EVOLUSI MIKROORGANISME: JEJAK EVOLUSI DI DUNIA MIKROKOPIS
Pendidikan Biologi Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
Email: 2224200060@untirta.ac.id
(Oleh: Siti Nur Allisa, Mahasiswa semester 6 kelas 6C)

Evolusi adalah perubahan karakteristik atau sifat yang diturunkan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Hal ini terjadi ketika sebuah gen ditransfer, yang menyebabkan variasi dalam populasi makhluk hidup. Menurut teori evolusi, semua spesies makhluk hidup berasal dari satu organisme yang sangat mendasar dan secara bertahap berevolusi menjadi organisme yang lebih kompleks. Konsep evolusi didasarkan pada gagasan bahwa makhluk hidup terus berubah dalam hal karakteristik fisik, perilaku, dan susunan genetiknya. Teori evolusi digagas pertama kali oleh biologi evolusioner sejak zaman Aristoteles, namun Darwin adalah ilmuwan pertama yang meletakkan dasar-dasar ilmiah teori evolusi, karena telah banyak terbukti mapan menghadapi pengujian ilmiah. Sampai saat ini. Konsep utama teoridarwin mengenai evolusi adalah tentang seleksi alam yang dianggap oleh mayoritas komunitas sains sebagai teoriterbaik dalam menjelaskan peristiwa evolusi. Evolusi dipengaruhi oleh mekanisme-mekanisme seperti aliran genetika, seleksi alam, mutasi, migrasi, dan pergeseran genetik. Faktor-faktor ini adalah akar penyebab perubahan berkala dalam suatu populasi. Hal ini menghasilkan perubahan genetik dan adaptasi lingkungan.
Pada teori evolusi dikatakan bahwa semua spesies makhluk hidup berasal dari satu organisme yang sangat mendasar/rendah/terkecil yang kemudian akan berevolusi secraa bertahap menjadi organisme yang lebih kompleks. Di alam semesta ini, banyak ekosistem baik di darat, air, maupun udara dan mikroorganisme inilah yang menjadi organisme/bentuk kehidupan paling kecil yang perannya sangat penting bagi kehidupan. Mikroorganisme adalah organisme yang sangat kecil, tidak terlihat dengan mata telanjang. Mereka terdiri dari berbagai jenis, termasuk bakteri, virus, jamur, dan protozoa. Meskipun ukurannya sangat kecil, keberadaan mikroorganisme sangat penting dalam menjaga keseimbangan ekosistem, dekomposisi materi organik, dan siklus nutrisi.
Organisme tertua atau yang paling awal menghuni bumi ini adalah prokariot. Organisme awalnya berasal dari sel protobiont yang merupakan sel purba hasil dari evolusi kimia-fisik. Kemudian prokariot terus-menerus berevolusi untuk beradaptasi dengan kehidupan awal di bumi yang kondisinya jauh berbeda dengan kondisi bumi saat ini. Suhu Bumi saat itu sangat tinggi, tidak ada oksigen atau lapisan atmosfer, dan vulkanisme yang sering terjadi melepaskan gas-gas berbahaya. Karena itu, Prokariot awal hidup di air, bukan di darat. Hal tersebut juga membenarkan teori bahwa kehidupan awal dimulai di lautan yang kaya akan bahan organik. Prokariot yang awal mula hadir di lautan yang kaya akan bahan organic menghasilkan keanekaragaman metabolisme sel-sel dan keanekaragaman cara makan. Prokariot merupakan organisme bersel tunggal yang paling mudah berkembang biak sehingga jumlah populasinya sangat banyak. Selain itu prokariot dapat hidup di hampir semua habitat, seperti air dingin, air panas, air asin, tanah, udara, dan habitat lain yang terbilang ekstrem. Prokariot merupakan nenek moyang makhluk hidup karena selama bermilyar-milyar tahun prokariot terus menerus bereevolusi dan menjadi cikal bakal bagi organisme bersel satu, eukariot sel hewan dan eukariot sel tumbuhan. Kemunculan prokariot di bumi yaitu sekitar 4,5 milyar tahun yang lalu di bumi. Hal tersebut dibuktikan dengan bukti evolusi berupa sisa-sisa fosil sel prokariotik yang berumur 3,5-3,8 milyar tahun lalu. Fosil tersebut ditemukan di dalam stromatolite (batuan berlapis yang dibentuk dari penggabungan sedimen mineral menjadi hamparan mikroba) dan batuan sedimen. Prokariot pertama mungkin bersifat anaerob dan sianobakteri aerobic yang mungkin muncul 2,5-3,0 milyar tahun yang lalu.
Prokariot dikelompokkan sebagai mikroba karena ukurannya yang sangat kecil/mikro. Pada saat ini, prokariot menghasilkan banyak manfaat bagi kehidupan, salah satunya memunculkan bermacam-macam jenis sel yang memiliki manfaat luar biasa. Sel-sel tersebut memberikan dampak positif dan negative bagi kehidupan saat ini. Sel yang memberikan dampak negative seperti bakteri yang menyebabkan penyakit pada hewan, tumbuhan, dan manusia, neamu Sebagian besar berperan penting bagi keberlangsungan hidup di bumi, misalnya prokariot yang dapat mengubah bahan-bahan dari organisme yang telah mati menjadi unsur kimia penting kemudian mengembalikannya ke lingkungan yang nantinya akan diserap oleh akar tumbuhan. Carl Woese dan kawan-kawan menyarankan bahwa organisme dibagi menjadi tiga domain, yaitu Eukaria (meliputi seluruh organisme eukariotik), Bakteria (meliputi prokariotik yang mempunyai rRNA bacterial dan lipid membrane terutama berupa diasil gliserol eter), dan Archaea (meliputi prokariotik yang mempunyai rRNA archaeal dan lipid membrane terutama berupa isoprenoid gliseral dieter atau turunan diglesrol tetrameter).
Pada system klasifikasi tradisional makhluk hidup dibagi ke dalam 5 kingdom berdasarkan perbedaan strukturalnya, yaitu monera, protista, plantae, fungi, dan animalia. Namun, setelah membandingkan urutan RNA ribosomal dan genom dari spesies yang hidup masa kini, evolusi prokariot terdapat dua cabang, yaitu: (1) Kelompok bakteria : dulu dinamakan Eubacteria. (2) Kelompok arkhaea : dulu dinamakan Archaeabacteria. Filogeni prokariot yang berasal dari nenek moyang bersama dan kemudian berevolusi menjadi arkhaea dan bakteria. Istilah bakteria atau bakteri umumnya digunakan dalam biologi sebagai acuan prokariot, namun demikian, bakteri maupun arkhaea secara structural dikelompokkan sebagai prokariot. Sebagian besar prokariot bersifat uniseluler, tetapi ada beberapa spesies yang membentuk kumpulan atau koloni; bahkan ada beberapa prokariot yang menunjukkan kecenderungan adanya pembagian tugas antara dua jenis atau lebih yang telah terspesialisasi sehingga menjadi koloni sejati.
Secara umum, prokariot memperoleh energi dengan dua cara, yaitu autotroph, dimana hanya memerlukan senyawa anorganik CO2 sebagai sumber karbon dan heterotroph, dimana memerlukan senyawa organic sebagai sumber karbon untuk menyusun senyawa organik lain. Prokariot dikelompokkan berdasarkan cara memperoleh energi, menjadi 1) fotoautotrof : memanfaatkan energi cahaya dan CO2 untuk mensintesis senyawa organik lain. 2) kemoautotrof : memerlukan CO2 sebagai sumber karbon dan mendapatkan energi dengan cara mengoksidasi bahan anorganik. 3) fotoheterotrof : menggunakan cahaya untuk menghasilkan ATP tetapi juga menggunakan senyawa karbon organic. 4) kemoheterotrof : memerlukan molekul organik untuk sumber energi dan karbon. Namun, Cara makan prokariot juga mengalami evolusi, sehingga ada bakteri yang untuk pertumbuhannya memerlukan media yang mengandung 20 jenis asam amino, senyawa organik, dan vitamin, misalnya Lactobacillus. Ada bakteri yang memerlukan medium yang mengandung glukosa, misalnya Escherichia coli.
Evolusi cara makan prokariot memainkan peran penting dalam perubahan lingkungan bumi purbakala. Pada awalnya, prokariot hidup sebagai parasit karena lautan purbakala kaya akan bahan organik. Dengan kemampuan berkembang biak, lautan purba cepat dipenuhi oleh prokariot dan banyak sel yang mati. Prokariot saprofit menguraikan bahan organik tersebut menjadi bahan anorganik yang dikembalikan ke lingkungan. Evolusi ini diikuti oleh evolusi metabolisme, yang menghasilkan keanekaragaman prokariot. Beberapa jenis prokariot awal, seperti sianobakteria fotosintetik, menggunakan pigmen penyerap cahaya matahari dan menghasilkan oksigen. Oksigen yang dihasilkan oleh sianobakteria ini mengubah lingkungan bumi, menyebabkan atmosfer menjadi kaya akan oksigen atau dapat disebut dengan peristiwa revolusi oksigen. Perubahan ini menyebabkan kepunahan prokariot anaerob yang tidak dapat beradaptasi dengan lingkungan baru. Namun, ada prokariot anaerob lain yang dapat bertahan hidup, sementara prokariot bersimbiosis dengan prokariot aerob, yang kemudian mengalami evolusi menjadi eukariot.
Adanya revolusi oksigen menjadi awal dari kemunculan protista (Eukariot). Sel yang hanya memiliki mitokondria akan berkembang menjadi sel hewan. Sel yang memiliki kloroplas dan mitokondria akan berkembang menjadi sel tumbuhan. Baik mitokondria maupun kloroplas berkembang menjadi organel dari sel eukariot. Protista mulai muncul di bumi sekitar 2 milyar tahun yang lalu dibuktikan oleh fosil tertua pada lapisan prekambrian. Fosil ini disebut acritarch. Semua jenis protista adalah eukariot. Protista sangat beragam ada yang uniseluler, tetapi ada pula yang multiseluler dalam bentuk koloni. Berdasarkan asal usul protista (eukariot) dari sel prokariot yang bersimbiosis, maka terdapat tiga domain yaitu domain Arkhaea, Bakteri, dan Eukarya.
Protista ditemukan di berbagai lingkungan, termasuk air, tanah yang lembab, sampah, dedaunan, dan habitat lembab lainnya. Protista juga berperan sebagai penyusun plankton, seperti fitoplankton yang merupakan komponen penting dalam ekosistem perairan. Beberapa jenis protista hidup dalam bentuk simbiosis dengan inangnya, yang dapat berkisar dari hubungan mutualistik hingga parasitik. Protista (eukariot) berbeda dengan prokariot karena protista memiliki inti sel (nukleus) yang terbungkus membran, mitokondria, kloroplas, sistem endomembran, dan sitoskeleton. Bukti-bukti yang mendukung evolusi prokariot menjadi eukariot adalah bahwa kloroplas dan mitokondria diduga merupakan evolusi dari bakteri prokariot yang bergabung secara endosimbiotik. Dugaan ini diperkuat karena baik mitokondria maupun kloroplas memiliki genom yang terdiri atas molekul DNA sirkuler, RNA, dan ribosom. Ribosom kloroplas mirip dengan ribosom prokariot, begitu pula ribosom mitokondria juga mirip dengan prokariot.
Klasifikasi yang dikemukakan oleh Robert Whittaker terdapat system klasifikasi 5 kingdom, yaitu: Monera, Protista, Plantae, Fungi, Animalia. Sistem 5 kingdom mengklasifikasikan semua organisme uniseluler satu kingdom yaitu protista. Sementara itu dalam sistem 8 kingdom terdapat perluasan pada kingdom monera dan protista. Dasar dari sistem 8 kingdom adalah bahwa sistem 5 kingdom dianggap sudah kuno, dan kingdom protista bersifat polifiletik (lebih dari dua nenek moyang). Sistem 8 kingdom juga memperkenalkan pemecahan kingdom protista menjadi tiga kingdom baru yaitu Arkhaeozoa, Protista dan Chromista. Dalam sistem domain, kelompok protista diuraikan lagi menjadi beberapa kelompok berdasarkan perbedaan yang muncul. Perbedaan pada kingdom protista menunjukkan bahwa telah terjadi perkembangan evolusi protista sehingga terbentuk keanekaragaman protista. Dalam sistem domain, kingdom protista diuraikan lagi menjadi 5 calon kingdom, yaitu: Kelompok Arkhaeozoa, Kelompok Euglenozoa, Kelompok Alveolata, Kelompok Stramenopila, dan Alga Merah.
Setelah mempelajari dan memahami materi mengenai evolusi mikroorganisme khususnya prokariot dan protista, saya menjadi lebih takjub dan bersyukur karena makhluk hidup berasal dari mikroorganisme yang bahkan ukurannya sangat kecil. Hal tersebut juga menjadi salah satu alasan saya mengapa saya memiliki materi ini. Evolusi mikrooragnisme khususnya prokariot membuat saya tertarik memilih materi ini karena mikrooragnisme merupakan makhluk hidup yang sangat awal hadir di bumi tepatnya di lautan, kemudian terus-menerus berevolusi sehingga menjadi organisme-organisme yang sangat kompleks dan bermanfaat bagi kehidupan. Evolusi prokariot memberikan pemahaman yang penting tentang pentingnya keberadaan mikroorganisme di bumi. Tanpa prokariot, bumi kita akan menjadi lautan sampah karena prokariot yang menguraikan sampah-sampah. Selain itu, evolusi prokariot juga menjelaskan bahwa perubahan yang terjadi dalam jangka waktu yang lama menghasilkan keanekaragaman sel, baik itu pada prokariot itu sendiri maupun pada sel eukariot yang kemudian berkembang menjadi organisme multiseluler. Kendala yang saya alami selama mengerjakan karya tulis dengan materi ini adalah sulitnya mencari referensi dan memahami perbedaan antara evolusi prokariot, protista, tumbuhan, bakteri, dan mikroba. Setiap jenis mikroorganisme terdapat beberapa perbedaan baik dari asal mulanya, filogeninya, dan bagaimana evolusinya. Hal tersebut membuat materi ini jadi materi yang sulit dan kompleks untuk dipahami. Upaya yang telah dilakukan adalah mencari referensi dan memahaminya dengan seksama serta membandingkan materi ini di referensi satu dengan referensi lainnya.
Ketika mempelajari ilmu evolusi khususnya evolusi mikroorganisme dapat menggunakan metode pendekatan filogenetik dengan menggunakan media bioinformatika yang menggunakan software dan algoritma yang sesuai. Metode ini menggunakan analisis filogenetik untuk membangun pohon evolusi dan menggambarkan hubungan kekerabatan antara mikroorganisme. Data genetik, seperti urutan DNA atau RNA, digunakan untuk mempelajari perubahan genetik dari satu generasi ke generasi berikutnya, serta untuk mengidentifikasi garis keturunan dan cabang evolusi. Menggunakan media informatika berupa web atau aplikasi dapat mempermudah dalam mempermudah untuk menganalisis data genetic mikroorganisme karena dengan alat dan Teknik komputasional, data genetic tersebut sudah tersedia dalam basis data public. Dengan data tersebut dapat dengan mudah membuat pohon filogenetik untuk melihat pemetaan dan analisis perubahan pada tingkat genetik mikroorganisme dari waktu ke waktu.
Untuk memudahkan pemahaman tentang ilmu evolusi selain dapat melakukan diskusi dalam pembelajaran di kelas, guru dapat menggunakan media dengan memanfaatkan teknologi bioinformatika yang mudah diakses sepert website NCBI, di dalam website tersebut terdapat data-data genetic yang dapat menjadi dasar membuat filogenetik spesies. Dengan menggunakan pembelajaran berbasis teknologi dapat membuat suasana belajar yang baru dan tidak membosankan. Pembelajaran dikelas dapat ditunjang dengan beberapa referensi bahan bacaan yang relevan seperti: “The Selfish Gene” yang ditulis oleh Richard Dawkins, bukunya menjelaskan tentang teori evolusi dari sudut pandang gen, kemudian ada buku “On the Origin of Species” On the Origin of Species” yang ditulis oleh Charles Darwin, buku dalam negeri terdapat “Buku Ajar Evolusi” yang ditulis oleh Amri, pada bukunya terdapat penjelasan-penjelasan secara umum pengertian evolusi, teori-teori evolusi, bukti-bukti evolusi, hingga evolusi-evolusi setiap spesies makhluk hidup. Selain pembelajaran dikelas, dalam memahami materi evolusi dapat dilakukan di luar kelas seperti penelitian di laboratorium dan mempublikasikan karya ilmiah. Kemudian dapat melakukan studi museum dengan mengunjungi beberapa museum yang sesuai dengan materi evolusi untuk melihat bukti-bukti evolusi serta sejarah-sejarah dari bukti evolusi tersebut, beberapa museum yang sesuai untuk pembelajaran evolusi adalah Museum Nasional Jakarta, Museum Zoologi Bogor, Museum Geologi Bandung, dan Museum Nasional Sejarah Naturalis (TMII)
Setelah mempelajari materi evolusi mikroorganisme kita dapat mengetahui bahwa Allah SWT telah merencanakan dan merancang semua makhluk hidup sedemikian rupa walau ke makhluk hidup terkecil sekalipun, kemudian dapat dipetik beberapa pelajaran dan value kehidupan seperti menjadi lebih bersyukur dan rendah hati karena mikroorganisme merupakan organisme paling awal di bumi dan cikal bakal terbentukanya sel-sel kompleks dan multiseluler yang bermanfaat bagi kehidupan. Selain itu mikroorganisme adalah organisme paling kecil di alam semesta bahkan tidak dapat dilihat langsung oleh mata telanjang tetapi menjadi organisme paling dibutuhkan bagi bumi.