BAGIKAN
Ilustrasi seniman tentang Bumi awal 3,5 miliar tahun yang lalu [Gambar: GSFC NASA]

Para ilmuwan menyimpulkan mikroba penghasil metana berumur 3,5 miliar tahun, mendukung hipotesis bahwa mereka dapat berkontribusi terhadap pemanasan global awal.

Bentuk kehidupan awal sangat mungkin memiliki metabolisme yang mengubah Bumi purba, seperti memulai siklus karbon dan menghasilkan sebagian besar oksigen planet melalui fotosintesis.

Sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu, Bumi tampaknya telah tertutup oleh lautan cair, tetapi matahari pada waktu itu tidak cukup terang atau cukup hangat untuk mencairkan es. Untuk menjelaskan bagaimana lautan tetap tidak membeku, telah disarankan bahwa gas rumah kaca seperti metana menghasilkan pemanasan di atmosfer awal, seperti yang mereka lakukan dalam pemanasan global saat ini.

Metana yang terjadi secara alami terutama dihasilkan oleh sekelompok mikroba, archaea metanogenik, melalui metabolisme yang disebut metanogenesis. Meskipun ada beberapa bukti dari data isotop karbon bahwa sumber-sumber metana kuno berumur 3,5 miliar tahun mungkin berasal dari alam, hingga saat ini belum ada bukti kuat bahwa mikroba penghasil metana hadir cukup awal dalam sejarah Bumi untuk bertanggung jawab atas menjaga Bumi awal menjadi tetap hangat.

Sekarang, dalam makalah yang diterbitkan di jurnal  Nature Ecology and Evolution, Jo Wolfe, seorang postdoc di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer dan Planetary (EAPS) di MIT, dan Gregory Fournier, asisten profesor di EAPS, melaporkan pekerjaan baru yang menggabungkan data transfer gen horizontal dengan catatan fosil mikroba, yang memungkinkan para peneliti untuk memperkirakan usia absolut untuk mikroba penghasil metana pada linimasa geologi.

“Jejak bukti kimia mengisyaratkan bahwa metana dan mikroba yang menghasilkannya mungkin telah ada, tetapi kami tidak tahu apakah metonia archaea benar-benar sudah ada pada saat itu,” kata Wolfe.

Untuk menjembatani antara data fosil dan genomik, Wolfe dan Fournier menggunakan genom dari mikroba hidup yang menyimpan catatan sejarah awal mereka. Urutan DNA ini dapat diakses melalui analisis filogenetik dan dibandingkan satu sama lain, para peneliti menjelaskan, untuk menemukan “pohon” percabangan terbaik yang menggambarkan evolusi mereka.

Ketika seseorang melakukan penelitian di sepanjang pohon ini, cabang-cabangnya mewakili garis keturunan mikroba yang semakin kuno yang ada dalam sejarah Bumi yang mendalam. Perubahan sepanjang cabang-cabang ini dapat diukur, menghasilkan jam molekuler yang menghitung laju evolusi sepanjang setiap cabang, dan dari itu, memperkiraan probabilistik dari waktu relatif dan absolut dari leluhur bersama di dalam pohon. Jam molekuler membutuhkan fosil, bagaimanapun, kekurangan methanogen.

Mengkalibrasi pohon kehidupan

Untuk mengatasi kesulitan ini, Wolfe dan Fournier memanfaatkan transfer gen horisontal, atau swap material genetik antara nenek moyang dari berbagai kelompok organisme. Tidak seperti transmisi DNA secara vertikal dari orang tua ke keturunan – yang merupakan cara gen manusia diwariskan – transfer horizontal dapat melewati gen antara mikroorganisme yang jauh.

Mereka menemukan bahwa gen disumbangkan dari kelompok dalam archaea metanogenik ke leluhur dari semua cyanobacteria fotosintetik penghasil oksigen, yang memang memiliki beberapa fosil. Dengan menggunakan transfer gen dan fosil cyanobacterial bersama-sama, mereka mampu membatasi dan memandu jam molekuler produsen metana, dan menemukan bahwa mikroba penghasil metana memang sudah ada lebih dari 3,5 miliar tahun yang lalu, mendukung hipotesis bahwa mikroba ini dapat berkontribusi terhadap pemanasan global awal.

“Ini adalah studi pertama yang menggabungkan transfer gen dan fosil untuk memperkirakan usia absolut bagi mikroba pada garis waktu geologis,” kata Fournier.

“Mengetahui usia kelompok mikroba memungkinkan kita untuk memperluas pendekatan yang kuat ini untuk mempelajari peristiwa lain dalam evolusi planet dan lingkungan awal, dan akhirnya, untuk membangun skala waktu bagi semua pohon kehidupan.”