Leluhur Universal Terakhir sudah canggih. Mengikuti “paralog universal” pra-LUCA memungkinkan kita menghubungkan langkah-langkah pertama kehidupan di Bumi dengan pengalaman yang dapat diuji saat ini.
Selama beberapa dekade, LUCA — akronim bahasa Inggris untuk Last Universal Common Leluhur — dianggap sebagai titik terjauh yang dapat direkonstruksi oleh biologi dengan alat evolusi klasik.
Ketika kita kembali ke masa lalu, setelah dinosaurus, ledakan Kambrium, dan bentuk multiseluler pertama, narasi ilmiah terpusat pada organisme mikroskopis yang hidup sekitar empat miliar tahun yang lalu.
“Cakrawala” ini sepertinya menandai batas dari apa yang dapat disimpulkan dari pohon keluarga gen dan organisme.
Namun ada masalah: ketika para peneliti mencoba merekonstruksi genom LUCA dengan bioinformatika dan filogeni molekuler, makhluk “belum sempurna” tidak muncul. Alih-alih, LUCA muncul sebagai sel yang sudah canggih: metabolisme kompleks, kode genetik berdasarkan DNA dan ribosom — “pabrik” seluler yang bertanggung jawab untuk memproduksi protein.
Bagi sebagian ilmuwan, potret ini menimbulkan pertanyaan mendasar: jika LUCA sudah menjadi mesin seluler yang lengkap, maka fase menentukan asal usul kehidupan akan terjadi jauh lebih awal.
“Paralog Universal”
Sebuah pendekatan baru, yang didukung oleh Harun Goldman, Gregory Fournier e Betül Kaçarmengusulkan cara untuk mengintip masa lalu yang lebih dalam ini.
Dalam teks perspektif diterbitkan dalam Cell Genomics, penulis menyoroti potensi kelas gen langka yang mereka sebut “paralog universal” (paralog universal), yang berfungsi sebagai sejenis fosil molekuler.
Idenya adalah bahwa beberapa gen telah mengalami duplikasi sebelum LUCA ada. Kedua salinan tersebut – paralog – diwarisi oleh LUCA dan, lebih jauh lagi, terpelihara sepanjang evolusi di hampir semua cabang kehidupan saat ini, dari bakteri hingga manusia.
Biasanya, ketika merekonstruksi sejarah evolusi suatu gen, “batang” pohon berakhir di LUCA. Tidak ada titik acuan untuk memutuskan apa yang terjadi sebelumnya. Namun ketika ada dua versi kuno dari gen yang sama, yang hadir secara universal, maka menjadi mungkin untuk membandingkannya satu sama lain dan menyimpulkan karakteristik negara leluhur, pra-LUCA.
Fournier, ahli geobiologi di MIT terkenal, dikutip di sini oleh Sains ZMEmenggambarkan gen ini sebagai satu-satunya informasi yang mungkin bertahan tentang garis keturunan sel tertua. Goldman, sebaliknya, merangkum konsekuensinya: meskipun LUCA adalah organisme tertua yang dapat diakses melalui metode evolusi, beberapa gen dalam genomnya mungkin jauh lebih tua.
Apa yang diungkapkan “gen fosil” tentang kehidupan sebelum LUCA
Pola yang berulang adalah transisi dari protein generalis ke protein spesialis. Di dunia modern, enzim dan protein cenderung melakukan tugas yang sangat spesifik; di masa lalu, menurut penulis, jumlah tersebut akan mendominasi molekul yang lebih serbagunamampu melakukan banyak fungsi, meskipun kurang efisien.
Salah satu contohnya datang dari sistem penerjemahan kode genetik menjadi protein. Saat ini, dua protein berbeda membantu mengatur tahapan proses yang berbeda: inisiasi dan pemanjangan rantai protein. Namun dengan merekonstruksi nenek moyang protein ini sebelum LUCA, para peneliti menemukan bukti adanya bentuk yang lebih “polivalen”, yang mampu melakukan kedua peran tersebut sebelum duplikasi dan divergensi evolusioner menciptakan fungsi yang terpisah.
Dalam rekonstruksi, nenek moyang pra-LUCA yang terkait dengan leusin, isoleusin, dan valin akan memiliki selektivitas yang buruk: suatu enzim “promiscuous”, yang tidak dapat membedakan dengan baik asam amino ini. Kelangsungan hidup, pada tahap awal ini, mungkin tidak terlalu bergantung pada presisi dan lebih bergantung pada fleksibilitas.
Jadi: apakah kehidupan dimulai di dalam sel, atau sebagai serangkaian reaksi dalam “kaldu” kimia tanpa batas? Bagi ketiga peneliti tersebut, jenis gen yang muncul berulang kali dalam kategori ini menunjukkan adanya awal seluleritas. Paralog universal yang diketahui cenderung mengelompokkan tiga kemampuan penting: produksi protein, pemrosesan asam amino, dan yang terpenting, transportasi dan fungsi membran.
Di antara contoh yang dikutip adalah Signal Recognition Particle (SRP), suatu sistem yang mengarahkan protein ke membran sel. Nenek moyang pra-LUCA dari kompleks ini, menurut penulis, sudah mampu mengenali target membran dan bertindak sebagai reseptor. Bagi tim, kehadiran “pengangkut” kuno ini memperkuat gagasan bahwa organisme pra-LUCA adalah entitas yang terikat pada membran, bukan sekadar bahan kimia yang tersebar di lautan purba.
Goldman dan kolaboratornya telah merekonstruksi dan mensintesis protein leluhur terkait penyisipan membran di laboratorium dan mengamati bahwa mereka dapat berinteraksi dengan mesin produksi protein modern. Mengikuti paralog universal ini memungkinkan kita menghubungkan langkah pertama kehidupan di Bumi dengan pengalaman yang dapat diuji saat ini.
