evolusi biologis adalah perubahan sifat-sifat kelompok organisme dalam perjalanan generasi. Kelompok organisme dari spesies yang sama dikenal sebagai “populasi biologis.”
Intinya, teori evolusi neo-Darwinian cararn mengatakan bahwa evolusi terdiri dari perubahan bentuk kehidupan secara bertahap. Ini dimulai – mungkin – dengan molekul dengan kemampuan untuk mereplikasi dirinya sendiri sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu.
Sumber: chensiyuan [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]
Dengan berlalunya waktu, percabangan garis keturunan terjadi dan spesies baru dan beragam muncul. Mekanisme perubahan evolusioner ini adalah seleksi alam dan pergeseran gen.
Biologi evolusioner berusaha memahami asal usul keanekaragaman hayati dan bagaimana keanekaragaman itu dipertahankan. Karena merupakan ilmu sentral dalam biologi, umumnya dianggap sebagai pemikiran pemersatu, yang mengintegrasikan berbagai disiplin ilmu biologi.
Sifat pemersatu biologi evolusioner ini ditandai dalam ungkapan terkenal Theodosius Dobzhansky: “tidak ada yang masuk akal dalam biologi, kecuali dalam terang evolusi.”
Saat ini, biologi evolusioner telah menikmati semua kemajuan dalam sains, memungkinkan untuk merekonstruksi filogeni menggunakan banyak karakter molekuler dan analisis statistik yang kuat.
Indeks artikel
Apa itu proses evolusi?
Evolusi adalah istilah yang berasal dari akar bahasa Latin developre, yang diterjemahkan sebagai menampilkan atau mengungkapkan potensi yang tersembunyi. Hari ini, kata evolusi hanya membangkitkan perubahan. Mungkin bagian dari leksikon kita sehari-hari untuk merujuk pada perubahan pada suatu objek atau seseorang.
Namun, evolusi biologis mengacu pada perubahan dalam kelompok organisme melalui perjalanan generasi. Definisi umum evolusi ini digunakan oleh Futuyma (2005). Penting untuk dicatat bahwa organisme sebagai individu tidak berevolusi, sedangkan kelompok organisme melakukannya.
Dalam biologi, kumpulan individu dari spesies yang sama yang hidup berdampingan dalam ruang dan waktu disebut populasi. Agar perubahan dalam suatu populasi dianggap evolusioner, perubahan itu harus diturunkan dari satu generasi ke generasi lain melalui materi genetik.
Teori-teori ilmiah tentang evolusi
Sejak dahulu kala, manusia telah merasakan keingintahuan intrinsik tentang asal usul kehidupan dan keberadaan keanekaragaman yang sangat besar yang dihadirkan oleh makhluk-makhluk organik.
Sebagai naturalis Inggris Charles Darwin (1809-1882) memiliki dampak yang signifikan pada perkembangan ilmu ini, kita akan memeriksa teori yang diajukan sebelum dan sesudah kontribusinya.
Sebelum Darwin: kreasionisme dan kekekalan spesies
Sebelum Darwin, naturalis dan ilmuwan lain dicirikan oleh pemikiran kreasionis tentang asal usul spesies.
Visi esensialis ditangani, di mana setiap spesies memiliki esensi abadi dan variasi yang kita amati dalam kelompok hanya karena ketidaksempurnaan keberadaan. Konsepsi ini ditangani pada zaman Plato dan Aristoteles.
Belakangan, orang-orang Kristen mulai menafsirkan ayat-ayat Alkitab secara harfiah, memahami bahwa makhluk organik diciptakan dalam satu peristiwa oleh entitas supernatural. Konsepsi ini tidak memungkinkan perubahan spesies dari waktu ke waktu, karena mereka telah diciptakan di bawah kesempurnaan ilahi.
Pada abad ke-18, tujuan naturalis adalah untuk membuat katalog rencana ilahi yang telah Tuhan ciptakan. Misalnya, Linnaeus mendirikan dasar taksonomi saat ini dengan mengikuti garis pemikiran ini.
Belakangan, pandangan ini ditentang oleh berbagai pemikir. Teori pra-Darwinian yang paling relevan pada masa itu dirumuskan oleh Jean Baptiste Lamarck. Baginya, setiap spesies berasal secara individual melalui generasi spontan dan mampu “berkembang” atau meningkat seiring waktu.
Salah satu prinsip paling relevan yang ditetapkan oleh Lamarck adalah pewarisan karakter yang diperoleh. Naturalis ini percaya bahwa sifat-sifat berbeda yang kita peroleh sepanjang hidup kita dapat diturunkan kepada keturunan kita.
Misalnya, di bawah visi Lamarkian, seorang binaragawan yang bekerja keras untuk semua kelompok ototnya, harus memiliki anak dengan otot yang berkembang. Prinsip yang sama akan berlaku dengan tidak digunakannya organ.
Kontribusi Darwin dan Wallace pada biologi evolusioner: seleksi alam
Nama Charles Darwin muncul di sebagian besar teks biologi, terlepas dari spesialisasinya. Darwin merevolusi biologi, dan sains secara umum, dengan kekuatan yang luar biasa – sebanding, misalnya, dengan kontribusi Newton.
Di masa mudanya, Darwin mempertahankan pemikiran yang setia pada ajaran alkitabiah. Namun, disertai dengan pemikiran religius, Darwin menyatakan minatnya pada ilmu pengetahuan alam, itulah sebabnya ia mengelilingi dirinya dengan pemikiran ilmiah paling cemerlang saat itu.
Perjalanan dengan Beagle
Kehidupan Darwin berubah ketika pada usia dini ia memulai perjalanan di atas kapal HMS Beagle, sebuah kapal Inggris yang akan menjelajahi berbagai wilayah di Amerika Selatan. Setelah perjalanan yang berlangsung beberapa tahun, Darwin mengamati dan mengumpulkan keanekaragaman fauna dan flora Amerika Selatan yang sangat besar.
Berkat situasi keuangannya yang optimal, Darwin dapat mendedikasikan hidupnya secara eksklusif untuk pekerjaannya dalam ilmu biologi. Setelah meditasi ekstensif – dan juga kuliah tentang ekonomi – Darwin menghasilkan teorinya tentang seleksi alam.
Seleksi alam adalah ide yang sederhana namun kuat, menjadi mekanisme evolusioner yang penting – meskipun bukan satu-satunya, seperti yang akan kita lihat nanti.
Ide ini tidak semata-mata disimpulkan oleh Darwin. Seorang naturalis muda bernama Alfred Wallace datang dengan ide-ide yang sangat mirip secara independen. Wallace berkomunikasi dengan Darwin, dan keduanya mempresentasikan teori evolusi melalui seleksi alam.
Asal usul spesies
Belakangan, Darwin menyajikan mahakaryanya: ” Origin of Species “, yang mengungkap teorinya secara rinci dan dengan bukti yang kuat. Buku ini memiliki enam edisi yang Darwin kerjakan sepanjang hidupnya.
Teori seleksi alam menyatakan bahwa jika ada beberapa variasi yang berguna dan dapat diwariskan dalam populasi individu, akan ada reproduksi diferensial antara pemilik karakteristik. Ini akan cenderung menghasilkan lebih banyak keturunan, sehingga meningkatkan frekuensi sifat dalam populasi.
Selanjutnya, Darwin juga mengusulkan nenek moyang yang sama: semua spesies telah menyimpang dalam waktu evolusi dari nenek moyang yang sama. Dengan demikian, semua makhluk organik dapat diwakili dalam pohon besar kehidupan.
Setelah Darwin: Neo-Darwinisme dan Sintesis
Segera setelah penerbitan ” Origin”, sebuah kontroversi besar pecah di antara para ilmuwan paling penting saat itu. Namun, selama bertahun-tahun, teori itu secara bertahap diterima.
Ada ahli biologi yang tidak pernah menerima ide-ide Darwinian, sehingga mereka menghasilkan teori evolusi mereka sendiri, yang saat ini hampir sepenuhnya didiskreditkan. Contohnya adalah neo-Lamarkisme, ortogenesis, dan mutasi, antara lain.
Antara 30-an dan 40-an semua teori anti-Darwinian dibuang dengan munculnya sintesis evolusi. Ini terdiri dari penyatuan ide-ide Darwinian dengan kontribusi dari serangkaian ahli genetika dan paleontologi seperti Fisher, Haldane, Mayr, dan Wright, antara lain.
Sintesis tersebut berhasil menyatukan teori-teori evolusi dengan prinsip-prinsip genetik yang benar, karena salah satu kesulitan yang harus dialami Darwin selama karyanya adalah ketidaktahuan gen sebagai partikel hereditas.
Bukti Evolusi: Hanya Sebuah Teori?
Saat ini, evolusi biologis adalah fakta yang didukung oleh bukti yang kuat dan berlimpah. Meskipun ahli biologi tidak meragukan kebenaran prosesnya, dalam kehidupan sehari-hari kita mendengar bahwa evolusi adalah “hanya teori” – dengan nada merendahkan.
Kesalahpahaman ini bermula dari kenyataan bahwa istilah “teori” memiliki arti yang berbeda dalam sains dan kehidupan sehari-hari. Bagi kebanyakan orang, teori adalah prediksi fakta yang tidak pasti, yang dicirikan oleh fondasi yang lemah. Bagi seorang ilmuwan, teori adalah kumpulan ide yang koheren dan terstruktur dengan baik.
Mengikuti urutan gagasan ini, kita dapat menyimpulkan bahwa evolusi adalah fakta , dan ada mekanisme untuk menjelaskannya, seperti teori seleksi alam. Bukti paling menonjol dari proses evolusi adalah sebagai berikut.
Homologi
Dua proses atau struktur adalah homolog jika sifat tersebut diwarisi langsung dari nenek moyang yang sama. Dalam biologi evolusioner, homologi adalah poin mendasar, karena mereka adalah satu-satunya karakteristik yang memungkinkan kita untuk merekonstruksi hubungan leluhur-keturunan antar kelompok.
Homologi morfologi
Contoh homologi yang sangat terkenal adalah tulang tungkai tetrapoda. Mari kita ambil tiga hewan yang berbeda dalam cara geraknya untuk memahami mengapa homologi merupakan bukti kuat dari proses evolusi: manusia, paus, dan kelelawar.
Ketiga kelompok ini berbagi rencana struktural dasar di kaki depan mereka, karena mereka mewarisinya dari nenek moyang yang sama. Artinya, tetrapoda leluhur memiliki humerus, diikuti oleh jari-jari dan ulna, dan akhirnya serangkaian falang.
Tidak ada alasan fungsional mengapa tiga hewan dengan gaya hidup yang berbeda harus berbagi rencana tulang yang sama di anggota badan mereka.
Jika kehidupan dirancang, tidak ada alasan untuk membangun organisme akuatik, terbang, dan terestrial dengan rencana yang sama. Tidak ada insinyur – tidak peduli seberapa berpengalaman – akan menciptakan organisme terbang dan berenang dengan cara yang sama.
Cara paling logis untuk menjelaskan ini adalah dengan nenek moyang yang sama. Ketiganya mewarisi rencana struktural ini dari nenek moyang dan menjalani modifikasi adaptif yang kita amati hari ini: sayap, sirip, dan lengan.
Homologi molekul
Homologi tidak terbatas pada fitur anatomi makhluk hidup. Mereka juga dapat dibuktikan pada tingkat molekuler. Informasi genetik makhluk hidup disimpan dalam DNA dan diterjemahkan dalam bentuk kembar tiga: tiga nukleotida sesuai dengan satu asam amino.
Homologi molekuler universal adalah pembacaan kode genetik ini, karena hampir semua makhluk organik berbagi bahasa ini – meskipun ada pengecualian yang sangat spesifik.
Catatan fosil
Ketika Darwin mengajukan teorinya tentang seleksi alam, ia berpendapat bahwa semua bentuk transisi bertahap tidak ada dalam catatan fosil karena tidak lengkap. Sebaliknya, penentang gagasan Darwin melihat diskontinuitas catatan sebagai bukti terhadap teori tersebut.
Kita harus ingat bahwa proses fosilisasi makhluk organik adalah peristiwa yang tidak mungkin terjadi, ditambah dengan kemungkinan bahwa spesimen ditemukan dalam kondisi baik. Karena alasan ini, kurang dari 1% dari semua bentuk yang pernah hidup terwakili dalam catatan fosil.
Meskipun demikian, fosil yang terawetkan dengan sangat baik telah ditemukan yang berfungsi sebagai “jendela ke masa lalu”. Salah satu yang paling terkenal adalah Archaeopteryx. Dalam fosil ini, ciri-ciri peralihan antara reptil dan burung menonjol. Demikian pula, kita memiliki beberapa fosil hominid yang memungkinkan kita merekonstruksi evolusi manusia.
Beberapa teori alternatif telah diajukan untuk menjelaskan diskontinuitas register, seperti teori keseimbangan bersela.
Biogeografi
Meskipun evolusi didukung oleh bukti dari banyak cabang pengetahuan, biogeografilah yang meyakinkan Darwin tentang kebenaran proses evolusi.
Distribusi organisme hidup di planet bumi tidak homogen, dan banyak aspek dari pola ini dapat dijelaskan oleh teori evolusi – dan bukan oleh hipotesis penciptaan khusus.
Ketika kita meneliti fauna pulau-pulau samudera (unsur terisolasi yang tidak pernah bersentuhan dengan daratan), kita menemukan bahwa komposisi spesiesnya sangat aneh. Misalnya, ini dapat dilihat di pulau-pulau yang terletak di Atlantik Utara, yang disebut Kepulauan Bermuda.
vertebrata (non-marine) asli daerah sangat sedikit, terutama burung, kelelawar migrasi, dan kadal, antara lain. Beberapa spesies ini menunjukkan hubungan yang signifikan dengan fauna Amerika Utara. Lainnya, sementara itu, adalah endemik pulau itu dan tidak ditemukan di wilayah lain.
Pola distribusi ini sesuai dengan proses evolusi, karena daerah tersebut dijajah secara khusus dengan hewan yang memiliki kemampuan untuk terbang dan menyebar dalam jarak yang jauh.
Evolusi dalam tindakan: contoh evolusi
Kesalahpahaman lain dalam biologi evolusi adalah bahwa hal itu terkait dengan proses yang sangat lambat.
Memang benar bahwa untuk mendapatkan adaptasi kompleks seperti rahang yang kuat atau mata dengan penglihatan yang sangat baik, kita harus menunggu beberapa juta tahun, ada proses evolusi tertentu yang dapat kita amati dengan mata kepala sendiri dalam waktu yang relatif singkat. .
Selanjutnya kita akan menganalisis kasus ngengat Biston betularia sebagai contoh aksi evolusi. Nanti kita akan berbicara tentang resistensi terhadap antibiotik dan pestisida, contoh lain dari evolusi yang dapat kita amati dalam waktu singkat.
Melanisme industri dan Biston betularia
Salah satu contoh paling menonjol dalam biologi evolusioner adalah melanisme industri. Fenomena ini didokumentasikan selama revolusi industri dan berhasil membangun hubungan antara variasi warna ngengat Biston betularia dan kontaminasi habitatnya.
Ngengat memiliki dua morfologi: satu terang dan satu gelap. Sebelum kontaminasi, varian yang dominan adalah ngengat ringan, mungkin karena ia bertengger di kulit pohon birch yang ringan dan dapat luput dari perhatian pemangsa potensial – burung.
Dengan munculnya revolusi industri, polusi meningkat ke tingkat yang signifikan. Kulit pohon mulai mengambil warna yang semakin gelap dan ini menghasilkan perubahan frekuensi varian terang dan gelap dari ngengat.
Ngengat gelap adalah varian dominan untuk sementara waktu, karena bisa bersembunyi lebih baik di kulit kayu yang menghitam.
Selanjutnya, program pembersihan lingkungan dilaksanakan yang membantu mengurangi pencemaran lingkungan. Berkat efisiensi program ini, pohon-pohon mulai mendapatkan kembali warna karakteristik aslinya.
Seperti yang bisa kita tebak, frekuensi ngengat berubah lagi, varian yang jelas menjadi yang dominan. Dengan demikian, proses evolusi didokumentasikan dalam jangka waktu 50 tahun.
Mekanisme evolusi
Evolusi biologis adalah proses yang melibatkan dua langkah: generasi variasi dan kemudian reproduksi diferensial dari variasi, baik dengan seleksi alam atau oleh pergeseran genetik. Karena alasan ini, istilah seleksi alam dan evolusi tidak boleh digunakan secara bergantian – karena memang tidak demikian.
Dari perspektif genetika populasi, evolusi adalah perubahan frekuensi alelik dari waktu ke waktu dalam suatu populasi. Dengan demikian, kekuatan yang mengubah frekuensi alel adalah seleksi, drift, mutasi, dan migrasi.
Seleksi alam
Seperti yang kita sebutkan sebelumnya, kontribusi terbesar Darwin untuk biologi adalah mengusulkan teori seleksi alam. Ini telah sangat disalahartikan dan disalahartikan oleh media, mengaitkannya dengan frasa yang salah seperti: “survival of the fittest.”
Syarat terjadinya seleksi alam
Seleksi alam adalah ide yang sederhana, dengan hasil yang luar biasa. Jika suatu sistem memenuhi karakteristik berikut, ia akan berkembang – tak terhindarkan – melalui seleksi alam:
– Variabilitas: a sine qua non kondisi evolusi terjadi adalah bahwa harus ada variasi dalam populasi.
Misalnya, para anggota bervariasi dalam warna, bulu, tinggi, dll. Variasi dapat ditemukan pada tingkat yang berbeda: morfologi, seluler, biokimia dan molekuler. Saat kita menurunkan level, kita menemukan bahwa variasinya meningkat.
– Heritabilitas: secara sederhana, heritabilitas adalah kemiripan orang tua dengan keturunannya. Secara formal didefinisikan sebagai proporsi varians fenotipik akibat variasi genetik dan dinyatakan dengan persamaan: h 2 = V G / (V G + V E ), di mana V G adalah varian genetik dan V E varian lingkungan .
– Asosiasi dengan kebugaran: akhirnya, sifat yang diwariskan harus memberikan organisme yang memilikinya beberapa keuntungan dalam kebugaran. Istilah ini digunakan dalam biologi evolusioner untuk mengukur kemampuan suatu organisme untuk bertahan hidup dan bereproduksi, meninggalkan keturunan yang subur.
Jadi, ketika ketiga kondisi ini terpenuhi, organisme dengan sifat yang menguntungkan lebih mungkin untuk bereproduksi daripada anggota populasi yang tidak memilikinya.
Penyimpangan gen
Penyimpangan gen adalah perubahan frekuensi alel yang terjadi karena kesalahan pengambilan sampel gamet dari satu generasi ke generasi lainnya. Artinya, itu adalah peristiwa stokastik atau acak. Fenomena ini signifikan ketika populasi penelitian yang efektif kecil.
Dalam statistik, kesalahan pengambilan sampel adalah perbedaan yang ada antara prediksi teoretis dan apa yang diperoleh secara eksperimental. Misalnya, jika kita memiliki 50 kacang hitam dan 50 kacang merah di dalam tas, kita akan berharap bahwa jika kita mengambil 10 secara acak, proporsi yang diharapkan adalah 5 kacang hitam dan 5 kacang merah.
Namun, tidak heran jika hasil eksperimennya adalah 6 orang kulit hitam dan 4 orang merah, atau 7 orang kulit hitam dan 3 orang merah. Ini adalah kesalahan pengambilan sampel.
Menurut teori netral evolusi molekuler, sebagian besar mutasi ditentukan oleh penyimpangan dan tidak berpengaruh pada kebugaran individu.
Seperti dalam seleksi alam, dalam penyimpangan genetik ada reproduksi individu yang berbeda, hanya dalam hal ini secara kebetulan – sedangkan dalam seleksi alam itu disebabkan oleh karakteristik yang meningkatkan kebugaran mereka .
Kegunaan Biologi Evolusioner
Biologi evolusioner memiliki sejumlah aplikasi, baik untuk kedokteran, pertanian, biologi konservasi, maupun untuk disiplin ilmu lainnya.
Obat
Teori evolusi merupakan ilmu yang esensial dalam bidang kedokteran. Misalnya, memungkinkan kita untuk memprediksi hasil dari penggunaan antibiotik sembarangan untuk pengobatan penyakit menular.
Ketika kita menerapkan antibiotik yang tidak perlu atau tidak menyelesaikan perawatan medis, kita akan menghilangkan varian yang tidak resisten, tetapi individu yang resisten akan meningkatkan frekuensinya dalam populasi bakteri.
Saat ini, masalah resistensi bakteri terhadap sebagian besar antibiotik menjadi perhatian dan perhatian global. Meningkatkan kesadaran tentang penggunaan antibiotik adalah salah satu cara untuk mengurangi komplikasi ini.
Misalnya, bakteri Staphylococcus aureus yang umum di kamar operasi dan menyebabkan infeksi pada pasien selama operasi.
Saat ini, bakteri tersebut sepenuhnya resisten terhadap sejumlah antibiotik, termasuk penisilin, ampisilin, dan obat-obatan terkait. Meskipun antibiotik baru telah dihasilkan untuk melawannya, obat-obatan semakin tidak efisien.
Krisis resistensi adalah salah satu contoh evolusi yang paling dramatis, yang dapat kita amati dengan mata kepala sendiri, sehingga juga berfungsi sebagai bukti proses evolusi.
Pertanian dan Peternakan
Prinsip evolusi yang sama dapat diekstrapolasikan ke penggunaan pestisida untuk menghilangkan hama, pada tanaman dengan kepentingan ekonomi yang signifikan. Jika jenis pestisida yang sama diterapkan untuk waktu yang lama, kita akan menyukai peningkatan varian yang resisten.
Demikian pula, petani berusaha mendapatkan hewan “terbaik” yang memaksimalkan produksi (susu, daging, dll). Peternak ini memilih individu yang mereka anggap paling berguna dalam istilah praktis. Dari generasi ke generasi, individu semakin menyerupai apa yang diinginkan oleh manusia.
Proses seleksi buatan manusia ini menyerupai seleksi alam, dalam hal keberhasilan reproduksi yang berbeda. Dengan perbedaan mencolok bahwa di alam tidak ada entitas seleksi.
Biologi konservasi
Mengenai masalah konservasi, memahami fenomena seperti “kemacetan” dan penurunan kebugaran yang disebabkan oleh perkawinan sedarah memungkinkan untuk menghindarinya dan menghasilkan rencana konservasi yang meningkatkan kebugaran dan menjaga populasi “sehat”.
Referensi
- Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biologi: ilmu pengetahuan dan alam . Pendidikan Pearson.
- Darwin, C. (1859). Tentang asal usul spesies melalui seleksi alam. Murray.
- Freeman, S., & Herron, JC (2002). Analisis evolusioner . Aula Prentice.
- Futuyma, DJ (2005). Evolusi. Sinauer.
- Balai, BK (Red.). (2012). Homologi: Dasar hierarki biologi komparatif . Pers Akademik.
- Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Prinsip Terintegrasi Zoologi. McGraw-Hill.
- Kardong, KV (2006). Vertebrata: anatomi komparatif, fungsi, evolusi . McGraw-Hill.
- Kliman, RM (2016). Ensiklopedia Biologi Evolusi . Pers Akademik.
- Losos, JB (2013). Panduan Princeton untuk evolusi . Pers Universitas Princeton.
- Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Biologi Campbell . Pearson.
- Beras, SA (2009). Ensiklopedia evolusi . Penerbitan Infobase.
- Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Ilmu Dinamis. Pendidikan Nelson.
- Soler, M. (2002). Evolusi: dasar Biologi . Proyek Selatan.
- Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Biologi: konsep dan aplikasi tanpa fisiologi . Cengage Belajar.
- Bangun, DB, Bangun, MH, & Specht, CD (2011). Homoplasy: dari mendeteksi pola hingga menentukan proses dan mekanisme evolusi. Sains , 331 (6020), 1032-1035.
