Sebuah studi inovatif mengungkapkan bagaimana kompleksitas kehidupan bisa berasal dari molekul RNA sederhana di awal Bumi. Melalui eksperimen yang menunjukkan kemampuan daur ulang dan replikasi RNA dalam kondisi tertentu, seperti salinitas rendah dan pH tinggi, penelitian ini menunjukkan bahwa kehidupan dapat muncul dari kumpulan molekul minimal di lingkungan yang mirip dengan pulau vulkanik. Temuan ini menantang asumsi sebelumnya tentang evolusi RNA dan menggarisbawahi potensi munculnya kehidupan dalam kondisi prebiotik yang sederhana dan dingin.
Penelitian terbaru menggambarkan bagaimana karakteristik kimia molekul RNA mungkin memainkan peran penting dalam perkembangan bentuk kehidupan yang kompleks.
Bagaimana kehidupan kompleks bisa berevolusi di awal bumi yang tidak ramah? Awalnya, ribonukleat asam (RNA) pasti ada untuk membawa informasi genetik pertama. Agar biomolekul ini dapat membangun kompleksitas dalam rangkaiannya, mereka perlu melepaskan air. Namun, pada masa awal Bumi, yang sebagian besar tertutup air laut, proses ini cukup menantang.
Dalam sebuah makalah yang baru-baru ini diterbitkan di Jurnal Persatuan Kimia Amerika (JACS), peneliti dari tim profesor LMU Dieter Braun telah menunjukkan bahwa dalam perjuangan RNA dengan air di sekitarnya, kemampuan daur ulang alaminya, dan kondisi lingkungan yang tepat bisa menjadi penentu.
“Bahan penyusun RNA melepaskan molekul air untuk setiap ikatan yang mereka bentuk dalam rantai RNA yang sedang berkembang,” jelas Braun, juru bicara Collaborative Research Center (CRC) Molecular Evolution in Prebiotic Environments dan koordinator di ORIGINS Excellence Cluster. “Sebaliknya, ketika air ditambahkan ke molekul RNA, bahan penyusun RNA dimasukkan kembali ke dalam kumpulan prebiotik.”
Pergantian air ini bekerja dengan baik khususnya pada kondisi salinitas rendah dengan tingkat pH tinggi. “Eksperimen kami menunjukkan bahwa kehidupan dapat muncul dari sekumpulan molekul yang sangat kecil, dalam kondisi seperti yang terjadi di pulau-pulau vulkanik pada masa awal Bumi,” kata Adriana Serrão, penulis utama studi tersebut.
Pemahaman Baru tentang Evolusi RNA
Dalam kondisi ini, RNA memiliki kemampuan untuk membelah tanpa menambahkan molekul air. Ujung untai RNA tetap bebas air dan secara spontan dapat membentuk kembali ikatan RNA baru. Laboratorium Braun menunjukkan bahwa pengikatan ulang RNA yang terpecah ini bekerja secara efisien dan dengan presisi luar biasa saat menyalin informasi urutan. Proses ini hanya terjadi ketika bahan penyusun RNA terikat pada molekul RNA cetakan dengan pasangan basa yang sangat cocok dalam konfigurasi untai ganda. Ini menghasilkan salinan untai RNA yang ada sebelum hancur melalui penambahan air.
Sebelumnya diasumsikan bahwa RNA hanya dapat menyalin dirinya sendiri dengan ‘secara acak’ menyusun rangkaian yang panjangnya sekitar 200 nukleotida – yang disebut ribozim. Namun, ribozim hanya dapat beroperasi di lingkungan yang mengandung garam dan karenanya tidak ramah terhadap RNA. Sebagai hasil dari penelitian baru ini, rangkaian ribozim kompleks pada tahap awal evolusi RNA tidak diperlukan lagi. “Ketepatannya sebanding dengan penyalinan RNA yang dicapai oleh ribozim,” kata Sreekar Wunnava, yang juga penulis utama studi tersebut. “Ini berarti bahwa dunia RNA dapat muncul tanpa memerlukan rangkaian kompleks yang panjang.”
Kehidupan awal terdiri dari proses metabolisme yang sangat sederhana dimana rangkaian RNA disalin melalui penggantian terus menerus dengan molekul daur ulang. Yang diperlukan agar hal ini terjadi hanyalah lingkungan air tawar yang bersifat basa seperti yang masih ada hingga saat ini di pulau-pulau vulkanik seperti kepulauan Hawaii atau Islandia. “Jadi kehidupan bisa saja muncul dari sup primordial prebiotik dingin yang terdiri dari bahan penyusun RNA,” jelas Braun. Meskipun reaksi berlangsung sangat lambat dalam kondisi ini dan memerlukan waktu beberapa hari untuk menyelesaikannya, tidak ada kekurangan waktu pada awal evolusi dan perlindungan air tawar yang dingin di pulau-pulau vulkanik purba memungkinkan RNA untuk bertahan hidup di Bumi awal yang tidak ramah.
Referensi: “Penyalinan RNA Fidelitas Tinggi melalui Ligasi Fosfat Siklik 2′,3′” oleh Adriana Calaça Serrão, Sreekar Wunnava, Avinash V. Dass, Lennard Ufer, Philipp Schwintek, Christof B. Mast dan Dieter Braun, 19 Maret 2024, Jurnal Persatuan Kimia Amerika.
DOI: 10.1021/jacs.3c10813
