Rahasia Asal-usul Kehidupan, Siklus Beku-Cair Bantu Sel Purba Tumbuh

BAGAIMANA kehidupan yang sangat kompleks bermula dari sekadar molekul sederhana? Pertanyaan mendasar dalam sejarah sains ini baru saja mendapatkan jawaban baru. Sebuah studi terbaru menunjukkan siklus pembekuan dan pencairan di Bumi purba kemungkinan besar menjadi motor penggerak tumbuhnya struktur sel primitif.

Penelitian yang dipimpin oleh Earth-Life Science Institute (ELSI) di Tokyo Institute of Science ini mensimulasikan kondisi lingkungan ekstrem masa lalu. Para ilmuwan menemukan bahwa gelembung lipid kecil, yang dikenal sebagai protisel, berperilaku berbeda tergantung pada komposisi membrannya saat menghadapi perubahan suhu.

"Zaman Es" Kecil yang Memacu Pertumbuhan

Sel modern memiliki sistem internal yang rumit, namun sel purba jauh lebih sederhana; hanya berupa kompartemen kecil yang membungkus molekul organik. Dalam eksperimen ini, tim peneliti membuat model sel primitif menggunakan tiga jenis fosfolipid berbeda untuk melihat bagaimana mereka merespons siklus beku-cair (freeze/thaw).

Baca juga : Teori Biogenesis: Asal Usul Kehidupan di Bumi

Hasilnya menunjukkan bahwa struktur membran menentukan segalanya. Lemak dengan ikatan tidak jenuh yang lebih banyak membuat membran lebih fleksibel. Hal ini memungkinkan protisel untuk menyatu (fusi) menjadi wadah yang lebih besar dan menangkap molekul DNA dengan lebih efisien.

Mekanisme Fusi dan Pertukaran DNA

Fusi antar kompartemen ini sangat krusial. Di Bumi purba, di mana molekul organik tersebar secara acak, penggabungan ini memungkinkan bahan-bahan kunci untuk bertemu dan bereaksi, menciptakan kimia yang lebih kompleks.

"Di bawah tekanan pembentukan kristal es, membran dapat menjadi tidak stabil atau terfragmentasi. Penataan lateral yang longgar akibat tingkat ketidakjenuhan yang lebih tinggi dapat memfasilitasi interaksi dengan vesikel di dekatnya, membuat fusi menjadi lebih menguntungkan secara energi," jelas Natsumi Noda, peneliti di ELSI.

Baca juga : Mengapa Bumi Menjadi 'Jackpot' Kimia bagi Kehidupan?

Menariknya, protisel dengan membran yang lebih cair terbukti lebih unggul dalam menjebak dan mempertahankan DNA, bahkan setelah melewati siklus suhu ekstrem yang berulang kali.

Lingkungan Es sebagai "Rahim" Kehidupan

Selama ini, ilmuwan sering fokus pada kolam air yang menguap atau ventilasi hidrotermal di dasar laut sebagai tempat lahirnya kehidupan. Studi ini menambahkan satu kemungkinan baru: lingkungan es.

Saat air membeku, kristal es mendorong molekul yang terlarut ke dalam ruang cair yang tersisa, sehingga mengonsentrasikan mereka. Proses ini meningkatkan peluang interaksi antar molekul. Namun, ada tantangan tersendiri; membran yang terlalu cair memang mudah menyatu, namun juga rentan bocor saat terkena stres suhu.

Menuju Evolusi Darwinian

Bagi sel purba, keseimbangan antara stabilitas dan kemampuan menyerap materi adalah kunci bertahan hidup. Komposisi membran yang paling sukses kemungkinan besar ditentukan oleh seberapa baik mereka beradaptasi dengan lingkungan sekitarnya.

"Dengan meningkatnya kompleksitas molekuler, sistem di dalam vesikel, yakni fungsi yang dikodekan oleh gen, pada akhirnya akan mengambil alih kebugaran protiselular. Hal ini kemudian mengarah pada munculnya sel primordial yang mampu melakukan evolusi Darwinian," pungkas Profesor Tomoaki Matsuura, peneliti utama dalam studi ini.

Temuan yang diterbitkan dalam laporan penelitian ELSI ini menunjukkan bahwa proses fisik sederhana seperti membeku dan mencair membantu memandu transisi besar dari benda mati menjadi sel pertama yang berevolusi. (Science Daily/Z-2)