- Bagian dua: Perpecahan dalam jajaran ilmuwan -
- Bagian tiga: mencari replikator pertama -
- Bagian empat: energi proton -
- Bagian lima: jadi bagaimana Anda membuat sel? -
- Bagian Enam: Unifikasi Besar -
Saat ini, kehidupan telah menaklukkan setiap sentimeter persegi bumi, tetapi ketika planet pertama kali terbentuk, itu adalah batu mati. Bagaimana dan kapan transisi landmark berlangsung? Bagaimana kehidupan dimulai? Seseorang hampir tidak dapat memikirkan pertanyaan yang lebih serius, besar dan kompleks. Sepanjang sebagian besar sejarah manusia, tidak ada yang meragukan bahwa ini adalah urusan para dewa. Penjelasan lain tidak terpikirkan.
Tidak lagi. Selama abad yang lalu, banyak ilmuwan mencoba mencari tahu di mana kehidupan pertama bisa dimulai. Mereka bahkan mencoba menciptakan kembali momen Penciptaan di laboratorium mereka: menciptakan kehidupan yang benar-benar baru dari awal. Sejauh ini, belum ada yang berhasil, tetapi kami telah menempuh perjalanan jauh. Saat ini, banyak ilmuwan yang mempelajari asal usul kehidupan yakin bahwa mereka berada di jalur yang benar - dan mereka memiliki eksperimen yang mendukung keyakinan mereka akan hal ini.
Ini adalah kisah upaya kita untuk mencari tahu asal usul kita yang sebenarnya. Ini adalah kisah tentang obsesi, perjuangan, dan kreativitas brilian yang membawa pada beberapa penemuan terbesar dalam sains modern. Keinginan untuk memahami asal mula kehidupan mengirim pria dan wanita ke pelosok paling terpencil di planet kita. Beberapa sarjana dianggap iblis dalam daging, sementara yang lain terus bekerja di bawah pengaruh pemerintah totaliter yang brutal.
Inilah kisah lahirnya kehidupan di Bumi.
Faktanya, dinosaurus hidup belum lama ini.
Hidup sudah tua. Dinosaurus - makhluk punah paling terkenal - muncul 250 juta tahun yang lalu. Tapi kehidupan dimulai jauh lebih awal.
Catatan fosil tertua yang diketahui berusia sekitar 3,5 miliar tahun, 14 kali lebih lama dari dinosaurus tertua. Tetapi catatan fosil dapat membawa kita lebih jauh. Misalnya, pada Agustus 2016 saja, para ilmuwan menemukan fosil mikroba berusia 3,7 miliar tahun.
Video promosi:
Pola bergelombang ini mungkin berusia 3,7 miliar tahun
Bumi sendiri tidak jauh lebih tua, usianya 4,5 miliar tahun.
Dengan asumsi bahwa kehidupan berasal dari Bumi - yang tampaknya masuk akal, mengingat kita masih belum menemukannya di tempat lain - maka ini pasti terjadi dalam miliaran tahun yang berlalu antara pembentukan Bumi dan munculnya fosil tertua yang diketahui.
Dengan mempersempit rentang waktu munculnya kehidupan, kita dapat membuat dugaan yang cerdas tentang bagaimana hal itu terjadi.
Pohon kehidupan: kebanyakan bakteri dan archaea
Sejak abad ke-19, para ahli biologi telah mengetahui bahwa semua makhluk hidup terdiri dari "sel": kantung kecil materi hidup yang datang dalam berbagai bentuk dan ukuran. Sel pertama kali ditemukan pada abad ke-17, berkat penemuan mikroskop pertama, tetapi perlu lebih dari seratus tahun untuk menyadari bahwa sel adalah dasar dari semua kehidupan.
Anda pasti tidak terlihat seperti ikan lele atau tyrannosaurus, tetapi mikroskop akan menunjukkan bahwa Anda terbuat dari sel yang hampir sama. Seperti tumbuhan dan jamur. Namun sejauh ini, bentuk kehidupan yang paling banyak jumlahnya adalah mikroorganisme, yang terdiri dari satu sel. Bakteri adalah kelompok yang paling terkenal dan dapat ditemukan di mana saja di Bumi.
Pada bulan April 2016, para ilmuwan mempresentasikan versi terbaru dari "pohon kehidupan": dalam arti tertentu, pohon keluarga dari setiap spesies yang hidup. Hampir semua cabang adalah bakteri. Selain itu, bentuk cabang-cabang ini menunjukkan bahwa bakteri adalah nenek moyang yang sama dari semua kehidupan. Dengan kata lain, setiap makhluk hidup - termasuk Anda - berasal dari bakteri.
Ternyata kita bisa lebih tepat mendefinisikan masalah asal usul kehidupan. Hanya dengan menggunakan bahan dan kondisi yang ada di Bumi 3,5 miliar tahun yang lalu, kita harus membuat sel.
Seberapa sulitkah itu?
Seluruh sel hidup
Eksperimen pertama
Sepanjang sebagian besar sejarah, tidak ada yang menganggap perlu untuk bertanya bagaimana kehidupan muncul, karena jawabannya tampak jelas. Sampai tahun 1800-an, kebanyakan orang percaya pada "vitalisme". Ini adalah gagasan intuitif bahwa makhluk hidup diberkahi dengan sifat magis khusus yang membedakannya dari benda mati.
Vitalisme sering dikaitkan dengan keyakinan agama. Alkitab mengatakan bahwa Tuhan menggunakan "nafas kehidupan" untuk menghidupkan kembali orang pertama, dan jiwa yang tidak berkematian adalah salah satu bentuk vitalisme.
Hanya ada satu masalah. Vitalisme benar-benar tidak masuk akal.
Pada awal 1800-an, para ilmuwan telah menemukan beberapa zat yang tampaknya unik bagi kehidupan. Salah satu senyawa tersebut adalah urea, yang ditemukan dalam urin dan dikeluarkan pada tahun 1799. Hanya ini yang masih cocok dengan konsep vitalisme. Hanya makhluk hidup yang mampu menghasilkan bahan kimia ini, jadi tampaknya mereka diisi dengan energi kehidupan dan ini membuatnya istimewa.
Tetapi pada tahun 1828, ahli kimia Jerman Friedrich Wöhler menemukan cara untuk membuat urea dari bahan kimia umum, amonium sianat, yang tidak memiliki hubungan yang jelas dengan makhluk hidup. Yang lain mengikuti, dan segera menjadi jelas bahwa bahan kimia kehidupan dapat dibuat dari bahan kimia sederhana yang tidak ada hubungannya dengan kehidupan.
Friedrich Wöhler, ahli kimia Jerman
Ini adalah akhir dari vitalisme sebagai konsep ilmiah. Tetapi orang merasa sulit untuk berpisah dengan gagasan ini. Bagi banyak orang, mengatakan bahwa tidak ada yang "istimewa" tentang bahan kimia kehidupan adalah seperti menghilangkan keajaibannya dari kehidupan, menjadikannya mekanis atau tanpa jiwa. Dan, tentu saja, itu bertentangan dengan Alkitab.
Bahkan para sarjana telah berusaha menyelamatkan vitalisme. Pada awal 1913, ahli biokimia Inggris Benjamin Moore dengan gigih mempromosikan teori "energi biotik", yang merupakan vitalisme yang sama, tetapi dengan nama yang berbeda. Ide ini memiliki nuansa emosional yang kuat.
Bahkan hari ini, bagaimanapun, ide ini terkadang muncul di sana-sini. Misalnya, banyak cerita fiksi ilmiah di mana "energi kehidupan" dapat ditingkatkan atau disedot. Pikirkan tentang "energi regenerasi" yang digunakan oleh Time Lords di Doctor Who. Tampaknya tidak biasa, tetapi ini adalah ide yang sangat, sangat tua.
Akan tetapi, setelah tahun 1828, para ilmuwan memiliki alasan yang kuat untuk mencari penjelasan yang "tidak bertuhan" untuk kemunculan pertama kehidupan. Tapi ternyata tidak. Tampaknya topik ini perlu diselidiki, namun nyatanya misteri asal mula kehidupan telah terabaikan selama puluhan tahun. Mungkin mereka masih terlalu terikat pada vitalisme untuk mengambil langkah selanjutnya.
Charles Darwin menunjukkan bahwa semua kehidupan diturunkan dari satu nenek moyang yang sama
Sebaliknya, lompatan besar dalam biologi pada abad ke-19 adalah teori evolusi yang dikembangkan oleh Charles Darwin dan lainnya.
Teori Darwin, yang dikemukakan dalam The Origin of Species pada tahun 1859, menjelaskan bagaimana semua keragaman kehidupan ini dapat muncul dari satu nenek moyang yang sama. Setiap spesies individu tidak lagi diciptakan oleh Tuhan, tetapi diturunkan dari organisme purba yang hidup jutaan tahun yang lalu: nenek moyang universal terakhir.
Ide ini ternyata sangat kontroversial, sekali lagi karena tidak sesuai dengan Alkitab. Darwin dan ide-idenya mendapat serangan dari sebagian orang Kristen yang marah.
Teori evolusi tidak mengatakan apapun tentang bagaimana organisme pertama kali muncul.
Darwin percaya bahwa kehidupan muncul di "kolam kecil yang hangat"
Darwin tahu bahwa ini adalah pertanyaan yang mendalam, tetapi - mungkin takut akan serangan baru dari gereja - dia berani membahasnya hanya pada tahun 1871. Nada ceria surat itu menunjukkan bahwa dia tahu arti yang dalam dari pertanyaan ini:
“Tapi jika (dan oh, betapa besar“jika”) kita bisa membayangkan kolam kecil yang hangat dengan semua jenis amonia dan garam fosfor - dengan cahaya, panas, listrik - di mana senyawa protein akan terbentuk secara kimiawi, siap untuk menembus lebih banyak lagi perubahan kompleks …"
Dengan kata lain, bagaimana jika pernah ada air yang terisi dengan senyawa organik sederhana dan bermandikan sinar matahari? Beberapa dari senyawa ini mungkin bergabung untuk membentuk zat setengah hidup seperti protein yang dapat mulai berkembang dan menjadi lebih kompleks.
Ide ini dangkal. Tapi dia membentuk dasar untuk hipotesis pertama tentang munculnya kehidupan.
Anehnya, hipotesis ini muncul di Uni Soviet.
Alexander Oparin tinggal dan bekerja di Uni Soviet
Selama masa Stalin, segalanya berada di bawah kendali negara. Bahkan gagasan orang, ahli biologi, tidak terkait dengan politik komunis. Hebatnya, Stalin sebenarnya melarang para ilmuwan mempelajari genetika konvensional. Sebaliknya, ia mempromosikan gagasan petani Trofim Lysenko, yang menurutnya lebih sejalan dengan ideologi komunis. Ilmuwan yang bekerja di bidang genetika dipaksa untuk secara terbuka mendukung gagasan Lysenko agar tidak berakhir di kamp.
Dalam lingkungan yang represif itulah Alexander Oparin melakukan penelitiannya di bidang biokimia. Dia bisa bekerja karena dia adalah seorang komunis yang setia: dia mendukung ide-ide Lysenko dan bahkan menerima Ordo Lenin, penghargaan tertinggi di era Soviet.
Pada tahun 1924 Oparin menerbitkan karyanya The Origin of Life. Di dalamnya, dia menguraikan visinya tentang asal mula kehidupan, yang sangat mirip dengan kolam hangat kecil milik Darwin.
Lautan terbentuk setelah Bumi mendingin
Oparin mencoba membayangkan seperti apa Bumi setelah pembentukan. Permukaannya sangat panas saat bebatuan jatuh dari angkasa. Gado-gado bebatuan setengah meluas yang mengandung sejumlah besar bahan kimia, termasuk yang berbasis karbon.
Akhirnya bumi menjadi cukup dingin sehingga uap air mengembun menjadi air cair dan hujan pertama mulai turun. Itu memenuhi lautan bumi, yang panas dan kaya akan bahan kimia berkarbon. Apa yang Anda butuhkan untuk hidup.
Pada awalnya, berbagai bahan kimia berinteraksi satu sama lain membentuk banyak senyawa baru, beberapa di antaranya bersifat kompleks. Oparin berpendapat bahwa molekul penting bagi kehidupan, gula dan asam amino, dapat terbentuk di perairan bumi.
Kemudian beberapa bahan kimia mulai membentuk struktur mikroskopis. Banyak zat organik tidak larut dalam air: misalnya, minyak membentuk lapisan di atas air. Tetapi ketika beberapa zat ini bersentuhan dengan air, mereka membentuk bola "coacervate" berbentuk bola, yang dapat mencapai diameter 0,01 sentimeter.
Jika Anda melihat coacervate melalui mikroskop, mereka berperilaku sangat mobile, seperti sel hidup. Mereka tumbuh dan berubah bentuk, terkadang terbagi menjadi dua bagian. Mereka juga bisa mengambil bahan kimia dari air di sekitarnya, sehingga bisa berakhir dengan bahan kimia yang mirip kehidupan. Oparin berpendapat bahwa coacervate adalah nenek moyang sel modern.
Lima tahun kemudian, pada tahun 1929, ahli biologi Inggris John Burdon Sanderson Haldane secara independen mengajukan gagasan yang sangat mirip dalam sebuah artikel pendek yang diterbitkan di Rationalist Annual.
Pada saat itu, Haldane telah berkontribusi banyak pada teori evolusi, membantu mengintegrasikan ide-ide Darwin ke dalam ilmu genetika yang berkembang.
Ahli genetika Inggris J. Haldane
Seperti Oparin, Haldane menggambarkan bagaimana bahan organik dapat terakumulasi di dalam air "sampai lautan purba mencapai konsistensi seperti sup encer yang panas". Ini akan mengatur panggung untuk "makhluk hidup atau setengah hidup pertama" yang terbentuk dan berakhir di lapisan tipis minyak.
Sangatlah penting bahwa di antara semua ahli biologi di dunia, hanya Oparin dan Haldane yang sampai pada hal ini. Gagasan bahwa organisme hidup dapat dibentuk melalui reaksi kimia sederhana, tanpa Tuhan atau bahkan "kekuatan hidup", adalah radikal. Seperti teori evolusi Darwin sebelumnya, itu juga merupakan tamparan di wajah agama Kristen.
Tapi itu sangat cocok dengan kerangka Uni Soviet. Rezim Soviet secara resmi ateis, dan para pemimpinnya dengan senang hati mendukung penjelasan materialistis apa pun untuk fenomena mendalam seperti kehidupan. Haldane juga seorang ateis dan komunis.
“Pada saat itu, penerimaan atau penolakan sebuah ide bergantung terutama pada individu: apakah dia religius, apakah dia mendukung ide-ide sayap kiri atau komunis,” kata pakar asal usul kehidupan Armen Mulkidzhanian dari Universitas Osnabruck di Jerman. “Di Uni Soviet, mereka diterima dengan sukacita, karena mereka tidak membutuhkan Tuhan. Di dunia Barat, jika Anda melihat orang-orang yang berpikir ke arah ini, mereka semua adalah kaum kiri, komunis, dan sebagainya."
Gagasan bahwa kehidupan terbentuk dalam kaldu primordial bahan organik menjadi hipotesis Oparin-Haldane. Dia rapi dan meyakinkan, tapi ada satu masalah. Dia tidak didukung oleh bukti eksperimental apa pun. Dan begitulah yang terjadi selama hampir seperempat abad.
Harold Urey
Pada saat Harold Urey tertarik pada asal usul kehidupan, dia telah memenangkan Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1934 dan membantu membuat bom atom. Selama Perang Dunia II, Yuri bekerja di Proyek Manhattan, mengumpulkan uranium-235 yang tidak stabil yang dibutuhkan untuk inti bom. Setelah perang, dia berjuang untuk menjaga teknologi nuklir di bawah kendali sipil.
Ia juga menjadi tertarik pada kimia ruang angkasa, khususnya, apa yang terjadi selama pembentukan tata surya. Dia memberi kuliah suatu hari dan mencatat bahwa mungkin tidak ada oksigen di atmosfer bumi saat pertama kali terbentuk. Ini adalah pelengkap sempurna untuk kaldu utama Oparin dan Haldane: bahan kimia yang rapuh dapat dihancurkan melalui kontak dengan oksigen.
Seorang mahasiswa doktoral bernama Stanley Miller berada di antara penonton dan kemudian mendekati Yuuri dengan sebuah pertanyaan: dapatkah ide ini diuji? Yuuri merasa skeptis, tapi Miller bersikeras sendiri. Jadi pada tahun 1952 Miller memulai eksperimen paling terkenal tentang asal usul kehidupan.
Eksperimen Miller-Urey
Pengaturannya sederhana. Miller menghubungkan serangkaian labu kaca dan menembakkan empat bahan kimia yang mungkin ada di awal Bumi: air mendidih, gas hidrogen, amonia, dan metana. Dia kemudian menyetrum gas untuk mensimulasikan sambaran petir yang umum terjadi di Bumi pada masa itu.
Miller menemukan bahwa "air dalam botol menjadi lebih merah muda secara signifikan setelah hari pertama, dan pada akhir minggu larutan menjadi merah dan keruh." Ternyata telah terbentuk campuran bahan kimia.
Setelah menganalisis campuran tersebut, Miller menemukan bahwa campuran tersebut mengandung dua asam amino: glisin dan alanin. Asam amino sering disebut sebagai bahan penyusun kehidupan. Mereka digunakan untuk membentuk protein yang mengontrol sebagian besar proses biokimia dalam tubuh kita. Miller membangun dua komponen penting kehidupan dari bawah ke atas.
Hasilnya dipublikasikan di jurnal bergengsi Science pada tahun 1953. Yuri melakukan sesuatu yang sangat tidak biasa bagi ilmuwan senior, mencabut namanya dari pekerjaannya dan memberikan semua pujian kepada Miller. Meskipun demikian, penelitian tersebut sering disebut sebagai percobaan Miller-Urey.
Stanley Miller di laboratorium
“Kekuatan Miller-Urey adalah Anda dapat menghasilkan banyak molekul biologis hanya dari atmosfer,” kata John Sutherland dari Molecular Biology Laboratory di Cambridge, Inggris.
Rinciannya ternyata tidak benar, karena penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa atmosfer bumi purba adalah campuran gas yang berbeda. Tapi itu tidak mengubah fakta. Eksperimen itu sukses, merangsang imajinasi publik dan meledak menjadi kutipan.
Setelah percobaan Miller, ilmuwan lain mulai mencari cara untuk membuat molekul biologis sederhana dari awal. Solusi atas misteri asal mula kehidupan sepertinya akan segera muncul.
Tapi ternyata hidup ternyata lebih sulit dari yang diperkirakan siapa pun. Sel hidup bukan hanya kantong bahan kimia: mereka adalah mesin kecil mungil. Tiba-tiba, membangun sel dari awal ternyata jauh lebih sulit daripada yang diperkirakan para ilmuwan.
ILYA KHEL
- Bagian dua: Perpecahan dalam jajaran ilmuwan -
- Bagian tiga: mencari replikator pertama -
- Bagian empat: energi proton -
- Bagian lima: jadi bagaimana Anda membuat sel? -
- Bagian Enam: Unifikasi Besar -
