0 Mekanisme Terjadinya Evolusi (Seleksi Alam Mutasi Gen)

Seleksi Alam

Seleksi alam menyatakan bahwa makhluk hidup yang lebih mampu menyesuaikan diri (beradaptasi) dengan kondisi alam habitatnya akan mendominasi dengan cara memiliki keturunan yang mampu bertahan hidup. 

Sebaliknya, makhluk hidup yang tidak mampu beradaptasi akan punah. Sebagai contoh sekelompok rusa yang hidup di bawah ancaman hewan pemangsa (seperti macan, harimau, singa, dan citah), secara alamiah rusa-rusa yang mampu berlari kencang dapat bertahan hidup dan berketurunan. Sebaliknya, rusa yang lemah, sakit-sakitan, dan tidak dapat berlari kencang akan mati dan tidak melanjutkan keturunan.

Seleksi alam sebenarnya merupakan proses alamiah yang telah dikenal ahli biologi sebelum Darwin. Para ahli biologi waktu itu mendefinisikan seleksi alam sebagai mekanisme yang menjaga agar spesies tidak berubah tanpa menjadi rusak. Namun, Darwinlah orang pertama yang mengemukakan bahwa seleksi alam mempunyai kekuatan evolusi. Selanjutnya, Darwinmengemas teori Evolusi melalui seleksi alam dalam bukunya The Origin of Spesies, by Means of Natural Selection yang diterbitkan pada tahun 1859.

Darwin menyatakan bahwa seleksi alam merupakan faktor pendorong terjadinya evolusi. Pernyataannya itu didasarkan pada pengamatannya terhadap populasi alami dunia. Dia mengamati adanya beberapa kecenderungan berikut: jumlah keturunan yang terlalu besar (over reproduction), jumlah populasi yang selalu konstan (tetap), adanya faktor pembatas pertumbuhan populasi, dan perbedaan keberhasilan berkembang biak.

Setiap spesies mempunyai kemampuan untuk menghasilkan banyak keturunan setelah dewasa. Melalui proses reproduksi, populasi makhluk hidup dapat meningkat secara geometrik. Setiap individu hasil perkawinan memungkinkan mempunyai variasi warna, bentuk, maupun kemampuan bertahan diri di lingkungan. Varian yang adaptif akan tetap hidup dan berkembang, tetapi spesies yang tidak adaptif akan punah.

Beberapa faktor pembatas di alam yang mempengaruhi populasi di antaranya adalah makanan, air, cahaya, tempat hidup, dan sebagainya. Akibatnya, makhluk hidup harus berkompetisi dengan makhluk hidup lain untuk mendapatkan sumber daya yang terbatas tersebut. Beberapa faktor pembatas lainnya yang cukup serius pengaruhnya terhadap pertumbuhan populasi yaitu predator, organisme penyebab penyakit, dan cuaca yang tidak menguntungkan.

Tingkat kesuksesan perkembangbiakan juga menentukan pertumbuhan populasi makhluk hidup dan merupakan kunci dalam seleksi alam. Makhluk hidup yang paling adaptif adalah individu yang berhasil dalam perkembangbiakan. Sebaliknya, yang tidak berhasil akan mati prematur atau menghasilkan sedikit keturunan.

Lebih jauh dalam bukunya itu, Darwin mengemukakan bahwa individu-individu yang beradaptasi pada habitat mereka dengan baik akan mewariskan sifat-sifat unggul kepada generasi berikutnya. Darwin menyatakan bahwa sifat-sifat unggul atau menguntungkan ini lama-lama terakumulasi dan mengubah suatu kelompok individu menjadi spesies yang sama sekali berbeda dengan nenek moyangnya. Berdasarkan proses inilah akan terbentuk spesies baru.

Suatu contoh proses seleksi alam paling terkenal pada masa itu adalah mengenai populasi ngengat (Biston betularia) selama revolusi industri di Inggris. Pada awal revolusi industri di Inggris, kulit batang pohon di sekitar Manchester berwarna cerah. Hal ini mengakibatkan ngengat (Biston betularia) berwarna cerah yang hinggap pada kulit batang tidak mudah tertangkap burung pemangsa. Itulah sebabnya pada awal revolusi industri, populasi ngengat berwarna cerah lebih banyak daripada ngengat berwarna gelap. Keadaan itu berubah 180° setelah terjadi revolusi industri. Mengapa terjadi demikian?

Lima puluh tahun kemudian, kulit batang pohon menjadi lebih gelap akibat polusi udara. Keadaan itu sangat menguntungkan ngengat berwarna gelap karena saat hinggap di pohon tidak terlihat oleh burung pemangsanya. Sebaliknya, ngengat berwarna cerah mudah dilihat oleh burung pemangsa. Hal ini mengakibatkan populasi ngengat berwarna gelap lebih besar daripada ngengat berwarna cerah.

Mutasi Gen

Peristiwa mutasi gen dapat tidak menyebabkan perubahan pembentukan asam amino sehingga tidak menimbulkan efek yang berarti. Namun, jika mutasi gen menyebabkan perubahan pembentukan asam amino maka fungsi gen tersebut juga berubah. Perubahan fungsi ini dapat diamati melalui kelainankelainan yang terjadi pada individu yang mengalami mutasi.

Bagaimana peristiwa mutasi dapat menyebabkan terjadinya evolusi? Setiap sel makhluk hidup dapat mengalami mutasi setiap saat, tetapi tidak semua mutasi dapat diwariskan pada keturunannya. Mutasi yang terjadi pada sel soma (sel tubuh) tidak akan diwariskan. Setelah individu yang mengalami mutasi meninggal maka mutasi yang terjadi juga akan menghilang bersamanya. 

Sementara itu, mutasi yang terjadi pada sel-sel kelamin akan diwariskan pada keturunannya. Adanya bahan-bahan mutagen dalam gonad dapat menyebabkan terjadinya mutasi pada sel kelamin jantan (sperma) dan sel kelamin betina (ovum). Dengan demikian, gen yang bermutasi akan selalu ada dalam setiap sel keturunan.

Setiap spesies makhluk hidup memiliki sifat genotip dan fenotip (fisik) yang berbeda. Gen-gen yang menentukan fenotip individu tersimpan di kromosom dalam nukleus. Gen-gen sendiri tersusun dalam DNA (asam deoksiribonukleat). Sementara itu, DNA disusun oleh nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen, gula deoksiribosa, dan fosfat. Perubahan yang terjadi pada susunan kimia DNA dapat mengakibatkan perubahan sifat individu. Perubahan ini disebut mutasi gen.

Sebagian besar mutasi bersifat merugikan karena mutasi dapat mengubah atau merusak posisi nukleotida-nukleotida yang menyusun DNA. Perubahan-perubahan akibat mutasi banyak menyebabkan kematian, cacat, dan abnormalitas, seperti yang dialami penduduk Hiroshima, Nagasaki, dan Chernobyl.

Kadang-kadang mutasi pada sel kelamin dapat mengakibatkan timbulnya sifat baru yang menguntungkan. Bila sifat baru tersebut dapat beradaptasi dengan lingkungannya maka individu tersebut akan terus hidup dan mewariskan mutasi yang dialaminya kepada keturunannya. Berdasarkan anggapan bahwa terdapat mutasi yang menguntungkan, muncullah teori Evolusi baru yaitu Teori Evolusi Sintetis Modern. Pada intinya teori ini memasukkan konsep mutasi pada teori Seleksi Alam Darwin. Oleh karena itu, teori ini juga dikenal sebagai Neodarwinisme. Teori ini berkembang pada 1930–1940.

Jika mutasi selalu terjadi pada sel kelamin dari generasi ke generasi dapat menyebabkan susunan gen dalam kromosom generasi pendahulu sangat berbeda dengan generasi berikutnya. Peristiwa itu memungkinkan timbulnya individu atau spesies baru yang sangat berbeda dengan generasi pendahulunya. Menurut pendapat beberapa ilmuwan (evolusionis), perubahan pada struktur kromosom yang bersifat menguntungkan akan mengakibatkan munculnya spesies baru.

Kemunculan spesies baru yang lebih baik ini tergantung dari angka laju mutasi. Angka laju mutasi adalah angka yang menunjukkan jumlah gen yang bermutasi yang dihasilkan oleh suatu individu dari suatu spesies. Besarnya angka laju mutasi sebuah alel gen sebesar 1–10 untuk setiap 100.000 pembelahan sel.

Frekuensi Gen dalam Populasi

Frekuensi gen adalah frekuensi kehadiran suatu gen pada suatu populasi dalam hubungannya dengan frekuensi semua alelnya. Dalam genetika, populasi berarti kelompok organisme yang dapat saling kawin dan menghasilkan keturunan yang fertil.

Misalnya dalam suatu populasi terdapat gen dominan (A) dengan alel gen resesif a. Perkawinan antara induk galur murni AA dengan aa, menghasilkan keturunan F1 dengan genotip Aa. Pada keturunan F2 menghasilkan perbandingan genotip atau keseimbangan frekuensi gen dalam populasi (F2) = AA (homozigot dominan) : Aa (heterozigot) : aa (homozigot resesif) = 25% : 50% : 25% atau 1 : 2 : 1. Pada keturunan berikutnya (F3) ternyata menghasilkan perbandingan genotip seperti keturunan F2, yaitu AA : Aa : aa = 1 : 2 : 1. 

Jadi, apabila setiap individu dari berbagai kesempatan melakukan perkawinan yang sama, yang berlangsung secara acak serta setiap genotip mempunyai viabilitas yang sama, perbandingan antara genotip yang satu dengan yang lainnya dari generasi ke generasi tetap sama.

Perbandingan frekuensi gen dapat mengalami perubahan sehingga perbandingan frekuensi gen tidak dalam keadaan seimbang. Perubahan perbandingan frekuensi gen di dalam suatu populasi dapat disebabkan oleh mutasi, seleksi alam, emigrasi dan imigrasi, rekombinasi dan seleksi, isolasi reproduksi, dan domestikasi.

Variasi genetik dalam populasi alamiah sempat membingungkan Darwin. Hal ini terjadi karena reproduksi sel belum dikenal. Akan tetapi, pada tahun 1908 kebingungan itu terjawab oleh G.H. Hardy seorang matematikawan Inggris dan G. Weinberg seorang fisikawan Jerman. Hardy dan Wienberg menyatakan bahwa dalam populasi besar di mana perkawinan terjadi secara random dan tidak adanya kekuatan yang mengubah perbandingan alela dalam lokus, perbandingan genotip alami selalu konstan dari generasi ke generasi.

Pernyataan tersebut dikenal dengan hukum Perbandingan Hardy-Weinberg. Adanya perubahan keseimbangan frekuensi gen dalam suatu populasi memberi petunjuk adanya evolusi. Hukum Hardy-Weinberg berlaku jika memenuhi beberapa persyaratan berikut.

a. Tidak terjadi mutasi.

b. Terjadi perkawinan secara acak.

c. Tidak terjadi aliran gen baik imigrasi maupun emigrasi.

d. Populasi cukup besar.

e. Tidak ada seleksi alam

Secara matematis hukum Hardy-Weinberg dirumuskan sebagai berikut.

(p + q)2 = p2 + 2pq + q2 = 1

Sebagai contoh alela gen A dan a, maka menurut persamaan di atas:

p2 = frekuensi individu homozigot AA

2pq = frekuensi individu heterozigot Aa

q2 = frekuensi individu homozigot aa

Bagaimana penerapan persamaan tersebut dalam menjawab permasalah genetika populasi? Perhatikan contoh berikut.

Misalnya dalam sebuah desa terdapat populasi 100 orang, 84% penduduk lidahnya dapat menggulung dan 16% lidahnya tidak dapat menggulung. Tentukan berapa jumlah penduduk yang heterozigot dan homozigot jika genotip penduduk yang lidahnya dapat menggulung Rr atau RR dan lidah yang tidak dapat menggulung bergenotip rr.

Penyelesaian:

RR = p2, Rr = 2pq, dan rr = q2

Frekuensi gen r

Rumus: p2 + 2pq + q2 = 1

r2 = q2 = 16% = 0,16

Oleh karena frekuensi untuk seluruh alela harus 1, maka p + q

= 1 sehingga frekuensi alela dominan (p) dapat dihitung:

p = 1 – 0,4 = 0,6 => p2 = 0,36

Selanjutnya 2pq = 2 × 0,6 × 0,4 = 0,48

Jadi, perbandingan antara genotip dominan homozigot (RR),

heterozigot (Rr), dan resesif homozigot (rr) adalah 36 : 48 : 16,

sedangkan frekuensi gen R = 0,6 dan gen r = 0,4. 

Hubungan Waktu dengan Perubahan Sifat Organisme

Di depan telah dijelaskan bahwa evolusi terjadi melalui beberapa mekanisme, yaitu seleksi alam dan mutasi gen. Menurut teori Evolusi, pada awalnya makhluk hidup tercipta tidak sempurna atau dalam kondisi primitif. Seiring dengan berjalannya waktu, makhluk hidup purba itu mengalami kemajuan-kemajuan. Kemajuan-kemajuan itu diperoleh karena adanya variasi genetik dalam populasinya. 

Variasi itu diperoleh melalui proses perkawinan. Individu-individu yang kebetulan mewarisi sifat unggul dari induknya akan tetap hidup dan dapat melangsungkan kehidupannya. Sebaliknya, individu yang tidak mewarisi sifat unggul akan tersisih dalam persaingan. Akibat paling parah dari individu ini akan mati dan akhirnya punah. Hal ini menunjukkan bahwa faktor seleksi alam sangat menentukan keberlangsungan hidup suatu individu.

Umur bumi diperkirakan hingga saat ini berkisar 5.000-an juta tahun. Selama itu pula di muka bumi terjadi perkembangan berbagai populasi dari berbagai jenis makhluk hidup. Berbagai jenis makhluk hidup itu diperkirakan berasal dari satu individu sebagai nenek moyang. Melalui proses evolusi, suatu populasi mengalami perubahan sifat (misalnya variasi genetik dan mutasi) sehingga dicapai bentuk makhluk hidup seperti sekarang.

Berdasarkan Gambar disamping, di depan tampak bahwa Deuterostoma merupakan nenek moyang Chordata yang diperkirakan muncul pada periode Cambrian di zaman Paleozoikum (544 juta tahun yang lalu). Seperti telah Anda pelajari di kelas X, bahwa filum Chordata memiliki ciri khas adanya notochord atau chorda dorsalis yang memanjang di sepanjang tubuh sebagai sumbu tubuhnya.

Diagram filogeni Chordata

Diperkirakan, pada awalnya Deurostoma berkembang menjadi Urochordata, Cephalochordata, Agnatha, dan Placodermi (sekarang telah punah). Perkembangan ini terjadi pada periode Cambrian dari tahun 544 sampai 505 juta tahun yang lalu. Bahkan Urochordata tidak mengalami perkembangan sejak zaman Cambrian hingga saat ini.

Klasifikasi Primata Ordo Primata dibedakan menjadi 13 familia berikut.1. Cheirogaleidae2. Lemuridae (lemur)3. Indriidae4. Daubentoniidae5. Lorisidae6. Galagidae7. Tarsiidae (Tarsius)8. Callitrichidae9. Cebidae (kera dunia baru)10. Cercopithecidae (kera dunia lama)11. Hylobatidae (gibon)12. Pongoidae (orang utan)13. Hominidae (gorila, simpanse, dan manusia)

Pada periode Ordovician masih di era Paleozoikum, garis perkembangan Chordata bercabang menjadi dua yaitu menjadi ikan bertulang rawan (Chondrichthyes) dan ikan bertulang sejati (Osteichthyes). Perubahan sifat yang mencolok pada kedua kelompok ini adalah adanya insang atau derivat insang pada Osteichthyes. 

Selanjutnya, pada akhir periode Silurian (438–408 juta tahun yang lalu), muncul kelompok hewan yang mempunyai kaki yaitu kelompok Reptilia. Kelompok ini berkembang dari garis ikan bertulang sejati (Osteichthyes). Pada akhir periode Carboniferous dari garis Amphibia muncul hewan berambut yaitu kelompok Mammalia. 

Masih dari garis Mammalia, pada periode Jurassic muncul kelompok baru hewan berbulu yaitu Aves. Hewan-hewan yang kita temui pada masa lampau (purba), tentu saja berbeda dengan hewan-hewan yang kita jumpai sekarang, walaupun hewan-hewan itu berasal dari kelompok yang sama. Perhatikan beberapa rekonstruksi hewan-hewan Reptilia yang diperkirakan hidup pada periode Jurassic. Bandingkan hewan-hewan tersebut dengan hewan-hewan modern.

Jadi, selama penciptaan makhluk hidup di bumi telah terjadi proses evolusi dalam waktu yang lama. Proses itu menyebabkan terbentuknya spesies-spesies baru yang berbeda sama sekali dengan nenek moyangnya, seperti yang kita lihat pada saat ini. Diagram filogeni Chordata (lihat halaman sebelumnya) belum menampakkan adanya spesies manusia, padahal manusia tersebar di seluruh dunia sebagaimana hewan dan tumbuhan. Bagaimanakah spesies manusia muncul? Manusia diperkirakan baru muncul sekitar 10 juta tahun yang lalu. Nenek moyang manusia diduga merupakan kelompok Primata yang muncul sekitar 60 juta tahun yang lalu. Perhatikan diagram filogeni Primata berikut.

Berdasarkan gambar di samping, spesies manusia berada satu garis dengan kemunculan orangutan sekitar 15 juta tahun yang lalu. Selanjutnya, sekitar 10 juta tahun yang lalu garis orang utan bercabang menjadi tiga yaitu kelompok gorila, simpanse, dan manusia. Perlu diketahui bahwa gorila, simpanse, dan manusia dikelompokkan dalam satu familia yaitu Hominidae.

Para ilmuwan mencoba mencari jawaban atas pertanyaan tersebut melalui penggalian fosil dan analisis terhadap fosil-fosil yang ditemukan. Fosil-fosil yang ditemukan dari beberapa lokasi penggalian diduga berasal dari salah satu anggota Primata yaitu dari familia Hominidae. Berikut merupakan tabel penemuan fosil-fosil yang diduga merupakan nenek moyang manusia.

Berdasarkan ciri-ciri fisik bangsa Indonesia, diperkirakan hasil pewarisan dari bangsa Australomelanesid. Bangsa ini keturunan dari Homo wajakensis.

Penemuan Fosil yang Diduga Anggota Familia Homidae

No.	Nama Fosil	Umur/Rentang Hidup	Tinggi Tubuh	Lokasi Penemuan
1	Australopithecus ramidus	4,4 juta tahun	1,30 – 1,55 m	Ethiopia
2	Australopithecus afarensis	3,18 juta tahun	1,05 – 1,50 m	Ethiopia
3	Australopithecus africanus	3 juta tahun	1,14 – 1,32 m	Afrika Selatan
4	Australopithecus boisei	2,5 – 1,7 juta tahun		Afrika
5	Australopithecus robustus	2,2 – 1,6 juta tahun		Afrika
6	Homo habilis	2,5 – 1,4 juta tahun	1,17 – 1,32 m	Afrika
7	Homo erectus	1,8 – 300 ribu tahun	1,60 – 1,78 m	Afrika, Asia, Eropa
8	Homo sapiens neanderthal	120 – 35 ribu tahun	1,55 – 1,65 m	Eropa, Asia Tengah
9	Homo sapien cro-magnon	30 ribu tahun	1,60 – 1,75 m	Prancis

Berdasarkan hasil penelitian, fosil manusia dapat dibedakan menjadi dua, yaitu manusia primitif dan manusia modern. Fosil Australopithecus sp. dan Homo erectus merupakan jenis manusia  primitif, sedangkan Homo sapiens merupakan jenis manusia modern. Manusia modern merupakan hasil evolusi dari manusia primitif, sedangkan manusia primitif sendiri merupakan hasil evolusi dari simpanse. 

Meganthropus palaeojavanicus merupakan manusia berukuran besar yang hidup di Jawa pada zaman kuno. Meganthropus mempunyai ciri berahang besar dan bergigi. Pakar Palaeontropologi, Prof. Dr. Teuku Jacob berpendapat bahwa Meganthropus melakukan evolusi adaptasi agar bisa tetap hidup di lingkungannya.

Manusia primitif umumnya mempunyai ciri-ciri berjalan menggunakan empat kaki, (kecuali Homo erectus yang mulai berjalan tegak menggunakan dua kaki), tengkorak lebih menyerupai kera, volume otak kecil (500–1.100 cc), dan belum mampu berbicara. Sementara itu, manusia modern sudah berjalan dengan dua kaki (bipedal), volume otak lebih besar (>1.200 cc), dapat berbicara, dan memiliki seni dan budaya.

Demikian materi "Mekanisme Terjadinya Evolusi (Seleksi Alam Mutasi Gen)", semoga bermanfaat.

Komentar →