Diposting Senin, 20 Desember 2010 jam 3:46 pm oleh Gun HS

Ilmuwan Menguraikan Fosil Genom Berusia 3 Miliar Tahun

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Senin, 20 Desember 2010 -


Sekitar 580 juta tahun yang lalu, kehidupan di Bumi memulai periode perubahan yang sangat cepat, yang disebut Ledakan Kambrium, periode tertentu dengan kelahiran bentuk kehidupan baru selama jutaan tahun yang pada akhirnya mendorong keanekaragaman hewan modern. Fosil-fosilnya membantu para paleontologis merentetkan evolusi kehidupan sejak saat itu, namun mendeskripsikan gambaran hidup selama 3 miliar tahun sebelum Periode Kambrium adalah hal yang menantang, karena sel-sel bertubuh lunak di masa Prakambrium jarang meninggalkan jejak fosil. Bagaimanapun juga, bentuk-bentuk kehidupan awal tersebut meninggalkan suatu fosil mikroskopis yang melimpah: yaitu DNA.

Karena semua makhluk hidup mewarisi genom dari genom leluhur, ahli biologi komputasi di MIT menggunakan genom modern untuk merekonstruksi evolusi mikroba purba. Mereka menggabungkan informasi dari pustaka genom dengan menggunakan model yang mereka rancang sendiri, model matematis yang memperhitungkan cara-cara bagaimana gen berevolusi: keluarga gen baru bisa lahir dan diwarisi; gen dapat ditukarkan atau secara horizontal ditransfer di antara organisme; gen dapat diduplikasi dalam genom yang sama, dan gen bisa menghilang.

Para ilmuwan menelusuri ribuan gen, dari 100 genom modern hingga tampilan gen-gen pertama di Bumi, untuk menciptakan sebuah fosil genomik. Mereka mengatakan, tidak hanya ketika gen-gen itu menjadi ada, tapi juga mikroba purba yang memiliki gen. Karya ini menunjukkan bahwa genom kolektif dari semua kehidupan mengalami perluasan antara 3,3 dan 2,8 miliar tahun yang lalu, selama waktu 27 persen dari seluruh keluarga gen yang ada saat ini muncul menjadi ada.

Angka ini menunjukkan evolusi keluarga gen dalam genom purba pada Pohon Kehidupan. Ukuran skala diagram lingkaran kecil dengan jumlah kejadian evolusi dalam garis keturunan, irisan menunjukkan jenis peristiwa: kelahiran gen (merah), duplikasi (biru), transfer gen horisontal (hijau), dan menghilang (kuning). Periode Ekspansi Arkean (3,33-2,85 milyar tahun yang lalu) disorot dalam warna hijau. (Kredit: Lawrence David)

Eric Alm, seorang profesor di Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan dan Fakultas Biologi Teknik, beserta Lawrence David, yang baru-baru ini menerima gelar Ph.D. dari MIT dan sekarang menjadi Fellow Junior dalam Masyarakat Harvard Fellows, telah menamakan masa itu sebagai periode Ekspansi Arkean.

Karena begitu banyak gen baru yang mereka identifikasi terkait dengan oksigen, Alm dan David awalnya menduga bahwa munculnya oksigen mungkin bertanggung jawab terhadap Ekspansi Arkean. Tidak adanya oksigen di atmosfer bumi hingga 2,5 miliar tahun yang lalu ketika oksigen mulai menumpuk, mungkin membunuh sejumlah besar bentuk kehidupan anerobic dalam Peristiwa Oksidasi Besar.

“Peristiwa Oksidasi Besar mungkin merupakan peristiwa bencana paling besar dalam sejarah kehidupan selular, namun kita tidak memiliki catatan biologisnya,” kata Alm.

Bagaimanapun juga, inspeksi lebih dekat lagi menunjukkan bahwa gen yang memanfaatkan oksigen tidak muncul sampai akhir Ekspansi Arkean 2,8 miliar tahun lalu, yang lebih konsisten dengan penanggalan geokimia ke Peristiwa Oksidasi Besar.

Sebaliknya, Alm dan David percaya bahwa mereka telah mendeteksi kelahiran transport elektron modern, proses biokimia yang bertanggung jawab untuk bolak elektron dalam membran selular. Transport elektron digunakan untuk menghirup oksigen oleh beberapa mikroba dan oleh tanaman selama fotosintesis ketika mereka memanen energi langsung dari matahari. Suatu bentuk fotosintesis disebut fotosintesis oksigenik (pemberian oksigen) diyakini bertanggung jawab menghasilkan oksigen yang terkait dengan Peristiwa Oksidasi Besar, dan bertanggung jawab atas oksigen yang kita hirup saat ini.

Evolusi transportasi elektron selama Ekspansi Arkean mengaktifkan beberapa tahap kunci dalam sejarah kehidupan, termasuk fotosintesis dan respirasi, yang keduanya dapat menyebabkan jumlah energi yang jauh lebih besar yang dipanen dan disimpan dalam biosfer.

“Hasil studi kami tidak bisa mengatakan apakah pembangunan transport elektron secara langsung menyebabkan Ekspansi Arkean,” kata David. “Namun, kami bisa berspekulasi bahwa memiliki akses anggaran energi yang jauh lebih besar memungkinkan biosfer menjadi tuan rumah yang lebih besar dan ekosistem mikroba yang lebih kompleks.”

David dan Alm juga menginvestigasi bagaimana genom mikroba berevolusi setelah masa Ekspansi Arkean dengan melihat logam dan molekul yang terkait dengan gen, dan bagaimana mereka berubah dalam kelimpahan dari waktu ke waktu. Mereka menemukan peningkatan persentase gen yang menggunakan oksigen, serta enzim yang berhubungan dengan tembaga dan molybdenum, yang konsisten dengan catatan geologi evolusi.

“Apa yang benar-benar luar biasa tentang temuan ini, mereka membuktikan bahwa sejarah peristiwa yang sangat purba tercatat dalam DNA organisme-organisme hidup yang saling berbagi,” kata Alm. “Dan sekarang ini kami mulai memahami bagaimana memecahkan kode sejarah tersebut, saya memiliki harapan bahwa kita bisa merekonstruksi beberapa peristiwa paling awal dalam evolusi kehidupan dengan sangat rinci.”

Gun HS
There's only one thing I figured about myself: Complex
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.