap, P.V. (2007). Phylogenetic diversity and host specificity of bioluminescent
symbionts. Environmental Microbiology, 9, 2508–2520.
Kolm, N. (2002). Male reproductive costs in cardinalfishes. Behavioral Ecology, 13(3), 321–326.
Kuiter, R.H., & Kozawa, T. (1999). Apogonidae of the Indo-Pacific. Aquatic Photographics.
Marnane, M.J., & Bellwood, D.R. (2002). Diet and reproductive biology of
cardinalfishes. Marine Biology, 140, 727–733.
McFall-Ngai, M.J., & Dunlap, P.V. (1983). Three new modes of luminescence in fishes. Fishery
Bulletin, 81, 1–16.
McFall-Ngai, Margaret (2014). The importance of microbes in animal development. Science,
346(6213), 1246842.
Okuda, N., & Yanagisawa, Y. (1996). Filial cannibalism and male reproductive strategy in
mouthbrooding fishes. Behavioral Ecology and Sociobiology, 38, 79–86.
Osland, H.K. & Gould, A.L. 2025. The Siphamia–Photobacterium Symbiosis: A Binary Vertebrate
Model for Host–Microbe Interactions. Microbiology and Molecular Biology Reviews.
Tamura, E. (1982). Ecological observations on the association between cardinalfish and sea
urchins in Okinawa. Galaxea, 1, 1–10.
Thresher, R.E. (1984). Reproduction in Reef Fishes. TFH Publications.
Urbanczyk, H., Ogura, Y., Hendry, T. A., Gould, A. L., Kiwaki, N., Atkinson, J. T., Hayashi, T.,
& Dunlap, P. V. (2011). Genome sequence of Photobacterium mandapamensis strain
svers.1.1, the bioluminescent symbiont of the cardinal fish Siphamia versicolor. Journal of
Bacteriology, 193(12), 3144–3145. https://doi.org/10.1128/JB.00370-11
Wada, N., Gould, A.L., & Dunlap, P.V. (2021). Genomic insights into the evolution of the
bioluminescent symbiosis between Siphamia tubifer and Photobacterium
mandapamensis. Frontiers in Marine Science, 8, 742582.
Warrant, E.J., & Locket, N.A. (2004). Vision in the deep sea. Biological Reviews, 79, 671–712. (Selesai)