Evolusi - Asal Usul Kehidupan

Kehidupan yang ada di bumi saat ini merupakan kelanjutan yang berkesinambungan dari makhluk hidup pertama di bumi. Yang menjadi pertanyaan, dari mana asal- usul makhluk hidup yang ada di bumi ini? Dari mana asal usul manusia? Di bumi juga hidup beraneka ragam makhluk hidup. Bagaimana hubungan kekerabatan manusia dengan makhluk hidup lain? Semua pertanyaan tersebut sampai saat ini masih merupakan misteri yang belum terungkap semuanya. Misteri kehidupan makhluk hidup di bumi ini kita coba pelajari dalam evolusi.

Evolusi berasal dari kata to evolve (bahasa Inggris) yang berarti berkembang atau berubah secara perlahan-lahan. Asal katanya adalah evolut (Latin) yang berarti menggulir. Biologi Evolusi adalah disiplin ilmu cabang biologi yang membahas semua perubahan-perubahan yang terjadi di permukaan bumi sejak awal mula sejarah bumi, sampai menimbulkan kehidupan (sel), dan keanekaragaman makhluk hidup dewasa ini. Dalam Biologi, alam kehidupan di permukaan bumi ini bukan sesuatu yang selesai dan sekali jadi, melainkan bertahap, berevolusi dari waktu ke waktu.

Manusia misalnya, merupakan makhluk hidup yang relatif paling akhir hadir di bumi sejak 6 juta tahun yang lalu. Fosil manusia juga memperlihatkan adanya beberapa spesies yang pernah ada, bukan hanya Homo sapiens. Oleh karena itu, evolusi juga dianggap sebagai sejarah biologis adanya makhluk hidup di bumi dari waktu ke waktu.

Sebagaimana fenomena sejarah, kejadiannya tidak terulang. Sejarah yang tidak terulang tersebut misalnya kejadian terbentuknya bumi pertama kali, kejadian terbentuknya makhluk hidup pertama kali, kejadian demi kejadian evolusi organisme, dan sebagainya. Masing-masing kejadian telah berada (menempati) di dalam ruang waktunya. Kehidupan organisme dewasa ini pun juga akan menjadi fosil dan menjadi sejarah di masa yang akan datang. Meskipun demikian, dengan belajar evolusi, kita akan menemukan bahwa hukum dan prinsip-prinsip evolusi akan berulang terus-menerus. Oleh karena itu, yang dipelajari dalam evolusi adalah prinsip dan teori serta hukum-hukum yang menyertainya. Dengan mempelajari evolusi kita memahami sejarah masa lalu makhluk hidup, dan keterkaitan dengan makhluk hidup dewasa ini sebagai jalinan turun-temurun yang mengevolusi kepada kehidupan dewasa ini.

Di dalam evolusi kita juga mempelajari bagaimana kejadian itu berlangsung, mengapa ada yang punah, mengapa ada yang masih hidup bertahan. Mengapa makhh dewasa ini ada yang berbeda dengan makhluk hidup yang telah lalu. Mengapa ada makhluk hidup yang stabil tak mengalami perubahan selama kurun waktu tertentu. 

ASAL USUL KEHIDUPAN

Semua makhluk hidup tersusun atas sel. Berdasarkan bukti fosil yang ditemukan, sel telah ada milyaran tahun yang lalu. Namun, yang menjadi pertanyaan adalah kapan dan bagaimana awal kehidupan dimulai?

Para ilmuwan berusaha mencoba mencari jawaban mengenai asal-usul kehidupan. Dari percobaan-percobaan yang mereka lakukan, dihasilkan beberapa teori.

Teori Abiogenesis Klasik

Teori abiogenesis klasik disebut juga teori generatio spontanea. Teori tersebut menerangkan bahwa asal mula makhluk hidup adalah dari benda mati. Orang menyusun teori itu berdasarkan fakta-fakta yang tidak terlalu sulit ditemukan. Contohnya ikan dan katak berasal dari lumpur, cacing berasal dari tanah, lalat berasal dan belatung dan belatung dari daging yang busuk, serta kuman berasal dari makanan basi.

Aristoteles

Antony van Leuwenhoek

Teori ini dianut sejak lama, tanpa memerlukan pengetahuan yang rumit, sesuai dengan tingkat pengetahuan manusia saat itu. Teori generatio spontanea dianut oleh ilmuwan terdahulu (klasik), yaitu antara lain Aristoteles (384 - 322 SM). Teori ini diteguhkan pula oleh seorang Belanda bernama Antony van Leuwenhoek pada tahun 1677. Leuwenhoek didukung oleh alat mikroskop temuannya yang dapat memperlihatkan kuman, sel sperma, sel darah, dan lain-lain. Ia memperhatikan makhluk renik yang tumbuh berasal dari jerami yang direndam, kuman berasal dari udara dan makanan basi. Penemuan ini memperkuat teori abiogenesis, walaupun Leuwenhoek sendiri adalah penganut teori biogenesis. Teori abiogenesis tersebut dianut selama lebih dari 20 abad tanpa ada sanggahan, sampai orang mulai kritis dengan pertanyaan apa benar lalat muncul dari daging busuk begitu saja tanpa ada peristiwa tertentu sebelumnya.

Teori Biogenesis

Teori abiogenesis klasik disanggah sejak abad ke-19. Sanggahan utama dikemukakan oleh Louis Pasteur, Lazzaro Spallanzani, dan Fransisco Redi. Pengamatan mereka yang lebih terencana, teliti, dan sabar dalam eksperimen membuktikan bahwa kuman yang tumbuh pada daging adalah karena induk kuman sudah ada di daging busuk dan kalau belatung lalat tumbuh dari daging busuk itu disebabkan oleh induk lalat bertelur di daging tersebut. Jadi teori generatio spontanea dibantah dan digantikan dengan teori biogenesis dengan bukti-bukti eksperimen Redi, Spallanzani, dan Pasteur. 

Percobaan Redi (1626-1697)

Percobaan Redi mengenai asal-usul belatung dengan menggunakan stoples berisi daging

• Tujuan:
  untuk membuktikan bahwa belatung yang tumbuh dari daging adalah karena induk lalat yang bertelur menghasilkan belatung di daging tersebut.
• Prosedur percobaan:
  Digunakan tiga kelompok stoples A, B, dan C. Stoples A steril dari kuman, diisi sepotong daging dan ditutup kain rapat. Stoples B diisi sepotong daging lalu ditutup kain kasa. Stoples C diisi sepotong daging dan dibiarkan terbuka.
  
  Ketiga kelompok stoples itu dibiarkan beberapa hari.
• Hasil:
  Pada stoples A tidak tumbuh belatung sama sekali. Pada stoples B lalat hinggap di atas kasa dan banyak belatung tumbuh di atas kasa serta ada sedikit yang tumbuh di daging. Pada stoples C lalat hinggap di atas daging dan banyak belatung tumbuh di daging.
• Kesimpulan:
  Belatung hanya tumbuh dari daging yang disinggahi lalat (untuk bertelur).

Percobaan Lazzaro Spallanzani (1729-1799)

Percobaan Lazzaro Spallanzani dengan menggunakan kaldu daging

• Tujuan:
  Untuk membuktikan bahwa kuman tidak tumbuh dari kaldu daging yang steril.
• Prosedur percobaan:
  Digunakan dua kelompok labu.
  
  Kelompok satu berisi cairan kaldu daging yang dipanaskan dan setelah dingin dibiarkan terbuka beberapa hari.
  
  Kelompok dua berisi cairan kaldu daging yang dipanaskan, kemudian ditutup rapat-rapat dan didinginkan serta dibiarkan beberapa hari.
• Hasil :
  Setelah beberapa hari, pada labu yang dibiarkan terbuka, kaldunya berubah keruh yang berarti mengandung kuman yang berkembang pesat. Pada labu yang steril dan dibiarkan tertutup rapat, tidak ditumbuhi kuman dan kaldu tetap tampak jernih.
• Kesimpulan:
  Kaldu keruh karena tidak steril, yang menyebabkannya adalah pertumbuhan kuman yang terbawa oleh udara

Percobaan Louis Pasteur (1822 - 1895)

Pada dasarnya, percobaan Pasteur menyempurnakan percobaan Spallanzani. Lihat Gambar . Ia menggunakan labu yang berhubungan dengan pipa bentuk leher angsa, yaitu melengkung dua kali sehingga kalau ditegakkan akan menyebabkan mikroorganisme dari udara tidak dapat mencapai kaldu meskipun udara dapat tetap masuk, karena terperangkap di lengkungan pipa. Labu itu diisi kaldu daging dan dipanaskan hingga steril kemudian dibiarkan beberapa hari. Ternyata kaldu tetap jernih steril. Bila labu yang diberi pipa bentuk leher angsa itu dimiringkan sampai kaldu keluar dari ujung pipa, lalu dibiarkan tegak, ternyata kaldu menjadi keruh yang berarti ada mikroorganisme dari udara sewaktu labu miring.

Percobaan Louis Pasteur yang menggunakan kaldu dan labu berpipa bentuk leher angsa

Bukti-bukti eksperimental ketiga ilmuwan tersebut cukup kuat untuk menyanggah teori abiogenesis yang sudah dianut sejak Aristoteles hidup. Sebaliknya, bukti tersebut sekaligus membangun teori baru yang dinamakan teori biogenesis. Teori biogenesis menyatakan bahwa makhluk hidup berasal dari makhluk hidup. Teori ini memiliki tiga semboyan, yaitu:

• omne vivum ex ovo yang berarti semua makhluk hidup berasal dari telur;
• omne ovum ex vivo yang berarti semua telur berasal dari makhluk hidup;
• omne vivum ex vivo yang berarti semua makhluk hidup berasal dari makhluk hidup. 

Teori Abiogenenesis Modern : Evolusi Kimia

Zaman terus bergulir. Wawasan pengetahuan manusia dan pengalaman yang bertambah menyebabkan manusia mempertanyakan asal-usul makhluk hidup dari awal mula setelah bumi terbentuk. Pada asal-usulnya, bumi tidak ada, demikian pula makhluk hidup.

Teori tentang pembentukan bumi dijelaskan dengan teori Big-Bang (Teori tumbukan besar). Menurut teori tersebut, pada 15-20 ribu juta tahun yang lalu terjadi ledakan ruang angkasa yang mengawali terbentuknya tata surya. Pada kira- kira 5 ribu juta tahun yang lalu, sistem tata surya baru mulai terbentuk. Ini diikuti dengan evolusi kosmis menuju terbentuknya bumi yang terjadi kira-kira 4,5 ribu juta tahun yang lalu. Bumi terbentuk dari debu kosmik, dan sewaktu pertama kali terbentuk bumi, atmosfer purba tidak mengandung oksigen. Dalam atmosfer purba demikian, kehidupan di permukaan bumi terbentuk kira-kira sejak 3,5 ribu juta tahun yang lalu.

Proses pembentukan kehidupan di permukaan bumi terjadi secara perlahan-lahan menghasilkan adanya kehidupan yang diterangkan menurut teori abiogenesis modem oleh Oparin dan Haldane. Pada tahun 1920-an, dua orang ahli (Oparin dari Rusia dan Haldane dari Inggris) membuat postulat bahwa atmosfer bumi pada zaman purba memiliki kecenderungan menyintesis senyawa organik dari molekul anorganik purba, yaitu metana (CH₄), ammonia (NH₃), hidrogen (H₂), dan air (H₂O). Namun, Oparin dan Haldane hanya mengemukakan postulat (hipotesis yang tidak didukung dengan bukti-bukti). Alasannya karena sulit meniru kondisi atmosfer purba. Peristiwa pembentukan senyawa organik dari senyawa anorganik ini bersifat tidak dapat kembali (irreversible) karena bumi modem sekarang sudah banyak mengandung oksigen dari fotosintesis. Oksigen menghalangi reaksi spontan pembentukan molekul organik karena oksigen menyerang ikatan kimia dan mengekstrak elektron. Pada nantinya, hipotesis ini dapat dibuktikan oleh Miller dan Urey kira-kira 25 tahun kemudian.

Tahapan Evolusi Kimia

Evolusi kimia berlangsung sebelum evolusi biologi. Tahapan yang diperkirakan terjadi adalah sebagai berikut.

1. Pembentukan senyawa kimia organik sederhana dari zat- zat anorganik dengan bantuan energi kosmis di atmosfer purba:
   H₂O+ H₂₊ NH₃+ + HCN —> urea, formaldehid, asetat, dan sebagainya.
2. Pembentukan senyawa kimia yang lebih kompleks: urea, formaldehid, asetat, dan sebagainya --> asam amino, glukosa, asam lemak, nukleotida.
3. Pembentukan senyawa kompleks dengan cara polimerisasi senyawa monomer organik:
   * asam amino --> polimer protein
   * glukosa --> polimer amilum, selulosa
   * asam lemak + gliserol --> lemak
   * nukleotida --> RNA
4. Beberapa molekul sederhana dan molekul polimer berinteraksi menjadi agregat seluler. Beberapa molekul berfungsi secara struktural dan menjadi substrat reaksi untuk menghasilkan energi bagi reaksi-reaksi sintesis.
5. Beberapa molekul (nukleotida) mengalami polimerisasi menjadi RNA yang mampu bertindak sebagai enzim untuk sintesis, sekaligus mengarahkan jalannya reaksi- reaksi dalam kompartemen (koaservat atau protobion).
6. RNA menjadi cukup stabil untuk bertindak sebagai molekul pembawa informasi genetis.
7. reaksi-reaksi kimia agregat cikal bakal seluler tersebut tersekat atau terjebak dalam sekat hidrofobik (lemak) dan ini menjadi cikal bakal sel.

Pembentukan Senyawa Kimia Sederhana dan Pembuktiannya di Laboratorium

Hipotesis Oparin dan Haldane digambarkan dalam diagram pada Gambar 

Campuran gas H2, metana (CH₄), amonia (NH₃), dan air (H₂O) dengan energi dari gelombang elektromagnetis (sinar kosmis, ultraviolet, dan lain-lain) membentuk molekul organik sederhana.

Pada tahun 1953, Stanley Miller dan Harold Urey melakukan percobaan laboratorium untuk membuktikan hipotesis Oparin dan Haldane. Percobaan itu pada dasarnya memenuhi syarat-syarat atmosfer purba untuk terjadinya senyawa organik sederhana dari zat-zat anorganik. Dalam percobaan Miller di bawah bimbingan dosennya (Harold Urey), gas-gas anorganik purba, yaitu molekul air, metana, amoniak dan hidrogen, serta sianida diletakkan dalam tabung steril yang diberi loncatan listrik. Produknya ditampung dan dianalisis kandungan senyawa yang terbentuk. Ternyata hampir semua senyawa organik sederhana seperti yang disebut oleh Oparin dan Haldane terbentuk dari tabung tersebut.

Model perangkat percobaan Miller dan Urey untuk sintesis molekul organik secara abiotik

Pembentukan molekul organik sederhana dalam tabung reaksi meniru kondisi atmosfer purba sebagaimana dicobakan oleh Stanley Miller dan Harold Urey pada tahun 1953. Di sini campuran gas H2, metana (CH4), amonia (NH3), dan air (H20) diberi energi loncatan listrik yang berasal dari elektroda (meniru energi elektromagnetis sinar kosmis, ultraviolet)

Miller dan Urey membuktikan bahwa bahan kimia biologis (asam amino yang merupakan prekursor protein) terbentuk dari metana (CH₄), amonia (NH₃), hidrogen (H₂), dan air (H₂O) melalui proses nonbiologis di dalam tabung yang dianggap meniru kondisi atmosfer purba, setelah diberi loncatan listrik. Senyawa yang analog dengan senyawa atmosfer bumi purba digunakan untuk membuat 20 asam amino, beberapa jenis gula monomer, asam lemak, purin dan pirimidin, bahkan ATP. Diduga pada zaman sebelum ada kehidupan, senyawa penyusun polimer ini telah terkumpul sebagai tahap alami di dalam evolusi kimia di atas planet bumi.

Pembentukan Senyawa Monomer dari Senyawa yang lebih sederhana 

Pada dewasa ini, inilah satu-satunya kondisi atmosfer tiruan yang dapat direkonstruksi, dan inilah satu-satunya percobaan yang dapat dilakukan untuk membuktikan bahwa ada reaksi kimia anorganik yang mampu membentuk zat kimia organik, yang dipercaya terjadi di masa lalu.

Artinya, produk dalam tabung reaksi hanyalah berupa molekul-molekul sederhana. Padahal, reaksi evolusi kimia tentu jauh dari itu. Ada reaksi polimerisasi yang saat ini belum dapat ditiru di laboratorium. Urutan evolusi tersebut adalah sebagai berikut

Bagan Urutan evolusi yang belum dapat ditiru di laboratorium

Molekul dalam sel diakui jauh lebih kompleks, dan dalam hal ini hanya sel saja yang dapat melakukan sintesis bahan selulernya berdasarkan kemampuan informasi genetik yang dimiliki. Informasi genetik memandu reaksi seluler melalui peranan intermedietnya, yaitu enzim. Enzim adalah produk sintesis protein dan sintesis protein dalam sel dipandu oleh DNA dan RNA melalui turunan reaksi sebagai berikut.

Bagan urutan penyediaan protein (enzim) yang dipandu oleh DNA dan RNA. Sistem ini hanya terbentuk di dalam sel yang rumit yang awal evolusinya juga sulit dijelaskan

Polimerisasi Senyawa Monomer Sederhana

Pembentukan molekul organik yang kompleks terjadi dengan peristiwa yang masih belum jelas dapat dimengerti. Secara teoretis, asam amino mengalami polimerisasi membentuk protein. Nukleotida mengalami polimerisasi membentuk asam nukleat (RNA dan DNA). Monosakarida berpolimerisasi membentuk polisakarida, sedangkan polimerisasi asam lemak bersama gliserol membentuk lemak. Perhatikan bagan pada gambar :

Molekul organik sederhana (Asam amino, Nukleotida, Sakarida dan asam lemak_ mengalami proses polimerisasi membentuk molekukl organik kompleks

Sintesis bahan kimia polimer secara abiotik (di luar sel) purba terus berlanjut. Protein adalah polimer asam amino. Pada zaman sekarang, ikatan peptida antara asam amino pada sel dikatalisis oleh enzim yang pintar membentuknya. Tanpa enzim, asam amino hanya larut dalam air yang mempersulit polimerisasi dan yang juga menambah molekul air. Di zaman atmosfer masih purba, polimerisasi tanpa enzim. Namun, peristiwa ini dapat ditiru di dalam laboratorium yaitu jika larutan encer asam amino diteteskan pada pasir yang panas, lempung atau batu, membentuk protenoid. Dengan metode ini air menguap, dan monomer lebih terkonsentrasi di atas pasir atau batu tersebut. Diperkirakan lempung dapat memekatkan asam amino dan senyawa monomer organik lainnya, mengikatkan sisi muatan kimia lempung pada monomer senyawa organik, memfasilitasi katalisis reaksi dehidrasi yang menyambungkan ikatan monomer sesamanya.

Teori Abiotik yang Lain : Teori Panspermia

Sejauh ini teori-teori tentang terbentuknya bahan kimia kehidupan di planet bumi didasarkan atas teori-teori modem yang dibuktikan dengan eksperimen laboratorium yang menyerupai kondisi atmosfer purba. Namun demikian, percobaan laboratorium hanya membuktikan secara parsial kejadian kunci. Akan tetapi, kejadian yang sesungguhnya tetap penuh dengan spekulasi ilmiah. Oleh karena spekulasi tidak memberi kepuasan ilmiah, para ahli mengembangkan teori abiotik lain yang menjelaskannya, yaitu teori Panspermia. Teori ini menerangkan bahwa terbentuknya senyawa organik berasal dari meteorit dan komet yang masuk ke atmosfer bumi sambil membawa zat-zat organik yang diperlukan bagi evolusi makhluk hidup. Molekul organik itu telah terbentuk dari proses-proses abiotik di luar angkasa. Beberapa material organik (termasuk asam amino) memang telah ditemukan pada meteorit yang masuk ke bumi. Teori Panspermia dan teori evolusi kimia telah menerangkan bagaimana alam bumi pada awalnya menyediakan material organik.