0
0
Mikroba asal kehidupan yang ditemukan dari komunitas microbial mat di Shark Bay, Australia, memberikan pemandangan yang jarang pernah disaksikan ilmuwan. Sebuah Asgard archaeon bernama Nerearchaeum marumarumayae terlihat berinteraksi langsung dengan bakteri melalui struktur berbentuk tabung yang ukurannya hanya beberapa nanometer.
Temuan tersebut menarik karena Asgard archaea merupakan kelompok mikroorganisme yang sangat penting dalam penelitian mengenai asal-usul eukariota, yaitu kelompok organisme dengan sel kompleks yang mencakup hewan, tumbuhan, jamur, dan manusia. Para peneliti menilai interaksi yang mereka lihat dapat menjadi model modern untuk mempelajari bagaimana kemitraan antarmikroba pada masa sangat jauh mungkin membantu membuka jalan menuju evolusi sel kompleks.
Mikroba Asal Kehidupan Ditemukan dari Shark Bay
Sampel yang menjadi awal penelitian berasal dari microbial mat di Hamelin Pool, Shark Bay, Australia Barat. Struktur semacam ini terdiri atas komunitas mikroorganisme berlapis yang hidup sangat rapat satu sama lain.
Lingkungan tersebut penting karena microbial mat modern dianggap sebagai analog bagi komunitas mikroba yang pernah mendominasi Bumi purba. Jauh sebelum tumbuhan dan hewan muncul, mikroorganisme telah membangun ekosistem kompleks dan mengubah kimia planet.
Dari sampel tersebut, peneliti berhasil memperkaya kultur Asgard archaeon yang sebelumnya belum dideskripsikan. Organisme itu kemudian diberi nama Nerearchaeum marumarumayae.
Lima Tahun untuk Membesarkan Mikroba
Mikroba ini bukan organisme yang dapat dipelihara dengan cepat seperti bakteri laboratorium biasa. Proses kultur dan pengayaan berlangsung melalui serangkaian inkubasi serta subkultur selama sekitar lima tahun.
Pada kultur dengan tingkat pengayaan tertinggi, N. marumarumayae akhirnya mencapai sekitar 89 persen dari komunitas yang diamati. Kondisi tersebut memungkinkan ilmuwan memeriksa bentuk sel dan interaksinya secara jauh lebih rinci.
Kesabaran tersebut membuahkan hasil ketika teknologi pencitraan beresolusi sangat tinggi mulai mengungkap struktur aneh di sekitar sel.
Terhubung dengan Bakteri
Di dalam kultur tersebut juga terdapat bakteri pereduksi sulfat yang diberi nama Stromatodesulfovibrio nilemahensis.
Ketika kedua organisme diperiksa menggunakan electron cryotomography, peneliti melihat sesuatu yang luar biasa. Bakteri tersebut mempunyai struktur tubular yang membentuk kontak langsung dengan Asgard archaeon.
Inilah salah satu bagian terpenting penelitian.
Menurut paper di Current Biology, kedua spesies diamati berinteraksi secara langsung melalui serat tubular antarsel yang dibentuk oleh bakteri.
Tabungnya Hanya Sekitar 8 Nanometer
Struktur penghubung tersebut luar biasa kecil.
Laporan mengenai penelitian menyebut tabung antarmikroba itu berdiameter sekitar 8 nanometer. Sebagai perbandingan, satu nanometer sama dengan sepermiliar meter.
Pada skala seperti itu, mikroskop cahaya biasa tidak cukup untuk mengungkap detailnya. Peneliti menggunakan electron cryotomography untuk memperoleh gambaran tiga dimensi struktur sel pada skala yang sangat kecil.
Hasilnya memberikan bukti visual langsung bahwa dua kelompok mikroba tersebut tidak sekadar hidup berdekatan.
Mereka benar-benar melakukan kontak fisik.
Keduanya Mungkin Saling Bertukar Sumber Daya
Analisis genom memberikan petunjuk lain yang membuat hubungan ini semakin menarik.
Nerearchaeum marumarumayae mempunyai kemampuan genetik untuk menghasilkan beberapa senyawa seperti hidrogen, asetat, format, dan sulfit. Sementara itu, bakteri pasangannya dapat menghasilkan asam amino dan vitamin yang berpotensi dimanfaatkan archaeon.
Kombinasi tersebut konsisten dengan kemungkinan hubungan syntrophy.
Syntrophy secara sederhana merupakan hubungan ketika organisme berbeda menjalankan metabolisme yang saling melengkapi. Produk yang dihasilkan satu organisme dapat dimanfaatkan organisme lainnya.
Namun peneliti masih berhati-hati. Fungsi persis hubungan tubular tersebut belum sepenuhnya dipastikan.
Mengapa Temuan Ini Penting bagi Manusia?
Jawabannya berkaitan dengan salah satu peristiwa terbesar dalam sejarah kehidupan: munculnya sel eukariotik.
Tubuh manusia tersusun atas sel eukariotik. Begitu juga tubuh hewan, tumbuhan, dan jamur.
Sel seperti ini jauh lebih kompleks daripada banyak mikroorganisme sederhana. Di dalamnya terdapat berbagai struktur internal, termasuk nukleus dan mitokondria.
Pertanyaan besarnya adalah bagaimana kompleksitas tersebut pertama kali muncul miliaran tahun lalu.
Salah satu gagasan utama menyatakan bahwa nenek moyang sel kompleks berkembang melalui hubungan sangat dekat antara archaeon dan bakteri.
Bakteri Purba Akhirnya Menjadi Mitokondria
Menurut teori endosimbiosis, sebuah hubungan kuno antara mikroorganisme akhirnya menjadi begitu erat sehingga salah satu organisme hidup secara permanen di dalam organisme lainnya.
Dalam perjalanan evolusi yang sangat panjang, bakteri tersebut akhirnya menjadi mitokondria.
Mitokondria sekarang terdapat dalam sebagian besar sel eukariotik dan memainkan peran penting dalam produksi energi.
Artinya, bagian yang sekarang berada di dalam sel manusia kemungkinan mempunyai asal-usul evolusioner sebagai organisme yang dahulu hidup mandiri.
Namun bagaimana hubungan awal antara dua mikroba tersebut terbentuk masih menjadi teka-teki besar.
Asgard Archaea Berada Dekat dengan Misteri Itu
Di sinilah Asgard archaea menjadi sangat penting.
Analisis evolusi menunjukkan kelompok ini mempunyai hubungan dekat dengan garis keturunan yang berkaitan dengan asal-usul eukariota.
Karena itu, setiap penemuan mengenai bentuk sel, metabolisme, dan perilaku Asgard archaea dapat memberikan petunjuk baru mengenai kondisi sebelum sel kompleks muncul.
Penemuan N. marumarumayae sangat menarik karena ilmuwan bukan hanya memperoleh DNA-nya.
Mereka dapat melihat organismenya dan memeriksa bagaimana ia berinteraksi dengan bakteri.
Bentuk Selnya Juga Sangat Aneh
Asgard archaeon tersebut ternyata mempunyai struktur sel yang tidak sederhana.
Electron cryotomography memperlihatkan sel berbentuk kurang lebih bulat dengan diameter rata-rata sekitar 861 nanometer. Dari tubuhnya muncul struktur seperti rantai vesikel membran serta tabung yang lebih besar.
Rantai vesikel tersebut tetap terhubung dengan tubuh sel melalui serat ekstraseluler.
Peneliti juga menemukan struktur seperti tabung dan sangkar di bagian dalam sel.
Bentuk-bentuk tersebut membuat mikroba ini semakin menarik untuk penelitian mengenai evolusi arsitektur sel.
Protein Purba Ikut Dianalisis
Tim penelitian tidak berhenti pada pencitraan.
Mereka juga menggunakan analisis komputasional, termasuk pendekatan deep learning, untuk memprediksi struktur protein pada mikroba tersebut.
Tujuannya adalah melihat apakah organisme tersebut mempunyai versi awal dari mesin molekuler yang kemudian menjadi penting dalam sel kompleks.
Hasil penelitian membuka kemungkinan untuk mempelajari bagaimana komponen seluler tertentu berkembang jauh sebelum hewan dan tumbuhan muncul.
Bukan Bukti Langsung Kelahiran Sel Manusia
Ada satu hal penting yang perlu dibedakan.
Ilmuwan tidak mengatakan bahwa dua mikroba yang diamati sekarang merupakan nenek moyang langsung manusia.
Keduanya adalah organisme modern.
Penelitian juga tidak merekam proses lahirnya eukariota miliaran tahun lalu.
Yang ditemukan adalah sistem biologis modern yang mungkin mempunyai karakteristik serupa dengan jenis hubungan mikroba yang relevan terhadap teori asal-usul sel kompleks.
Karena itu, temuan ini lebih tepat disebut sebagai model atau petunjuk, bukan rekaman langsung peristiwa evolusi purba.
“Fosil Hidup” yang Sebenarnya Masih Aktif
Stromatolit dan microbial mat terkadang mendapat julukan “living fossils” karena komunitas serupa telah ada selama miliaran tahun.
Namun istilah tersebut tidak berarti organisme yang hidup di sana tidak pernah berevolusi.
Komunitas modern tetap merupakan hasil evolusi panjang.
Nilainya bagi ilmuwan terletak pada kondisi ekologis dan interaksi mikrobanya yang dapat membantu memahami bagaimana ekosistem awal Bumi mungkin berfungsi.
Shark Bay menjadi salah satu tempat terbaik untuk mempelajari sistem seperti itu.
Kerja Sama Bisa Menjadi Kunci Evolusi
Gambaran evolusi sering identik dengan kompetisi.
Namun sejarah kehidupan juga dipenuhi kerja sama.
Sel manusia sendiri merupakan contoh luar biasa. Mitokondria yang sekarang menjadi bagian penting sel mempunyai sejarah evolusioner yang terkait dengan bakteri.
Karena itu, hubungan erat antara archaeon dan bakteri bukan sekadar fenomena mikrobiologi yang aneh.
Interaksi seperti itu dapat membantu ilmuwan memahami bagaimana dua organisme independen secara evolusioner bisa membangun ketergantungan yang semakin kuat.
Misteri Besarnya Belum Selesai
Penemuan ini belum menjawab secara pasti bagaimana eukariota pertama muncul.
Ada banyak tahapan antara dua mikroba yang bekerja sama dan sebuah sel kompleks yang mempunyai struktur internal seperti eukariota modern.
Ilmuwan juga masih perlu mengetahui fungsi pasti nanotube, apa yang melewatinya, seberapa penting hubungan tersebut bagi kelangsungan hidup kedua organisme, dan apakah pola serupa terdapat pada Asgard archaea lainnya.
Namun untuk pertama kalinya, peneliti memiliki sistem yang dapat diamati secara langsung dan diuji di laboratorium.
Mikroba Asal Kehidupan Membuka Jendela ke Masa Lalu
Penelitian mikroba asal kehidupan dari Shark Bay memperlihatkan dunia yang hampir mustahil dilihat dengan mata manusia.
Sebuah Asgard archaeon berukuran kurang dari satu mikrometer hidup berdampingan dengan bakteri dan membentuk hubungan yang begitu dekat hingga keduanya terlihat terhubung oleh struktur tubular antarsel.
Genom mereka menunjukkan potensi metabolisme yang saling melengkapi, sementara pencitraan resolusi tinggi memperlihatkan kontak fisik langsung.
Penelitian yang diterbitkan dalam Current Biology tersebut tidak membuktikan bahwa ilmuwan telah menemukan momen ketika kehidupan kompleks pertama kali lahir. Namun sistem ini memberikan kesempatan langka untuk mempelajari bagaimana hubungan antarmikroba yang sangat dekat dapat bekerja.
Dan implikasinya sangat besar.
Jauh sebelum ada dinosaurus, hutan, ikan, atau manusia, mungkin ada dunia yang hanya dihuni mikroorganisme. Di antara organisme yang tampaknya sederhana itu, hubungan biologis baru mulai terbentuk.
Salah satu hubungan semacam itulah yang pada akhirnya mungkin membantu membuka jalan menuju sel kompleks—dan kemudian hampir seluruh kehidupan besar yang kita lihat sekarang.
