'Mata Rantai yang Hilang' Evolusi Munculnya Organisme Kompleks di Bumi

Wawan Setiawan - Selasa, 27 Desember 2022 | 09:00 WIB

Margot Riggi, The Animation Lab, University of Utah

Tomografi cryo-elektron memberikan wawasan tentang struktur seluler archaeon Asgard yang baru dikultur yang diilustrasikan di sini. Yang luar biasa adalah filamen sitoskeleton aktin yang luas (oranye) di badan sel dan tonjolan sel, serta selubung sel yang unik (biru).

Nationalgeographic.co.id—Bagaimana organisme kompleks di planet Bumi ini muncul? Ini adalah salah satu pertanyaan terbuka besar dalam biologi. Kolaborasi antara kelompok kerja Christa Schleper di Universitas Wina dan Martin Pilhofer di ETH Zurich telah selangkah lebih dekat dengan jawabannya.

Para peneliti berhasil membudidayakan arkeon khusus dan mencirikannya dengan lebih tepat menggunakan metode mikroskopis. Anggota archaea Asgard ini menunjukkan karakteristik seluler yang unik dan mungkin merupakan "mata rantai yang hilang" evolusioner ke bentuk kehidupan yang lebih kompleks seperti hewan dan tumbuhan.

Temuan studi baru ini telah diterbitkan dalam jurnal Nature pada 21 Desember, dengan judul makalah “Actin cytoskeleton and complex cell architecture in an Asgard archaeon.”

Semua bentuk kehidupan di bumi dibagi menjadi tiga domain utama: eukariota, bakteri, dan archaea. Eukariota termasuk kelompok hewan, tumbuhan dan jamur. Sel mereka biasanya jauh lebih besar dan sekilas, lebih kompleks daripada sel bakteri dan archaea. Materi genetik eukariota, dikemas dalam inti sel dan sel juga memiliki sejumlah besar kompartemen lain. Bentuk sel dan transportasi dalam sel eukariota juga didasarkan pada sitoskeleton yang luas. Namun, bagaimana lompatan evolusioner ke sel eukariotik yang begitu rumit bisa terjadi?

Thiago Rodrigues-Oliveira, Univ. Wien

Memindai mikrograf elektron dari sel Lokiarchaeum ossiferum menunjukkan tonjolan sel yang panjang dan kompleks.

Kebanyakan model saat ini mengasumsikan bahwa archaea dan bakteri memainkan peran sentral dalam evolusi eukariota. Sel primordial eukariotik diyakini telah berevolusi dari simbiosis erat antara archaea dan bakteri sekitar dua miliar tahun yang lalu.

Pada 2015, studi genomik sampel lingkungan laut dalam menemukan kelompok yang disebut "Archaea Asgard," yang berada di pohon kehidupan mewakili kerabat terdekat eukariota. Gambar pertama sel Asgard ini diterbitkan pada tahun 2020 dari budaya pengayaan oleh kelompok Jepang.

Kelompok kerja Christa Schleper di Universitas Wina kini telah berhasil untuk pertama kalinya mengembangkan perwakilan kelompok ini dalam konsentrasi yang lebih tinggi. Itu berasal dari sedimen laut di pantai Piran, Slovenia. Tetapi juga merupakan penghuni Wina, misalnya di sedimen tepi sungai Danube. Karena pertumbuhannya dengan kepadatan sel yang tinggi, perwakilan ini dapat dipelajari dengan sangat baik.

“Sangat rumit dan melelahkan untuk mendapatkan organisme yang sangat sensitif ini dalam kultur yang stabil di laboratorium,” lapor Thiago Rodrigues-Oliveira, pascadoktoral di kelompok kerja Archaea di Universitas Wina dan salah satu penulis pertama studi tersebut.

Keberhasilan luar biasa dari kelompok Wina untuk membudidayakan perwakilan Asgard yang sangat diperkaya akhirnya memungkinkan pemeriksaan sel yang lebih rinci dengan mikroskop. Para peneliti ETH dalam kelompok Martin Pilhofer menggunakan mikroskop cryo-elektron modern untuk mengambil gambar sel beku kejut.

Florian Wollweber, ETH Zürich

Salah satu teori evolusi paling populer saat ini mengasumsikan bahwa eukariota (termasuk hewan, tumbuhan, dan jamur) muncul dari peleburan arkeon Asgard dengan bakteri.

“Metode ini memungkinkan wawasan tiga dimensi ke dalam struktur seluler internal,” jelas Pilhofer. "Sel-sel terdiri dari badan sel bulat dengan ekstensi sel yang tipis, terkadang sangat panjang. Struktur seperti tentakel ini kadang-kadang bahkan tampaknya menghubungkan badan sel yang berbeda satu sama lain," kata Florian Wollweber, yang menghabiskan waktu berbulan-bulan melacak sel di bawah mikroskop.

Sel-selnya juga mengandung jaringan luas filamen aktin yang dianggap unik untuk sel eukariotik. Ini menunjukkan bahwa struktur sitoskeletal yang luas muncul di archaea sebelum munculnya eukariota pertama dan memicu teori evolusi seputar peristiwa penting dan spektakuler ini dalam sejarah kehidupan.

"Organisme baru kami, yang disebut Lokiarchaeum ossiferum, memiliki potensi besar untuk memberikan wawasan terobosan lebih lanjut ke dalam evolusi awal eukariota," komentar ahli mikrobiologi Christa Schleper. "Diperlukan waktu enam tahun untuk mendapatkan budaya yang stabil dan sangat diperkaya, tapi sekarang kami dapat menggunakan pengalaman ini untuk melakukan banyak penelitian biokimia dan juga membudidayakan archaea Asgard lainnya."

Selain itu, para ilmuwan sekarang dapat menggunakan metode pencitraan baru yang dikembangkan di ETH untuk menyelidiki. Misalnya, interaksi erat antara archaea Asgard dan mitra bakteri mereka. Proses biologis sel dasar seperti pembelahan sel juga dapat dipelajari di masa depan untuk menjelaskan asal usul evolusi dari mekanisme ini pada eukariota.