- Alga Braarudosphaera bigelowii diketahui menampung sianobakteri UCYN-A di dalam selnya dan menggunakannya layaknya sebuah organ, sehingga menarik perhatian sebagai contoh langka berlangsungnya endosimbiosis primer
- Endosimbiosis primer adalah proses ketika satu mikroorganisme menelan mikroorganisme lain, lalu memanfaatkannya seperti organ internal hingga simbion kehilangan kemampuan hidup mandiri dan menjadi organel sel
- Dalam sekitar 4 miliar tahun sejarah kehidupan Bumi, contoh besar yang diketahui hanya pembentukan mitokondria sekitar 2,2 miliar tahun lalu dan kloroplas sekitar 1,6 miliar tahun lalu; masing-masing menjadi titik balik evolusi kehidupan kompleks dan tumbuhan
- UCYN-A dinilai sebagai organel sel bernama nitroplast karena rasio ukuran, metabolisme, dan pembelahan selnya selaras dengan alga inang, serta bergantung pada inang untuk sekitar setengah protein yang dibutuhkannya
- Riset nitroplast dapat membuka jalan untuk memasukkan kemampuan fiksasi nitrogen ke tanaman, sehingga menjadi objek penelitian dengan kemungkinan perbaikan tanaman dalam jangka panjang
Endosimbiosis primer yang kembali teramati
- Para ilmuwan mengonfirmasi contoh sedang berlangsungnya peristiwa evolusi ketika dua makhluk hidup menyatu menjadi satu organisme
- Objeknya adalah alga Braarudosphaera bigelowii dan sianobakteri UCYN-A
- UCYN-A memungkinkan alga melakukan hal yang umumnya tidak bisa dilakukan
- Secara langsung memfiksasi nitrogen dari udara
- Menggabungkan nitrogen dengan unsur lain untuk membuat senyawa yang lebih berguna
Proses endosimbiosis menjadi organel sel
- Endosimbiosis primer(primary endosymbiosis) adalah fenomena ketika satu mikroorganisme menelan mikroorganisme lain lalu menggunakannya seperti organ internal
- Sel inang memberikan manfaat seperti nutrisi, energi, dan perlindungan kepada simbion
- Seiring waktu, simbion tidak lagi dapat hidup secara mandiri dan menetap seperti organel sel(organelle) di dalam sel mikroorganisme
Titik balik sebelumnya yang dibuat mitokondria dan kloroplas
- Dalam sekitar 4 miliar tahun sejarah kehidupan Bumi, endosimbiosis primer yang diketahui dianggap hanya terjadi dua kali
- Kasus pertama terjadi sekitar 2,2 miliar tahun lalu
- Arkea menelan bakteri
- Bakteri ini menjadi mitokondria
- Mitokondria yang terspesialisasi untuk produksi energi memungkinkan evolusi makhluk hidup kompleks
- Kasus kedua terjadi sekitar 1,6 miliar tahun lalu
- Sel yang lebih maju menyerap sianobakteri yang mampu memanen energi sinar matahari
- Sianobakteri ini menjadi kloroplas
- Kloroplas memberi tumbuhan kemampuan memanfaatkan sinar matahari serta warna hijau
Mengapa perpaduan B. bigelowii dan UCYN-A istimewa
- Tumbuhan dan alga biasanya memperoleh nitrogen dengan menjalin hubungan simbiosis dengan bakteri yang terpisah
- Awalnya, B. bigelowii juga dianggap menjalin hubungan simbiosis terpisah semacam ini dengan UCYN-A
- Penyelidikan lebih terperinci menemukan bukti bahwa hubungan kedua makhluk hidup tersebut jauh lebih erat
Dasar penilaian UCYN-A sebagai nitroplast
- Sebuah tim peneliti memastikan bahwa rasio ukuran alga dan UCYN-A tetap serupa bahkan di antara spesies alga terkait
- Proses pertumbuhannya tampak diatur oleh pertukaran nutrisi
- Ini sama dengan cara mitokondria dan kloroplas menyesuaikan diri dengan ukuran sel
- Dalam studi lanjutan, teknik pencitraan sinar-X yang kuat digunakan untuk mengamati bagian dalam sel alga hidup
- Replikasi serta pembelahan sel inang dan simbion tersinkronisasi
- Ini menjadi bukti tambahan bahwa endosimbiosis primer sedang bekerja
- Tim peneliti membandingkan UCYN-A yang dipisahkan dengan protein UCYN-A di dalam sel alga
- UCYN-A yang dipisahkan hanya dapat memproduksi sendiri sekitar separuh protein yang dibutuhkannya
- Sisanya harus disediakan oleh alga inang
- Ini adalah ciri yang muncul ketika endosimbion beralih menjadi organel sel
- UCYN-A dinilai sebagai organel sel lengkap bernama nitroplast
- Evolusi nitroplast tampaknya dimulai sekitar 100 juta tahun lalu, waktu yang sangat singkat dibandingkan mitokondria dan kloroplas
Kemungkinan mengarah pada fiksasi nitrogen pada tanaman
- Para peneliti berencana terus mempelajari apakah nitroplast juga ada di sel lain dan dampak apa yang dimilikinya
- Salah satu potensi manfaatnya adalah menyediakan jalur baru untuk memasukkan kemampuan fiksasi nitrogen ke tanaman
- Kemampuan ini dapat dimanfaatkan untuk membudidayakan tanaman yang lebih baik
- Studi ini diterbitkan di Cell00182-X.pdf) dan Science
1 komentar
Pendapat Hacker News
Saya belajar biologi SMA selama tiga tahun, tapi entah kenapa tidak pernah mendengar bahwa peristiwa satu makhluk hidup menyerap makhluk hidup lain menjadi asal-usul kemampuan luar biasa seperti ini
Kami belajar tentang mitokondria dan kloroplas, tetapi pembahasannya sangat kering
Jika konteks seperti ini ikut diajarkan, pendidikan dasar dan menengah bisa menjadi jauh lebih menarik bagi anak-anak
Teori asal-usul endosimbiosis masih terus mengungkap kaitan-kaitan terkait hingga tahun 2000-an
https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-origin-of-mito...
Namun kalau saya bertanya kepada teman-teman SMA sekarang, kemungkinan mereka mengingatnya sebagai isi pelajaran itu mungkin fifty-fifty
Hal yang sama berlaku untuk informasi apa pun yang muncul saat mempelajari organel sel; bahkan mungkin fifty-fifty juga apakah mereka ingat kata organel sel
Kalau ditanya tanpa artikel ini, mereka juga mungkin tidak bisa mengatakan kira-kira kapan peristiwa-peristiwa seperti ini terjadi
Meski begitu, semua teman sekelas lama saya mungkin ingat meme “pembangkit tenaga sel”
Dan karena mitokondria kita berasal dari sel telur, DNA mitokondria selalu berasal dari mitokondria ibu
Atau mungkin juga pernah main Parasite Eve [0]
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Parasite_Eve_(video_game)#Plot
Peristiwa simbiosis pertama sejuta kali lebih sulit daripada yang kedua atau ketiga
Pada awalnya, inang menghadapi tugas yang sangat sulit untuk menangani DNA dan RNA yang dihasilkan selama siklus hidup dan kematian simbion
Agar bertahan hidup, inang harus mengevolusikan hal-hal seperti inti sel dan reproduksi seksual, dan juga membutuhkan penyambungan selektif untuk menangani situasi ketika semua gen rusak akibat elemen genetik egois yang berasal dari simbion
Setelah itu, mengintegrasikan simbion tetap sulit, tetapi tidak sesulit tahap pertama itu
Simbiosis pertama yang mengarah pada asal-usul eukariota mungkin bukan peristiwa sekali dalam satu miliar tahun, melainkan sekali dalam satu triliun tahun, atau bahkan lebih langka dari sekali dalam 10^20 tahun
Ini bisa berarti hanya satu dari satu miliar planet dengan kehidupan sederhana yang “menghasilkan” kehidupan kompleks seperti hewan, dan ini bisa menjadi penyaring besar yang mengarah ke paradoks Fermi
Penyaring besar mungkin sudah kita lewati, karena kombinasi kendala yang membawa kita sampai ke kondisi hari ini bisa jadi sangat langka sampai sulit dipercaya
Peristiwa lain yang peluangnya sangat kecil mungkin adalah perkembangan kecerdasan abstrak
Kondisi yang membuat kecerdasan seperti milik kita menjadi keunggulan evolusioner tampak sangat unik: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK210002/
Dari judulnya saja terdengar seperti terjadi minggu lalu, tetapi sebenarnya itu terjadi 100 juta tahun lalu dan baru sekarang ditemukan
Kalau terdengar seperti spesies baru yang baru saja muncul, rasanya akan sangat menakutkan
Saya membayangkan spesies seperti itu mendominasi ekosistem kita dan menimbulkan kekacauan, sampai akhirnya muncul keseimbangan baru, para pemenang baru, dan spesies dominan baru
Saya sempat curiga, seberapa besar kemungkinan kita kebetulan sedang melihat lewat mikroskop tepat pada saat peristiwa selangka ini terjadi
Jadi kalau artikel tidak menyebutkannya, berarti pada akhirnya belum banyak hal menarik yang terjadi, ya
Jika hubungan simbiotiknya mulai berkembang 100 juta tahun lalu, seluruh rentang waktu itu mungkin diperlukan sampai bakterinya menjadi organel sel yang sepenuhnya bergantung pada sel alga inang seperti sekarang
Menarik melihat alga yang dimaksud: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Braarudosphaera_bigelowii
Ia menyelubungi dirinya dengan dua belas lempeng pentagonal dan membentuk dodekahedron beraturan yang sempurna
Benar-benar organisme yang luar biasa keren
Sulit dipercaya ada struktur alami dan organik dengan tepi setajam itu
https://paleonerdish.wordpress.com/2013/06/10/an-introductio...
https://www.mediastorehouse.com/science-photo-library/diatom...
Ini adalah sumber primer
[1] https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(24)00182-X.pdf
[2] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38603509/
Ada juga siaran pers dari LBL
[3] https://newscenter.lbl.gov/2024/04/17/scientists-discover-fi...
[1] tersedia sebagai akses terbuka
Mana yang lebih mungkin: ini peristiwa yang terjadi sekali dalam 1 miliar tahun dan kebetulan kita menangkap sampelnya dengan tepat, atau sebenarnya terjadi jauh lebih sering tetapi biasanya tidak seberpengaruh atau semudah diingat seperti kasus-kasus yang disebutkan?
Pemberitaan sensasional-nya terlalu berlebihan
Simbiogenesis hanya punya dua kasus yang diketahui, yaitu mitokondria dan plastida, termasuk kloroplas di antaranya, sehingga ungkapan “sekali dalam 1 miliar tahun” sampai batas tertentu bisa dibenarkan
Kasus-kasus lain juga sedang dicurigai: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis
Endosimbion banyak diketahui
Ini adalah organisme terpisah yang hidup di dalam tubuh atau sel organisme lain, dan merupakan prasyarat simbiogenesis
https://en.wikipedia.org/wiki/Endosymbiont
Ini terjadi 100 juta tahun lalu, bukan di cawan Petri laboratorium
Namun judulnya memang perlu sedikit diperbaiki
Saya sulit menerima klaim bahwa endosimbiosis primer itu sedemikian langka
Hampir semua serangga memiliki endosimbion yang diwariskan: https://doi.org/10.3389/fphys.2013.00046
Di sini yang dimaksud adalah endosimbiosis pada tingkat sel
Memiliki bakteri usus tidak sama dengan bakteri itu terintegrasi ke dalam sel pada tingkat molekuler hingga menjadi organel
Meski begitu, skeptisisme terhadap hiperbola media memang cukup tepat
Endosimbiosis semacam ini, baik primer maupun sekunder, punya contoh-contoh lain yang sudah dikenal
Mungkin ini bukan simbiosis primer dengan sianobakteri, tetapi dibandingkan kasus-kasus lain yang sudah kita ketahui, sulit menyebutnya “lompatan ilmiah” raksasa dalam hal pemahaman atau keterkejutan
Ironisnya, simbiosis tingkat sel seperti ini juga terlihat di antara simbion usus serangga, dan contoh paling ekstrem mungkin Mixotricha paradoxa: https://en.wikipedia.org/wiki/Mixotricha_paradoxa
Hatena arenicola https://en.wikipedia.org/wiki/Hatena_arenicola sangat mirip dengan temuan ini, tetapi sasarannya adalah alga, bukan sianobakteri, sehingga merupakan endosimbiosis sekunder, dan mungkin justru lebih menarik serta aneh
Kita juga tahu dari genom Smybiodinium bahwa telah terjadi beberapa peristiwa penangkapan endosimbiosis, sebagian berupa simbiosis sekunder dengan alga dan sebagian besar kemungkinan juga berupa simbiosis primer dengan bakteri: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiodinium
Sumber yang lebih baik sudah diunggah di sini, tetapi tidak ada diskusi: https://news.ycombinator.com/item?id=40101317