NusaBerita — Tanah yang terlihat diam di bawah kaki manusia ternyata menyimpan proses kimia yang jauh lebih aktif daripada yang selama ini diperkirakan. Sebuah penelitian terbaru menunjukkan bahwa komunitas mikroba di tanah dapat ikut memicu pembentukan nitrogen dioksida atau NO2, gas reaktif yang berperan dalam kimia atmosfer dan pembentukan ozon di dekat permukaan Bumi.
Temuan tersebut dilaporkan Megan L. Purchase, Jonathan D. Raff, Deying Wang, dan Ryan M. Mushinski dalam penelitian berjudul Microbial superoxide production drives biogenic nitrogen dioxide formation in soils yang diterbitkan di Nature Communications pada 17 Agustus 2026.
Hal yang membuat hasil penelitian ini menarik bukan sekadar keberadaan NO2 di tanah. Selama ini, model pertukaran nitrogen dioksida antara tanah dan atmosfer pada umumnya memperlakukan tanah sebagai tempat deposisi NO2. Studi baru tersebut menunjukkan adanya jalur lain: dalam kondisi tertentu, tanah juga dapat menjadi tempat pembentukan NO2 melalui reaksi yang berawal dari aktivitas mikroorganisme.
Tanah hidup menghasilkan molekul yang sangat reaktif
Kunci dari proses tersebut adalah superoksida, ditulis sebagai O2−. Molekul ini termasuk kelompok reactive oxygen species atau ROS yang sangat reaktif. Mikroorganisme dapat membentuk superoksida sebagai bagian dari aktivitas biologisnya, dan penelitian ini menunjukkan bahwa keberadaan molekul tersebut dapat mengubah bagaimana nitric oxide atau NO diproses di dalam tanah.
Para peneliti membandingkan sampel tanah yang masih memiliki komunitas mikroba alami dengan sampel yang telah disterilkan. Setelah keduanya diberi paparan nitric oxide, tanah dengan mikroorganisme hidup menghasilkan sekitar 10 kali lebih banyak NO2 dibandingkan kontrol steril.
Perbedaan sebesar itu memberi petunjuk bahwa pembentukan nitrogen dioksida bukan sekadar reaksi kimia spontan yang akan berlangsung sama pada semua sampel. Aktivitas biologis di dalam tanah ikut menentukan seberapa banyak NO2 yang terbentuk.
Produksi NO2 melonjak saat superoksida dirangsang
Tim kemudian menguji hubungan tersebut secara lebih langsung. Produksi superoksida mikroba dirangsang menggunakan NADH. Hasilnya, pembentukan NO2 meningkat sekitar 15 hingga 26 kali lipat.
Ketika aktivitas yang terkait dengan produksi superoksida ditekan, pembentukan NO2 turun kembali mendekati tingkat dasar. Eksperimen lain menggunakan enzim superoxide dismutase, yang membantu menyingkirkan superoksida, menghasilkan penurunan produksi NO2 sekitar 46 hingga 71 persen.
Analisis statistik penelitian juga menunjukkan bahwa konsentrasi superoksida dapat menjelaskan sekitar 60 persen variasi laju produksi NO2 yang diamati dalam rangkaian eksperimen tersebut.
Gabungan hasil itu memperkuat hubungan antara aktivitas mikroba, superoksida, dan pembentukan nitrogen dioksida di tanah.
Ada senyawa perantara bernama peroxynitrite
Mikroba tidak berarti langsung mengeluarkan NO2 seperti cerobong kecil di dalam tanah. Jalurnya melibatkan beberapa tahap kimia.
Superoksida yang dihasilkan mikroorganisme dapat bereaksi dengan nitric oxide dan membentuk peroxynitrite, sebuah senyawa yang sangat reaktif. Peneliti kemudian menambahkan peroxynitrite secara langsung ke sampel tanah untuk menguji apakah senyawa itu benar-benar dapat menjadi penghubung menuju pembentukan nitrogen dioksida.
Setelah peroxynitrite ditambahkan, kadar NO2 pada ruang udara di atas sampel meningkat. Hasil tersebut mendukung mekanisme bahwa peroxynitrite merupakan salah satu mata rantai penting yang menghubungkan superoksida mikroba dengan pembentukan NO2.
Mengapa jalur ini bisa luput dari model atmosfer?
Nitrogen dioksida sudah lama dikenal sebagai bagian penting dari kelompok nitrogen oksida atau NOx. Di atmosfer dekat permukaan, NO2 terlibat dalam reaksi fotokimia yang dapat membantu pembentukan ozon. Sumber NOx yang paling dikenal manusia antara lain pembakaran bahan bakar, kendaraan, pembangkit listrik, kebakaran, serta proses alami tertentu.
Namun tanah juga merupakan bagian besar dari siklus nitrogen global. Jika model hanya menganggap fluks NO2 tanah sebagai proses deposisi, sementara mikroba ternyata dapat menciptakan jalur pembentukan NO2 di dalam tanah, maka sebagian pertukaran nitrogen antara tanah dan atmosfer berpotensi terlewat.
Penulis penelitian menyebut jalur tersebut berpotensi membantu menjelaskan sebagian ketidaksesuaian antara pengamatan satelit dengan estimasi emisi NOx tanah dari model. Kata kuncinya adalah berpotensi. Penelitian ini menunjukkan mekanisme yang nyata dalam eksperimen terkontrol, tetapi belum menghitung kontribusinya pada skala seluruh ekosistem atau planet.
Temuan ini tidak berarti tanah menjadi sumber utama polusi kota
Ada batas penting dalam membaca hasil penelitian ini. Eksperimen tidak menunjukkan bahwa mikroba tanah sekarang harus dianggap sebagai penyebab utama polusi NO2 di perkotaan. Emisi kendaraan, industri, pembangkit, dan pembakaran tetap merupakan sumber besar nitrogen oksida di banyak wilayah.
Yang berubah adalah pemahaman mengenai proses alami. Tanah ternyata bukan hanya permukaan pasif yang menerima gas dari atmosfer. Dalam kondisi tertentu, komunitas mikroorganisme di dalamnya dapat menjalankan rangkaian reaksi yang menghasilkan NO2.
Untuk mengetahui dampaknya di dunia nyata, ilmuwan masih perlu mengukur seberapa kuat proses ini terjadi pada berbagai jenis tanah, kelembapan, suhu, kandungan bahan organik, vegetasi, dan komunitas mikroba. Lahan pertanian, hutan, padang rumput, rawa, dan tanah kering dapat menunjukkan perilaku yang berbeda.
Menghubungkan siklus karbon dan nitrogen
Ada sisi lain yang membuat penelitian ini menarik. Para peneliti mengaitkan jalur tersebut dengan aktivitas organisme pengurai heterotrofik. Organisme seperti ini mendapatkan energi dengan memanfaatkan bahan organik, sehingga aktivitas mereka berkaitan erat dengan siklus karbon di dalam tanah.
Superoksida yang mereka hasilkan kemudian memengaruhi kimia nitrogen melalui reaksi dengan nitric oxide. Artinya, proses yang awalnya terlihat sebagai bagian dari metabolisme dan penguraian karbon dapat berujung pada perubahan bentuk nitrogen yang berpotensi mencapai atmosfer.
Hubungan tersebut menunjukkan betapa eratnya berbagai siklus kimia Bumi. Karbon, nitrogen, oksigen, mikroorganisme, dan atmosfer tidak bekerja sebagai sistem yang terpisah.
Beberapa gram tanah dapat menyimpan reaksi yang berdampak lebih luas
Tanah merupakan salah satu lingkungan biologis paling kompleks di Bumi. Di ruang yang sangat kecil terdapat bakteri, jamur, akar tumbuhan, mineral, air, pori udara, bahan organik, serta banyak molekul reaktif yang terus berinteraksi.
Karena banyak proses berlangsung dalam skala mikroskopis dan sangat cepat, sebagian reaksi dapat sulit ditangkap ketika ilmuwan membangun model pada skala bentang alam atau atmosfer global.
Studi baru ini menjadi contoh bagaimana satu reaksi yang berawal dari aktivitas mikroba dapat membuka pertanyaan yang jauh lebih besar: berapa banyak NO2 yang sebenarnya dibentuk tanah, di ekosistem mana proses itu paling kuat, dan apakah memasukkan jalur tersebut dapat membuat perkiraan emisi nitrogen lebih mendekati pengamatan satelit.
Jawaban untuk pertanyaan itu masih memerlukan pengukuran lapangan dan penelitian lanjutan. Namun satu hal sudah lebih jelas: untuk memahami kimia udara di atas Bumi, ilmuwan juga perlu memperhatikan proses yang berlangsung beberapa sentimeter di bawah permukaannya.
Rujukan penelitian
Purchase, M. L., Raff, J. D., Wang, D., dan Mushinski, R. M. Microbial superoxide production drives biogenic nitrogen dioxide formation in soils. Nature Communications, diterbitkan 17 Agustus 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-76881-x.
