Sebuah studi inovatif mengungkapkan bahwa makhluk sederhana dari 700 juta tahun yang lalu, nenek moyang semua bilaterian, membentuk rancangan tubuh dan warisan genetik yang secara signifikan mempengaruhi lintasan evolusi hewan kompleks melalui adaptasi khusus gen purba. Gambar di atas menggambarkan lalat capung, salah satu dari 20 spesies yang diteliti dalam makalah ini. Kredit: Isabel Almudi
Peristiwa duplikasi gen ratusan juta tahun lalu berkontribusi pada inovasi evolusi seperti penerbangan serangga, kamuflase gurita, dan kognisi manusia.
700 juta tahun yang lalu, makhluk luar biasa muncul untuk pertama kalinya. Meskipun tidak terlalu menarik untuk dilihat menurut standar saat ini, hewan ini memiliki bagian depan dan belakang, atas dan bawah. Ini merupakan adaptasi inovatif pada saat itu, dan merupakan adaptasi yang meletakkan dasar bentuk tubuh yang pada akhirnya akan diwarisi oleh sebagian besar hewan kompleks, termasuk manusia.
Hewan yang tidak mencolok ini tinggal di lautan purba di Bumi, kemungkinan besar merangkak di sepanjang dasar laut. Ini adalah nenek moyang terakhir dari bilaterian, termasuk kelompok hewan yang sangat besar vertebrata (ikan, amfibi, reptil, burung, dan mamalia), dan invertebrata (serangga, artropoda, moluska, cacing, echinodermata, dan masih banyak lagi).
Hingga saat ini, lebih dari 7.000 kelompok gen dapat ditelusuri kembali ke nenek moyang terakhir dari bilaterian, menurut sebuah penelitian terhadap 20 bilaterian yang berbeda. jenis termasuk manusia, hiu, lalat capung, lipan, dan gurita. Temuan ini dibuat oleh para peneliti di Center for Genomic Regulation (CRG) di Barcelona dan baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Ekologi dan Evolusi Alam.
Evolusi dan Spesialisasi Gen
Hebatnya, penelitian ini menemukan bahwa sekitar setengah dari gen nenek moyang ini telah digunakan kembali oleh hewan untuk digunakan di bagian tubuh tertentu, khususnya di otak dan jaringan reproduksi. Temuan ini mengejutkan karena gen kuno yang dilestarikan biasanya memiliki fungsi mendasar dan penting yang dibutuhkan di banyak bagian tubuh.
Ketika para peneliti mengamati lebih dekat, mereka menemukan serangkaian kesalahan ‘salin-tempel’ yang tidak disengaja selama evolusi bilaterian adalah penyebabnya. Misalnya, ada momen penting di awal sejarah vertebrata. Sekelompok gen spesifik jaringan pertama kali muncul bersamaan dengan dua peristiwa duplikasi seluruh genom. Hewan dapat menyimpan satu salinan untuk fungsi mendasar, sedangkan salinan kedua dapat digunakan sebagai bahan mentah untuk inovasi evolusioner. Peristiwa seperti ini, pada tingkat skala yang berbeda-beda, terjadi terus-menerus di seluruh pohon evolusi bilaterian.
“Gen kita seperti perpustakaan besar resep yang dapat dibuat secara berbeda untuk membuat atau mengubah jaringan dan organ. Bayangkan Anda mendapatkan dua salinan resep paella secara tidak sengaja. Anda dapat menyimpan dan menikmati resep aslinya sementara evolusi mengubah salinan tambahannya sehingga menjadi risotto. Sekarang bayangkan seluruh buku resep disalin – dua kali – dan kemungkinan evolusi terbuka di dalamnya. Warisan dari peristiwa ini, yang terjadi ratusan juta tahun lalu, masih hidup pada sebagian besar hewan kompleks saat ini,” jelas Federica Mantica, penulis makalah dan peneliti di Center for Genomic Regulation (CRG) di Barcelona.
Fungsi Gen Khusus Lintas Spesies
Para penulis penelitian ini menemukan banyak contoh fungsi spesifik jaringan baru yang dimungkinkan oleh spesialisasi gen leluhur ini. Misalnya, TESMIN Dan makam gen, yang berasal dari nenek moyang yang sama, akhirnya secara independen memainkan peran khusus dalam testis baik pada vertebrata maupun serangga. Pentingnya gen ini terlihat dari fakta bahwa masalah pada gen ini dapat mengganggu produksi sperma, sehingga mempengaruhi kesuburan tikus dan lalat buah.
Spesialisasi gen leluhur juga meletakkan dasar bagi perkembangan sistem saraf yang kompleks. Misalnya, pada vertebrata, para peneliti menemukan gen penting untuk pembentukan selubung mielin di sekitar sel saraf, yang penting untuk transmisi sinyal saraf dengan cepat. Pada manusia, mereka juga teridentifikasi FGF17yang diduga berperan penting dalam menjaga fungsi kognitif hingga usia tua.
Pada serangga, gen spesifik menjadi terspesialisasi di otot dan epidermis untuk pembentukan kutikula, sehingga berkontribusi pada kemampuannya untuk terbang. Pada kulit gurita, gen lain menjadi terspesialisasi untuk merasakan rangsangan cahaya, berkontribusi terhadap kemampuan mereka untuk mengubah warna, kamuflase, dan berkomunikasi dengan gurita lain.
Dengan mempelajari evolusi spesies pada tingkat jaringan, penelitian ini menunjukkan bahwa perubahan dalam cara gen digunakan di berbagai bagian tubuh telah memainkan peran besar dalam menciptakan ciri-ciri baru dan unik pada hewan. Dengan kata lain, ketika gen mulai beraksi di jaringan tertentu, hal ini dapat mengarah pada perkembangan sifat atau kemampuan fisik baru, yang pada akhirnya berkontribusi pada evolusi hewan.
“Pekerjaan kami membuat kami memikirkan kembali peran dan fungsi gen. Hal ini menunjukkan kepada kita bahwa gen yang penting untuk kelangsungan hidup dan telah terpelihara selama jutaan tahun juga dapat dengan mudah memperoleh fungsi baru dalam evolusi. Hal ini mencerminkan tindakan evolusi yang menyeimbangkan antara mempertahankan peran penting dan mengeksplorasi jalur baru,” simpul Profesor Riset ICREA, Manuel Irimia, salah satu penulis makalah dan peneliti di Pusat Regulasi Genomik.
Referensi: “Evolusi ekspresi gen leluhur spesifik jaringan pada vertebrata dan serangga” oleh Federica Mantica, Luis P. Iñiguez, Yamile Marquez, Jon Permanyer, Antonio Torres-Mendez, Josefa Cruz, Xavier Franch-Marro, Frank Tulenko, Demian Burguera, Stephanie Bertrand , Toby Doyle, Marcela Nouzova, Peter D. Currie, Fernando G. Noriega, Hector Escriva, Maria Ina Arnone, Caroline B. Albertin, Karl R. Wotton, Isabel Almudi, David Martin dan Manuel Irimia, 15 April 2024, Ekologi & Evolusi Alam.
DOI: 10.1038/s41559-024-02398-5
