Nenek Moyang Bersama Kita Berasal dari 4,2 Miliar Tahun Lalu, Bermula di Lautan dan Lebih Awal dari Perkiraan Sebelumnya

Nenek moyang terakhir seluruh organisme atau makhluk hidup adalah mikroba yang hidup 4,2 miliar tahun lalu. Mikroba ini memiliki genom yang cukup besar yang mengkode sekitar 2.600 protein, makanannya berupa gas hidrogen dan karbon dioksida, dan memiliki sistem kekebalan yang belum sempurna untuk melawan penyerang virus.

Ini merupakan kesimpulan studi baru yang membandingkan genom dari 700 mikroba modern yang beragam dan mencari kesamaan untuk mengidentifikasi fitur mana yang muncul pertama kali, seperti dikutip dari laman Science, Senin (15/7).

Meskipun analisis tersebut tidak mengungkapkan bagaimana kehidupan bermula, analisis ini menunjukkan organisme seluler kompleks yang mirip dengan mikroba modern berevolusi hanya beberapa ratus juta tahun setelah pembentukan Bumi.

Ini bukan upaya pertama untuk menelusuri identitas nenek moyang terakhir organisme atau LUCA. Pada 2016, para peneliti yang dipimpin William Martin, seorang ahli biologi evolusi di Universitas Heinrich Heine Düsseldorf, menggunakan pendekatan terkait, membandingkan genom mikroba  untuk memberikan bukti genetik paling meyakinkan bahwa LUCA kemungkinan besar adalah bakteri anaerob yang tumbuh di lingkungan tanpa mikroba. 

Analisis genetik Martin juga menemukan bukti yang menunjukkan bahwa makhluk tersebut adalah “termofil”, yaitu mikroba yang menyukai panas dan memakan gas hidrogen (H2). Kombinasi tersebut menunjukkan bahwa ia mungkin hidup di dekat lubang laut dalam dekat gunung berapi bawah laut.

Tim Martin tidak memastikan kapan LUCA ini hidup di dalam penelitian 2016 tersebut. Tapi upaya lainnya menyatakan LUCA hidup sekitar 3,8 miliar tahun lalu.

Dalam studi baru ini, Edmund Moody, pakar genomik di Universitas Bristol, mengembangkan metode untuk prediksi usia LUCA. Pendekatan umum bergantung pada tingkat mutasi genetik yang berbeda-beda namun diketahui pada spesies mikroba, serta kecepatan transfer gen di antara mereka, untuk menciptakan semacam jam molekuler. Dengan membangun pohon keluarga yang memilah organisme mana yang mungkin berevolusi dari organisme lain, dan melacak perubahan genetik pada gen yang dilestarikan, para peneliti dapat memperkirakan secara kasar kapan dua cabang tetangga pada pohon tersebut menyimpang, dan dengan demikian dapat menentukan usia nenek moyang mereka. 

Analisis sebelumnya menggunakan pendekatan ini, mengandalkan pelacakan perubahan pada gen tunggal yang dimiliki oleh keturunan yang tampaknya memiliki LUCA sebagai akarnya.

Moody dan rekan-rekannya telah melangkah lebih jauh. Mereka fokus pada lima set gen “paralog”, atau duplikat, yang ditemukan pada banyak bakteri dan archaea, menunjukkan bahwa penggandaan terjadi sebelum LUCA terpecah dan berkembang biak. Moody mengatakan, melacak apakah mutasi terjadi pada kedua salinan gen tersebut atau hanya pada satu gen akan memudahkan untuk mengetahui waktu duplikasinya dan juga usia nenek moyang yang sama.

Analisis mereka menunjukkan bahwa LUCA hidup sekitar 4,2 miliar tahun yang lalu.

Untuk menyelidiki gaya hidup LUCA seperti yang dilakukan Martin, kelompok Moody melacak 57 gen “penanda” di 350 bakteri dan 350 spesies archaea untuk membangun pohon kehidupan. Moody mengatakan ini merupakan kemajuan dibandingkan tim Martin, yang melacak gen yang dimiliki oleh setidaknya dua ordo bakteri dan dua ordo archaea.

Timnya kemudian secara terpisah melacak pola evolusi gen individu dan keluarga gen dari semua gen yang tersedia pada bakteri dan archaea yang dikatalogkan dalam database genom yang umum digunakan. 

Dengan membandingkan sejarah evolusi gen individu dengan spesies, mereka dapat menentukan dengan lebih baik gen mana yang diduplikasi, hilang, atau mengalami transfer gen horizontal. Dari situ mereka menyimpulkan apa yang hadir di LUCA.

Moody juga menemukan sesuatu yang baru: bahwa LUCA kemungkinan besar memiliki 19 gen CRISPR-Cas9, sebuah alat yang diandalkan oleh bakteri modern untuk memotong materi genetik penyerang virus (dan inspirasi bagi editor genom serbaguna yang kini digunakan di banyak bidang).

“LUCA memiliki sistem kekebalan awal sebagai cara untuk menghindari virus,” kata Moody.

Studi ini juga diterbitkan dalam jurnal Nature Ecology & Evolution.