Fenomena Evolusi Klasik dalam Tabung Reaksi

Sekelompok peneliti dari The Scripps Research Institute telah merancang permodelan mikroskopik yang menyerupai Kepulauan Galapagos. Tabung-tabung reaksi mereka menampung ekosistem buatan di mana molekul-molekul berevolusi menjadi berbagai macam relung; mirip dengan burung-burung Finch yang diceritakan Charles Darwin 150 tahun silam dalam bukunya yang terkenal, The Origin of Species.

Ekosistem mikroskopik tersebut mengalami beragam fenomena evolusi, di antaranya teorisurvival of the fittest yang menunjukkan bahwa dalam memperebutkan sumber daya alam yang terbatas, hanya individu paling kuatlah yang akan bertahan. Di sisi lain, jika terdapat berbagai sumber daya alam, individu-individu tersebut akan berdiferensiasi dan terspesialisasi menjadi relung-relung dengan ciri khas ekosistem yang berbeda.

Eksperimen yang dipimpin oleh Sarah Voytek, Ph.D. ini bertujuan untuk memberikan pemahaman yang lebih baik terhadap teori evolusi Darwin. Beliau menggunakan molekul untuk mendapatkan hasil yang lebih cepat dibandingkan dengan menggunakan hewan. Perubahanstruktur molekul dan evolusi yang terjadi di dalam masing-masing ekosistem buatan dapat dilihat hasilnya hanya dalam hitungan hari.

Dalam perjalanannya menaiki HMS Beagle, Darwin mengumpulkan dan mempelajari berbagai spesies burung Finch dari beberapa pulau di Kepulauan Galapagos. Burung-burung tersebut memiliki bentuk paruh yang beraneka rupa; sebagian tebal dan kuat, sedangkan yang lain tipis dan lembut. Darwin menemukan bahwa perbedaan itu ternyata dipicu oleh adaptasi mereka terhadap berbagai bentuk biji-bijian yang mereka konsumsi sehari-hari. Semakin besar biji yang harus mereka pecah, semakin besar dan kuat pula bentuk paruhnya. Darwin menduga burung-burung tersebut berasal dari nenek moyang yang sama, namun seiring dengan berjalannya waktu, mereka terpisah menjadi spesies-spesies yang berbeda. Hal inilah yang melandasi teori klasiknya berjudul Niche Partitioning atau pembagian relung, yaitu dua spesies yang hidup dengan sumber daya alam yang sama akan berdiferensiasi menjadi dua spesies berbeda sehingga mereka dapat menggunakan sumber daya yang berbeda pula.

Selama beberapa tahun, Gerald Joyce, M.D., Ph.D. selaku pembimbing riset Voytek, telah bereksperimen dengan sejenis molekul RNA enzimatik yang dapat berevolusi secara kontinu di dalam tabung reaksi. Basis dari evolusi ini adalah kemungkinan terjadinya mutasi setiap kali molekul tersebut bereplikasi. Bahkan, kemungkinannya terhitung minimal satu kali per siklus replikasi sehingga karakteristik populasinya semakin lama akan semakin beragam.

Dua tahun silam, Voytek berhasil menemukan molekul RNA enzimatik lainnya dengan kemampuan evolusi yang sama. Dengan demikian, ia dapat menggabungkan RNA temuan Joyce dengan RNA temuannya sendiri untuk berkompetisi dalam ajang evolusi selayaknya dua spesies di Kepulauan Galapagos. Limit yang diberikan untuk memicu peristiwa tersebut adalah sumber ‘makanan’ berupa molekul esensial yang dibutuhkan masing-masing RNA untuk bereplikasi. RNA yang berhasil melekat dengan molekul tersebut akan bereplikasi, dan dalam siklus tersebut mereka akan bermutasi menjadi strain-strain RNA dengan sifat-sifat yang lebih kuat.

Dalam riset mereka, Voytek dan Joyce melakukan dua set eksperimen. Pertama, mereka mengadu kedua molekul RNA untuk memperebutkan satu sumber makanan. Hasilnya, hanya salah satu molekul RNA yang bisa bertahan hidup sementara yang lainnya perlahan ‘punah’. Percobaan kedua menempatkan kedua molekul RNA dalam lingkungan berisi 5 macam sumber makanan yang asing bagi mereka. Pada awalnya, tiap RNA mampu menguraikan kelimanya, namun belum secara sempurna. Setelah ratusan generasi selanjutnya, masing-masing RNA berubah menjadi dua jenis molekul independen dengan kebutuhan makanan yang berbeda satu sama lain. Mereka hanya menggunakan sumber makanan pilihan mereka, dan menghindari sama sekali sumber makanan lainnya.

Dalam proses kedua tersebut, masing-masing molekul mengalami diferensiasi yang khas. Satu molekul RNA mengurai makanan seratus kali lebih cepat, sementara molekul RNA lainnya menghasilkan replika tiga kali lebih banyak. Keseluruhan hasil eksperimen tersebut merupakan contoh nyata teori evolusi klasik dalam mempertahkan hidup. Ditulis oleh Rahmi Yusuf