Asal Mula Kehidupan : : A. Kemogeni (Evolusi Kimiawi) B. Biogeni (Pembentukan Kehidupan Purba) C. Kognogeni (Sifat Kehidupan Purba dan Evolusinya).
Teori Modern Asal Mula Kehidupan dikemukakan oleh seorang ahli biokimia Rusia, Alexander I. Oparin (1923 M) dan didukung oleh seorang ilmuwan Inggris, JBS Haldane (1928 M), sehingga disebut juga teori Oparin-Haldane.
Dinyatakan bahwa kehidupan primitif berasal dari badan air di bumi primitif dari molekul organik tak hidup (misalnya, protein RNA, dll.) melalui evolusi kimia melalui serangkaian reaksi kimia sekitar 4 miliar tahun yang lalu (pada periode Prakambrium) ( yaitu sekitar 500 juta tahun setelah pembentukan bumi). Ini adalah teori yang paling memuaskan karena memiliki penjelasan ilmiah dan telah diuji secara eksperimental. Teori Oparin juga dikenal sebagai abiogenesis primer.
Berbagai langkah teori modern adalah:
A. Kemogeni (Evolusi Kimia):
(a) Kondisi di bumi purba , sekitar 4 miliar tahun yang lalu, sedemikian rupa sehingga mendukung evolusi kimiawi. Ketika suhu permukaan bumi kurang dari 100°C. Atmosfernya memiliki nitrogen dalam bentuk ammorua (-NH 3 ), karbon dalam bentuk metana (-CH 4 ) dan oksigen dalam bentuk uap air (H 2 O) tetapi tidak ada oksigen bebas sehingga atmosfer primitif adalah “mengurangi”. Senyawa ini disebut senyawa protoplasma.
(b) Saat bumi mendingin, ia mengembangkan kerak padat yang kemudian membentuk cekungan dan elevasi. Sementara itu, uap air atmosfer memadat dan akhirnya muncul ke permukaan sebagai hujan. Air terkumpul di cekungan, melarutkan mineral seperti klorida dan fosfat dan akhirnya membentuk badan air berukuran besar yang disebut lautan.
(c) Pembentukan senyawa organik sederhana:
Saat permukaan bumi mendingin hingga 50-60°C, molekul dan mineral yang ada di badan air bergabung dan bergabung kembali dalam berbagai cara melalui proses kondensasi, polimerisasi, dan reduksi oksida untuk membentuk senyawa organik sederhana seperti alkohol, aldehida, gliserol, asam lemak. , purin, pirimidin, gula sederhana (misalnya ribosa, deoksiribosa, glukosa, dll.) dan asam amino.
Senyawa organik ini terakumulasi di badan air karena degradasinya sangat lambat tanpa adanya konsumen atau katalis enzim atau tidak adanya oksigen. Transformasi seperti itu tidak mungkin terjadi di atmosfir pengoksidasi saat ini karena oksigen atau konsumen mikro akan menguraikan atau menghancurkan partikel hidup yang mungkin muncul secara kebetulan.
Energi untuk reaksi fotokimia ini disediakan oleh salah satu faktor berikut:
(i) Letusan gunung berapi (panas bumi yang sangat kering),
(ii) Radiasi matahari (sinar UV),
(iii) Energi listrik yang dihasilkan selama petir, dan
(iv) Peluruhan unsur radioaktif.
Haldane mengusulkan bahwa senyawa organik sederhana ini secara bertahap terakumulasi dalam badan air ini dan akhirnya terbentuk “sup encer panas” atau “sup pra-biotik” atau kaldu. Ini mengatur panggung untuk berbagai reaksi kimia.
(d) Pembentukan senyawa organik kompleks:
Senyawa organik sederhana menunjukkan kemungkinan reaksi kimia dan polimerisasi untuk akhirnya membentuk senyawa organik kompleks seperti polisakarida, lemak, nukleotida, asam nukleat, polipeptida, dll.
Sumber energi utama untuk reaksi kimia dan pembentukan polimer adalah: pelepasan listrik, petir, energi matahari, ATP dan pirofosfat. Penguapan air menyebabkan konsentrasi monomer dan disukai polimerisasi.
Polimer ini lebih stabil sehingga mendominasi di badan air. Konsentrasi polimer yang tinggi menggeser kesetimbangan kimia ke arah pembentukan polimer stabil dari monomer yang tidak stabil.
(e) Pembentukan protobion:
Untuk asal usul kehidupan, tiga syarat berikut harus dipenuhi:
(i) Harus ada pasokan terus-menerus dari molekul-molekul yang memproduksi sendiri, yang disebut replikator.
(ii) Penyalinan replikator ini harus mengalami mutasi (perubahan).
(iii) Sistem replikator pasti membutuhkan suplai energi bebas yang terus-menerus dan isolasi parsial mereka dari lingkungan umum.
Faktor utama yang bertanggung jawab atas mutasi pada replikator (molekul prebiotik) mungkin adalah gerakan termal yang disebabkan oleh suhu tinggi sementara isolasi parsial telah dicapai dalam agregatnya. Oparin dan Sydney Fox mengusulkan bahwa senyawa organik kompleks yang disintesis secara abiogenetik di bumi primitif kemudian cenderung terakumulasi dan membentuk agregat mirip sel koloid besar yang disebut protobion.
Bentuk kehidupan non-seluler pertama seperti itu mungkin berasal dari 3 miliar tahun yang lalu. Ini akan memiliki molekul raksasa yang mengandung RNA, protein, polisakarida, dll. Agregat ini dapat memisahkan kombinasi molekul dari lingkungan dan dapat mempertahankan lingkungan internal.
Tetapi kelemahan utama mereka adalah mereka tidak dapat bereproduksi. Agregat mikroskopis, bulat, stabil, dan motil ini disebut coacervate (L. acervus = pile — Gambar 7.4) oleh Oparin dan mikrosfer oleh Sydney Fox.
Karena koaservat ini tidak memiliki membran luar lipid dan tidak dapat bereproduksi, mereka gagal memenuhi persyaratan sebagai calon prekursor kehidupan. Mikrosfer menjadi sukses dan berlipat ganda karena memiliki kekuatan pertumbuhan dan pembelahan (pertunasan, fragmentasi, dan pembelahan biner-Gambar 7.5).
B. Biogeni (Pembentukan Kehidupan Purba):
Karena fisiologi seluler adalah hasil dari aktivitas enzimatik, maka enzim harus berkembang sebelum sel. Secara bertahap agregat gen menjadi dikelilingi oleh sistem kompleks enzim yang membentuk sitoplasma. Enzim ini bisa menggabungkan basa nitrogen, gula sederhana dan fosfat ke dalam nukleotida.
Nukleotida mungkin telah bergabung membentuk asam nukleat yang tampaknya merupakan biomolekul yang memenuhi kondisi suplai replikator di awal kehidupan.
Saat ini biologi molekuler beroperasi berdasarkan prinsip dogma sentral yang menyatakan bahwa aliran informasi genetik bersifat searah dan ditunjukkan sebagai berikut:
DNA (Transkripsi) → RNA (Terjemahan) → Protein
(Dengan informasi genetik) (Dengan pesan genetik)
Mekanisme ini mungkin berkembang dari mekanisme yang jauh lebih sederhana.
Asam nukleat dan protein (enzim) adalah dua biomolekul yang saling bergantung. Protein disintesis oleh proses yang dimulai dengan transkripsi informasi dari DNA ke mRNA diikuti dengan translasi pada ribosom sementara asam nukleat bergantung pada enzim protein untuk replikasinya.
Jadi, protein dan asam nukleat membentuk dua senyawa kimia utama kehidupan. Teori proteinoid menyatakan bahwa molekul protein berevolusi lebih dulu, sedangkan hipotesis gen telanjang menyatakan bahwa asam nukleat berasal lebih dulu dan mengendalikan pembentukan protein.
Sintesis in vitro molekul RNA dari 77 ribonukleotida oleh HG Khorana (1970) memunculkan spekulasi bahwa mungkin RNA, dan bukan DNA, yang merupakan materi genetik primordial. Pandangan ini selanjutnya didukung oleh penemuan Ribozim tertentu (molekul RNA yang memiliki sifat enzimatik).
Jadi pandangan terakhir adalah bahwa sel-sel pertama menggunakan RNA sebagai materi herediternya dan kemudian DNA berevolusi dari cetakan RNA hanya ketika kehidupan berbasis RNA terbungkus dalam membran. Akhirnya DNA menggantikan RNA sebagai materi genetik bagi sebagian besar organisme. Beberapa kemungkinan asosiasi protein, purin, pirimidin, dan senyawa organik lainnya mungkin telah memunculkan sistem yang dapat bereproduksi.
Membran pembatas tipis dikembangkan di sekitar sitoplasma dengan melipat lapisan tunggal fosfolipid untuk membentuk membran sel. Dengan demikian, mungkin saja sel pertama muncul dengan cara yang sama seperti coacervate yang terbentuk di badan air primitif. Struktur “mirip sel” pertama dengan kekuatan pembelahan disebut “eobionts” atau “Pra-sel”. Bentuk kehidupan seluler pertama seperti itu muncul sekitar 2.000 juta tahun yang lalu.
Ini mungkin mirip dengan Mycoplasma yang memunculkan Monera (sel tanpa nukleus yang terdefinisi dengan baik) dan Protistan (sel dengan nukleus berbeda). Monera termasuk Prokariota seperti bakteri dan cyanobacteria. Protista memunculkan Eukariota yang berevolusi menjadi Protozoa, Metazoa dan Metaphyta. Leluhur bersama archaebacteria, eubacteria, dan eukariota bersel satu ini disebut progenot.
Bukti Eksperimental Evolusi Molekul Kehidupan Abiogenik:
Pada tahun 1953 M, Stanley L. Miller (Gbr. 7.8) (seorang ahli biokimia) dan Harold C. Urey (seorang astronom) secara eksperimental membuktikan pembentukan senyawa organik sederhana dari senyawa yang lebih sederhana pada kondisi reduksi (Gbr. 7.9).
Ini disebut percobaan simulasi. Itu bertujuan untuk menilai validitas klaim Oparin dan Haldane atas asal usul molekul organik dalam kondisi Bumi purba. Mereka menggunakan campuran metana-amonia-hidrogen-air (mensimulasikan atmosfer purba) selama sekitar satu minggu di atas percikan listrik (sekitar 75.000 volt yang mensimulasikan cahaya bumi primitif dan memberikan suhu sekitar 800°C) antara dua elektroda tungsten di kamar gas (disebut alat pelepasan percikan) yang ditempatkan dalam kondisi reduksi.
Metana, amonia dan hidrogen diambil dengan perbandingan 2:2:1. Mereka melewati produk panas melalui kondensor (untuk kondensasi dan pengumpulan produk akhir berair,
Setara dengan sup Haldane).
Eksperimen kontrol berisi semua persyaratan kecuali sumber energi. Setelah delapan belas hari, mereka secara kimiawi menganalisis senyawa kimia dengan metode kromatografi dan kolorimetri. Mereka menemukan banyak asam amino (glisin, alanin, asam aspartat, asam glutamat, dll.), Peptida, purin, pirimidin, dan asam organik.
Purin dan pirimidin ini bertindak sebagai prekursor asam nukleat. Asam amino ini sangat penting untuk pembentukan protein. Produk antara yang ditemukan adalah aldehida dan HCN. Dalam percobaan kontrol, jumlah molekul organik yang tidak signifikan terlihat.
Analisis kandungan meteorit juga mengungkapkan senyawa serupa yang menunjukkan proses serupa terjadi di tempat lain di luar angkasa.
Bukti Eksperimental Pembentukan Senyawa Organik Kompleks:
Sydney W. Fox (1957 M) melaporkan bahwa ketika campuran 18-20 asam amino dipanaskan sampai titik didih (160 sampai 210°C selama beberapa jam) dan kemudian didinginkan dalam air, banyak asam amino berpolimerisasi dan membentuk rantai polipeptida, disebut proteinoid.
Fox menyatakan bahwa proteinoid dengan air ini membentuk agregat koloid yang disebut koaservat atau mikrosfer (Gambar 7.10). Ini berdiameter sekitar 1-2 µm, mirip dengan bakteri coccoid dalam bentuk dan ukuran.
Ini dapat diinduksi untuk menyempit secara dangkal menyerupai tunas pada bakteri dan jamur (ragi). Dia juga melaporkan pembentukan porfirin, nukleotida dan ATP dari senyawa anorganik dan HCN.
Pembentukan Agregat Kompleks:
Oparin melaporkan bahwa jika campuran protein besar dan polisakarida dikocok, terbentuk koaservat. Inti dari koaservat ini terutama terdiri dari protein, polisakarida dan air dan sebagian diisolasi dari larutan berair di sekitarnya yang memiliki jumlah protein dan polisakarida yang lebih rendah. Tetapi koaservat ini tidak memiliki membran luar lipid dan tidak dapat bereproduksi.
C. Cognogeny (Sifat Kehidupan Primitif dan Evolusinya):
Bagian alami bekerja bahkan pada saat asal usul kehidupan. Seleksi berkelanjutan dari eobiont yang lebih sukses disertai dengan kesempurnaan sistem membran mungkin mengarah pada pembentukan sel pertama.
Sel paling awal adalah anaerobik (memperoleh energi dengan fermentasi beberapa molekul organik karena tidak ada oksigen yang tersedia), prokariotik (dengan nukleoid seperti pada bakteri) dan kemoheterotrofik (makanan siap saji berasal dari molekul organik yang ada).
Ini mulai menurunkan senyawa organik bergizi dari laut primitif sebagai blok bangunan dan sumber energi mereka. Jadi sel-sel ini tumbuh menjadi ukuran yang sangat besar. Untuk membatasi ukurannya, kemoheterotrof memulai mitosis sel dan meningkatkan jumlahnya.
Untuk mengatasi pasokan senyawa organik yang semakin menipis, beberapa kemoheterotrof ini berevolusi menjadi anaerobik, prokariotik, dan kemoautotrof. Ini mulai mensintesis makanan organik mereka sendiri dari senyawa anorganik dengan adanya energi kimia (juga dari degradasi senyawa anorganik) dan enzim misalnya, bakteri pereduksi sulfat, bakteri nitrifikasi, bakteri besi, dll. Kekuatan utama untuk evolusi semacam ini diusulkan menjadi mutasi.
Menghadapi masalah peningkatan defisiensi senyawa anorganik, beberapa kemoautotrof mengembangkan porfirin dan bakterioklorofil (pigmen fotosintetik hijau) dan memulai fotosintesis (sintesis karbohidrat). Hal ini menyebabkan evolusi anaerobik, prokariotik dan fotoautotrof. Ini berkembang sekitar 3500-3800 juta tahun yang lalu.
Fotoautotrof pertama bersifat anoksigenik karena tidak menggunakan air sebagai bahan mentah dalam fotosintesis. Kemudian, klorofil sejati berkembang dan mulai menggunakan air sebagai reagen sehingga O 2 berevolusi dalam proses fotosintesis. Fotoautotrof oksigenik dan aerobik pertama adalah cyanobacteria yang diyakini berevolusi sekitar 3.300 – 3.500 juta tahun yang lalu.
Demikian pula, JW Schopf (1967) melaporkan adanya 22 asam amino dalam 3000 juta batuan tua sedangkan mikro-fosil tertua milik ganggang hijau biru, yaitu Archaespheroids barbertonensis, sekitar 3,3 hingga 3,5 miliar tahun yang lalu.
Untuk waktu yang lama, yang dominan dan mungkin satu-satunya bentuk kehidupan di bumi adalah bakteri, kapang, dan cyanobacteria. Lambat laun, alga biru-hijau berevolusi menjadi bentuk alga lainnya. Diperkirakan eukariota berkembang sekitar 1600 juta tahun yang lalu.
Eukariota pertama berevolusi melalui mutasi pada prokariota (Raff dan Mahler, 1972) atau asosiasi simbiosis prokariota yang berbeda (Marguilis, 1970). Belakangan banyak jenis ganggang, jamur, protozoa, dan organisme hidup lainnya dikembangkan.
