Teori Asal-Usul Kehidupan Abiogenesis Biogenesis Evolusi Kimia dan Biologi

Teori Asal-Usul Kehidupan - Selama ratusan tahun, para ilmuwan telah mengetahui bahwa makhluk hidup yang ada di bumi beraneka ragam. Dalam keaneka- ragaman tersebut, para ilmuwan menemukan bahwa pada beberapa makhluk hidup ditemukan juga beberapa kesamaan.

Sejak lama, para ilmuwan berusaha menjawab sebuah pertanyaan, bagaimana kehidupan berawal? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, banyak ilmuwan yang mengemukakan berbagai teorinya disertai bukti- bukti yang mendukung teori tersebut. Meskipun demikian, pertanyaan tersebut belum dapat sepenuhnya terjelaskan oleh teori-teori tersebut karena teori-teori tersebut sulit dibuktikan.

Dari banyak teori mengenai asal-usul kehidupan, terdapat dua teori utama yang dapat diterima secara luas, yakni teori evolusi kimia dan teori evolusi biologi. Selain kedua teori tersebut, dijelaskan pula sejarah munculnya teori abiogenesis dan teori biogenesis yang merupakan awal pemikiran manusia mengenai asal-usul kehidupan.

1. Teori Abiogenesis

Menurut teori ini, kehidupan terjadi secara spontan dan berasal dari materi tak hidup. Teori ini, beranggapan bahwa kehidupan berawal dari benda mati. Misalnya, tikus berasal dari tumpukan sampah dan belatung berasal dari daging yang membusuk. Teori abiogenesis ini disebut juga teori generatio spontanea.

Teori abiogenesis ini pertama kali dikemukakan oleh Aristoteles (384–332 SM). Dengan ditemukannya mikroskop, teori ini semakin didukung.  ohn eedham adalah orang yang mendukung teori ini. Pada pertengahan 1700, ia melakukan percobaan dengan memanaskan kaldu untuk membunuh semua mikroorganisme yang ada. Kemudian, ia menuangkan air kaldu ke dalam tabung reaksi dan menutupnya dengan gabus. Dalam beberapa hari, tabung dipenuhi oleh bakteri. Ia menyim- pulkan bahwa bakteri dibentuk dari sisa-sisa mikroorganisme yang mati oleh panas sebelumnya. Dari percobaan tersebut, ia menyimpulkan bahwa teori abiogenesis adalah benar.

2. Teori Biogenesis

Munculnya teori biogenesis merupakan bantahan atas teori abiogenesis. Para pendukung teori ini di antaranya  Francesco Redi, Lazzaro Spallanzani, dan  Louis Pasteur. Teori biogenesis menyatakan bahwa kehidupan berasal dari kehidupan sebelumnya. Untuk mendukung pernyataan ini, dilakukan percobaan oleh para pendukung teori biogenesis.

Francesco Redi (1626–1697) melakukan percobaan terhadap sekerat daging dalam stoples (Gambar 6.1). Stoples A diisi dengan sekerat daging dan stoples B diisi dengan sekerat daging yang ditutup oleh kain kasa rapat. Setelah beberapa hari, stoples A banyak dihinggapi lalat dan muncul banyak belatung kecil. Adapun pada stoples B tidak ditemukan belatung pada daging yang membusuk. Hasil ini disimpulkan oleh Redi bahwa diperlukan lalat untuk menghasilkan belatung. Belatung pada daging tersebut berasal dari telur lalat

Francesco Redi melakukan percobaan pertama untuk membuktikan teori biogenesis

Pada percobaan Lazzaro Spallanzani (1729–1799) digunakan air kaldu seperti percobaan Needham. Spallanzani merebus air kaldu dalam tabung I dan II lebih lama dibandingkan percobaan yang dilakukan Needham, selama satu jam. Hal ini untuk memastikan terbunuhnya semua mikroorganisme dalam kaldu. Setelah dipanaskan, labu I dibiarkan terbuka, sedangkan labu II ditutup dengan cara memanaskan ujung botol. Setelah beberapa hari, labu I dipenuhi oleh bakteri, adapun pada labu II tetap tidak ada pertumbuhan bakteri.

Percobaan Needham, dan Spallanzani

Percobaan Spallanzani ini diperbarui oleh percobaan Louis Pasteur menggunakan labu leher angsa. Hal ini dikarenakan kritikan para pendukung teori abiogenesis terhadap percobaan Spallanzani. Mereka menyatakan bahwa percobaan yang dilakukan Spallanzani menghancurkan “komponen penyokong kehidupan” dengan tidak adanya udara  dan pemanasan berlebih (Mclaren  Rotundo, 1985: 30). Oleh karena itu, Pasteur menggunakan labu leher angsa.

Peralatan yang dilakukan oleh Louis Pasteur

Percobaan yang dilakukan pada 1861 ini, berhasil menumbangkan teori abiogenesis. Labu leher angsa yang dipanaskan tetap dapat memungkinkan udara masuk ke dalam labu, tetapi tidak ada mikroorganisme yang hidup setelah beberapa hari. Melalui percobaan ini, Louis Pasteur membuktikan bahwa terdapat mikroorganisme di udara, air, dan tanah, yang dapat menyebabkan kontaminasi pada air kaldu. Berdasarkan hasil percobaan, berkembanglah teori biogenesis yang menyatakan bahwa:

• mne vivum e vivo, semua makhluk hidup berasal dari makhluk hidup sebelumnya
• mne ovum e vivo, semua telur berasal dari makhluk hidup; dan
• mne ovum e ovo, semua makhluk hidup dari telur

Louis Pasteur, seorang tokoh pendukung teori biogenesis

3. Teori Evolusi Kimia

Teori ini menyatakan bahwa asal-usul kehidupan diawali oleh terbentuknya senyawa-senyawa organik di atmosfer. Dengan adanya gas- gas, seperti metana (CH4 ), hidrogen (H2 ), uap air (H2 O), dan amonia (NH3 ) di atmosfer serta bantuan energi dari sinar kosmis dan kilatan halilintar, dapat terbentuk senyawa organik seperti asam amino. Senyawa organik tersebut terkumpul dalam  sup primordial  (sup purba). Melalui sup purba inilah kemungkinan kehidupan paling sederhana muncul.

Gambaran seniman terhadap bumi primitif

Teori evolusi kimia ini diajukan oleh A.I. parin, seorang ahli biokimia Rusia dan  .B.S. Haldane, seorang ahli genetika Inggris sekitar 1924. Akan tetapi, teori ini baru dapat dibukti an oleh  Stanley Miller, seorang peneliti Amerika, pada 1953. Melalui percobaannya, Miller membuat sebuah alat yang meniru keadaan awal bumi sebelum kehidupan terbentuk

(a) Susunan alat yang digunakan oleh Miller. (b) Stanley Miller yang mencoba mengulang kembali penelitiannya

Alat percobaan Miller tersusun atas tabung kaca yang dilengkapi dengan kran-kran untuk memasukkan bermacam-macam gas, seperti metan (CH4 ), uap air (H2 O), hidrogen (H2 ), dan amonia (NH3 ). Mirip gas-gas yang terdapat di atmosfer bumi awal. Tabung tersebut dilengkapi dengan dua elektroda yang dihubungkan dengan listrik 75.000 volt untuk menghasilkan bunga api listrik sebagai pengganti halilintar.

Setelah beberapa hari, air penampungan dari rangkaian tabung kaca Miller berubah warna. Setelah dianalisis, perubahan warna air penampungan karena adanya asam amino dalam air. Seperti Anda ketahui, asam amino merupakan zat organik pembentuk protein. Hal ini membuktikan bahwa zat anorganik (materi tidak hidup) dapat membentuk setidaknya zat organik yang terdapat pada makhluk hidup. Pembentukan asam amino pada sup purba dapat menjadi langkah pertama dalam evolusi yang menghasilkan makhluk hidup.

Banyak penelitian lain yang mirip dilakukan setelah percobaan Miller dengan menggunakan sumber energi lain dan gas-gas yang berbeda. Semua percobaan mencoba membangun kembali keadaan awal bumi yang mungkin terjadi. Percobaan tersebut memperlihatkan bahwa pada keadaan seperti awal bumi, asam amino dapat terbentuk dan bersama- sama membentuk molekul, seperti protein. Diperlukan langkah-langkah yang panjang dan rumit dari pembentukan molekul organik hingga membentuk satu sel makhluk hidup. Hal ini karena, satu sel paling sederhana pun mengandung sepuluh hingga ribuan makromolekul.

4. Teori Evolusi Biologi dan Asal-Usul Kehidupan

A.I. Oparin dalam bukunya Asal ula Ter adinya ehidupan  (The rigin of ife), mengemukakan bahwa asal-usul kehidupan terjadi di lautan melalui pembentukan senyawa-senyawa organik dari senyawa- senyawa sederhana, seperti H2 O, CO2 , CH4 , NH3 , dan H2  yang memang berlimpah pada saat itu. Pembentukan senyawa organik ini dibantu oleh energi radiasi benda-benda angkasa yang juga sangat intensif pada saat itu. Senyawa kompleks pertama diduga semacam alkohol dan asam amino yang selama jutaan tahun senyawa-senyawa ini bereaksi membentuk senyawa yang lebih kompleks, seperti asam organik, purin, dan pirimidin. Senyawa-senyawa ini merupakan bahan pembentuk sel.

Senyawa kompleks sederhana saat itu begitu berlimpah, baik di lautan maupun di permukaan bumi sehingga membentuk kompleks yang disebut sup purba atau sup primordial. Setelah terbentuknya sup purba, pembentukan materi genetik dan membran sel merupakan dua langkah penting sebelum adanya kehidupan (Campbell, 2006: 320). Materi genetik pertama dan enzim pertama kemungkinan berupa RNA.

Gen pertama berupa RNA rantai pendek yang dapat bereplikasi sendiri tanpa bantuan protein. Proses replikasi RNA ini dapat terjadi melalui bantuan molekul RNA yang berfungsi sebagai katalis. Para ilmuwan telah menemukan RNA yang disebut  ribozim dan dapat berfungsi mirip katalis. Selanjutnya, terjadi kerja sama antarmolekul yang menyebabkan terjadinya translasi primitif dari gen RNA sederhana menjadi polipeptida. Translasi ini tidak menggunakan ribosom atau RNA. Kumpulan molekul tersebut akan terkumpul ke dalam bulatan membran mikroskopis yang terbuat dari fosfolipid. Bentuk kumpulan molekul dalam membran tersebut dikenal dengan protobion

Adanya kerja sama antarmolekul memberikan kemampuan pada protobion untuk bereplikasi dan melakukan metabolisme primitif. Protobion berkembang menjadi bentuk kompleks yang mengandung DNA dan dapat menggunakan banyak bahan mentah dari lingkungan.

(a) Membran membentuk bola buatan yang terbuat dari fosfolipid. (b) Gambaran sebuah protobion beserta isinya

Secara berangsur-angsur protobion digantikan organisme yang dapat membuat molekul yang dibutuhkannya sendiri (autotrof) dengan bantuan cahaya matahari (fotoautotrof) atau molekul berenergi tinggi dari lingkungannya (kemoautotrof). Adanya autotrof memicu munculnya makhluk hidup yang dapat memanfaatkan produk autotrof, misalnya heterotrof, atau merupakan autotrof juga. Autotrof dan heterotrof yang bergantung pada makhluk hidup ini merupakan prokariot pertama.

Prokariot menguasai bumi dari 3,5–2 milyar tahun yang lalu. Selama periode tersebut, prokariot mengubah atmosfer bumi sehingga menyebabkan oksigen muncul 2,7 milyar tahun yang lalu sebagai hasil fotosintesis prokariot. Perhatikan bagan skala waktu geologi pada Gambar berikut ini.

Analogi jam geologi dengan beberapa kejadian penting dalam sejarah bumi

Berdasarkan gambar tersebut terlihat bahwa eukariot terbentuk setelah prokariot. Masih ingatkah Anda perbedaan makhluk hidup prokariot dan eukariot? Eukariot memiliki membran inti. Secara umum, eukariot memiliki struktur sel yang lebih kompleks. Bagaimanakah eukariot terbentuk? Dapatkah eukariot terbentuk dari prokariot?

Terdapat dua teori mengenai pembentukan eukariot dari prokariot, yaitu teori  pelekukan membran  (membrane infolding) dan  teori endosimbiosis. Teori pelekukan membran menjelaskan bahwa semua organel bermembran pada sel eukariot, kecuali mitokondria dan kloroplas, terbentuk dari pelekukan membran ke arah dalam. Pelekukan ini membentuk membran inti dan retikulum endoplasma.

Adapun teori endosimbiosis menjelaskan pembentukan mitokondria  dan kloroplas yang berasal dari pengabungan atau simbiosis sel prokariot ke dalam sel prokariot lain yang lebih besar.  ndo berarti di dalam, simbiosis berarti hidup bersama. Teori ini dikemukakan oleh  Lynn Margulis. Mitokondria diduga berasal dari kelompok Alpha Proteobacteria, sedangkan kloroplas berasal dari Cyanobacteria. 

Model pembentukan sel eukariot berdasarkan teori pelekukan membran dan endosimbiosis

Fosil tertua yang diyakini para ilmuwan sebagai eukariot berasal dari sekitar 2,1 milyar tahun yang lalu. Eukariot ini merupakan nenek moyang Protista uniselular (alga) yang kita kenal sekarang. Bagaimana eukariot uniselular berevolusi hingga terbentuk makhluk hidup multiselular, seperti hewan dan tumbuhan sekarang ini?

Pembentukan makhluk hidup eukariot multiselular terjadi dalam beberapa tahap. Nenek moyang makhluk hidup multiselular diduga berasal dari koloni Protista uniselular. Pada koloni, sel hasil pembelahan dan individunya tetap menempel pada koloni. Selanjutnya, sel-sel dalam koloni terspesialisasi dan saling bergantung satu sama lain. Setiap satu jenis sel semakin terspesialisasi, baik bentuk maupun maupun fungsinya.

Akhirnya, spesialisasi sel-sel mencapai perbedaan antara sel seks (sel gamet) dan sel tubuh (sel somatis). Melalui evolusi milyaran tahun, nenek moyang eukariot membentuk ganggang, jamur, hewan, dan tumbuhan. Sekitar 500 juta tahun lalu, semua kehidupan berada di lautan dan mulai memasuki daratan. Beberapa alga hijau yang hidup di sekitar danau diduga memiliki hubungan dengan tumbuhan darat primitif.

Evolusi lebih lanjut menyebabkan keanekaragaman makhluk hidup di muka bumi. Berikut ini gambaran tentatif evolusi pada eukariot . Apakah yang dimaksud dengan tentatif?

Gambaran tentatif evolusi pada eukariot