Nationalgeographic.co.id—Dalam sejarah Bumi, planet kita berubah menjadi layak huni ketika sekelompok mikroba giat yang dikenal sebagai cyanobacteria atau yang sering disebut alga biru-hijau mengembangkan kemampuan fotosintesis oksigen. Kemampuan tersebut dapat mengubah cahaya matahari dan air menjadi energi, kemudian melepaskan oksigen dalam prosesnya.
Momen evolusioner tersebut memungkinkan oksigen akhirnya terakumulasi di atmosfer dan lautan. Selanjutnya akumulasi itu memicu efek domino diversifikasi atau keanekaragaman dan membentuk planet unik yang dapat dihuni yang kita kenal sekarang.
Sekarang, para ilmuwan Massachusetts Institute of Technology (MIT) memiliki perkiraan yang tepat kapan cyanobacteria, dan fotosintesis oksigenik, pertama kali muncul. Hasil mereka muncul di Prosiding Royal Society B pada 29 September 2021 dengan judul 'The Archean origin of oxygenic photosynthesis and extant cyanobacterial lineages'.
Para peneliti mengembangkan teknik analisis gen baru yang menunjukkan bahwa semua spesies cyanobacteria yang hidup saat ini dapat ditelusuri kembali ke nenek moyang yang sama yang berevolusi sekitar 2,9 miliar tahun yang lalu. Mereka juga menemukan bahwa nenek moyang cyanobacteria bercabang dari bakteri lain sekitar 3,4 miliar tahun yang lalu, dengan kemungkinan fotosintesis oksigenik berkembang selama setengah miliar tahun, selama eon Arkean, suatu eon geologi yang berakhir 2.5 miliar tahun yang lalu.
Menariknya, perkiraan itu menempatkan munculnya fotosintesis oksigen setidaknya 400 juta tahun sebelum Peristiwa Oksidasi Hebat, periode di mana atmosfer bumi dan lautan pertama kali mengalami peningkatan oksigen. Hal itu menunjukkan bahwa cyanobacteria mungkin telah mengembangkan kemampuan untuk menghasilkan oksigen sejak dini, tetapi butuh beberapa saat agar oksigen ini benar-benar bertahan di lingkungan.
Peneliti utama Greg Fournier, associate professor of geobiology in MIT's Department of Earth kepada MIT News mengatakan, meskipun ada bukti fotosintesis oksigen awal, yang merupakan satu-satunya inovasi evolusioner paling penting dan sangat menakjubkan di Bumi, namun masih butuh ratusan juta tahun untuk lepas landas. "Dalam evolusi, segala sesuatunya selalu dimulai dari yang kecil," kata Fournier.
Pada penelitian ini, tim telah menggunakan penanggalan jam molekuler, yang menggunakan urutan genetik mikroba saat ini untuk melacak kembali perubahan gen melalui sejarah evolusi. Berdasarkan urutan ini, peneliti kemudian menggunakan model untuk memperkirakan tingkat di mana perubahan genetik terjadi, untuk melacak ketika kelompok organisme pertama kali berevolusi.
Baca Juga: Teknologi Ini Hasilkan Bahan Bakar Ramah Lingkungan dengan Fotosintesis Buatan
Akan tetapi penanggalan jam molekuler dibatasi oleh kualitas fosil purba, dan model laju yang dipilih, yang dapat menghasilkan perkiraan usia yang berbeda, tergantung pada laju yang diasumsikan.
Fournier mengatakan perkiraan usia yang berbeda dapat menyiratkan narasi evolusi yang saling bertentangan. Misalnya, beberapa analisis menyarankan fotosintesis oksigenik berkembang sangat awal dan berkembang 'seperti fusi lambat'. Sementara yang lain menunjukkan itu muncul lebih cepat 'seperti kebakaran' untuk memicu Peristiwa Oksidasi Besar atau Great Oxygenation Event (GOE) dan akumulasi oksigen di biosfer.
Perkiraan asal fotosintesis oksigenik sangat bervariasi, bersama dengan metode untuk melacak evolusinya. Misalnya, para ilmuwan dapat menggunakan alat geokimia untuk mencari jejak elemen teroksidasi di batuan purba. Metode-metode ini telah menemukan petunjuk bahwa oksigen sudah ada sejak 3,5 miliar tahun yang lalu. "Agar kita memahami sejarah kelayakhunian di Bumi, penting bagi kita untuk membedakan antara hipotesis ini," kata Fournier.
Untuk menentukan dengan tepat asal usul cyanobacteria dan fotosintesis oksigen, Fournier dan rekan-rekannya memasangkan penanggalan jam molekuler dengan transfer gen horizontal. Metode tersebut independen yang tidak sepenuhnya bergantung pada fosil atau asumsi laju.
Baca Juga: Bagaimana Masa Depan Ribuan Jenis Tumbuhan Rempah Obat Indonesia?
Peneliti mengatakan, biasanya, suatu organisme mewarisi gen "secara vertikal", ketika diturunkan dari induk organisme. Dalam kasus yang jarang terjadi, gen juga dapat melompat dari satu spesies ke spesies lain, spesies yang berkerabat jauh. Misalnya, satu sel mungkin memakan sel lain, dan dalam prosesnya memasukkan beberapa gen baru ke dalam genomnya.
Ketika sejarah transfer gen horizontal seperti itu ditemukan, jelaslah bahwa kelompok organisme yang memperoleh gen tersebut secara evolusioner lebih muda daripada kelompok asal gen tersebut. Cara tersebut menurut Fournier dapat digunakan untuk menentukan usia relatif antara kelompok bakteri tertentu.
Baca Juga: Level Selanjutnya dari Pertanian, Bisa Tumbuh Tanpa Matahari dan Tanah
Tim kemudian mencari contoh transfer gen horizontal di seluruh genom ribuan spesies bakteri, termasuk cyanobacteria. Mereka juga menggunakan kultur baru cyanobacteria modern. Pada akhirnya, mereka mengidentifikasi 34 contoh transfer gen horizontal yang jelas. Mereka kemudian menemukan bahwa satu dari enam model jam molekuler secara konsisten cocok dengan usia relatif yang diidentifikasi dalam analisis transfer gen horizontal. Peneliti menjalankan model tersebut untuk memperkirakan usia kelompok "mahkota" cyanobacteria, yang mencakup semua spesies yang hidup saat ini dan diketahui menunjukkan fotosintesis oksigenik.
Peneliti menemukan bahwa, selama eon Arkean, kelompok mahkota berasal dari sekitar 2,9 miliar tahun yang lalu. Sementara cyanobacteria secara keseluruhan bercabang dari bakteri lain sekitar 3,4 miliar tahun yang lalu. Ini sangat menunjukkan bahwa fotosintesis oksigenik sudah terjadi 500 juta tahun sebelum Peristiwa Oksidasi Besar dan bahwa cyanobacteria memproduksi oksigen cukup lama sebelum terakumulasi di atmosfer.