Para ilmuwan di Salk Institute telah mengungkap kemampuan RNA yang memungkinkan evolusi Darwinian pada skala molekuler, membawa kita lebih dekat pada penciptaan kehidupan RNA yang mandiri di laboratorium.
Menelusuri Awal Evolusi
Charles Darwin menggambarkan evolusi sebagai “keturunan dengan modifikasi,” di mana informasi genetik dalam bentuk DNA diwariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Namun, proses ini juga harus cukup fleksibel agar variasi kecil dalam gen dapat muncul seiring waktu, menghasilkan sifat-sifat baru dalam suatu populasi.
Tetapi bagaimana semua ini bermula? Sebelum adanya sel, protein, dan DNA, mungkinkah bentuk evolusi yang serupa terjadi dalam skala lebih sederhana? Pada tahun 1960-an, ilmuwan seperti Leslie Orgel dari Salk Institute mengusulkan konsep “Dunia RNA,” suatu era hipotesis di mana molekul RNA yang kecil dan berbentuk rantai panjang mendominasi Bumi purba serta menjadi dasar evolusi Darwinian.
Bukti Baru tentang Dunia RNA
Penelitian terbaru di Salk Institute kini memberikan wawasan baru mengenai asal-usul kehidupan dengan mendukung hipotesis Dunia RNA. Studi yang diterbitkan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) ini mengungkap enzim RNA yang dapat menyalin RNA fungsional lainnya dengan akurasi tinggi, sekaligus memungkinkan munculnya varian baru dari molekul tersebut seiring waktu. Temuan ini menunjukkan bahwa bentuk awal evolusi mungkin telah terjadi pada tingkat molekuler dalam RNA.
Penemuan ini juga membawa para ilmuwan selangkah lebih dekat dalam mereplikasi kehidupan berbasis RNA di laboratorium. Dengan mensimulasikan lingkungan purba dalam pengujian laboratorium, para peneliti dapat menguji langsung berbagai hipotesis mengenai bagaimana kehidupan mungkin bermula di Bumi atau bahkan di planet lain.
Mengungkap Potensi Evolusi RNA
“Kami sedang menelusuri jejak awal evolusi,” ujar Gerald Joyce, Presiden Salk Institute dan penulis utama studi ini. “Dengan mengungkap kemampuan RNA yang baru ini, kami dapat lebih memahami asal-usul kehidupan itu sendiri dan bagaimana molekul-molekul sederhana dapat membuka jalan bagi kompleksitas dan keberagaman kehidupan yang kita kenal saat ini.”
DNA memungkinkan ilmuwan menelusuri sejarah evolusi dari tumbuhan dan hewan modern hingga ke organisme bersel tunggal paling awal. Namun, apa yang terjadi sebelum itu masih menjadi misteri. Heliks ganda DNA sangat baik dalam menyimpan informasi genetik, sementara gen-gen yang dikandungnya sering kali mengkode protein, yaitu mesin molekuler kompleks yang menjalankan berbagai fungsi untuk menjaga kelangsungan hidup sel.
RNA memiliki karakter unik karena dapat bertindak sebagai penyimpan informasi genetik seperti DNA sekaligus berfungsi sebagai enzim yang mempercepat reaksi kimia, layaknya protein. Oleh karena itu, ada kemungkinan bahwa RNA merupakan prekursor dari kehidupan seperti yang kita kenal saat ini.
Kemajuan dalam Studi RNA
Selama bertahun-tahun, Joyce dan timnya telah meneliti RNA polimerase ribozim, yaitu molekul RNA yang mampu menyalin untai RNA lainnya. Dengan menggunakan teknik evolusi terarah, mereka telah mengembangkan versi baru yang mampu mereplikasi molekul yang lebih besar. Namun, kebanyakan polimerase RNA sebelumnya memiliki kelemahan utama: tingkat kesalahan yang terlalu tinggi dalam proses penyalinan, sehingga dalam beberapa generasi RNA yang dihasilkan menjadi tidak lagi menyerupai urutan aslinya dan kehilangan fungsinya.
Namun, dalam penelitian terbaru, para ilmuwan berhasil mengembangkan RNA polimerase ribozim yang memiliki mutasi penting sehingga memungkinkan penyalinan RNA dengan akurasi jauh lebih tinggi.
Dalam eksperimen ini, RNA yang disalin adalah “hammerhead,” sebuah molekul kecil yang mampu memotong RNA lainnya. Para peneliti menemukan bahwa tidak hanya RNA polimerase ribozim ini dapat menyalin hammerhead secara akurat, tetapi juga menghasilkan variasi baru yang tetap mempertahankan fungsi aslinya. Mutasi dalam varian baru ini membuatnya lebih mudah direplikasi, sehingga meningkatkan ketahanannya terhadap seleksi alam dan menyebabkan varian tersebut mendominasi populasi hammerhead dalam percobaan laboratorium.
“Kami selalu bertanya-tanya seberapa sederhana kehidupan saat pertama kali muncul dan kapan ia mulai berkembang,” kata Nikolaos Papastavrou, penulis utama studi ini. “Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa awal evolusi mungkin sangat sederhana. Bahkan pada tingkat molekul individu, evolusi Darwinian bisa berlangsung, yang mungkin menjadi percikan awal yang memungkinkan kehidupan menjadi lebih kompleks, berkembang dari molekul ke sel, lalu ke organisme multiseluler.”
Menuju Kehidupan RNA Mandiri
Penemuan ini menyoroti pentingnya akurasi replikasi dalam memungkinkan evolusi. Agar informasi genetik tetap diwariskan dengan stabil, tingkat akurasi penyalinan RNA harus melewati ambang batas kritis, yang akan meningkat seiring bertambahnya ukuran dan kompleksitas RNA yang berevolusi.
Tim Joyce saat ini sedang mereplikasi proses ini dalam tabung reaksi di laboratorium, menerapkan tekanan selektif yang semakin tinggi untuk menghasilkan polimerase RNA yang lebih baik. Tujuan akhirnya adalah mengembangkan polimerase RNA yang mampu mereplikasi dirinya sendiri—sebuah langkah besar menuju kehidupan RNA yang mandiri di laboratorium, yang menurut para ilmuwan bisa terwujud dalam dekade mendatang.
Para ilmuwan juga ingin mengeksplorasi kemungkinan lain setelah sistem “Dunia RNA” mini ini menjadi lebih mandiri.
“Kami telah melihat bahwa tekanan seleksi dapat meningkatkan RNA dengan fungsi yang sudah ada, tetapi jika kita membiarkan sistem ini berevolusi lebih lama dengan populasi RNA yang lebih besar, bisakah fungsi baru muncul?” kata David Horning, salah satu penulis studi. “Kami sangat bersemangat untuk menjawab pertanyaan ini dan memahami bagaimana kehidupan awal dapat meningkatkan kompleksitasnya sendiri menggunakan alat yang kami kembangkan di Salk.”
Metode yang digunakan dalam penelitian ini juga membuka jalan bagi eksperimen di masa depan untuk menguji berbagai skenario tentang asal-usul kehidupan, termasuk kondisi lingkungan yang mungkin paling mendukung evolusi RNA, baik di Bumi maupun di planet lain.
Penelitian terbaru mengenai RNA dan hipotesis Dunia RNA (RNA World Hypothesis) ini, memang sangat signifikan dan bisa dianggap sebagai langkah lanjutan dari eksperimen Miller-Urey yang dilakukan pada tahun 1953 oleh Harold Urey dan Stanley Miller. Eksperimen ini menunjukkan bahwa bahan organik sederhana, seperti asam amino, dapat terbentuk di bawah kondisi yang disimulasikan mirip dengan kondisi awal Bumi, memberikan petunjuk tentang bagaimana kehidupan pertama kali bisa terbentuk. Namun, eksperimen tersebut tidak menyentuh langsung bagaimana kehidupan bisa muncul dari molekul-molekul dasar.
Pada penelitian modern, eksperimen tentang RNA yang dapat mereplikasi dirinya sendiri dan berfungsi seperti enzim sangat penting karena mendekati konsep sistem yang lebih kompleks yang mampu melakukan fungsi kehidupan, seperti replikasi dan katalisis. Penemuan ini menunjukkan bahwa RNA bukan hanya sekedar bahan genetik, tapi juga memiliki kemampuan untuk menjalankan reaksi kimia, yang semakin menguatkan hipotesis Dunia RNA—bahwa kehidupan pertama kali bisa berbasis RNA, bukan DNA atau protein.
Perkembangan Penelitian
Eksperimen seperti yang dilakukan oleh Urey dan Miller fokus pada pembentukan molekul organik dasar seperti asam amino. Namun, eksperimen terbaru menunjukkan bahwa RNA dapat bereplikasi dan menjalankan fungsi kehidupan lainnya, mengarah pada pemahaman bagaimana sistem molekuler pertama kali bisa berkembang menjadi lebih kompleks.
Saat Miller-Urey fokus pada pembentukan bahan organik, penelitian sekarang lebih mendalam dengan menciptakan RNA yang dapat mereplikasi dirinya sendiri. Ini adalah langkah penting karena replikasi adalah proses dasar dalam kehidupan, yang memungkinkan materi genetik untuk diwariskan dan berkembang seiring waktu.
Penelitian saat ini tidak hanya terbatas pada pembentukan molekul, tetapi juga menciptakan kondisi di mana RNA bisa berevolusi. Ini memungkinkan para ilmuwan untuk mensimulasikan bagaimana molekul-molekul pertama mungkin berevolusi menuju bentuk kehidupan yang lebih kompleks.
Penelitian RNA juga membuka jalan untuk penciptaan kehidupan buatan. Jika RNA yang dapat mereplikasi dirinya bisa diciptakan di laboratorium, ini menunjukkan bahwa kita semakin dekat untuk menciptakan sistem kehidupan buatan yang dapat berkembang dan berfungsi seperti makhluk hidup.
Teknologi modern seperti sekuensing genetik, biologi molekuler presisi tinggi, dan komputasi canggih memungkinkan para ilmuwan untuk menganalisis dan memodifikasi RNA dengan sangat tepat. Hal ini memungkinkan eksperimen yang lebih mendalam mengenai bagaimana RNA dapat bereplikasi dan menjalankan fungsi biologis dalam sistem yang lebih kompleks.
Kesimpulan: Eksperimen Tingkat Lanjut dari Urey
Eksperimen terbaru tentang RNA yang dapat bereplikasi diri adalah langkah lanjut dari eksperimen Miller-Urey karena lebih fokus pada penciptaan sistem yang memiliki kemampuan untuk bereplikasi dan menjalankan reaksi kimia—dua aspek penting dalam pembentukan kehidupan. Penelitian ini bukan hanya memberikan wawasan baru tentang bagaimana kehidupan bisa dimulai di Bumi, tetapi juga membuka kemungkinan untuk menciptakan kehidupan buatan yang berfungsi dalam konteks laboratorium.
Secara keseluruhan, eksperimen ini merupakan terobosan besar dalam bidang biologi sintetik dan asal-usul kehidupan, dan akan terus mempercepat pemahaman kita tentang bagaimana kehidupan pertama kali muncul di Bumi, serta potensi untuk menciptakan sistem kehidupan buatan di masa depan.
