J. Biosains Unimed/Vol.2/No.3/November 2014
ISSN : 2338 - 2562
PERKEMBANGAN ORGANISME DITINJAU DARI EVOLUSI SEL THE DEVELOPMENT OF ORGANISMS IN TERMS OF THE CELL EVOLUTION Ahmad Shafwan S. Pulungan Biology Department, FMIPA, State University of Medan
[email protected] Abstract Evolution is an event that resulted in changes that took place very long. These changes result from changes in morphology, anatomy and behavior. Cell as the basic structure of life is an important study in evolutionary aspects. theory of evolution reveals that life now berasar of past lives. study the evolution of the cell level showed that the cells have a role in the evolutionary development, not only as a structural and functional unit of heredity but the unit that was sent to the cell progeny. Evolution of cells can be studied to see the development of organisms from the past to the present.
Keyword : Evolution, Cell, Protein, Pendahuluan Suatu organisme tersusun atas sel sebagai struktur dasar makhluk hidup, membran tipis yang mengelilingi ruangan berisi cairan kimia. Bentuk makhluk hidup paling sederhana adalah sel-sel soliter yang memperbanyak diri dengan pembelahan biner. Organisme yang lebih tinggi seperti manusia, tampak seperti kota sel yang setiap kelompok kecil mempunyai fungsi dan spesialisasi masing-masing dan dihubungkan dengan sistem komunikasi yang rumit. Sel menempati setengah skala kompleksitas makhluk biologis. tujuan mempelajari sel untuk belajar bagaimana membuat sesuatu dari molekul-molekul dan bagaimana mereka bekerja membentuk organisme yang kompleks seperti manusia. Kajian utama yang terus berkembang terhadap teori evolusi menunjukkan bahwa makhluk hidup (manusia, hewan dan tumbuhan) selalu berkembang selama berjuta-juta tahun. Menunjukkan bahwa, perkembangan makhluk hidup dari nenek moyang terdahulu terus
berkesinambungan hingga sekarang dengan berbagai proses yang dilewati. Bisa jadi makhluk hidup tersebut merupakan perkembangan menuju bentuk yang kompleks atau sebaliknya. Perkembangan tersebut berlangsung sangat lama sehingga dibutuhkan rekam jejak dalam pengkajian lanjutan. Sel merupakan bagian terkecil penyusun tubuh organisme, disebut juga sebagai satuan unit struktural, fungsional dan herediter yang terkecil. Sejak dahulu ahli filsafat kuno terutama Aritoteles pada zaman kuno dan Paracelsus pada zaman pembaharuan telah mengemukakan bahwa “hewan dan tumbuhan walaupun nampaknya sangat rumit terdiri atas beberapa unsure yang selalu terulang pada tiap tubuh makhluk hidup”. Pendapat mengenai sel ini kemudian berkembang dengan ditemukannya mikroskop yang mendukung perkembangan penelitian tentang sel. (Pulungan, 2012) Berdasarkan pengertian dan fungsi sel diatas menunjukkan bahwa sel merupakan bagian terkecil makhluk hidup yang dapat hidup dan melakukan aktivitas metabolis 97
J. Biosains Unimed/Vol.2/No.3/November 2014
ISSN : 2338 - 2562
yang digerakkan oleh berbagai jenis organel-organel sel. Organel-organel tersebut bekerja sesuai dengan fungsi dan struktur masing-masing. Sel juga merupakan unit hereditas. Hereditas berkaitan erat dengan fungsi genetic. Sel memiliki inti sel yang didalamnya terdapat unit genetic (DNA) yang memiliki fungsi sebagai pengendali aktifitas sel. DNA tersebut berisi jutaan kopi sifat maupun karakter yang akan diturunkan kepada keturunannya. Sejalan dengan itu, maka terdapat makhluk hidup yang bersel tunggal (bakteri, euglena dan lainnya) serta bersel banyak (hewan, tumbuhan dan manusia). Akan tetapi, penyusun dasar merupakan unit sel. Prinsip evolusi diatas menjelaskan bahwa makhluk hidup saat ini merupakan hasil evolusi dari makhluk hidup sebelumnya. Prinsip evolusi tersebut juga berhubungan dengan penyusun dasar makhluk hidup yaitu sel. Sel yang ada sekarang tentunya jika dilihat dari sudut pandang diatas merupakan hasil evolusi sel sebelumnya. Evolusi sel berusaha untuk memahami bagaimana seleksi alam dalam bentuk sel terbentuk dan bagaimana prosesnya. Karya terbaru telah mengungkapkan bahwa dasar molekuler dari organism dan tingkat adaptasi dengan menggambarkan pada informasi filogenetik untuk menyimpulkan, menciptakan dan memfungsikan sekuensing dari urutan proteins (Dean dan Thomson, 2007), seperti ikatan reseptor pada ligand (Bridgham dkk, 2006) atau enzyme dengan prefernsi koenzim yang berbeda (Zhu dkk, 2005).
mendapatkan bentuk utuh dari urutan genom manusia dan genom organism lainnya, sebagai contoh, mekanisme sel molekuler dari evolusi paru-paru yang menyimpulkan bahwa terdapat sebuah kesatuan dari perkembangan homeostatis dan regenerasi. Gambaran ini menunjukkan sebuah proses evolusi paruparu, seperti cladogram juga menyimpulkan sebuah petunjuk dan besarnya perubahan. Pandangan ini tidak seperti apa yang dikemukan oleh Einstein sekitar 16 tahun yang lalu tentang kecepatan cahaya dalam melewati angkasa, dimana dia memberikan wawasan dalam bentuk kesatun fisika dari gerak brown sampai efek fotoelectric dan teori relativitas. Munculnya kesatuan waktu bersamaan yang mengikuti skema yang telah ditentukan, seperti kesatuan waktu pada biologi paru-paru dimana terlihat dari konsep pemberian sinyal antar sel, ontogeny, filogeni, homoestatis, dan regenerasi merupakan satu kesatuan.
Visi Einstein dan Darwinisme Darwin melihat sebuah kesatuan dari konsep spesiasi dalam prinsip seleksi alam, bukan antroposentris ikatan besar kehidupan. Namun, Darwin menjelaskan untuk susunan biologi dia mengobservasi kemampuan bertahan hidup yang akhirnya merupakan suatu proses evolusi, akan tetapi tidak menyediakn penjelasan cara terbentuknya asal mula sel di kehidupan. Seperti sebuah model mekanistis yang diperlukan jika kita berusahan untuk
Pemahaman Hipotesa Endosimbiosis Para pakar biologi sel sependapat bahwa mitokondria berasal dari bakteri aerobik yang mengadakan endosimbiosis dengan eukariot anaerobik. Endosimbiosis adalah jika organisme dari suatu species hidup didalam organisme dari species yang lain. Proses yang terjadi adalah sel-sel bakteri aerobik tertelan oleh sel eukariota aerobik namun bakteri aerobik tidak mengalami pencernaan. Bakteri aerobik yang tertelan selanjutnya hidup di dalam sel eukariot. Eukariot mensuplai bakteri dengan proteksi dan komponen-komponen karbon, sedangkan bakteri mensuplai eukariot dengan energi ATP. Teori endosimbiosis mencoba menjelaskan asal-usul organel seperti mitokondria dan kloroplas dalam sel eukariotik. Teori ini mengusulkan bahwa kloroplas dan mitokondria berevolusi dari jenis bakteri yang sel eukariotik ditelan melalui endophagocytosis. Sel-sel dan bakteri terperangkap di dalamnya memasuki hubungan simbiosis, hubungan erat antara berbagai jenis organisme selama waktu 98
J. Biosains Unimed/Vol.2/No.3/November 2014
ISSN : 2338 - 2562
yang panjang , yang berarti bahwa salah satu organisme (bakteri) hidup dalam lainnya (sel eukariotik). Beberapa bukti yang mendukung teori tersebut adalah: (i) Mitokondria dapat menggandakan diri menyerupai pembelahan biner pada bakteri, (ii) DNA mitokondriamenyerupai DNA prokariot, berupa molekul sirkular tunggal dan ribosom pada mitokondria dibuat dari sub unit dengan koofisien sedimentasi yang lebihmenyerupai ribosom prokariot dibandingkan dengan eukariot, (iii) Ukuran mitokondria hampir sama dengan ukura bakteri. (iv) Mitokondria memiliki membranganda, memiliki kemiripan dengam membran sejumlah prokariota, dan (v) urut- anDNA pada mitokondria tertutup dan memiliki kemiripan dengan DNA proteo bakteril(vi) Mitokondria memiliki kemiripan fisik dengan prokariota. Asal usul kloroplas sangat mirip dengan mitokondria. Sebuah sel telah menangkap cyanobacterium fotosintesis dan gagal untuk mencernanya. Cyanobacterium yang berkembang dalam sel dan akhirnya berkembang menjadi kloroplas pertama. Organel eukariotik lain mungkin juga berkembang melalui endosimbiosis, telah diusulkan bahwa silia, flagela, sentriol, dan mikrotubulus mungkin berasal dari simbiosis antara bakteri spiroketa dan sel eukariotik awal, akan tetapi masih terdapat perdebatan tentang asal mula kloroplas ini di kalangan para ahli. Ada beberapa contoh bukti yang mendukung teori endosimbiosis. Mitokondria dan kloroplas mengandung pasokan kecil mereka sendiri DNA, yang mungkin sisa-sisa genom organel bakteri aerobik. Satu bukti yang paling meyakinkan dari turunnya organel dari bakteri adalah posisi urutan DNA mitokondria dan plastid pada pohon filogenetik bakteri. Mitokondria memiliki urutan yang jelas menunjukkan asal dari sekelompok bakteri yang disebut alphaproteobacteria. Plastida memiliki urutan DNA yang menunjukkan asal dari cyanobacteria (alga biru-hijau). Selain itu, ada organisme hidup sekarang, yang
disebut intermediet hidup, yang berada dalam kondisi endosymbiotic mirip dengan sel prokariotik dan bakteri aerobik. Hidup bercampur menunjukkan bahwa evolusi yang diajukan oleh teori endosimbion adalah mungkin. Misalnya, raksasa Amoeba pelomyxa tidak memiliki mitokondria tetapi memiliki bakteri aerobik yang melaksanakan peran serupa. Berbagai karang, kerang, siput, dan satu spesies Paramecium permanen tuan ganggang di sel mereka. Urutan lengkap bagian mitokondria, prokariot dan genom lainnya telah banyak tersedia saat ini. Data tersebut menginformasikan bahwa genom mitokondria berasal dari nenek moyang eubacteria (khususnya α-proteobacterial) akan tetapi masih menimbulkan pertanyaan tentang evolusi dan asal mulanya. Evolusi Prokariot dan Eukariot Perubahan dan evolusi antara eukariot,sel dengan inti dan prokariot, menurut beberapa ahli menjadi perubahan paling mendalam dalam sejarah evolusi,asal-usul dari sel eukariot yang menurut beberapa ahli berasal dari aktvitas endosymbiosis, yang mana dalam teori ini menjelaskan fenomena adanya organisme yang hidup dalam satu komponen organisme saling melengkapi satu sama lain beberapa orang lebih mengenal dengan istilah hipotesis endosymbiosis, hipotesis ini menyebutkan bahwa sel eukariotuk berasal dari perkembangan sel prokariotik. Istilah "chimeric" merujuk pada suatu organisme yang mengandung jaringan dari setidaknya dua orang tua yang berbeda secara genetik. Model chimeric mengusulkan bahwa sel eukariotik pertama muncul sebagai hasil dari peristiwa fusi yang tidak biasa antara eubacterium Gram-negatif (host) tanpa dinding sel dan archaebacterium (Simbion) di mana kedua orang tua membuat kontribusi besar untuk genom nuklir sel. Inti muncul sebagai hasil lipat di membran inang sekitar sel ditelan. Model chimeric didasarkan pada bukti genetik dan 99
J. Biosains Unimed/Vol.2/No.3/November 2014
ISSN : 2338 - 2562
biokimia. Salah satu bukti genetik yang mendukung model adalah fakta bahwa selsel prokariotik yang homogenomic (memiliki materi genetik dari salah satu orang tua saja), sedangkan sel eukariotik yang heterogenomic (memiliki materi genetik dari lebih dari satu orang tua). Bukti biokimia dalam mendukung model chimeric melibatkan filogenetik, atau evolusi, analisis data sekuens dari protein. Analisis ini menunjukkan hubungan erat antara bakteri Gram-negatif dan eukariota di satu sisi dan Gram-positif bakteri dan archaebacteria di sisi lain. Data protein bahkan lebih urutan menyarankan hubungan antara eukariota dan archaebacteria. Data ini menunjukkan bahwa hubungan simbiosis antara bakteri Gram-negatif dan archaebacteria sebagai nenek moyang dari sel eukariotik layak. Secara keseluruhan, data sekuens mendukung model chimeric. Menurut hipotesis hidrogen, sel eukariotik pertama tidak terbentuk hanya secara kebetulan. Sebaliknya, adalah merupakan hasil dari kesatuan tujuan antara sel inang archaebacterial, sinkronisasi yang akhirnya menghasilkan metana, dan simbion mitokondria masa depan yang membuat hidrogen dan karbon dioksida sebagai produk limbah dari metabolisme anaerobik. Dengan demikian, meskipun Simbion itu mungkin mampu berespirasi aerobik, simbiosis dimulai dari hasil dari produk metabolisme anaerobik. Ketergantungan inang pada hidrogen diproduksi oleh simbion tersebut diidentifikasi sebagai prinsip selektif yang mengkonsolidasi nenek moyang sel eukariotik. Hipotesis hidrogen memiliki beberapa implikasi penting yang bertentangan dengan pandangan saat ini hubungan antara eukariota dan archaebacteria. Dalam pandangan saat ini, eukariota sejak lama bercabang dari archaebacteria sebelum archaebacteria telah dibagi menjadi kelompok. Hipotesis hidrogen menyiratkan bahwa eukariota pertama muncul, kemudian mekanisme evolusi, menggambarkan kaitan erat eukariota terhadap archabacteria.
Penjelasan lain baru-baru ini tentang asalusul eukariota yang disebut "hipotesis syntrophic" disajikan oleh García López dan Moreira (1998). Meskipun mereka secara independen mengusulkan, hipotesis syntrophic bersifat komplementer dalam beberapa aspek dengan hipotesis hidrogen. Kedua hipotesis setuju saran terhadap metabolisme anaerobik sebagai asal simbiosis mitokondria. Mereka juga berpandangan sama dalam beberapa hal metabolisme simbiosis dan bagian molekul archaea (López-Garcia dan Moreira 1999). Perbedaan utama antara dua hipotesis adalah sifat kemitraan bakteri asli. Seperti yang dinyatakan sebelumnya, dalam hipotesis hidrogen, simbiosis asli diperkirakan terjadi antara archaebacterium metanogen dan nenek moyang eubacterial ke mitokondria. Dalam hipotesis syntrophic, simbiosis aslinya dipahami telah terjadi antara archaebacterium metanogen dan sulfatrespiring asal dari α -proteobacterium. Yang pertama memberikan materi genetik pusat dan metabolisme asam nukleat sedangkan yang kedua diberikan karakteristik yang paling metabolik (López-Garcia dan Moreira 1999). Referensi : Bridgham, J.T.,Carrol, S.M., and Thomton, J.W., 2006. Evolution hormone-receptor complexity by molecular exploitation. Science 312, 97-101. Cracraft J. Donaghue MJ., 2004. Assembling the Tree of Life. Oxford:Oxford University Press. Dean,
A.M., and Thomton, J.W. 2007. Mechanistic approaches to the study of evolution: The Functional synthesis. Nat. Rev. Genet. 8, 675-688.
Drummond, D.A and Wilke, C.O. 2008. Mistranslation-Induced Protein Misfolding as a Dominant Constraint on Coding-Sequence Evolution. Cell 134, 341-352, Elsevier Inc.
100
J. Biosains Unimed/Vol.2/No.3/November 2014
ISSN : 2338 - 2562
Lopez-Garcia, P. & Moreira, D. 1999. Metabolic symbiosis at the origin of eukaryotes. Trends Biochem. Sci. 24, 88–93
Simon and Schster. 2007. Isaac W. Einstein. New York.
Mazzarello P. 1999. A unifying concept: the history of cell theory. Nat Cell Biol. 1(1):E13-5. Michael W. Gray., Gertraude Burger, B. Franz Lang. 2001. The Origin and Early Evolution of Mitochondria. Genom Biology. 2 (6).p.1-5. Pulungan, A.S.S.2012. Buku Ajar Biologi Sel. Unimed Press
Torday JS, Rehan VK. 2007. The evolutionary continuum from lung development to homeostasis and repair. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. :292: L608–11. Torday JS and Rehan VK. 2009. The Evolution of Cell Communication: The Road not Taken. Cell Communication Insights 2: 17-25
101
