Sebuah studi inovatif telah mengungkapkan bagaimana cyanobacteria—organisme yang bertanggung jawab untuk mengoksidasi Bumi—telah “mendaur ulang” alat genetik lama untuk membangun kerangka struktural baru. Para peneliti telah menemukan bahwa sistem yang pernah digunakan untuk mengatur DNA telah berevolusi menjadi struktur mirip sitoskeleton yang menentukan bentuk fisik sel.
Poros Evolusioner
Selama beberapa dekade, para ilmuwan memahami bahwa cyanobacteria adalah pionir fotosintesis oksigenik, yang mendorong terjadinya “Peristiwa Oksigenasi Besar” 2,5 miliar tahun yang lalu. Namun, penelitian baru dari Institut Sains dan Teknologi Austria (ISTA) menunjukkan bahwa organisme ini juga ahli dalam pemanfaatan kembali biologis.
Penelitian yang dipublikasikan di Science ini merinci bagaimana spesies Anabaena mentransisikan sistem protein khusus dari mekanisme penyortiran DNA sederhana menjadi jaringan struktural yang canggih. Penemuan ini memberikan pandangan real-time yang langka tentang bagaimana evolusi dapat memanfaatkan “mesin” biologis yang ada dan menjadikannya fungsi vital yang benar-benar baru.
Penemuan: Dari Plasmid hingga Membran
Terobosan ini dimulai dengan “pengamatan yang tidak disengaja” oleh peneliti Benjamin Springstein. Saat meninjau literatur, ia memperhatikan bahwa sistem ParMR —mekanisme yang biasanya digunakan oleh bakteri untuk memindahkan plasmid (potongan kecil DNA yang bergerak)—terletak pada kromosom utama Anabaena.
Pada sebagian besar bakteri, sistem tersebut bertindak seperti lengan mekanis kecil yang menarik DNA ke sisi berlawanan sel selama pembelahan. Namun, pengujian eksperimental mengungkapkan penyimpangan radikal dari norma ini:
- Tanpa Pengikatan DNA: Komponen protein ParR tidak lagi menempel pada DNA. Sebaliknya, ia menempelkan dirinya pada membran bagian dalam sel.
- Perancah Membran: Protein ParM tidak bergerak melalui bagian dalam sel; sebaliknya, ia berkumpul menjadi jaringan filamen tepat di bawah membran sel.
- Dukungan Struktural: Daripada bertindak sebagai “spindel” untuk materi genetik, sistem ini bertindak sebagai korteks sel, yang memberikan ketegangan dan bentuk internal.
Memvisualisasikan Kerangka “Baru”.
Untuk mengonfirmasi temuan ini, tim peneliti menggunakan mikroskop cryo-elektron untuk mengamati filamen pada tingkat molekuler. Mereka menemukan bahwa filamen ini menunjukkan “ketidakstabilan dinamis” – filamen tersebut tumbuh dan runtuh dengan cepat, suatu perilaku yang sangat mirip dengan mikrotubulus yang ditemukan pada sel eukariotik kompleks (seperti sel manusia).
Pentingnya sistem ini terlihat jelas ketika sistem ini dihapuskan. Tanpa jaringan protein ini, sel Anabaena kehilangan karakteristik bentuk persegi panjangnya, menjadi bulat dan bengkak. Hilangnya morfologi ini menegaskan bahwa peran utama sistem ini bukan lagi segregasi genetik, namun integritas struktural.
Evolusi “CorMR”
Karena fungsi barunya, para peneliti mengganti nama sistem menjadi CorMR. Analisis bioinformatik menunjukkan bahwa ini bukanlah sebuah lompatan mendadak, melainkan sebuah perjalanan evolusi bertahap:
1. Relokasi: Sistem berpindah dari plasmid seluler ke kromosom utama.
2. Modifikasi: Protein berubah ukuran dan struktur fisiknya.
3. Lokalisasi: Komponen memperoleh kemampuan untuk berikatan dengan membran lipid.
4. Integrasi: Sistem menjadi terintegrasi ke dalam jaringan kontrol seluler yang lebih luas.
Mengapa Ini Penting
Penelitian ini mengubah pemahaman kita tentang bagaimana kompleksitas muncul di alam. Hal ini menunjukkan bahwa evolusi tidak selalu perlu “menemukan” sesuatu dari awal; sering kali, ini hanya mengonfigurasi ulang apa yang sudah ada. Dengan mengubah alat penyortiran DNA menjadi kerangka struktural, cyanobacteria memperoleh kemampuan untuk mempertahankan bentuk kompleks, sebuah prasyarat bagi bentuk kehidupan multiseluler yang pada akhirnya mendominasi planet ini.
Kesimpulan: Studi ini menyoroti plastisitas sistem biologis yang luar biasa, membuktikan bahwa alat genetika purba dapat digunakan untuk mendorong evolusi struktural kehidupan itu sendiri.
