EVOLUSI
advertisement
EVOLUSI ASAL USUL KEHIDUPAN Teori Abiogenesis Teori Biogenesis Percobaan Redi Percobaan Spallanzani Percobaan Pasteur Teori Kosmozoa Evolusi Kimia Evolusi Biologi Percobaan Redi Percobaan Spallanzani Percobaan Pasteur Evolusi Kimia Model perangkat percobaan Miller dan Urey untuk sintesis molekul organik secara abiotik. ASAL USUL PROKARIOT H2O, H2, CH4, NH3 Monomer organik Polimer organik (protenoid) ASAL USUL EUKARIOT Protobion Progenot (sel purba) Sel prokariot purba Evolusi Tumbuhan Alga Tumbuhan lumut Evolusi Hewan Tumbuhan paku Tumbuhan berpembuluh Pengertian Evolusi? • Evolusi : suatu perubahan yang berlangsung sedikit demi sedikit dan memakan waktu yang lama • Evolusi Biologi = perubahan frekuensi gen dalam suatu populasi karena faktor-faktor atau mekanisme evolusi • Mekanisme evolusi – – – – – Natural selection Genetic drift Mutation Gene flow Rekombinasi Seksual • Darwin and Wallace, 1850s – Teori Evolusi menganggap bahwa keberadaan spesies tanaman dan hewan berasal dari organisme yang sederhana berjuta-juta tahun yang lalu. – Darwin, On the origin of species, 1859 – Dipengaruhi oleh prinsip uniformitarianisme FENOMENA EVOLUSI Evolusi mempelajari sejarah asal usul makhluk hidup dan keterkaitan genetik antara makhluk hidup satu dengan yang lain Adaptasi pada kaktus dan belalang. Seleksi alam terhadap Biston betularia. Mekanisme Evolusi • Seleksi Alam – Seleksi alam adalah proses bertahap dimana alam menyeleksi bentuk-bentuk yang cocok untuk bertahan hidup dan bereproduksi sesuai dengan kondisi lingkungan yang ada. – Untuk seleksi alam yang bekerja pada suatu populasi harus ada variasi dan kompetisi dalam populasi sebagai bahan seleksi. – Konsep seleksi alam berpendapat bahwa organisme yang lebih cocok dengan lingkungannya akan bertahan dan bereproduksi lebih baik dibanding dengan organisme yang kurang cocok dengan lingkungannya…survival of the fittest Mekanisme Evolusi - Lanjutan • Random genetic drift adalah hilangnya/lepasnya frekuensi allele secara kebetulan atau dapat dikatakan merupakan perubahan acak pada frekuensi gen pada populasi kecil yang disebabkan oleh kematian, migrasi atau isolasi Ada dua kategori penyebab The bottleneck effect dan the founder effect • Mutasi adalah perubahan secara acak pada struktur DNA, yang disebabkan oleh faktor eksternal (zat mutagenik) atau faktor internal (kesalahan saat replikasi) • Gene flow, adalah perpidahan materi genetik dari satu populasi ke populasi lainnya, terjadi melalui interbreeding. • Rekombinasi Seksual, terjadi karena proses reproduksi seksual yang menghasilkan keturunan yang dapat berbeda dengan induknya. Pada reproduksi terjadi rekombinasi gen memberi memberi peluang terjadinya variabilitas sehingga berpengaruh terhadap evolusi populasi. Bukti-Bukti Evolusi • Fosil Anatomi Komparatif Embriologi Komparatif Fisiologi Komparatif • Kemiripan faal tubuh dijumpai pada makhluk hidup mulai dari tingkat rendah sampai tingkat tinggi meliputi: – kemiripan dalam faal respiratoria – kemiripan dalam metabolisme – proses sintesis protein – pembentukkan ATP sebagai molekul berenergi tinggi Usaha Domestifikasi • Hasil perjalanan Darwin menunjukkan bahwa spesiasi dapat terjadi karena upaya domestifikasi oleh manusia, misalnya upaya pemuliaan tanaman maupun hewan. Alat Tubuh Yang Tersisa Struktur DNA dan Protein TEORI EVOLUSI Teori Evolusi Sebelum Darwin Teori skala alami dan teologi alam Teori Evolusi Darwin Iguana laut dan variasi burung Finch yang ditemukan Darwin di kepulauan Galapagos. Perbandingan Teori Evolusi Darwin, Weismann, dan Lamarck Teori evolusi Weismann vs Darwin Weismann menguatkan teori Darwin, gen untuk leher panjang jerapah bersifat dominan, gen untuk leher pendek bersifat resesif Teori evolusi Lamarck vs Weismann Teori evolusi Lamarck vs Darwin (a) Lamarck dan (b) Darwin. Weismann berpendapat bahwa perubahan sel tubuh akibat pengaruh lingkungan tidak diwariskan kepada keturunannya, sedangkan Lamarck berpendapat sebaliknya PETUNJUK EVOLUSI Proses fisika Fosil Proses kimia Perbandingan Morfologi Divergensi morfologi dan struktur homolog Konvergensi morfologi dan struktur homolog Perbandingan Biokimia Perbandingan asam nukleat Perbandingan Embriologi Fosil laba-laba yang terperangkap dalam getah pohon. Divergensi morfologi pada tungkai depan vertebrata. Konvergensi morfologi pada ikan hiu, pinguin, dan lumba-lumba. Perbandingan embrio vertebrata. Mekanisme Evolusi Konteks historis Teori Evolusi • Kebudayaan barat menolak ide evoluioner kehidupan • Carolus lineustaxonomiide pengelompokan sbg ide dasar evolusi • Fosilpalaentologi • Konteks evolusi menurut darwin VS Lamarck • Darwin memfokuskan pada adaptasi • Seleksi alam menyebabkan adaptasi • Ilmu yang berkembang:biogeografi,anatomi dan embriologi perbandingan,biologi molekuler 4 Poin penting Teori Darwin • • • • Organisme akan terus mengalami perubahan Semua organisme berasal dari organisme sebelumnya Perubahan yang terjadi adalah suatu hal yang bersifat bertahap dan memakan waktu yang cukup lama Mekanisme perubahan evolusioner ini merupakan Proses Seleksi Alam. Title Seleksi Alam : Suatu proses yang terjadi melalui interaksi antara lingkungan dan organisme yang Date yang ditunjukkan dengan adanya keberhasilan berbeda dalam reproduksi dan bertahan Time hidup. Place EVOLUSI & POPULASI • Sintesis evolusi modern menggabungkan konsep seleksi darwin dan konsep pewarisan mendell • Struktur populasi ditentukan oleh frekuensi allel dan genotipnya (gene pool) • Contoh : 500 tumbuhan, 20 berwarna putih,480 merah yang terdiri dari 320 homozigot dan 160 heterozigot.Maka frekuensi allelnya? • Teori ini menunjukkan populasi tak berevolusi /ekuilebrum • Faktor agar mikroevolusi berkaitan dengan populasiukuran sampling haru besar,tidak ada mutasi,tidak ada seleksi alam,perkawinan acak dan terisolasi dari populasi lain 23.3 The Hardy-Weinberg theorem Contents 23.4 Genetic drift Contents 23.8 Clinical variation in a plant Contents Variasi dalam populasi • Variasi intraspesiespolimorfisme ex gol darah • Variasi interspesiesvariasi geografis • Mutasi dan rekombinasi menyebabkan adanya variasi genetik IDE LAMARCK • EVOLUSI TERJADI KARENA PENGARUH LINGKUNGAN • TERJADI REDUKSI PADA ORGAN YANG TIDAK DIPAKAI (USE & DISUSE) Proses Seleksi Alam Pengaruh Seleksi Alam Terhadap Populasi Seleksi Alam Distribusi Fenotip Macam seleksi Macam Seleksi : • Seleksi Direksional • Seleksi Penstabilan • Seleksi Pendiversifikasian/disruptif Macam Seleksi Seleksi Direksional : Model seleksi alam yang memilih satu bentuk ekstrem fenotip dalam suatu populasi, contoh : Populasi serangga yang resisten pestisida Macam Seleksi Seleksi Penstabilan : Model seleksi yang memilih bentuk fenotip antara (intermediet), contoh : Warna cangkang siput yang tidak terlalu terang/gelap Macam Seleksi Seleksi Pendiversifikasian : Model seleksi yang memilih dua bentuk ekstrem, sehingga fenotip antara tereliminasi, contoh : populasi burung finch pemakan biji (Pyrenestes ostrinus) yang terdiri dari jenis paruh besar dan kecil Konsep Spesies Spesies merupakan kelompok populasi yang anggotaanggotanya memiliki kemampuan untuk saling mengawini satu sama lain di alam dan menghasilkan keturunan yang dapat hidup dan fertil. Konsep Spesies Reproduksi Isolasi Reproduktif Mencegah populasi dari spesies yang berbeda untuk saling mengawini Isolasi reproduktif Terdapat dua konsep isolasi reproduktif : Isolasi Prazigotik : menghalangi perkawinan antara spesies atau menghalangi pembuahan telur jika anggota spesies yang berbeda berusaha untuk saling mengawini. Isolasi habitat : ex. 2 spesies parasit yang hidup dalam inang yang berbeda Isolasi Perilaku : perilaku kawin yang berbeda Isolasi Temporal : 2 spesies yang memiliki masa kawin yang berbeda Isolasi mekanis : anatomi reproduksi yang berbeda Isolasi Gametik : karakteristik gamet yang berbeda Isolasi reproduktif Isolasi Pascazigotik : bila sperma membuahi ovum spesies lain, maka zigot hibrida tersebut tidak akan berkembang menjadi organisme dewasa yang bertahan hidup dan fertile • Penurunan ketahanan hidup hibrida ----ketidaksesuaian genetic akan menggugurkan perkembangan hibrida pada tingkat embrio • Penurunan Fertilitas Hibrida ----- Hibrida steril ---tidak mampu bereproduksi • Perusakan hibrida --- Jika terbentuk hibrida baru --kegagalan reproduksi akan terjadi pada generasi berikutnya. MEKANISME EVOLUSI Angka laju mutasi banyaknya gen yang bermutasi dari seluruh gamet yang dihasilkan satu individu suatu spesies (1:100.000) Peluang terjadinya mutasi menguntungkan = 1:1000 Prinsip Kesetimbangan Hardy-Weinberg Frekuensi alel dan genotip suatu populasi selalu konstan dari generasi ke generasi dengan kondisi sebagai berikut: • Ukuran populasi harus besar • Ada isolasi dari populasi lain • Tidak terjadi mutasi • Perkawinan acak • Tidak terjadi seleksi alam Misalkan p mewakili frekuensi dari suatu alel dan q mewakili frekuensi alel lainnya, maka p+q=1 p2 frekuensi AA + 2pq frekuensi Aa + q2 = 1 frekuensi aa Hukum Hardy-Weinberg untuk frekuensi alel ganda p+q+r=1 Menghitung persentase populasi manusia yang membawa alel untuk penyakit keturunan Misalnya: Frekuensi individu penderita PKU (q2) = 1 tiap 10.000 Frekuensi alel q (resesif) = 0,0001 = 0,01 Frekuensi alel p (dominan) = 1 q = 1 0,01 = 0,99 Frekuensi heterozigot karier 2pq = 2 0,99 0,01 2pq = 0,0198 Berarti sekitar 2% dari suatu populasi manusia membawa alel PKU Menghitung frekuensi alel ganda Frekuensi golongan darah A = 320 orang Frekuensi golongan darah B = 150 orang Frekuensi golongan darah AB = 40 orang Frekuensi golongan darah O = 490 orang p2IAIA + 2prIAi + q2IBIB + 2qrIBi + 2pqIAIB + r2ii r2 = frekuensi golongan darah O = 490/1000 = 0,49 r = 0,7 (p + r)2 = frekuensi golongan darah A + O = (320 + 490)/1000 = 0,81 (p + r) = 0,9 p = 0,9 0,7 = 0,2 q = 1 (p + r) = 1 (0,2 + 0,7) = 0,1 Jadi frekuensi alel IA = p = 0,2; frekuensi alel IB = q = 0,1; frekuensi alel i = r =0,7 Frekuensi genotip IAIA = p2 = 0,04 Golongan darah A (IAIA) = 0,04 1000 = 40 orang Frekuensi genotip IBi = 2qr = 2(0,1 0,7) = 0,14 Golongan darah B (IBi) = 0,14 1000 = 140 orang Menghitung frekuensi gen tertaut kromosom X Untuk laki-laki = p + q, karena genotipnya A- dan aUntuk perempuan = p2 + 2pq + q2, karena genotipnya AA, Aa, dan aa Misalnya: Jumlah laki-laki penderita buta warna (c-) = 8% Frekuensi alel c = q = 0,08 Frekuensi alel C = p = 1 q = 1 0,08 = 0,92 Frekuensi perempuan yang diperkirakan buta warna (cc) = q2 = (0,08)2 = 0,064 Frekuensi perempuan yang diperkirakan normal (CC dan Cc) = p2 + 2pq = (0,92)2 + 2(0,92)(0,08) = 0,9936 Perubahan Perbandingan Frekuensi Gen (Genotip) pada Populasi • Hanyutan genetik • Arus gen • Mutasi • Perkawinan tidak acak • Seleksi alam SPESIASI Syarat Terjadinya Spesiasi • Adanya perubahan lingkungan • Adanya relung (niche) yang kosong • Adanya keanekaragaman suatu kelompok organisme Isolasi geografi Proses Spesiasi Isolasi reproduksi Isolasi geografi Proses Spesiasi Simpatri Proses Spesiasi Alopatri Proses Spesiasi Parapatri Proses Spesiasi Peripatri Isolasi reproduksi Evolusi Konvergen • Terjadi jika organisme-organisme berbeda yg hidup di lingkungan yang sama menjadi semakin mirip dalam tampilan ataupun tingkah lakunya • Lingkungan memilih adaptasi serupa pada spesies yang tidak terkait. • Organisme mengembangkan struktur analog (fungsi yang sama, tetapi asal-usul yang berbeda). • Contoh: - Sayap burung / sayap serangga - sirip hiu / sirip lumba-lumba Placental Mammals: top row Marsupial Mammals: bottom row Coevolution • Ketika dua spesies berevolusi bersama-sama. • Ada pengaruh evolusi bersama antara dua spesies. • Spesies memiliki hubungan simbiosis (interaksi antara anggota dari dua populasi). • Contoh: - Burung dan bunga Ko-evolusi Interaksi Hewan Tumbuhan Konsep/difinisi (Pertama kali dicetuskan oleh : Erlich dan Roven Ada beberapa difinisi : I. (1968). Interaksi 2 atau lebih organisme/populasi dengan hubungan ekologi yang sangat dekat yang didalamnya ada “koadaptasi mutualisme” selama evolusi. II. Interaksi 2 atau lebih populasi yang masing-masing bertindak sebagai kekuatan selektif terhadap evolusi dari yang lain (resiprok), ada “counteradaptation”. III.Perubahan evolusioner pada organisme makanan (tumbuhan) akan menyebabkan perubahan evolusioner pula pada organisme pemakannya (hewan) Kecepatan pop. Herbivor tinggi Tekanan seleksi thd. Tumb. Sangat kuat Berubahnya susunan genetik pop. Tumbuhan. Timbul individuindividu hewan mutan yang mampu mengalahkan resistensi tumbuhan Terjadi stabilitas populasi tumbuhan dan herbivor Dampak herbivori thd. Tumbuhan dibatasi Skema hubungan evolusioner Tumbuhan-Herbivor Populasi tumbuhan menjadi lebih resisten • Bukti-bukti koevolusi : (hasil penelitian Erlich & Roven, 1964) kupu-kupu dengan tanaman inangnya - Mereka menganalisis tumbuhan pakan bagi sekitar 432 genera kupu-kupu. - Mereka menemukan pola radiasi adaptif yang menarik - Adanya pola radiasi adaptif dalam evolusi famili-famili tanaman inang yang diikuti oleh serangga pemakannya. - Adanya kecenderungan bahwa kupu-kupu yang berkerabat dekat makan tanaman yang berkerabat dekat pula. • Contoh/bukti koevolusi : • Hubungan antara kupu-kupu Monarch dengan tumbuhan genus asclepias (kubis-kubisan) - kupu-kupu dapat makanan berupa “cardiac glycoside” - Populasi-populasi Asclepias memproduksi toksin sebagai pertahanan untuk mengurangi serangan larva kupu-kupu - Terdapat populasi-populasi kupu-kupu yang mampu menyimpan toksin tersebut pada jaringan lemaknya - Kupu-kupu yang mampu menyimpan toksin menjadi “unpalatable” bagi predator, sehingga terhindar dari pemangsaan oleh hewan lain. Jadi : Populasi-populasi tumbuh. Asclepias yang memproduksi toksin Tetap bertahan dan memasuki Populasi-populasi kupukupu monarch yang mampu menyimpan toksin Tetap bertahan dan memasuki “new adaptive Zone” “new adaptive Zone” 4 points in favor of coevolution argument : 1.Mutation and recombination in angiosperms produce novel secondary substances. 2. By chance, these substances alter the suitability of plant as food 3. Plants are released from predation and enter a new adaptive zone 4. Insects evolve resistance and enter a new adaptive zone • Bukti-bukti dari kesesuaian fenotif : - Bentuk dan ukuran proboscis serangga polinator dengan bentuk dan ukuran bunga yang diserbukinya. - Bentuk paruh burung madu (nektaridae ) dengan bentuk bunga yang diserbukinya - Bentuk mutualisme pada akasia dan semut pseudomyrmex - Kesesuaian warna, bau dan perilaku bunga tumbuhan dengan hewan penyerbuknya. Ko-evolusi diantara burung pemakan nektar dengan bunga (menunjukkan kesesuaian fenotif antara paruh dan bentuk bunga) Jumlah kunjungan pada 5 spesies tumbuhan oleh serangga Kelompok serangga Spesies tumbuhan Robdosia longituba R. trichocarpa Impatiens noli-tangere I. tectori Aesculus turbinata Bombus diversus 7 3 19 94 9 B. honshuensis 1 17 0 1 26 B. ardens 0 0 0 0 B. hypocryta 0 0 0 0 26 21 Apis cerana 0 34 0 0 2 Apis mellifera 0 2 0 0 38 • Untuk menjelaskan, kenapa pola kunjungan seperti tabel tersebut: Maka Dilakukan pengukuran - panjang proboscis masing-masing serangga tersebut - bentuk dan ukuran kepala serangga - bentuk dan ukuran bunga Misalnya : - B. ardens dan B. honshuensis cenderung memiliki kesamaan dalam pemilihan tumbuhan sebab secara rata-rata ukuran panjang porboscisnya hampir sama - B. diversus cukup berbeda dengan yang lainnya, ternyata panjang proboscisnya memang memiliki kiosaran panjang yang berbeda dari yang lainnya. Ko-evolusi antara kalelawar dengan tumbuhan bunga Kelelawar Lidah panjang jenis kelelawar penyerbuk yang hidup di rimbunnya hutan Pegunungan Andes di Ekuador. Spesies Anoura fisculata ini bisa menjulurkan lidahnya sepanjang 3,5 kali panjang tubuhnya sendiri. Anoura fisculata mampu menjulurkan lidah hingga 8,5 centimeter.. Ko-evolusi bahwa kelelawar jenis ini memang spesialis menyerbuk bunga yang mahkotanya berbentuk pipa. Bunga berbentuk pipa berkembang bersama kelelawar ini, atau saling mempengaruhi dan muncul sebagai hasil seleksi. Divergent Evolution • Proses di mana suatu spesies leluhur menimbulkan sejumlah spesies baru, yang beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang berbeda dan kurang lebih sama. • Sering terjadi ketika spesies berkolonisasi lingkungan baru. • Juga dikenal sebagai radiasi adaptif. • Contoh: - Finches Darwin. - beruang coklat dan beruang kutub Divergent Evolution Bukti Evolusi 1. Adanya variasi antar individu dalam satu keturunan • Perhatikan bahwa dalam satu keturunan pun akan selalu memunculkan variasi. Ini disebabkan karena pada perkawinan selalu terjadi rekombinasi gen. • Demikian pula individu yang termasuk dalam satu spesies. Misalnya perbedaan warna, ukuran, berat, kebiasaan, dan lain-lain. Jadi antar individu dalam satu spesies pun terdapat variasi. • Seleksi yang dilakukan bertahun-tahun terhadap suatu spesies akan menyebabkan munculnya spesies baru yang berbeda dengan moyangnya. Oleh karena itu adanya variasi merupakan bahan dasar terjadinya evolusi yang menuju ke arah terbentuknya spesies baru. 2. Pengaruh penyebaran geografis • Makhluk hidup satu spesies yang hidup pada satu tempat setelah mengalami penyebaran ke tempat lain sifatnya dapat berubah karena di tempat yang baru makhluk hidup tersebut harus beradaptasi demi kelestariannya. • Selanjutnya, adaptasi bertahun-tahun yang dilakukan akan menyebabkan semakin banyaknya penyimpangan sifat bila dibandingkan dengan makhluk hidup semula. Dua tempat yang dipisahkan oleh pegunungan yang tinggi atau samudera yang luas mempunyai flora dan fauna yang berbeda sama sekali. • Perbedaan susunan flora dan fauna di kedua tempat itu antara lain disebabkan adanya isolasi geografis. 3. Ditemukannya fosil di berbagai lapisan batuan bumi • Fosil yang ditemukan pada lapisan batuan muda berbeda dengan fosil yang terdapat pada lapisan batuan yang lebih tua, dan menunjukkan suatu bentuk perkembangan. • Fosil kuda yang ditemukan menunjukkan perubahan dari nenek moyang kuda (Eohippus) yang hidup 58 juta tahun yang lalu menuju ke bentuk kuda modern sekarang (Equus), yaitu: • tubuh bertambah besar, dari sebesar kucing hingga sebesar kuda sekarang • leher makin panjang, kepala makin besar, jarak antara ujung mulut hingga bagian mata menjadi makin jauh • perubahan dari geraham depan dan belakang dari bentuk yang sesuai untuk makan daun menjadi bentuk yang sesuai untuk makan rumput • bertambah panjangnya anggota tubuh hingga dapat dipakai untuk berlari cepat, tetapi bersamaan dengan itu kemampuan rotasi tubuh menurun. • adanya reduksi jari kaki dari lima menjadi satu, yaitu jari ketiga yang selanjutnya memanjang, kemudian disokong teracak. • Untuk menetapkan umur fosil dapat dilakukan dengan dua cara : secara langsung dan tak langsung. Secara langsung dengan menetapkan umur batuan tempat fosil ditemukan. Cara yang ini kurang valid. Secara tak langsung dengan carbon dating menggunakan isotop C14. Cara yang kedua ini lebih valid. Leaf fossil, about 40 million years old Petrified tree in Arizona, about 190 million years old Dinosaur bones being excavated from sandstone Casts of ammonites, about 375 million years old Insects preserved whole in amber Tusks of a 23,000-year-old mammoth, frozen whole in Siberian ice Boy standing in a 150-million-year-old dinosaur track in Colorado 4. Adanya homologi organ pada berbagai jenis makhluk hidup • Organ-organ berbagai makhluk hidup yang mempunyai bentuk asal sama dan kemudian berubah struktur sehingga fungsinya berbeda disebut organ yang homolog. Homologi organ menunjukkan tingkat kekerabatan makhluk yang bersangkutan. Makin banyak organ yang homolog kemungkinan kekerabatannya makin dekat, yang artinya nenek moyangnya mungkin sama. • Contohnya: tangan manusia berfungsi untuk memegang adalah homolog dengan sirip depan paus yang digunakan untuk berenang, atau sayap kelelawar yang berguna untuk terbang homolog dengan tungkai depan kucing yang berguna untuk berjalan. 22.9 Homologous structures: anatomical signs of evolution Contents 5. Studi perbandingan embriologi • Perkembangan embrio berbagai spesies yang termasuk kelas vertebrata menunjukkan adanya persamaan pada fase tertentu yakni pada fase morulla, blastula, dan gastrula/awal embrio. Hal ini menunjukkan adanya hubungan kekerabatan di antara hewan-hewan sesama vertebrata, yang mungkin pula mereka memiliki satu nenek moyang. 6. Studi perbandingan biokimia • Bila membandingkan makhluk hidup pada tingkat biokimia, ternyata hasilnya mendukung teori evolusi. Sebagai contoh, Hb manusia lebih mirip dengan simpanse atau gorilla daripada dengan anjing atau cacing tanah. Tingkat kemiripan ini menunjukkan manusia lebih dekat kekerabatannya dengan simpanse atau gorilla daripada dengan anjing atau cacing tanah. 22.11 Molecular data and the evolutionary relationships of vertebrates Contents
