Hubungan Genetika Lingkungan Dengan Evolusi [PDF]

Citation preview

HUBUNGAN GENETIKA, LINGKUNGAN, DENGAN EVOLUSI Pengertian Genetika, Lingkungan, dan Evolusi 1. Genetika Genetika berasal dari bahasa Latin GENOS yang berarti suku bangsa atau asal-usul. Dengan demikian genetika berarti ilmu yang mempelajari bagaimana sifat keturunan (hereditas) yang di wariskan kepada anak cucu, serta variasi yang mungkin timbul di dalamnya. Menurut sumber lainnya, genetika berasal dari bahasa Yunani GENNO yang berarti melahirkan. Dengan demikian genetika adalah ilmu yang mempelajari berbagai aspek yang menyangkut pewarisan sifat dan variasi sifat pada organisme maupun suborganisme (seperti virus dan prion). Genetika adalah ilmu yang mempelajari tentang sifat atau karakter yang diturunkan dari satu generasi ke generasi berikutnya secara turun-temurun. Penurunan sifat dan karakter itu melalui gen yang terdapat dalam kromosom di dalam inti sel. Bahan dasar inti sel (nukleus) adalah protein khas yang disebut protein inti atau nucleoprotein. Nucleoprotein dibangun oleh senyawa protein dan asam inti atau asam dioksiribo nukleat (DNA) dan Asam Ribo Nukleat (RNA). 2. Lingkungan Lingkungan adalah istilah yang mencakup segala makhluk hidup dan tak hidup di alam yang ada dibumi atau bagian dari bumi, yang berfungsi secara alami tanpa campur tangan manusia yang berlebihan. Lingkungan adalah semua kondisi didalam



dan



diluar



organisme



yang



berpengaruh



terhadap



perilaku



kita,



perkembangan atau proses hidup kecuali gen dan bahkan gen dapat dipertimbangkan untuk menyediakan lingkungan untuk gen lain. Lingkungan terbagi menjadi dua, yaitu : a. Lingkungan internal, yang terdiri dari organ dan material dalam diri seseorang, seperti gizi, vitamin, susu, system urat saraf, motivasi, kemauan, dsb. b. Lingkungan luar adalah lingkungan alam (natural environment) dapat berupa orang atau pribadi seseorang, sekumpulan orang seperti keluarga, masyarakat, teman sepermainan, dan organisasi. 3. Evolusi



Evolusi merupakan kata yang umum dipakai orang untuk menunjuk adanya perubahan, perkembangan, atau pertumbuhan secara berangsur-angsur. Perubahan tersebut dapat terjadi karena pengaruh alam atau rekayasa manusia. Teori evolusi sesungguhnya adalah sebuah hipotesis tentang asal-usul makhluk hidup. Fakta bahwa banyak jenis makhluk hidup yang ada disaat sekarang, tidak dijumpai pada kehidupan di masa jutaan bahkan milyaran tahun yang lalu. Evolusi adalah suatu proses perubahan makhluk hidup secara bertahap dan membutuhkan waktu yang lama dari bentuk yang sederhana, menjadi bentuk yang lebih kompleks. Diperlukan waktu jutaan tahun agar perubahan tersebut nampak lebih jelas. Hubungan Genetika dengan Evolusi Genetika merupakan sebuah ilmu tentang penurunan sifat yang diperkenalkan pertama kali oleh Gregory Mendel yang membantu para ilmuwan untuk mengidentifikasi tentang kebenaran terjadinya evolusi. Dalam genetika dibahas variasi genetik sebagai salah satu faktor penyebab evolusi. Variasi genetik dalam populasi yang merupakan gambaran dari adanya perbedaan respon individu-individu terhadap lingkungan adalah bahan dasar dari perubahan adaptif. Suatu populasi terdiri dari sejumlah individu. Dengan suatu kekecualian, maka tidak ada dua individu yang serupa. Pada populasi manusia dapat kita lihat dengan mudah adanya perbedaanperbedaan individu semisal dipunyainya ciri-ciri anatomi, fisiologi, dan kelakuan yang khusus. Dengan demikian, populasi terdiri dari sejumlah individu yang memiliki sifat penting tetapi berbeda satu sama lain di dalam berbagai hal. Bagaimana hubungan evolusi diantara spesies dapat diketahui? Hubungan evolusi diantara spesies dicerminkan dalam DNA dan proteinnya. Jika dua spesies memilki pustaka gen dan protein dengan urutan monomer yang sangat bersesuaian, urutan itu pasti dari nenek moyang sama. Sama halnya jika diibaratkan sebagai dua buah paragraf dengan yang sama meskipun ada penggantian satu atau huruf di beberapa tempat, tentunya kita akan mengatakan bahwa paragraf itu berasal dari satu sumber yang sama. Fenotipe suatu individu organisme dihasilkan dari genotipe dan pengaruh lingkungan organisme tersebut. Variasi fenotipe yang substansial pada sebuah populasi diakibatkan oleh perbedaan genotipenya. Sintesis evolusioner modern



mendefinisikan evolusi sebagai perubahan dari waktu ke waktu pada variasi genetika ini. Frekuensi alel tertentu akan berfluktuasi, menjadi lebih umum atau kurang umum relatif terhadap bentuk lain gen itu. Gaya dorong evolusioner bekerja dengan mendorong perubahan pada frekuensi alel ini ke satu arah atau lainnya. Variasi menghilang ketika sebuah alel mencapai titik fiksasi, yakni ketika ia menghilang dari suatu populasi ataupun ia telah menggantikan keseluruhan alel leluhur. Variasi berasal dari mutasi bahan genetika, migrasi antar populasi (aliran gen), dan perubahan susunan gen melalui reproduksi seksual. Variasi juga datang dari tukar ganti gen antara spesies yang berbeda: contohnya melalui transfer gen horizontal pada bakteria dan hibridisasi pada tanaman. Walaupun terdapat variasi yang terjadi secara terus menerus melalui proses-proses ini, kebanyakan genom spesies adalah identik pada seluruh individu spesies tersebut. Namun, bahkan perubahan kecil pada genotipe dapat mengakibatkan perubahan yang dramatis pada fenotipenya. Misalnya, simpanse dan manusia hanya berbeda pada 5% genomnya. Perbedaan-perbedaan diatas dapat kita lihat dengan nyata dan dapat pula sangat samar-samar. Dengan demikian, jika terjadi suatu seleksi yang menentang beberapa varian dan seleksi menguntungkan untuk varian lain didalam suatu populasi, maka komposisi kesehatan dari populasi itu dapat berubah dengan berjalannya waktu, sebab sifat dari populasi itu ditentukan oleh induvidu didalamnya. Secara umum variasi genetik dapat dibedakan menjadi 5 penyebab (agensia evolutif), yakni mutasi rekombinasi gen, genetic drift, gen flow dan seleksi alam Pada zaman modern atau era reformasi, telah dikembangkan Teknologi rekayasa genetika yang memungkinkan manusia dapat menciptakan tanaman, hewan, dan mikro organisme baru. Para ilmuwan telah berhasil mengungkap kode genetis yang menentukan sifat-sifat khusus semua makhluk hidup dan kini telah mampu mengkombinasikan gen-gen yang secara alami tidak akan pernah berkombinasi. Perubahan genetika dapat terjadi secara alami melalui proses seleksi. Proses seleksi gen terjadi secara alami setiap kali gen bermutasi ketika diturunkan oleh induk kepala keturunannya. Perubahan genetis pada tumbuhan, hewan dan mikroorganisme di alam terjadi dalam jangka waktu yang sangat panjang.



Di alam, tumbuhan dan hewan serta mikroorganisme pada umumnya berkembang biak disertai perubahan genetika secara alami terjadi dalam spesies yang sama. Rekayasa genetik memungkinkan pemindahan gen dari satu spesies yang lain dan proses pemindahan gen tersebut memerlukan waktu yang singkat. Perbaikan tanaman melalui rekayasa genetik didasarkan pada manipulasi molekuler gen-gen yang relevan dan tersedianya vektor untuk transformasi ke dalam sel tanaman. Teknologi gen ini telah menawarkan berbagai metode untuk isolasi, manipulasi dan ekspresi gen-gen tanaman dalam jaringan tertentu pada tingkat yang diinginkan. Keberhasilan untuk mengintroduksi gen-gen asing ke dalam sel tanaman dan meregenerasikannya menjadi tanaman hidup dan subur telah menyediakan kesempatan dalam memodifikasi dan memperbaiki sifat-sifat tanaman. Melalui teknologi ini memungkinkan manusia mendapatkan organisme yang diinginkan dengan waktu yang lebih singkat bila dibandingkan dengan metode konvensional.. Hubungan lingkungan dengan evolusi Dalam teori evolusi Darwin, hal yang sangat berpengaruh dalam evolusi adalah seleksi alam yang secara tidak langsung berhubungan dengan lingkungan. Lingkungan sebagai tempat hidup mempengaruhi frekuensi suatu sifat yang dapat diturunkan dalam populasi. Seleksi alam adalah keberhasilan yang berbeda dalam reproduksi (kemampuan individu yang tidak sama untuk bertahan hidup dan bereproduksi). Seleksi alam terjadi melalui suatu interaksi antara lingkungan dam keanekaragaman yang melekat diantara individu organisme yang menyusun suatu reproduksi. Produksi individu yang lebih banyak dibandingkan dengan yang dapat didukung



oleh



lingkungan



akan



mengakibatkan



adanya



persaingan



untuk



mempertahankan keberadaan individu di dalam populasi itu, sehingga hanya sebagian keturunan yang dapat bertahan hidup pada setiap generasi. Selain itu, kelangsungan hidup dalam perjuangan untuk mempertahankan hidup tidak terjadi secara acak, tetapi bergantung sebagian pada susunan sifat yang terawarisi dari individu yang bertahan hidup. Individu yang mewarisi sifat-sifat baik yang membuat individu-individu tersebut cocok dengan lingkungannya, besar kemungkinan akan menghasilkan lebih banyak keturunan dibandingkan dengan individu yang kurang cocok sifatnya terhadap lingkungannya. Kemudian, kemampuan setiap individu untuk bertahan hidup dan



bereproduksi yang tidak sama ini akan mengakibatkan suatu perubahan secara bertahap dalam suatu populasi dan sifat-sifat menguntungkan akan berakumulasi sepanjang generasi, itulah evolusi. Dalam setiap generasi, faktor lingkungan menyaring variasi yang dapat diwariskan, yang lebih menguntungkan suatu variasi tertentu atas variasi yang lain. Akan tetapi, dapatkah sesungguhnya seleksi menyebabkan perubahan besar dalam suatu populasi? Seleksi alam dapat mempengaruhi frekuensi suatu sifat yang dapat diturunkan dalam suatu populasi dalam tiga cara berbeda, tergantung pada fenotipe mana yang lebih disukai dalam suatu populasi yang beraneka ragam. Ketiga cara seleksi ini disebut sebagai seleksi penstabilan, seleksi direksional dan seleksi pendifersifikasian. 1.



Seleksi penstabilan bekerja terhadap fenotipe ekstrim dan menyukai varian antara yang lebih umum. Cara seleksi ini mengurangi variasi dan mempertahankan keadaan yang tetap (Status Quo) pada suatu waktu tertentu untuk suatu sifat fenotipik khusus



2.



Seleksi direksional paling umum ditemukan selama periode perubahan lingkungan atau ketika anggota suatu populasi termigrasi ke beberapa habitat baru dengan keadaan lingkungan yang berbeda.



3.



Seleksi endiversifikasian terjadi ketika keadaan lingkungan bervariasi sehingga individu pada kedua ekstrim suatu kisaran fenotipe antara lebih disukai. Mengenai seleksi alam, yang harus diketahui adalah bahwa seleksi alam hanya



akan memperbesar atau memperkecil variasi yang dapat diwariskan. Seperti yang telah kita lihat, suatu organisme bisa dimodifikasi melalui hal-hal yang dialaminya sendiri selama masa hidupnya, dan ciri yang didapatkan seperti itu bahkan mungkin lebih mengadaptasikan organisme tersebut dengan lingkungannya, tetapi tidak ada bukti bahwa ciri-ciri atau sifat-sifat yang didapat selama masa hidup itu dapat diwariskan. Kita harus membedakan antara adaptasi yang didapatkan oleh organisme melalui tindakannya sendiri dan adaptasi yang diwariskan yang berkembang dalam suatu populasi selama beberapa generasi sebagai akibat dari seleksi alam. Contoh kerja seleksi alam dapat dilihat dalam adaptasi evolusioner burung finch Galapagos terhadap sumber makanan yang berbeda. Selama lebih dari 20 tahun,



Peter dan Rosemary Grant dari Princeton University telah mempelajari populasi burung frinch darat berukuran sedang di Daphne Major (sebuah pulau kecil di Galapagos). Burung-burung tersebut menggunakan paruhnya yang kuat untuk menghancurkan biji-bijian. Burung-burung tersebut lebih senang memakan biji kecil, yang dihasilkan secara berlimpah oleh spesies tumbuhan tertentu selama tahun-tahun yang banyak curah hujannya. Pada tahun-tahun kering, biji-bijian itu berkurang produksinya dan burung finch terpaksa memakan biji-bijian kecil dan yang lebih besar yang jauh lebih sulit untuk dihancurkan. Ternyata keluarga Grant menemukan bahwa ketebalan rata-rata paruh (atas dan bawah) pada populasi burung finch berubah seiring dengan perubahan tahun. Saat musim kering, ketebalan rata-rata paruh meningkat, kemudian mengecil kembali selama musim hujan. Keluarga Grant mengaitkan perubahan itu dengan ketersediaan relatif biji-bijian kecil dari tahun ke tahun. Burung-burung dengan paruh yang lebih kuat mungkin memiliki keuntungan lebih selama musim kering, ketika kelangsungan hidup dan reproduksi bergantung pada kemampuan untuk memecah biji-bijian besar. Sebaliknya, paruh yang lebih kecil tampaknya merupakan perkakas yang lebih efisien untuk memakan biji-bijian yang lebih kecil yang produksinya berlimpah selama musim hujan. Dari penelitian keluarga Grant mengenai evolusi paruh, memperkuat pendapat yang mengatakan bahwa seleksi alam tergantung pada situasi: Apa yang bekerja paling baik pada konteks lingkungan tertentu bisa jadi kurang sesuai dalam situasi yang berbeda. Juga penting untuk dipahami bahwa evolusi paruh di Daphne Major tidak dihasilkan oleh pewarisan sifat-sifat yang didarat. Lingkungan tidak menciptakan paruh yang memiliki spesialisasi untuk memakan biji-bijian yang lebih besar atau yang lebih kecil, bergantung pada curah hujan tahunan. Lingkungan hanya bekerja pada variasi yang didapatkan dalam populasi, yang lebih menguntungkan kelangsungan hidup dan keberhasilan reproduksi beberapa individu dibandingkan dengan individu yang lain. Manfaat untuk manusia Tanaman transgenik adalah tanaman hasil rekayasa gen dengan cara disisipi satu atau sejumlah gen (transgene) yang merupakan salah satu kemajuan bioteknologi yaitu Genetically modified Organism (GMO), untuk mengatasi masalah pangan, kesehatan



dan kualitas hidup. Tanaman transgenik dihasilkan dengan cara mengintroduksikan gen tertentu ke dalam tubuh tanaman, sehingga diperoleh sifat yang diinginkan. Jenisjenis tanaman transgenik yang telah dikenal diantaranya tanaman tahan hama, toleran herbisida, tahan antibiotik, tanaman dengan kualitas nutrisi lebih baik, serta tanaman dengan produktivitas yang lebih tinggi



Teori Neo Darwinisme Dalam perkembangannya, teori evolusi juga mengalami evolusi. Setelah para ahli mengkaji evolusi dari data morfologi dan anatomi, pada masa selanjutnya bertumpu pada bidang genetika dan molekuler. Sejak berkembangnya ilmu genetika dan biologi molekuler, pemahaman tentang sebab-sebab yang mengakibatkan perubahan bentuk pada mahluk hidup menjadi semakin jelas. Ditambah dengan adanya kajian pendekatan secara matematik dan juga fisiologi perkembangan. Kajian evolusi secara genetika dan biologi melekuler dinilai sangat perlu dalam menerangkan proses evolusi. Selain itu semua sifat yang dimiliki oleh suatu organisme dapat digunakan untuk menunjang teori evolusi. Dengan demikian semua bidang ilmu biologi digunakan dalam menerangkan evolusi suatu organisme. Teori evolusi Darwin mengalami kebuntuan karena berkembangnya hukumhukum genetika pada awal abad ke-20. Tetapi para ahli yang menjunjung teori Darwin mencari solusi agar teori tersebut tetap diterima. Teori tersebut dikenal dengan istilah Neo Darwinisme, mereka yang mengemukakan disebut Neo Darwinis. Menurut para penganut Neo Darwinisme, saat ini permasalahan mutasi masih menjadi kebuntuan besar bagi Darwinisme. Meskipun teori seleksi alam menganggap mutasi sebagai satu-satunya sumber dari perubahan menguntungkan, tidak ada mutasi dalam bentuk apapun yang teramati dan benar-benar menguntungkan yang memperbaiki informasi genetik. Satu kebuntuan lain bagi Neo Darwinisme adalah catatan fosil. Bahkan pada masa Darwin, fosil telah menjadi hambatan bagi teorinya. Darwin sendiri mengakui tidak adanya fosil spesies peralihan. Darwin juga meramalkan bahwa penelitian selanjutnya akan menyediakan bukti atas bentuk peralihan yang hilang ini.



ISI Saat buku yang ditulis oleh Darwin berjudul The Origin of Spesies meluap di penjuru dunia, seorang ahli botani Austria bernama Gregor Mendel menemukan hukum penurunan sifat pada tahun 1865. Meskipun tidak banyak dikenal orang hingga akhir abad ke-19, penemuan Mendel mendapat perhatian besar di awal tahun 1900-an. Inilah awal kelahiran ilmu genetika. Beberapa waktu kemudian, struktur gen dan kromosom ditemukan. Pada tahun 1950-an, penemuan struktur molekul DNA yang berisi informasi genetis menghempaskan teori evolusi ke dalam krisis. Alasannya adalah kerumitan luar biasa dari kehidupan dan ketidakabsahan mekanisme evolusi yang diajukan Darwin. Perkembangan ini seharusnya membuat teori Darwin terbuang dalam keranjang sampah sejarah. Namun ini tidak terjadi, karena ada kelompok-kelompok tertentu yang bersikeras merevisi, memperbarui dan mengangkat kembali teori ini pada kedudukan ilmiah. Teori Darwin terpuruk dalam krisis karena hukum-hukum genetika yang ditemukan pada perempat pertama abad ke-20. Kelompok yang setuju akan teori Darwin mengadakan sebuah pertemuan yang diadakan oleh Geological Society of America pada tahun 1941. Ahli genetika G. Ledyard Stebbins dan Theodosius Dobzhansky, ahli zoologi Ernst Mayr dan Julian Huxley, ahli paleontologi George Gaylord Simpson dan Glenn L. Jepsen, dan ahli genetika matematis Ronald Fisher dan Sewall Right hadir dalam pertemuan tersebut. Setelah pembicaraan panjang akhirnya mereka menyetujui untuk menambahkan teori Darwin menjadi Neo Darwinisme. Untuk menghadapi fakta “stabilitas genetic” kelompok ilmuwan ini menggunakan konsep “mutasi” yang diperkenalkan oleh ahli botani asal Belanda, Hugo de Vries pada awal abad ke-20. Mutasi adalah kerusakan yang terjadi untuk alas an yang tidak diketahui dalam mekanisme penurunan sifat pada makhluk hidup. Beberapa dekade berikutnya menjadi era perjuangan berat untuk membuktikan kebenaran Neo Darwinisme. Telah diketahui bahwa mutasi yang terjadi pada gen-gen makhluk hidup selalu membahayakan. Neo Darwinis berupaya memberikan contoh “mutasi yang menguntungkan” dengan melakukan ribuan eksperimen mutasi. Selama



beberapa dasawarsa mereka melakukan percobaan mutasi pada lalat buah dan berbagai jenis lainnya. Namun tak satupun dari percobaan ini yang memperlihatkan mutasi yang memperbaiki informasi genetik pada makhluk hidup. Semua upaya mereka berakhir dengan kegagalan total. Teori Neo Darwinis telah ditumbangkan pula oleh catatan fosil. Tidak pernah ditemukan di belahan dunia mana pun “bentuk-bentuk transisi” yang diasumsikan teori Neo Darwinis sebagai bukti evolusi bertahap pada makhluk hidup dari spesies primitif ke spesies lebih maju. Begitu pula perbandingan anatomi menunjukkan bahwa spesies yang diduga telah berevolusi dari spesies lain ternyata memiliki ciriciri anatomi yang sangat berbeda, sehingga mereka tidak mungkin menjadi nenek moyang dan keturunannya. Sebagian besar ilmuwan yang mempercayai evolusi menerima teori Neo Darwinis bahwa evolusi terjadi secara perlahan dan bertahap. Pada beberapa dekade terakhir ini, telah dikemukakan sebuah model lain yang dinamakan “punctuated equilibrium”. Model ini menolak gagasan Darwin tentang evolusi yang terjadi secara kumulatif dan sedikit demi sedikit. Sebaliknya, model ini menyatakan evolusi terjadi dalam “loncatan” besar yang diskontinu. Pembela fanatik pendapat ini pertama kali muncul pada awal tahun 1970-an. Awalnya, dua orang ahli paleontologi Amerika, Niles Eldredge dan Stephen Jay Gould, sangat sadar bahwa pernyataan Neo Darwinis telah diruntuhkan oleh catatan fosil. Fosil-fosil telah membuktikan bahwa makhluk hidup tidak berasal dari evolusi bertahap, tetapi muncul tiba-tiba dan sudah terbentuk sepenuhnya. Hingga sekarang Neo Darwinis senantiasa berharap bahwa bentuk peralihan yang hilang suatu hari akan ditemukan. Eldredge dan Gould menyadari bahwa harapan ini tidak berdasar, namun di sisi lain mereka tetap tidak mampu meninggalkan dogma evolusi. Karena itulah akhirnya mereka mengemukakan sebuah model baru yang disebut punctuated equilibrium. Inilah model yang menyatakan bahwa evolusi tidak terjadi sebagai hasil dari variasi minor, namun dalam perubahan besar dan tiba-tiba. Model ini hanya sebuah khayalan. Sebagai contoh, O.H. Shindewolf, seorang ahli paleontologi dari Eropa yang merintis jalan bagi Eldredge dan Gould, menyatakan bahwa burung pertama muncul dari sebutir telur reptil, sebagai “mutasi besar-besaran” (gross mutation). Menurut teori tersebut, seekor binatang darat dapat



menjadi paus raksasa setelah mengalami perubahan menyeluruh secara tiba-tiba. Pernyataan yang sama sekali bertentangan dengan hukum-hukum genetika, biofisika dan biokimia. Dalam ketidakberdayaan karena pandangan Neo Darwinis terpuruk dalam krisis, sejumlah ahli paleontologi pro-evolusi mempercayai teori ini, teori baru yang bahkan lebih ganjil daripada Neo Darwinisme itu sendiri. Satu-satunya tujuan model ini adalah memberikan penjelasan untuk mengisi celah dalam catatan fosil yang tidak dapat dijelaskan model Neo Darwinis. Namun, usaha menjelaskan kekosongan fosil dalam evolusi burung dengan pernyataan bahwa “seekor burung muncul tiba-tiba dari sebutir telur reptil” sama sekali tidak rasional. Sebagaimana diakui oleh evolusionis sendiri, evolusi dari satu spesies ke spesies lain membutuhkan perubahan besar informasi genetis yang menguntungkan. Akan tetapi, tidak ada mutasi yang memperbaiki informasi genetis atau menambahkan informasi baru padanya. Mutasi hanya merusak informasi genetis. Dengan demikian, “mutasi besar-besaran” yang digambarkan oleh model punctuated equilibrium hanya akan menyebabkan pengurangan atau perusakan “besar-besaran” pada informasi genetis. Lebih jauh lagi, model punctuated equilibrium runtuh sejak pertama kali muncul karena ketidakmampuannya menjawab pertanyaan tentang asal usul kehidupan, pertanyaan serupa yang menggugurkan model Neo Darwinis sejak awal. Karena tidak satu protein pun yang muncul secara kebetulan, perdebatan mengenai apakah organisme yang terdiri dari milyaran protein mengalami proses evolusi secara “tiba-tiba” atau “bertahap” tidak masuk akal.