Para ilmuwan telah mereka ulang pada skala laboratorium bagaimana proses kehidupan pada awalnya terbentuk dari berbagai bahan jauh di kedalaman lautan 4 miliar tahun yang lalu. Hasil penelitian baru ini menawarkan petunjuk tentang bagaimana kehidupan dimulai di Bumi dan mungkin juga terjadi dunia lain di luar Bumi.
Ahli astrobiologi Laurie Barge dan timnya di Jet Propulsion Laboratory NASA di Pasadena, California, bekerja untuk mengenali kehidupan di planet lain dengan mempelajari asal mula kehidupan di Bumi. Penelitian mereka berfokus pada bagaimana blok bangunan kehidupan terbentuk dalam ventilasi hidrotermal di dasar lautan berupa cerobong asap di kedalaman air.
Untuk menciptakan kembali lubang hidrotermal di lab, tim ilmuwan membuat miniatur dasar lautannya sendiri dengan mengisi gelas kimia dengan berbagai campuran yang menirukan lautan Bumi purba. Lautan berbasis laboratorium ini bertindak sebagai pembibitan untuk asam amino, senyawa organik yang penting bagi kehidupan seperti yang kita kenal. Seperti blok Lego, asam amino membangun satu sama lain untuk membentuk protein yang dapat menjadi cikal bakal pembentukan semua makhluk hidup.
“Memahami sejauh mana Anda bisa melakukannya hanya dengan berbagai bahan organik dan mineral sebelum Anda memiliki sel yang sebenarnya sangat penting untuk memahami jenis lingkungan hidup yang bisa muncul,” kata Barge, peneliti utama dan penulis pertama dari studi baru, yang diterbitkan di jurnal Proceeding National Academy of Sciences.
“Juga, menyelidiki bagaimana hal-hal seperti atmosfir, lautan, dan mineral dalam ventilasi semuanya berdampak, dapat membantu Anda memahami seberapa besar kemungkinannya terjadi di planet lain.”
Ditemukan di sekitar retakan di dasar laut, ventilasi hidrotermal adalah tempat di mana cerobong asap alami terbentuk, melepaskan cairan yang dipanaskan di bawah kerak bumi. Ketika cerobong asap ini berinteraksi dengan air laut di sekitarnya, cerobong asap menciptakan lingkungan yang terus berubah, yang diperlukan agar kehidupan berevolusi dan berubah. Lingkungan gelap dan hangat yang ditenagai oleh energi kimia dari Bumi ini mungkin merupakan kunci bagaimana kehidupan dapat terbentuk di dunia yang lebih jauh di tata surya kita, jauh dari jangkauan panas matahari.
“Jika kita memiliki lubang hidrotermal ini di Bumi, kemungkinan reaksi serupa dapat terjadi di planet lain,” kata Erika Flores dari JPL, penulis bersama studi baru ini.
Barge dan Flores menggunakan bahan-bahan yang biasa ditemukan di lautan awal Bumi dalam percobaan mereka. Mereka menggabungkan air, mineral dan molekul “prekursor” piruvat dan amonia, yang diperlukan untuk memulai pembentukan asam amino. Mereka menguji hipotesisnya dengan memanaskan larutan pada suhu 70 derajat Celsius – suhu yang sama ditemukan di dekat lubang hidrotermal – dan menyesuaikan keasamannya untuk meniru lingkungan alkali.
Mereka juga menghilangkan oksigen dari campurannya karena Bumi purba pada saat itu memiliki hanya sedikit oksigen di lautan. Selain itu tim juga menambahkan mineral besi hidroksida, atau “karat hijau,” yang berlimpah di Bumi masa awal.
Karat hijau bereaksi dengan sejumlah kecil oksigen yang ditambahkan oleh tim ke dalam larutan, menghasilkan asam amino alanina dan asam laktat alfa hidroksi. Asam alfa hidroksi adalah produk sampingan dari reaksi asam amino, tetapi beberapa ilmuwan berteori bahwa ia juga dapat bergabung untuk membentuk molekul organik yang lebih kompleks yang dapat mengarah pada kehidupan.
“Kami telah menunjukkan bahwa dalam kondisi geologis yang mirip dengan Bumi purba, dan mungkin di planet lain, kita dapat membentuk asam amino dan asam alfa hidroksi dari reaksi sederhana dalam kondisi ringan yang seharusnya ada di dasar lautan,” kata Barge.
Kreasi Barge tentang asam amino dan asam alfa hidroksi di laboratorium adalah puncak dari sembilan tahun penelitiannya tentang asal usul kehidupan. Studi sebelumnya meneliti apakah bahan yang tepat untuk kehidupan ditemukan di lubang hidrotermal, dan berapa banyak energi yang bisa dihasilkan lubang itu (yang cukup untuk menyalakan sebuah bola lampu). Tetapi studi terbaru ini adalah untuk pertama kalinya timnya menyaksikan lingkungan yang sangat mirip dengan lubang hidrotermal yang mendorong reaksi organik. Barge dan timnya akan terus mempelajari reaksi-reaksi ini untuk mengantisipasi menemukan lebih banyak bahan untuk kehidupan dan menciptakan molekul yang lebih kompleks. Selangkah demi selangkah, dia perlahan-lahan mulai menapaki rantai kehidupan.
Jalur penelitian ini penting karena para ilmuwan mempelajari dunia di tata surya kita dan di luar itu dapat menampung lingkungan yang layak huni. Bulan Jupiter, Europa dan bulan Saturnus, Enceladus, misalnya, dapat memiliki lubang hidrotermal di lautan di bawah kerak esnya. Memahami bagaimana kehidupan dapat dimulai di lautan tanpa sinar matahari akan membantu para ilmuwan dalam merancang misi eksplorasi di masa depan, serta percobaan yang dapat menggali di bawah es untuk mencari bukti asam amino atau molekul biologis lainnya.
Misi Mars di masa depan dapat mengembalikan sampel dari permukaan berkarat di Planet Merah, yang dapat mengungkapkan bukti asam amino yang terbentuk oleh mineral besi dan air purba. Eksoplanet – dunia di luar jangkauan kita tetapi masih dalam lingkup teleskop kita – mungkin memiliki ciri khas kehidupan dari atmosfernya yang dapat terungkap di masa depan.
“Kami belum memiliki bukti nyata tentang kehidupan di tempat lain,” kata Barge. “Tetapi memahami kondisi yang diperlukan untuk asal usul kehidupan dapat membantu mempersempit tempat-tempat yang kita pikir kehidupan mungkin ada.”
