Asal Usul Kehidupan

Ini adalah Artikel sumbangan dari teman yang mungkin bisa kita gunakan sebagai literatur atau pengetahuan buat kita semua.

Untuk menjelaskan asal usul kehidupan, kita memerlukan teori yang mampu mendukungnya. Sekumpulan teori ini disebut abiogenesis, yaitu teori yang menjelaskan tentang perubahan dari benda tak hidup menjadi mahluk hidup. Kemungkinan ada banyak cara bagaimana mahluk hidup bisa muncul dari benda tak hidup. Seandainya ilmuan menemukan cara membuat mahluk hidup dari tak hidup sekalipun, belum tentu cara ini yang digunakan alam untuk memunculkan mahluk hidup pertama. Karenanya para ilmuan berusaha memeriksa kondisi awal Bumi sehingga dapat direka sedekat mungkin dengan mahluk hidup pertama di Bumi kita.

Bumi terbentuk 4,6 miliar tahun lalu. Saat ini, Bumi sangat panas, atmosfer belum ada sehingga radiasi dari matahari yang masih muda sangat membakar. Perlu 800 juta tahun bagi Bumi untuk memunculkan kondisi yang mampu menopang kehidupan. Kehidupan mungkin terbentuk dalam masa ini, walaupun kita sampai sekarang tidak tahu seperti apa ujud kehidupan pertama di Bumi kita.

Keberadaan mahluk hidup pertama yang menurunkan seluruh mahluk hidup yang ada di Bumi dibuktikan dengan adanya kode genetik yang sama pada semua mahluk hidup, mulai dari yang paling sederhana hingga yang kompleks. Secara biokimia, kita bisa membuat kode genetik dari beraneka jenis basa. Para ilmuan bahkan telah berhasil membuat DNA di laboratorium (Doi etal, 2008) atau bahkan merancang DNA jenis baru yang hanya memiliki tiga jenis basa (American Chemical Society, 2005). Para ilmuan juga berhasil membuat DNA jenis baru (xDNA) yang lebih tahan terhadap panas (Stanford University, 2003).

DNA Buatan dengan basa jenis baru

Walaupun diduga kalau kondisi awal yang memungkinkan kehidupan telah siap para 3,8 miliar tahun lalu, fosil tertua kita hanya berusia 3,5 miliar tahun. Fosil ini sangat mirip dengan bakteri biru-hijau yang masih ada sekarang.

Fosil Cyanobacteria berusia 3,5 miliar tahun

Kapan dan Dimana Kehidupan Pertama Muncul?

Gunter Wachtershauser berpendapat bahwa kehidupan muncul dalam kondisi yang panas sehingga dapat lebih tua dari 3,8 miliar tahun. Berdasarkan analisisnya, ia menemukan bahwa aliran penghembusan magma mungkin tempat yang paling cocok untuk berkembangnya kehidupan pertama. Shock dkk sebaliknya, menduga bahwa kehidupan berasal dari celah hidrotermal di dasar samudera. Mereka menemukan kalau hipertermofil dapat membuat senyawa-senyawa organik sederhana yang mereka butuhkan untuk pertumbuhan sel dan memperoleh energi dari prosesnya. Russel dkk sedikit berbeda, mereka mengajukan kalau kehidupan berasal dari gelembung FeS di mata air panas alkalin yang banyak terdapat di dasar samudera asam masa lalu. Walau demikian, Stanley Miller dan Antonio Lazcano berargumen dengan tegas kalau kehidupan tidak berasal dari suhu panas, mereka mengatakan bahwa hipertermofil bukanlah mahluk purba dan karenanya tidak dapat dipandang sebagai contoh ideal mahluk hidup pertama (LUCA – Last Universal Common Ancestor). Jadi, sepertinya pendapat konservatif bahwa kehidupan berasal dari 3,8 miliar tahun lalu masih dipertahankan.

Ventilasi Hidrotermal, tempat yang diduga menjadi asal usul kehidupan

Atmosfer Bumi pertama masih merupakan gas sisa pembentukan planet dan tata surya secara keseluruhan. Atmosfer ini bersifat reduktif karena tidak memiliki oksigen. Oksigen merupakan produk baru di atmosfer Bumi dan dibuat oleh aktivitas bakteri hijau-biru. Peran bakteri hijau-biru (cyanobacteria) sangat penting karena menyediakan udara untuk evolusi sel jenis baru, yaitu eukariota, yang berbeda dengan sel bakteri yang lebih sederhana.

Darwin tahun 1859 telah memberikan hipotesis mengenai asal usul kehidupan. Menurutnya, syarat awal kehidupan adalah suatu kolam hangat yang berisi segala macam amonia dan garam fosfat, dengan bantuan cahaya, panas, listrik, dsb. Penjelasan Darwin terlalu sederhana dan belum dapat dipandang sebagai teori yang serius.

Kendala-kendala Kehidupan Pertama

Eksperimen abiogenesis setidaknya telah dirintis tahun 19553 oleh Stanley Miller. Waktu itu ia baru berusia 23 tahun. Dalam eksperimennya yang terkenal, Miller mengisi peralatan kaca yang disegel dengan beberapa liter metana, amonia dan hidrogen (untuk mewakili atmosfer) dan beberapa liter air (sebagai larutan). Alat pelepas percikan membakar gas dengan simulasi kilat, sementara lilitan pemanas membuat air mendidih. Peran Miller disini hanyalah sebagai ilmuan yang meniru kondisi Bumi purba. Ini berarti kondisi Bumi purba memang demikian adanya, bukan dibuat, tetapi konsekuensi dari geokimia tak terelakkan pasca terbentuknya tata surya.

Dalam beberapa hari, timbul bahan lengket kemerahan di dalam air dan gas. Miller menemukan kalau bahan tersebut adalah asam amino, bahan dasar pembuat protein, bahan dasar pembuat kehidupan. Sayang hingga kini, eksperimen pembuatan kehidupan masih belum dapat dilakukan. Ilmuan hanya semakin dekat baik sebelum ataupun sesudah terbentuknya kehidupan. Dengan adanya fakta ini, kita hanya bisa bertopang pada teori.

Teori yang serius mesti memiliki dasar biokimia yang kuat. Teori pertama yang serius diajukan oleh Oparin dan Haldane pada tahun 1920an. Dan sekarang, sudah ada sekitar tujuh teori abiogenesis yang diajukan oleh para ilmuan.

Pada dasarnya, semua teori abiogenesis harus memecahkan dua masalah besar :

Bagaimana mendapatkan energi, dan
Bagaimana berkembangbiak

Mahluk hidup pertama harus memecahkan masalah ini dengan kondisi Bumi purba. Atmosfer saat itu tidak mengandung oksigen. Jadi energi harus datang dari sumber lain, seperti sinar matahari atau kimia. Perkembang biakan juga mensyaratkan keberadaan DNA. Jadi teori yang bagus harus mampu menjelaskan bagaimana DNA bisa mensintesis protein untuk pertama kalinya. Salah satu teori, yaitu teori dunia RNA, mengajukan kalau RNA lebih dahulu ada dan sudah mampu mensintesis protein tanpa bantuan DNA.

Kehidupan mudah muncul : Teori Dunia RNA

Teori dunia RNA memiliki kelemahan yaitu RNA sulit disintesis, bahkan dalam lingkungan terbaik sekalipun di laboratorium, apalagi dalam Bumi purba yang sederhana. Ketika RNA berhasil disintesis, muncul lagi kendala, yaitu ia hanya dapat bereplikasi jika dirangsang oleh kimiawi tertentu. Stanley Miller berpendapat bahwa harus ada molekul tertentu yang lebih sederhana untuk melancarkan jalan RNA sebelumnya.

Seharusnya membentuk kehidupan tidaklah harus sesulit itu, karena telah terbukti kehidupan ada di Bumi ini setelah syarat-syarat misterius itu terpenuhi 3,5 miliar tahun lalu. Menurut Miller, kita tidak akan pernah tahu kapan dan dimana kehidupan pertama muncul. Ini adalah peristiwa sejarah, berbeda dengan sains biasanya.

Dua hipotesis RNA

Kehidupan Pasti Muncul : Teori Otokatalisis

Kemajuan menuju peniruan kehidupan di laboratorium setidaknya sudah terjadi. Stuart Kauffman berhasil membuat kehidupan dalam simulasi komputernya berdasarkan teori otokatalisis. Teori otokatalisis dari Stuart Kauffman juga merupakan salah satu teori abiogenesis yang kuat. Teori ini berbasis pada simulasi interaksi berbagai agen abstrak kimia dan biologi dalam komputer. Kesimpulan yang diperoleh Kauffman dalam teori dan simulasinya adalah:

Ketika suatu sistem kimia sederhana mencapai level kompleksitas tertentu, sistem tersebut akan mengalami transisi dramatis, sama seperti perubahan dari cair menjadi es pada air. Molekul tersebut secara spontan bergabung menjadi lebih besar, lebih kompleks dan memiliki kemampuan katalisis semakin besar. Molekul ini pada gilirannya mampu memperbanyak diri dan berevolusi membentuk kehidupan.

Berdasarkan teori otokatalisis, kehidupan tidak muncul secara kebetulan. Ia muncul sebagai konsekuensi tak terelakkan dari perilaku biokimia. Kauffman dalam bukunya At Home in the Universe mengatakan bahwa kehidupan hampir pasti ada di tempat lain di alam semesta ini.

Kelemahan teori otokatalisis adalah belum terujinya ia di laboratorium dan bertentangannya teori ini dengan konsep seleksi alam. Menurut teori otokatalisis, sistem biologi bukan berasal dari seleksi alam, namun dari efek-efek yang menimbulkan tatanan biologis tersebut secara spontan (antichaos). Ini bermakna, tidak ada alternatif bagi kehidupan lain di alam semesta, mereka juga akan sangat mirip dengan kehidupan di Bumi.

Kauffman mengatakan bahwa teorinya merupakan pelengkap seleksi alam Darwin. Bagi Kauffman, evolusi dikendalikan oleh antichaos, sementara seleksi alam hampir nihil pengaruhnya. Kauffman melihat biologi sebagai sistem matematik sama seperti Kant, Goethe, D’Arcy Sentworth Thompson, William Bateson dan Brian Goodwin.

Kehidupan Hampir Mustahil Muncul : Teori Panspermia

Walau secara teori banyak sekali kemajuan di bidang abiogenesis, kita belum mampu sekalipun membuat kehidupan di laboratorium, apalagi memastikan kalau itu memang kehidupan yang menjadi asal usul kehidupan di Bumi. Mungkin ada syarat-syarat luar biasa yang belum dapat ditiru, misalnya susunan kimia dari media.

Jika Kauffmann melihat kehidupan tak terelakkan, Miller melihat kalau kehidupan mudah terjadi, maka Francis Crick melihat kehidupan hampir mustahil untuk muncul. Francis Crick, seorang agnostik yang cenderung ateis, mengatakan bahwa kondisi awal kehidupan terlalu langka dan sulit. Ia mendaftarkan sejumlah faktor yang harus ada sebagai syarat awal kehidupan, dan faktor ini demikian menghalangi kemungkinan munculnya mahluk hidup. Jadi, Crick menduga bahwa kehidupan di Bumi lebih mungkin berasal dari alien yang mengunjungi Bumi miliaran tahun lalu yang sengaja, atau tidak sengaja, menebar kehidupan di muka Bumi.

Petunjuk mengenai asal usul kehidupan

Menurut A.J. Cairns-Smith, ada tujuh petunjuk asal usul kehidupan yang dapat digunakan untuk melacak mahluk hidup pertama :

Petunjuk dari biologi. Informasi genetik adalah satu-satunya yang dapat berevolusi lewat seleksi alam karena ia adalah satu-satunya yang diturunkan dari generasi ke generasi dalam jangka panjang.
Petunjuk dari biokimia. DNA adalah molekul pinggiran yang jauh dari pusat jalur biokimia masa kini.
Petunjuk dari arsitektur. Untuk membuat bagian melengkung di gerbang atau atas pintu, batu memerlukan semacam pelipatan; sesuatu untuk mendukung bebatuan sebelum mereka ditempatkan di posisinya dan dapat menopang satu sama lain.
Petunjuk dari sifat tali. Tidak satupun serat dalam sebuah tali harus merentang dari satu ujung ke ujung lainnya, sejauh ada cukup saling puntir untuk bertopang satu sama lain.
Petunjuk dari sejarah teknologi. Permesinan primitif biasanya berbeda dalam pendekatan desain dan bahan konstruksinya daripada permesinan modern.
Petunjuk dari kimia. Kristal menyusun dirinya sendiri dengan cara yang mungkin sesuai untuk bahan genetik primitif.
Petunjuk dari geologi. Bumi membuat tanah liat sepanjang waktu, seperti yang dapat anda lihat dalam jumlah besar tanah liat yang hanyut di sungai. Kemungkinan tanah liat merupakan bahan dasar kehidupan di Bumi.

Perkembangan terbaru

Maret 2008, Fogel dkk mengumpulkan banyak meteorit purba yang ternyata kaya dengan bahan dasar kehidupan. Menurut mereka, meteorit-meteorit ini merupakan sumber utama unsur dasar kehidupan awal.

Februari 2010, teori sup purba Haldane digugat oleh bukti terbaru mengenai asal usul kehidupan oleh Nick lane. Nick menunjukkan kalau kehidupan pertama kali muncul dalam celah hidrotermal bukan dalam sebuah samudera yang luas.

Salah satu masalah dalam abiogenesis adalah pertanyaan mana yang lebih dahulu muncul: enzim atau ATP. Perlu enzim untuk membuat ATP dan sebaliknya perlu ATP untuk membuat enzim. Mei 2010, Bryan dkk menemukan keberadaan senyawa pyrophosphate yang secara kimia sangat sama dengan ATP, namun memiliki potensi mentransfer energi tanpa enzim.

Maret 2011, Sandra Pizzarello dkk menemukan sejumlah besar ammonia dalam asteroid primitif dari antartika. Konsentrasi ammonia yang tinggi ini diduga menjadi sumber berkelanjutan nitrogen yang berkurang untuk kimiawi kehidupan.

Potongan asteroid meteorit CR2 grave nunataks 95229

Bulan April 2011, Cody dkk menemukan berdasarkan pengamatan, eksperimen dan perhitungan matematis bahwa salah balok dasar kehidupan, folmaldehyde telah ada sejak masa pembentukan tata surya. Formaldehyde ditemukan dalam komet Wild yang diambil sampelnya oleh misi Stardust NASA.

Molekul Formaldehida

Sumber

American Chemical Society (2005, April 7). DNA With Three Base Pairs – A Step Towards Expanding The Genetic Code. ScienceDaily. Retrieved May 17, 2011, from http://www.sciencedaily.com /releases/2005/03/050328145139.htm

Cairns-Smith, A.G. 1985. Seven Clues to the Origin of Life: A Scientific Detective Story. Cambridge: Cambridge UP.

David E. Bryant, Katie E. R. Marriott, Stuart A. Macgregor, Colin Kilner, Matthew A. Pasek, Terence P. Kee. On the prebiotic potential of reduced oxidation state phosphorus: the H-phosphinate-pyruvate system. Chemical Communications, 2010; 46 (21): 3726 DOI: 10.1039/c002689a

Doi et al. Artificial DNA Made Exclusively of Nonnatural C-Nucleosides with Four Types of Nonnatural Bases. Journal of the American Chemical Society, 2008; 130 (27): 8762 DOI: 10.1021/ja801058h

George D. Cody, Emily Heying, Conel M. O. Alexander, Larry R. Nittler, A. L. David Kilcoyne, Scott A. Sandford, Rhonda M. Stroud. Cosmochemistry Special Feature: Establishing a molecular relationship between chondritic and cometary organic solids. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011; DOI: 10.1073/pnas.1015913108

Horgan, J. 1997. The End of Science: Facing the Limits of Knowledge in the Twilight of the Scientific Age. New York: Broadway Books.

Marilyn Fogel dkk. 2008. Indigenous amino acids in primitive CR meteorites. Meteoritics and Planetary Science.

Mayr, E. 2001. What Evolution Is. Orion Publishing.

Miller, S.L., Lazcano, A. Facing Up to Chemical Realities: Life Did Not Begin at the Growth Temperatures of Hyperthermophiles. Hal. 127-134 dalam Wiegel, J., Adams, M.W.W. (ed). Thermophiles: The Keys to Molecular Evolution and the Origin of Life? Taylor and Francis, 1998.

Russel, M.J., Daia, D.E., Hall, A.J. The Emergence of Life from FeS Bubbles ata Alkaline Hot Springs in an Acid Ocean. Hal 77-126. dalam Wiegel, J., Adams, M.W.W. (ed). Thermophiles: The Keys to Molecular Evolution and the Origin of Life? Taylor and Francis, 1998.

Shock, E.L., McCollom, T., Schulte, M.D. The Emergence of Metabolism from Within Hydrothermal Systems. Hal. 59-76 dalam Wiegel, J., Adams, M.W.W. (ed). Thermophiles: The Keys to Molecular Evolution and the Origin of Life? Taylor and Francis, 1998.

S. Pizzarello, L. B. Williams, J. Lehman, G. P. Holland, J. L. Yarger. Abundant ammonia in primitive asteroids and the case for a possible exobiology. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011; DOI: 10.1073/pnas.1014961108

Stanford University (2003, October 31). Researchers Create ‘Supersized’ Molecule Of DNA. ScienceDaily. Retrieved May 17, 2011, from http://www.sciencedaily.com /releases/2003/10/031031064709.htm

Wachterhauser, G. The Case for a Hyperthermophilic, Chemolithoautotrophic Origin of Life in an Iron-Sulfur World, hal. 47-58 dalam Wiegel, J., Adams, M.W.W. (ed). Thermophiles: The Keys to Molecular Evolution and the Origin of Life? Taylor and Francis, 1998.

Wiley-Blackwell (2010, February 3). New research rejects 80-year theory of ‘primordial soup’ as the origin of life. ScienceDaily. Retrieved May 17, 2011, from http://www.sciencedaily.com /releases/2010/02/100202101245.htm

Referensi lanjut

Brack, A. (ed) 1999. The Molecular Origins of Life: Assembling Pieces of the Puzzle. Cambridge: Cambridge UP.

Carol Kaesuk Yoon. Counting Creatures Great and Small. Science, 260:620-646, 1993

Crick, F. 1981. Life Itself. New York: Simon and Schuster.

Darwin, C. 1859. On the Origin of Species. London: John Murray

Goodwin, B. 1994. How the Leopard Changed its Spots. New York: Charles Scribner’s Sons.

Haldane, J.B.S. 1929. The Origin of life. Rationalist Ann., p. 3

Horgan, J. 1991. In the Beginning. Scientific American, February 1991.

Kauffman, S. At Home in the Universe.

Kauffman, S. Origin of Order.

Oparin, A.I. 1938. The Origin of Life. New York: Macmillan.

Schopf, J.W. 1999. Cradle of Life. Princeton : Princeton UP