 |
| Tokoh Evolusi |
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Semua
bagian organisme berubah selama evolusi. jika sirip ikan berevolusi pada
amphibi menjadi anggota badan, dan kemudian anggota badan berevolusi menjadi
banyak bentuk dan ukuran, jaringan pembentuknya, sel-selnya, dan molekulnya
juga berubah. Evolusi molekuler disinonimkan dengan evousi pada tingkat
protein, karena evolusi pada tingkat molekul sebagian besar dipelajari secara
menyeluruh pada protein.
Protein
merupakan kelas molekul yang paling umum dan paling berdiversifikasi pada
organisme. Protein tahan air yang disebut dengan keratin membentuk kulit dan
rambut; protein pembeku darah yang disebut hemoglobin berirkulasi dalam darah;
banyak macam protein yang disebut enzim, mengkatalisasi metabolisme tubuh.
Evolusi
molekuler meliputi dua area pembahasan, yaitu: (1) evolusi molekuler dan (2)
rekontruksi sejarah evolusi gen dan organisme. Area pertama, evolusi
makromolekuler menunjukan pembentukan gen dan pola perubahan yang tampak pada
materi genetik (misalnya urutan DNA) dan produkinya (missal protein) selama
waktu evolusi dan terhadap mekanisme yang bertanggung jawab untuk sejumlah
perubahan tersebut. Area kedua dikenal sebagai “molekuler phylogeny”
menjelaskan sejarah evolusi organisme dan makromolekul seperti adanya
keterlibatan data-data molekuler.
Dua area
pembahasan (1) pada objek pertama adalah menjelaskan tentang pembentukan,
penyebab dan efek dari perubahan evolusi molekul dan (2) pada objek kedua
menggunakan molekul hanya sebagai alat untuk merekontruksi sejarah biologi
organisme dan konstituen genetikanya. Walaupun kenyataannya kedua disiplin ilmu
di atas saling berkait erat. Kemajuan di satu area akan memfasilitasi
perkembangan studi di area lain. Contoh, pengetahuan tentang filogeni adalah
sangat esensial untuk determinasi jenis perubahan pada karakter molekuler.
Sebaliknya, pengetahuan terhadap pola dan rata-rata perubahan melokul adalah
sangat krusial dalam usaha untuk rekontruksi sejarah evolusi kelompok
organisme.
B. Rumusan
Masalah
1. Bagaimana
pembentukan Bumi ?
2. Bagaimana
pembentukan awal dari Atsmofer ?
BAB II
PEMBAHASAN
A. ASAL MULA DARI MAKROMALEKUL INFORMATIONAL
(PEMBAWA
INFORMASI)
Informasi biologis disalurkan melalui polimerisasi template specific (cetakan spesifik)
dari nukleotida. Gabungan dari polifosfat, purin, dan pirimidin akan
menghasilkan rantai asam nukleat acak jika ribose dan deoksiribosa diikutkan
dalam reaksi. Satu permasalahan yang belum dapat dipecahkan adalah bahwa
kehidupan menggunakan asam nukleat ikatan 3‟,5‟ sedangkan sintesis purba
menghasilkan molekul RNA dengan ikatan yang bervariasi, yang kebanyakan adalah
2‟,5‟. Sebaliknya deoksiribosa tidak memiliki 2‟-OH sehingga tidak dapat meberi
ikatan 2‟,5‟. Walaupun begitu, RNA dianggap menyediakan molekul informational
pertama, sedangkan DNA akan terbentuk setelahnya, yang dirancang untuk
menyimpan informasi dalam bentuk yang lebih akurat dan stabil.
Ketika template RNA di-inkubasikan dengan campuran
nukleotida yang ditambahkan pengkondensasi purba, maka potongan RNA
complementer akan tersintesis. Reaksi non-enzimatis ini dikatalis oleh ion
timah, dengan tarif kesalahan sekitar 1 basa yang salah dalam setiap 10 basa
yang terbentuk. Dengan menggunakan ion seng (Zn), terjadi kemajuan dalam
reaksi, dimana panjang molekulnya dapat mencapai 40 basa, dengan taraf
kesalahan sekitar satu dalam 200. Semua RNA dan DNA polymerase modern
mengandung Zn. Jika ikatan template RNA 3‟,5‟ digunakan , sekitar 75% RNA yang
terbentuk mempunyai ikatan 3‟,5‟. Akan tetapi hal ini tidak mengatasi problema
bahwa pembentukan orisinil dari tipe polimer RNA acak sangat cenderung
menggunakan ikatan non biologis 2‟,5‟.
Jika campuran nukleosida trifosfat (atau nukleotida plus
polifosfat) di inkubasikan dalam kondisi purba, dengan menggunakan Zn sebagai
katalis, sebuah molekul unting tunggal RNA dengan sekuen acak akan terbentuk.
Langkah polimerisasi awal ini sangatlah lamban. Akan tetapi, ketika polimer RNA
terbentuk, ia akan bertindak sebagai template untuk penyusunan untingunting
komplementer. Sintesis berdasarkan template jauh lebih cepat, bahkan ketika
tidak ada enzim sekalipun. Unting komplementer akan berperan sebagai template
untuk menghasilkan lebih banyak molekul RNA. Hasil akhirnya adalah, ketika
sekuen acak pertama muncul, ia akan melipat ganda dengan cepat dan akan
mengambil alih campuran inkubasi. Dengan begini akan terbentuk kumpulan sekuen
dengan banyak kesalahan, namun saling berkaitan (suatu „quasi-species‟
molecular). Jika serentetan inkubasi yang mirip dilakukan, masing masing sampel
akan menghasilkan quasi-species yang berkaitan. Akan tetapi, sekuen yang
mengambil alih pada setiap inkubasi akan berbeda satu sama lain.
B. RIBOSOM DAN ‘DUNIA RNA’
Melihat kasus ayam, telur lebih
dulu protein atau asam nukleat, Karena molekul RNA acak dapat menyusun dan
berduplikasi sendiri dibawah kondisi purba, maka diduga bahwa asam amino
terbentuk terlebih dahulu. Walaupun kebanyakan enzim modern adalah protein, contoh-contoh
RNA yang bertindak sebagai enzim dan mengkatalis rekasi tanpa protein telah
ditemukan. Kondisi ini menunjukan bahwa asam nukleat primitif bereplikasi
sendiri, baru nantinya ditambahkan protein.
Pandangan yang agak ekstrim adalah bahwa organisme primitif
memiliki gen dan enzim yang terbuat dari RNA yang membentuk sesuatu yang
dikenal sebagai “dunia RNA.” Ide ini diusulkan oleh Walter Gilbert tahun1986
dan dimaksudkan untuk menghindari
paradoks bahwa asam nukleat dibutuhkan untuk mengkode protein, sedangkan
enzim yang terbuat dari protein dibutuhkan dalam replikasi asam amino. Dalam
tahapan evolusi, RNA diduga menjalankan kedua fungsi diatas. Nantinya protein
akan mengambil alih fungsi enzimatik, dan DNA muncul dan berfungsi menyimpan
materi genetik, sehingga RNA hanya akan berfungsi sebagai pertengahan antara
enzim dan gen.
Beberapa contoh telah
menggambarkan kemampuan RNA dalam melakukan reaksi enzimatik serta mengkode
informasi genetik. Beberapa contoh kasus yang mendukung RNA adalah:
1.
Ribosom adalah
molekul RNA sekali pakai yang aktif secara enzimatis. Enzim asli memproses
banyak sekali molekul, dan tidak berubah susunannya selama reaksi. Maka dari
itu RNA yang bersifat “self splicing (membelah dengan sendirinya)‟ bukanlah enzim sejati karena hanya bekerja
sekali. Protein didalamnya hanya berfungsi untuk menahan ribosom dan RNA
transfer yang direaksikan. Dalam larutan pekat, protein bahkan tidak
diperlukan, karena komponen RNA dapat bekerja sendiri.
2.
Intron yang bersifat self splicing (dapat membelah
sendiri, yaitu intron group I) adalah contoh dari RNA katalis. Gen dari sel
eukariotik biasanya diselingi oleh daerah non-koding (intron), yang harus
dihapus dari RNA
3.
Viroid adalah molekul RNA penginfeksi sel tanaman. RNA
viroid mengandung rekasi pembelahan diri selama replikasinya. Jadi disini
viroid berfungsi sebagai ribosom.
4.
Polimerase DNA
tidak dapat memulai unting baru, namun hanya memanjangkan unting yang sudah ada.
Primer yang terbuat dari RNA harus digunakan ketika unting DNA mulai elongasi.
Polimerase RNA mampu melakukan inisiasi dan elongasi. Hal ini menunjukan bahwa
polymerase RNA telah berevolusi sebelum polymerase DNA.
5.
Molekul RNA kecil yang digunakan sebagai penunjuk
ditemukan dalam berbagai proses. Contohnya adalah dalam penghilangan intron,
modifikasi dan editing RNA duta, dan pemanjangan ujung dari kromosom eukariot
oleh telomerase.
6.
„Riboswitches‟ adalah motif pengikat pada RNA yang
mengikat molekul kecil sehingga mengontrol ekspresi gen ketika tidak adanya
protein regulator.
Didalam konsep dunia RNA adalah bahwa RNA lebih reaktif
dibandingkan DNA. Walaupun RNA lebih mudah terbentuk pada kondisi purba, ia
lebih tidak stabil dibanding DNA. Maka dari itu, walaupun DNA lebih lama
terbentuk pada awalnya, ia akan cenderung mengalami penumpukan dalam kondisi
seperti diatas. Terlebih lagi, sup purba mengandung campuran dari sub komponen
kedua tipe asam nukleat, beserta protein, lipida dan karbohidrat. Maka dari itu
lebih mungkin bahwa suatu molekul asam nukleat hibrida yang mengandung komponen
RNA dan DNA lah yang pertama kali muncul.
C. SEL PERTAMA
Membentuk molekul biologis primitif merupakan langkah
pertama. Kemungkinan, protein dan molekul lipid terkumpul disekitar RNA (atau
DNA) primitif, sehingga membentuk gumpalan mikroskopik ber-membran. Pada
akhirnya proto-sel diatas akan belajar menggunakan RNA untuk mengkode sekuen
protein. Lipid akan membentuk membran dibagian luar untuk menjaga agar komponen
lainya tetap ditempat. Awalnya protein dan RNA saling berbagi fungsi enzimatis.
Namun kemudian RNA akan kehilangan sebagian besar fungsi enzimatisnya ketika
digantikan protein yang lebih cocok. Diduga bahwa RNA merupakan molekul pertama
yang digunakan untuk menyimpan informasi, dan akan digantikan oleh DNA
dikemudian hari. Karena DNA lebih stabil dibandingkan RNA, maka ia dapat
menyampaikan informasi dengan lebih akurat.
Sel primitif agak menyerupai bakteri primitif, dan mereka
hidup memakan senyawa organik dalam sup purba. Pada akhirnya, persediaan
molekul organik yang sudah jadi akan habis. Proto sel terpaksa mencari sumber
energi baru, dengan menggunakan matahari. fotosintesis pertama diduga
menggunakan energi matahari digabungkan dengan pengunaan senyawa sulfur sebagai
pereduksi. Fotosintesis yang lebih maju menggunakan air, bukan senyawa sulfur.
Air akan dipisah, melepaskan oksigen ke atmosfer.
Sebelum ini, atmosfer tidak memiliki oksigen. Penambahan oksigen ini benar-benar mengubah keadaan bumi purba. Ketika oksigen telah tersedia, kemampuan respirasi mulai berkembang. Sel mengatur ulang komponennya, dari yang semula digunakan untuk fotosintesis, menjadi yang dapat melepaskan energi dengan cara oksidasi molekul makanan menggunakan oksigen. Fotosintesis menghasilkan oksigen dan memnggunakan CO2, sedangkan respirasi melakukan sebaliknya. Hasil keseluruhan adalah ekosistem dimana tumbuhan dan hewan saling melengkapi secara biokimia.
D. TEORI AUTOTROFIK DAN ASAL MULA METABOLISME
Teori asal kehidupan autorofik menyatakan bahwa oksidasi
kimia dari senyawa besi yang sudah ada di alam sebagai sumber energi purba.
Terutama pada konversinya dari FeS menjadi pyrite (FeS2) menggunakan
H2S yang menghasilkan energi dan menyediakan atom H untuk mereduksi
CO2 menjadi materi organik (Bakteri anaerob modern menghasilkan
energi melalui oksidasi senyawa Fe2+ menjadi Fe3+, dan
ada juga yang mmengoksidasi senyawa sulfur. Maka dari itu metabolism pada masa
purba yang menggunakan Fe dan sulfur terdengar masuk akal).
Beberapa teori telah dikemukan mengenai rekasi fiksasi CO2
yang pertama. Salah satu teori melibatkan insersi CO2, yang
dikatalis oleh Fe, kedalam derifat sulfur dari asam karboksilat yang masih
dapat ditemukan sekarang sebagai penengah metabolit (metabolik intermediate),
seperti asam asetat, asam piruvat, dll. Reaksi awal seperti diatas terjadi
dipermukaan mineral besi dan sulfide yang terpendam dalam tanah, tidak pada sup
purba. Hal ini menimbulkan pertanyaan dari mana asam organik seperti itu
awalnya berasal. Salah satu kemungkinan adalah bahwa mereka terbentuk dari
sintesis tipe Miller seperti yang telah dijelaskan. Teori lain menjelaskan
bahwa molekul organik pertama dibentuk langsung dari CO yang ditambah H2S.
Telah dibuktikan bahwa campuran katalis FeS/NiS dapat merubah CO ditmabah thiol
metan (CH3SH) menjadi thioester (CH3 CO SCH3),
yang selanjutnya terhidrolisis menjadi asam asetat. Keikutsertaan selenium
sebagai katalis memungkinkan konversi CO ditambah H2S menjadi CH3SH
(yang nantinya akan menjadi thioester, lalu asam asetat).
Telah dibuktikan bahwa aktivasi CO oleh katalis campuran
FeS/NiS dapat membentuk ikatan peptide antara asam amino alpha (alpha amino acids) dalam larutan
aqueous. Sistem diatas juga mampu menghidrolisis polipeptida.
1. EVOLUSI DNA, RNA DAN SEKUEN PROTEIN
Suatu silsilah
evolusi mungkin dapat disusun menggunakan satu set sekuen suatu protein, selama
protein tersebut dapat ditemukan pada setiap mahluk yang dibandingkan. Rantai
alpha hemoglobin hanya ditemukan pada mahluk yang berkerabat darah dengan
manusia. Sebaliknya, cytochrome e adalah suatu protein yang terlibat dalam
penghasilan energi pada semua organisme tingkat atas, termasuk fungi dan
tumbuhan. Bahkan terdapat beberapa kerabat dari protein tersebut yang ditemukan
pada banyak bakteria. Manusia dengan ikan berbeda dalam sekuen asam amino untuk
cytochrome e sebesar 18%, dan berbeda dengan fungi atau tanaman sebesar 45%.
Akan tetapi antara fungi dan tanaman sendiri, terdapat perbedaan 45%, yang
menandakan bahwa perbedaan antara hewan dan tanaman adlah sebesar perbedaan
antara tanaman dan fungi.
Mutasi
tunggal mungkin mengembalikan suatu sekuen gen atau protein pada lokasi
tertentu, kembali menjadi sekuen moyangnya. Akan tetapi gen hampir tidak pernah
bermutasi kebelakang untuk kembali menjadi seperti moyangnya, yaitu sebelum
sekuen tersebut mengalami berbagai evolusi. Hal ini hanyalah masalah
probabilitas. Tidak ada yang mencegah suatu sekuen untuk kembali menjadi sekuen
awal, namun kemungkinan membalikan setiap mutasi yang telah terjadi adalah
sangat-sangat kecil.
2. MENGHASILKAN GEN BARU MELALUI DUPLIKASI
Cara standar
mengetahui terbentuknya gen baru adalah melalui duplikasi gen. Mutasi mungkin
menyebabkan duplikasi dari segmen DNA yang membawa satu sampai beberapa gen.
Segmen awal akan tetap sama karena fungsinya dibutuhkan, namun duplikatnya
dapat bermutasi dan mungkin tersusun ulang secara drastis. Kemungkinan besar
mutasi yang menumpuk akan menonaktifkan gen duplikat. Namun kadang juga
duplikat akan tetap aktif dan terubah susunanya sehingga mempunyai fungsi yang
berkaitan namun berbeda dengan gen aslinya.
Duplikasi berulang yang diikuti perbedaan
sekuen mungkin menghasilkkan keluarga gen berkerabat yang mempunyai fungsi yang
berkaitan namun berbeda. Salah satu contoh yang paling baik adalah keluarga gen
globin. Hemoglobin membawa oksigen dalam darah, sedangkan mioglobin membawa
oksigen dalam otot. Kedua protein ini memiliki fungsi yang kurang lebih sama,
bentuk 3D yang mirip, dan sekuen yang berkerabat. Setelah gen globin awal
berduplikasi, 2 gen untuk mioglobin dan hemoglobin perlahan mengalami
percabangan, karena mereka mengalami spesialisasi untuk bekerja dalam jaringan
yang berbeda.
Gen globin
adalah contoh dari keluarga gen (gene
family), yaitu sekelompok gen yang saling berkerabat yang terbentuk melalui
duplikasi terus menerus. Setiap anggota keluarga ini mempunyai sekuen yang
berkerabat dengan fungsi yang mirip. Selama evolusi, duplikasi gen yang terus
menerus mungkin menghasilkan beberapa gen baru yang fungsinya mengalami secara
perlahan, sampai pada akhirnya kekerabatan antar keduanya sulit untuk dikenali.
Hal ini memberikan gen suatu penggolongan lain, dibawah tingkat keluarga, yang
dikenal sebagai “superfamily”. Gen-gen pada system imun merupakan contoh yang
baik dari keluarga gen dan superfamily gen.
3. MEMBUAT GEN BARU MELALUI SHUFFLING
Cara lain
dalam menghasilkan gen baru adalah dengan menggunakan molekul yang sudah jadi.
Segmen dari dua gen atau lebih dapat digabungkan (fusi) melalui penyusunan
ulang DNA, sehingga menghasilkan gen baru yang tersusun atas daerah2 (region) yang berasal dari beberapa
sumber. Contoh pembentukan gen dari beberapa komponen yang berbeda adalah pada
reseptor LDL. LDL atau low density
lipoprotein, berfungsi membawa kolesterol dalam darah. Reseptor LDL
ditemukan pada permukaan sel yang menggunakan LDL. Gen untuk reseptor ini
terdiri atas beberapa daerah, dimana dua diantaranya berasal dari gen lain.
Mendekati bagian depan terdapat 7 ulangan dari suatu sekuen yang juga ditemukan
dalam „factor C9 komplementer‟, yaitu suatu protein dalam sistem imun tubuh.
Lebih kedepan lagi adalah segmen yang berkerabat dengan suatu hormon, yaitu epidermal growth factor. Ketika suatuen
„mosaik‟ seperti itu ditranskripsikan lalu ditranslasi, maka akan terbertuk
suatu protein „tembelan‟ yang tersusun atas beberapa domain yang berbeda.
4.
PROTEIN YANG
BERBEDA BEREVOLUSI PADA TARAF YANG BERBEDA
Fibrinopeptida terlibat dalam proses
pembekuan darah. Protein ini membutuhkan arginin di bagian ujung, dan harus
bersifat keasaman sedang. Terlepas dari itu, protein ini dapat bervariasi
secara luas karena sedikit sekali syarat2 (agar bisa berfungsi) lainya. Sebaliknya,
histon mengikat DNA dan bertanggung jawab atas benarnya pelipatan DNA. Hampir
setiap perubahan pada histon dapat bersifat letal pada sel, maka dari itu
evolusi histon sangatlah lamban.
Sitokrom c
adalah suatu enzim yang fungsinya bergantung amat sangat pada residu asam amino
pada situs aktif, yang mengikatkanya pada kofaktor hemo. Karena itu residu pada
situs aktif jarang bervariasi, walaupun asam amino disekitarnya berubah-rubah.
Dari 104 residu, hanya 3, yaitu Cys-17, His-18, dan Met-80 yang tidak
bervariasi sama sekali. Pada tempat lain, variasi sangatlah rendah residu asam
amino yang besar dan nonpolar selalu mengisi posisi 35 dan 36. Beberapa molekul
sitokrom c telah diamati menggunakan kristalografi sinar, dan telihat bahwa
semua molekul memiliki struktur 3D yang sama. Walaupun pada molekul sitokrom c
dapat terjadi variasi sampai 88% pada residu, bentuk 3D nya tidak berubah.
Sedikit variasi ini terlihat pada asam amino yang penting bagi fungsi dan
struktur sitokrom c.
Insulin adalah suatu hormon yang berevolusi dengan kecepatan yang kurang lebih sama dengan sitokrom c. Inslin terdiri atas 2 rantai protein (A dan B)yang dikode oleh satu gen insulin. Selama sintesis protein, molekul pre-insulin panjang akan dihasilkan. Bagian tengah molekul ini, yaitu peptide C, akan dipotong dan dibuang. Ikatan disulfida akan menahan rantai A dan B bersamasama. Karena rantai C bukanlah bagian dari hasil akhir (hormone), maka ia dapat be revolusi dengan lebih cepat, kira-kira 10 kali kecepatan evolusi rantai B dan A. Seluruh protein ini menjaga residu penting mereka selama evolusi. Perlu dicatat bahwa mutasi bersifat acak. Mutasi bias saja terjadi pada bagian A, B, maupun C. Mutasi yang terjadi pada A dan B kemungkinan bersifat merugikan bagi organisme, maka dari itu tidak akan diturunkan ke generasi selanjutnya. Sebaliknya mutasi pada C tidak merugikan organisme, maka dari itu akan disalurkan kepada progeny.
5.
KEBIASAAN
MOLEKULAR (MOLECULAR CLOCKS) UNTUK
MELACAK EVOLUSI
Protein yang
berevolusi secara cepat, lambat laun akan memiliki sekuen yang sangat berbeda
antar organisme dari asal yang sama, sehingga tidak dapat dikenali lagi.
Sebaliknya, protein yang berevolusi sangat lamban akan menunjukan perbedaan
yang kecil diantara dua orgnasime. Maka dari itu, kita perlu menggunakan sekuen
yang lambat berubahnya, untuk menunjukan hubungan evolutioner yang jauh serta
sekuen yang berevolusi secara cepat pada organisme yang berkerabat dekat.
Kebanyakan protein manusia memiliki sekuen yang identik dengan simpanse, yang berkerabat dekat dengan manusia. Walaupun kita menelusuri evolusi cepat pada ebrinopeptida, manusa dan simpanse akan berada pada cabang yang sama dalam silisilah evolusi. Jadi bagaimana membedakan manusia dengan simpanse. Mutasi yang tidak mepengaruhi sekeuen protein lebih cepat menuumpuk selama evolusi, karena mereka tidak memiliki efek merugikan. Jadi jika kita melihat sekuen DNA (bukan sekuen protein) dari beberapa organisme, akan terlihat banyak perbedaan lain. Perbedaan ini cenderung ditemukan pada sekuen non koding dan pada posisi kodon ketiga. Dengan mengubah basa ketiga pada sebagian besar kodon tidak akan mengubah asam amino yang dikodenya. Intron adalah sekuen non koding yang akan dikeluarkan dari transkrip primer sehingga tidak akan muncul pada mRNA. Sekuen introm tidak merepresentasikan protein akhir yang akan dibentuk. Disamping batas intron dan situs pengenal daerah splicing, sekuen intron pada suatu DNA bebas bermutasi. Sekuen non koding lain terdapata diantara gen, dan jika tidak terlibat dalam proses regulasi, maka mereka bebas untuk bermutasi.
6. EVOLUSI INSTAN RNA RIBOSOM
Bayangkan sebuah molekul esensial yang
berkembang secara perlahan, seperti histon atau RNA ribosom. Ada kemungkinan
kombinasi tertentu dari dua mutasi terjadi pada molekul fungsional, namun hal
itu sendiri akan menjadi tidak berpengaruh. Sebagai contoh, sebuah mutasi dari
G ke C dapat berakibat fatal pada rRNA 16S. Namun, dengan mengganti GC menjadi
pasangan basa CG hal tersebut dapat diatasi. Selama evolusi normal, pergantian
ini hampir tidak mungkin terjadi karena mutasi tunggal sekalipun merupakan mutasi
yang letal dan kemungkinan terjadinya mutasi beruntun hanya pada dua jenis basa
sangat kecil.
Akibatnya, pasangan CG pada mutasi ini
akan menjadi sangat langka di dalam rRNA 16S pada makhluk hidup yang masih ada.
Untuk menganalisis seluruh hubungan struktur dan fungsi molekul seperti rRNA,
beberapa mutasi buatan harus dipaparkan secara berturut-turut. Hal ini dapat
dilakukan dengan prosedur yang dikenal dengan nama “evolusi instan” yang
dikembangkan di dalam laboratorium Dr. Philip R. Cunningham di Wayne State
University. Pada pendekatan ini, rRNA 16S dimutasikan dan mutasi yang mencegah
sintesis protein diisolasi. Kemudian, mutasi supresor yang mengembalikan
sintesis protein diseleksi. Pilihan lain, beberapa mutasi acak dapat dipaparkan
secara beruntun pada suatu daerah kecil rRNA yang diduga memiliki peran penting
dalam sintesis protein. Pada kedua cara tersebut, kebanyakan mutasi yang
terjadi bersifat letal pada keadaan normal untuk menghindari matinya bakteri
maka dilakukan manipulasi agar mutan dari rRNA 16S tidak mempengaruhi sintesis
protein sel normal.
Teknologi berikut dikembangakan untuk
mencegah bentukan rRNA yang termutasi mempengaruhi fungsi normal dari bakteri.
a.
Salinan gen rRNA 16S dimasukkan ke dalam plasmid dan
dimutasikan. Karena salinan genom rRNA 16S masih berfungsi, sebagian besar
ribosom sel akan masih tetap normal. Hanya sebagian kecil ribosom yang akan
memiliki mutan rRNA 16S.
b.
Sekuen anti-Shine-Dalgarno pada plasmid rRNA 16S diubah
sehingga tidak dapat mengenali mRNA sel normal, sehingga mutasi letal pada
salinan rRNA 16S tidak akan mempengaruhi sintesis protein normal.
c.
Gen reporter didesain dengan sekuen Shine-Dalgarno yang
telah diubah menjadi cocok dengan plasmid atau mutan rRNA 16S. Sehingga hanya
translasi mRNA dari gen reporter yang merespon mutasi dalam salinan rRNA 16S
yang berasal dari plasmid. Gen reporter yang digunakan ada dua, chlorampenicol
acetyl transferase (CAT), yang membuat bakteri menjadi kebal terhadap
chlorampenicol, dan green fluorescent protein (GFP), yang menyebabkan bakteria
menjadi berwarna hijau saat menampakkan fluorescent. Mutan rRNA 16S secara
fungsional terisolasi dari bagian sel yang lain dan dapat dianalisis dengan
memonitor ekspresi
dua protein CAT dan
GFP. Mutasi letal pada rRNA 16S hanya mencegah CAT dan GFP tanpa mempengaruhi
sintesis protein normal dari bakteri.
Sebenarnya sekuen
RNA ribosom digunakan untuk klasifikasi. Namun setelah didapatkan data sekuen
yang lebih banyak, termasuk data seluruh genom, menambah sejumlah gen lain
untuk masuk ke dalam pertimbangan klasifikasi menjadi mungkin dilakukan. Untuk
mendapatkan pohon kekerabatan yang benar kita juga membutuhkan informasi sekuen
dari organisme lain yang berada di luar kelompok tersebut, dalam kasus ini
digunakan bakteri pseudomonas, yang berkerabat jauh dengan enterobakteri. Titik
pada gambar menunjukkan dugaan leluhur yang sama.
Panjang cabang juga seringkali di beri skala untuk
menunjukkan jumlah mutasi yang dibutuhkan berapa banyak basa yang harus berubah
untuk mengganti sekuen tiap poin cabang satu ke yang lain.
Satu masalah besar dari perbandingan sekuen adalah
perubahan basa dapat berbalik kembali. Walaupun perbandingan statistik dari
beberapa sekuen dengan banyak bagian yand diubah seringkali sudah mencukupi
untuk pembuatan silsilah, terkadang muncul ambiguitas. Metode yang berguna
untuk membantu menyelesaikan ambiguitas ini adalah dengan menggunakan insersi
atau delesi yang tertata – dikenal dengan nama sekuen penanda atau indels.
Walaupun insersi atau delesi satu basa dapat berbalik, kemungkinan insersi atau
delesi pada beberapa basa untuk kembali seperti bentuk aslinya sangat kecil.
Akibatnya, bila satu subgrup famili yang berhubungan sekuennya memiliki indels
dengan panjang yang sama dan sekuen di tempat yang sama, sekuen itu berarti
berasal dari satu leluhur yang sama.
7. DNA MITOKONDRIA
Walaupun mitokondria mengandung molekul DNA
sirkuler yang berbeda dengan kromosom bakteri, genom mitokondria berjumlah
sangat sedikit. DNA mitokondria mengkode beberapa protein dan RNA ribosom dari
mitokondria. Namun sebagian besar komponennya dikode oleh nukleus eukariot.
Yang menjadi pertimbangan kali ini adalah mitokondria, DNA hewan mengakumulasi
mutasi lebih cepat daripada gen inti sel. Dalam hal ini, mutasi seringkali
terjadi pada posisi kodon ketiga dari gen struktural dan bahkan lebih cepat di
bagian pengaturan antar gen. Hal ini berarti bahwa DNA mitokondria dapat
digunakan untuk mempelajari hubungan kekeluargaan dari spesies yang dekat atau
ras berbeda dalam satu spesies. Kebanyakan variabilitas dalam DNA mitokondria
manusia muncul di dalam segmen D-loop dari daerah regulator. Pembacaan segmen
ini akan membuat kita dapat membedakan orang berdasarkan kelompok rasnya.
Satu kekurangan
bila kita memakai DNA mitokondria adalah bahwa semua mitokondria merupakan
hasil turunan dari ibu. Walaupun sperma juga mengandung mitokondria, itu tidak
dilepaskan saat fertilisasi sel telur dan tidak diwariskan ke keturunannya. Di
sisi lain, analisis mitokondria memberikan hasil yang jelas mengenai silsilah
dari wanita tersebut, sebagaimana komplikasi akibat rekombinasi dapat
diabaikan. Lebih jauh lagi, sel eukaryotik mengandug hanya satu nukleus tapi
memiliki banyak mitokondria sehingga bisa didapatkan ribuan DNA mitokondria.
Hal ini membuat ekstraksi dan sekuensing DNA mitokondria menjadi lebih mudah
dari segi teknikal.
8. DNA KUNO DARI HEWAN PUNAH
Terpisah
dari mumi dan mamoth yang didiskusikan tadi, sekuen DNA dari hewan yang masih
hidup biasanya digunakan untuk merancang skema evolusi. Namun, DNA lama yang
diekstrak dari sisa fosil hewan yang sudah punah dapat memberikan data evaluasi
bagi ras yang sudah berevolusi. DNA tertua yang diketahui didapat dari damar.
Damar adalah bentukan resin dari pohon yang sudah punah yang akan berubah
menjadi keras dan bening setelah jutaan tahun. Terkadang ada hewan kecil yang
terperangkap di dalam damar dan ikut terawetkan. Sebagian besar hewan yang
terperangkap adalah serangga, namun terkadang juga ditemukan cacing, siput dan
bahkan kadal kecil. Damar berperan sebagai pengawet dan sel hewan di dalamnya
masih bisa dilihat dengan mikroskop elektron. Sudah dibuktikan bahwa DNA di
dalam hewan yang terperangkap damar bisa dipulihkan dan DNA tersebut telah
diperbanyak dengan PCR dan disekuensikan.
Potongan
terbesar damar yang ditemukan hanya berukuran 6 inchi, sehingga hewan besar
seperti dinosaurus tidak dapat diawetkan. Namun, sel darah yang terawetkan di
dalam perut serangga penghisap darah secara teori dapat memberikan sumber DNA
lengkap dari hewan besar. Hal ini menjadi dasar pembuatan film Jurassic Park
oleh Michael Crichton, saat DNA dinosaurus dimasukkan ke dalam telur amphibi.
Di kehidupan nyata, DNA dinosaurus yang ditemukan sudah rusak berat dan hanya
bagian pendek saja yang dapat dibaca. Namun, kemungkinan untuk mendapatkan
sekuen DNA dari T-Rex suatu saat bukan lagi menjadi impian saja.
Walaupun DNA
memang telah diisolasi dari sampel yang berusia ratusan juta tahun sehingga
identifikasi menjadi tidak mungkin. Sekarang, DNA hewan tertua yang telah
diidentifikasi berasal dari 50.000 tahun yang lalu berasal dari mammoth
Siberia. Sampel jenis beku ini juga menyediakan DNA tumbuhan rumput dan semak
yang berasal 300.000 sampai 400.000 tahun yang lalu.
Mikroorganisme juga dapat terperangkap di
dalam damar dan beberapa kasus dapat dihidupkan kembali, bukan hanya mendapat
sampel DNAnya saja. Dalam hal ini, spora, dilindungi mantel pelindung yang
dibentuk bakteri agar dapat bertahan dalam kondisi buruk sehingga dapat tetap
hidup untuk waktu yang sangat lama. Beberapa spora bakteri berusia 30 juta
tahun telah ditemukan di dalam lebah yang terperangkap damar. Ketika diberi
nutrisi spora tersebut berkembang menjadi koloni bakteri. Bakteri ini
diidentifikasi sebagai Bacillus sphaericus, yang sekarang ditemukan berasosiasi
dengan lebah. DNA dari bakteri ini sangat mirip dengan relatifnya di masa kini,
hanya saja tidak identik, dan tampak seperti bakteri kuno ini hanya sebagai
kontaminan saja. Sekarang, spora dari bakteri bacilus lain diisolasi dan
dihidupkan kembali dari kristal garam berusia 250 juta tahun.
DAFTAR PUSTAKA
Ansosry. (2016). Geologi
Pertambangan. Kemendikbud, Medan
Cambridge, Univ. Press.
Chaloner. (1994). Evolution
and Extinction. 1 st ed. Cambridge University Press
Dr. Djoko T. Iskandar. Modul 1 ( Teori Evolusi)
Futuyma, D.J. (1979). Evolutionary Biology. Sinauer Associates Inc.
Greenwood, P.J. P.H. Harvey & M. Slaktin, (eds.).
(1985). Evolution.
Neal A Campbell. 2009. Biologi Jilib II Edisi 5.
Jakarta : Erlangga
Ridley, Mark. 1991. Masalah-masalah evolusi. junior research in new college. Oxford. UI Press. Salemba. jakarta
Widodo, et. al. 2003. Bahan Ajar Evolusi. Program Semi-que IV. Jurusan Biologi FMIPA. Universitas Negeri Malang. Malang.
EmoticonEmoticon