perkembangan organisme ditinjau dari evolusi sel

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