Gambar definisi tinggi dari organisme bersel tunggal
Apa itu evolusi sel?
sel evolusi mewakili semua perubahan fisik dan kimia yang memunculkan struktur yang sangat terorganisir dan kompleks yang dikenal sebagai “sel.” Namun, meskipun banyak dugaan telah dibuat tentang hal itu, belum diketahui secara pasti bagaimana mereka terbentuk.
Sel adalah unit dasar fundamental dari semua makhluk hidup di bumi. Ada dua jenis sel yang sangat berbeda di alam: sel prokariotik dan sel eukariotik.
Sel prokariotik tidak memiliki sistem membran internal dan selalu membentuk organisme uniseluler, sedangkan sel eukariotik lebih kompleks, karena mereka memiliki kompartemen membran internal dan dapat membentuk makhluk hidup uniseluler dan multiseluler.
Meskipun mereka bisa sangat berbeda, semua sel dicirikan oleh dikelilingi oleh membran, dengan memiliki molekul materi genetik di dalamnya yang memberikan informasi yang diperlukan untuk menghasilkan semua komponen seluler dan berkembang biak untuk menghasilkan sel lain.
Tugas penting utama bagi ahli biologi evolusioner adalah mendemonstrasikan evolusi dua aspek fundamental untuk kehidupan seluler:
- Bagaimana mekanisme replikasi diri molekul seperti asam deoksiribonukleat (DNA, materi genetik) terbentuk?
- Bagaimana membran sel muncul untuk memisahkan metabolisme dalam pembentukan sel pertama dari lingkungan?
Kedua pertanyaan tersebut tetap terbuka hingga hari ini, karena ahli biologi evolusioner hanya membuat beberapa kesimpulan dalam hal ini, tanpa hasil dari sudut pandang demonstrasi eksperimental.
Bagaimana asal mula sel?
Teori yang paling diterima mengusulkan bahwa awal evolusi seluler terjadi dengan asal-usul molekul tipe asam nukleat yang mampu bereplikasi ( DNA dan RNA).
Hipotesis ini, secara kolektif dikenal sebagai “dunia RNA”, “kaldu utama” atau “kaldu primitif”, didasarkan pada fakta bahwa polimer asam ribonukleat (RNA) dengan kapasitas autokatalitik untuk menghasilkan fragmen RNA pendek baru telah diamati.
Mata air prismatik besar di Yellowstone. Diperkirakan bahwa lingkungan bersuhu tinggi ini akan serupa dengan lingkungan purba di laut terestrial.
Menurut teori-teori ini, kemungkinan besar di bumi, sepanjang sejarahnya, asam ribonukleat, nukleotida, asam amino, gula sederhana dan beberapa senyawa fosfat telah terbentuk.
Meskipun pasti banyak dari senyawa ini terdegradasi tanpa melampaui lebih jauh, saat ini diperkirakan bahwa itu bisa terjadi bahwa molekul dengan kemampuan untuk mereplikasi memasuki “gelembung” lipid dan dapat melanjutkan aktivitas autocatalytic mereka dari “makanan” yang diperoleh dari molekul lain yang juga tertutup dalam gelembung ini.
Disarankan bahwa, kemudian, gelembung-gelembung ini dapat dibagi menjadi dua karena gaya tegangan permukaan, masing-masing “anak” mempertahankan aktivitas autokatalitik internalnya. Kompleksitas gelembung-gelembung ini dapat menyiratkan kemampuan untuk memakan sinar matahari dan beberapa senyawa karbon.
Proses “praseluler” ini pasti telah terjadi di bumi selama ratusan juta tahun, selama waktu itu “sel proto” yang berbeda mungkin berasal dan padam, secara positif memilih mereka yang mampu bereproduksi dan memberi makan secara efisien.
Jadi, sel proto yang dihasilkan dari seleksi alam yang bekerja selama ratusan juta tahun akan menjadi nenek moyang atau bentuk paling primitif dari sel ultra-kompleks dan terorganisir yang kita kenal sekarang, yang membentuk semua makhluk hidup.
Evolusi sel prokariotik
Ilustrasi 2D dari sel prokariotik
Mungkin produk pertama yang berasal dari seluler adalah sel prokariotik, prokariota atau bakteri, seperti yang biasa dikenal; diyakini bahwa ini menghuni bumi sekitar dua miliar tahun sebelum semua organisme eukariotik.
Selama dua miliar tahun itu, organisme prokariotik pertama terus menerus mengubah permukaan dan atmosfer bumi . Mikroorganisme ini mengkhususkan metabolisme mereka untuk mendapatkan energi dari senyawa yang melimpah di planet ini pada waktu itu.
“Spesialisasi” ini dimungkinkan berkat evolusi proses metabolisme seperti fermentasi , fotosintesis , fiksasi nitrogen atmosfer dan penggunaan oksigen dalam respirasi, dll. Kemampuan yang dikembangkan oleh bakteri ini hanya dimungkinkan berkat tiga proses utama:
- Transfer informasi dari satu organisme ke organisme lain melalui pewarisan molekul informasi genetik: asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA); yang memungkinkan mereka untuk mengembangkan salinan diri mereka sendiri dari waktu ke waktu.
- Transfer horizontal materi genetik melalui molekul DNA kecil yang dikenal sebagai plasmid, yang memungkinkan bakteri beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang merugikan dalam waktu singkat.
- Kerja sama atau simbiosis yang erat yang mungkin terjadi antara bakteri dengan karakteristik yang berbeda, memungkinkan mereka untuk menghadapi tantangan lingkungan yang secara mandiri sangat mungkin tidak dapat mereka hadapi.
Semua karakteristik ini, bersama dengan kerja sama yang erat antara bakteri, adalah yang paling mungkin memunculkan sel eukariotik.
Evolusi sel eukariotik
Saat ini masih ada keraguan tentang asal usul sel eukariotik. Namun, hipotesis yang paling diterima oleh para peneliti adalah “endosimbiosis”, yang muncul dari penemuan molekul asam deoksiribonukleat (DNA) dalam mitokondria sel eukariotik.
Dengan informasi ini, ahli biologi evolusi menyimpulkan bahwa keturunan bakteri yang hidup kira-kira tiga miliar tahun yang lalu di lautan awal entah bagaimana menyatukan atau menelan mikroorganisme lain.
Ini tampaknya “didukung” oleh karakteristik pembelahan mitokondria, yang bereproduksi secara langsung dengan pembelahan biner dan kadang-kadang selain pembelahan sel dalam sel eukariotik.
Dipercaya bahwa organisme yang ditelan adalah “protomitokondria” pertama dari eukariota, dan organisme yang menelan itu menyediakan sistem pembuangan limbah dan sumber energi dari oksigen, sedangkan “protomitokondria” memperoleh makanan dan tempat berlindung. .
Mekanisme “endosimbiosis” ini digambarkan sebagai mekanisme evolusioner yang tiba-tiba, yang dalam beberapa kasus dapat terjadi dengan sukses dan permanen.
Simbiosis antara mikroorganisme untuk membentuk organisme baru bersama-sama, mungkin, merupakan kekuatan perubahan yang paling penting di bumi dan, yang berlangsung selama jutaan tahun berturut-turut, dapat menciptakan keragaman bentuk yang besar yang kita amati di semua sel eukariotik.
Evolusi seluler telah berlangsung lama; Sebaliknya, para ilmuwan hanya beberapa dekade berfokus untuk menjawab pertanyaan yang berkaitan dengan proses ini dan banyak yang berpendapat bahwa mungkin sebelum akhir abad ke-21 demonstrasi eksperimental evolusi seluler dapat dicapai.
Referensi
- Gould, SJ (1994). Evolusi kehidupan di bumi. Scientific American, 271 (4), 84-91.
- Gould, SJ (1995). ‘Apa itu hidup?’ sebagai Masalah dalam Sejarah.
- Gray, MW (2017). Lynn Margulis dan hipotesis endosimbion: 50 tahun kemudian. Biologi molekuler sel, 28 (10), 1285-1287.
- Margulis, L., & Chapman, MJ (1998). Endosimbiosis: siklus dan permanen dalam evolusi. Tren mikrobiologi, 6 (9), 342-345.
- Martin, WF, Garg, S., & Zimorski, V. (2015). Teori endosimbiotik untuk asal eukariota. Transaksi Filosofis dari Royal Society B: Ilmu Biologi, 370 (1678), 20140330.
