Kehidupan di bumi pertama kali muncul di laut. pernyataan ini pertama kali dikemukakan oleh

Dari mana kehidupan dimulai? Bagaimana kehidupan bisa terbentuk? Inilah pertanyaan yang bisa dibilang belum ada jawabannya. Dan para ilmuwan pun masih terus mencari jawaban bagi pertanyaan yang satu ini.

Tidak mudah untuk menjawab bagaimana kehidupan dimulai. Sains mendasarkan dirinya pada bukti dan untuk mengetahui bagaimana kehidupan dimulai, maka harus ditelusuri kembali sejarah Bumi. Ini juga yang menjadi alasan manusia mencari planet serupa Bumi di Tata Surya. Jika memang kehidupan lain itu ada dan baru dimulai, maka para astronom bisa mengetahui bagaimana kehidupan terbentuk di suatu planet dan apakah pola yang sama terjadi di Bumi. Tapi jika belum, maka penelusuran kehidupan di Bumi bisa memberi petunjuk awal untuk mencari tanda-tanda kehidupan di planet lain.

Kehidupan sudah berakar sejak 4 miliar tahun di Bumi yang waktu itu baru saja terbentuk. Pada masa itu, Bumi merupakan planet yang jauh berbeda dari Bumi yang kita kenal sekarang. Bumi di masa awal terbentuk, merupakan rumah yang tidak seramah sekarang. Ia lebih keras, juga basah dan bermandikan sinar ultraungu lebih banyak dari sekarang. Kehidupan diyakini dimulai dari sel yang sederhana dan kemudian bertransformasi menjadi jamur, katak, gajah, manusia dan semua kehidupan yang ada di Bumi. Lagi-lagi pertanyaannya, bagaimana semua itu dimulai?

Karena kehidupan kompleks dimulai dari kehidupan sederhana di masa lalu, maka para ahli biologi pun melakukan penelusuran jejak kehidupan yang ada di masa awal Bumi. Artinya kehidupan tersebut haruslah mampu bertahan pada kondisi ekstrim ketika Bumi terbentuk.

Kehidupan dari dasar laut
Dari penelusuran itu, para ilmuwan berhasil menemukan mikroba yang bisa bertahan dalam kondisi yang sangat ekstrim pada suhu dan temperatur yang rendah maupun tinggi, termasuk juga pada kondisi asam, asin seperti air laut, basa dan logam berat dengan konsentrasi tinggi yang digologkan berbahaya bagi kehidupan masa kini. Mikroba yang ditemukan berasal dari berbagai jenis kehidupan di area sekitar sistem ventilasi hidrotermal di dasar laut.

Ventilasi hidrotermal atau lubang hidrotermal merupakan retakan di permukaan planet yang terbentuk akibat permasalahan air panas secara geotermal. Ventilasi hidrotermal biasanya ditemukan di area dekat gunung api aktif, area lempeng tektonik yang sedang bergerak terpisah, dasar lautan dan lokasi titik-titik panas di sebuah planet. Untuk pencarian kehidupan di Bumi, ventilasi hidrotermal yang dimaksud berada di dasar lautan.

Penelitian terbaru yang dilakukan oleh peneliti dari NASA Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California dan tim Dunia Es dari Institut Astrobiologi menunjukkan bahwa energi listrik yang dihasilkan secara alami di dasar laut memiliki kemungkinan untuk memicu terbentuknya kehidupan.

Berdasarkan penemuan tersebut dan berdasarkan teori dunia air, kehidupan terbentuk dalam mata air hangat di dasar laut saat lautan di seluruh Bumi sedang bergejolak. Ide ventilasi hidrotermal sebagai lokasi terbentuknya kehidupan diajukan pada tahun 1980, ketika ventilasi hidrotermal ditemukan di dasar laut dekat Cabo San Lucas, Meksiko. Ventilasi hidrotermal yang ditemukan tersebut dikenal sebagai Perokok hitam, yang merupakan lubang cairan asam yang panas.

Berbeda dari perokok hitam, lubang yang ditemukan dalam penelitian ini merupakan ventilasi hidrotermal yang lebih lembut, lebih dingin dan meresap dengan cairan basa di dalamnya sama seperti yang disimpulkan oleh Michael Russel pada tahun 1989.  Salah satu ventilasi basa ditemukan di Laut Atlantik Utara  pada tahun 2000 dan dikenal dengan nama kota yang hilang.

Menurut Russel, Kehidupan mengambil keuntungan dari kondisi yang tidak seimbang di planet, yang terjadi miliaran tahun lalu di ventilasi hidrokarbon basa.

Dalam teori lainnya, dinyatakan bahwa sup senyawa kimia yang menjadi bahan dasar pembentuk kehidupan terdapat di permukaan batuan di Bumi. Dalam beberapa model sup kimia, cahaya petir atau cahaya ultra ungu diduga merupakan pemicu kehidupan di dalam kolam.

Dalam teori dunia air yang dibangun Russel dan timnya, ventilasi hidrotermal yang hangat mempertahankan kondisi tidak setimbang terhadap kondisi di sekeliling yang merupakan lautan asam kuno. Lautan asam inilah yang diduga menjadi penyedia energi bebas yang memicu terbentuknya kehidupan.

Pada kenyataannya, ventilasi juga bisa menyebabkan terjadinya 2  ketidaksetimbangan kimia. Yang pertama adalah gradien proton. Gradien proton merupakan proton yang terkonsentrasi di luar cerobong ventilasi atau yang disebut juga membran mineral. Gradien proton bisa disadap sebagai energi sama seperti yang dilakukan stuktur sel dalam tubuh manusia yang kita kenal sebagai mitokondria.

Ketidaksetimbangan kedua melibatkan gradien listrik antara cairan hidrotermal dan lautan. Miliaran tahun lalu, saat Bumi masih muda, laut masih sangat kaya dengan karbondioksida. Saat karbon diksida dari lautan dan bahan bakar (hidrogen dan metana) dari ventilasi bertemu di dinding cerobong, maka terjadi transfer elektron. Reaksi tersebut memicu terbentuknya senyawa organik atau senyawa karbon kompleks. Senyawa inilah yang menjadi bahan dasar kehidupan yang kita kenal sekarang. Dan sama seperti gradien proton, proses transfer elektron juga terjadi di mitokondria.

Untuk bentuk kehidupan kompleks, enzim memegang peran penting untuk memicu terjadinya reaksi kimia. Di lautan kuno di Bumi, mineral bertindak seperti enzim, berinteraksi dengan senyawa kimia dan memicu terjadinya reaksi. Dalam teori dunia air, kedua mesin mineral yang berbeda tersebut diperkirakan telah ada di struktur dinding cerobong ventilasi.

Menurut Russel yang memimpin penelitian ini, mesin mineral bisa dianalogikan dengan mobil di masa kini. Mesin membuat mobil bisa bergerak dengan mengkonsumsi bahan bakar dan membuang asap. DNA dan RNA punya fungsi yang berbeda. Mereka bertindak seperti komputer di mobil yang memandu proses yang terjadi dan bukan menyebabkan terjadinya proses tersebut.

Salah satu mesin kecil diduga menggunakan mineral yang dikenal sebagai kerat hijau, yang bisa mengambil keuntungan dari gradien proton dalam menghasilkan molekul yang mengandung fosfat untuk menyimpan energi. Mesin lainnya diperkirakan bergantung pada logam langka yang disebut molybdenum yang punya nomor 42. Logam tersebut ada di tubuh manusia di dalam bermacam-macam enzim. Molybdenum berfungsi untuk membantu transfer dua elektron pada waktu bersamaan dan sangat berguna untuk mendorong reaksi kimia penting yang dibutuhkan.

Michael Russel sendiri sudah membuat teori dunia air dan terus menerus melakukan penelitian selama 25 tahun sejak misi wahana luar angkasa menemukan keberadaan lautan dan dasar laut dari batuan di Europa dan Enceladus. Teori awal mula kehidupan tersebut bukan saja untuk di Bumi tapi juga untuk planet batuan lainnya. Pengujian di Bumi bisa menjadi contoh untuk penerapan pada kondisi di planet lain.

Apakah ventilasi hodrotermal basa merupakan tempat dimana kehidupan menetas, masih terus menjadi pertanyaan. Dan perjalanan untuk memahami darimana datangnya kehidupan masih menjadi topik yang akan terus diteliti selama beberapa dekade berikutnya. Atau bahkan beberapa abad?

Gagasan Charles Darwin soal asal-usul kehidupan: 150 tahun kemudian surat yang ditulis pada 1871, bagaikan ramalan

Sumber gambar, Christoph Burgstedt/SPL/Getty Images

Keterangan gambar,

Wujud protein dilihat dari mikroskop

Charles Darwin punya beberapa ide bagus. Salah satu yang paling terkenal ialah teori evolusi melalui seleksi alam, yang menjelaskan banyak hal tentang kehidupan di Bumi yang kita ketahui sekarang. Tapi ia juga memikirkan banyak pertanyaan lainnya.

Dalam surat kepada seorang kawan, ia mengemukakan gagasan tentang bagaimana kehidupan pertama kali terbentuk. Kira-kira 150 tahun kemudian, surat itu tampak bagaikan ramalan.

Tidak seperti yang dipercayai kebanyakan orang, Darwin bukanlah orang pertama yang mengusulkan bahwa spesies berevolusi.

Gagasan bahwa populasi hewan berubah seiring waktu, sehingga misalnya jerapah saat ini memiliki leher yang lebih panjang daripada nenek moyang jauh mereka, banyak dibahas pada tahun 1800-an.

Kontribusi utama Darwin ialah menguraikan mekanisme perubahan itu: seleksi alam. Idenya ialah hewan dalam suatu spesies bersaing satu sama lain untuk mendapatkan makanan, tempat berlindung, dan pada akhirnya kemampuan untuk bereproduksi.

Hanya yang terkuat, artinya mereka yang paling bisa menyesuaikan diri dengan lingkungannya, yang akan sukses berkembang biak, sehingga sifat menguntungkan mereka akan diteruskan ke generasi berikutnya dan menjadi lebih umum.

• Evolusi yang memungkinkan terciptanya naga
• Ternate, pulau tempat ditulisnya teori evolusi
• Kisah ilmuwan Muslim yang temukan teori evolusi 1.000 tahun sebelum Darwin

Jadi, jika leher panjang adalah hal yang bermanfaat bagi jerapah, dari generasi ke generasi jerapah dengan leher yang lebih panjang akan berkembang biak hingga mencapai panjang leher yang optimal. Darwin mengemukakan hal ini dalam karyanya tahun 1859, On the Origin of Species.

Fakta evolusi menyimpan isyarat tentang bagaimana kehidupan dimulai. Evolusi memberi tahu kita bahwa spesies-spesies yang tampaknya berbeda pada hakikatnya merupakan kerabat jauh, diturunkan dari satu nenek moyang yang sama.

Misalnya, kerabat terdekat kita yang masih hidup adalah simpanse: nenek moyang kita bersama hidup setidaknya tujuh juta tahun yang lalu.

Lebih jauh lagi, setiap organisme hidup diturunkan dari satu populasi nenek moyang yang biasa disebut Leluhur Umum Universal Terakhir (Last Universal Common Ancestor, Luca). Mereka hidup lebih dari 3,5 miliar tahun yang lalu ketika planet ini baru terbentuk.

Namun, teori evolusi tidak memberi tahu kita tentang bagaimana kehidupan pertama terbentuk:.

Teori ini hanya memberi tahu kita mengenai bagaimana dan mengapa kehidupan yang ada saat ini berubah.

Bagaimana kehidupan bermula?

Penelitian mengenai asal usul kehidupan tidak dimulai sampai tahun 1950-an. Saat itu banyak ilmuwan yang menduga bahwa kehidupan dimulai di lautan.

Gagasan yang muncul kala itu ialah banyak bahan kimia berbasis karbon terbentuk di planet Bumi yang masih muda dan kemudian larut di lautan, menjadi kental dan terkonsentrasi. Teori yang dikenal sebagai teori "sup purba" ni diusulkan pada 1920-an oleh seorang ahli biologi Soviet bernama Alexander Oparin.

Pada tahun 1953, seorang mahasiswa muda Amerika bernama Stanley Miller menunjukkan bahwa asam amino, bahan penyusun protein, dapat terbentuk dalam suatu peralatan sederhana yang meniru kondisi atmosfer dan samudra di Bumi purba.

Sumber gambar, Getty Images

Keterangan gambar,

Charles Darwin menguraikan teorinya dalam sejumlah catatan pendek dalam surat kepada seorang kawannya pada 1871.

Gagasan bahwa kehidupan bermula di lautan terus berdengung selama beberapa dekade, tetapi ada masalah yang jelas. Lautan begitu besar, jadi kecuali bahan kimia berbasis karbon terbentuk dalam jumlah yang sangat banyak, mereka mungkin hanya akan mengambang selama bertahun-tahun dan tidak akan pernah bertemu satu sama lain.

"Anda akan memiliki begitu banyak air dan terlalu sedikit molekul," kata Claudia Bonfio dari MRC Laboratory of Molecular Biology di Cambridge, Inggris.

Salah satu teori alternatif yang banyak didiskusikan ialah kehidupan dapat dimulai dalam ventilasi alkali seperti yang ada di Kota Hilang di tengah samudra Atlantik. Di sana, air panas dan kaya mineral dari bawah dasar laut mengalir melalui bebatuan dan membentuk menara-menara berwarna putih.

Ventilasi adalah sumber energi kimia yang kaya sehingga bisa mendorong pembentukan organisme pertama. Tetapi menurut telaah yang diterbitkan pada Mei 2020, "sintesis langsung asam amino atau basa nukleotida" – keduanya penting bagi kehidupan yang kita kenali – "belum pernah ditemukan" dalam kondisi ventilasi alkali.

Ini membawa kita kembali pada Darwin.

Surat kepada kawan

Darwin tidak pernah menulis tentang bagaimana kehidupan dimulai dalam buku-bukunya, tetapi ia berspekulasi tentang hal itu secara pribadi.

Bukti utamanya ialah surat yang ia tulis, tertanggal 1 Februari 1871, kepada seorang teman karibnya, naturalis Joseph Dalton Hooker. Surat ini sekarang berusia hampir 150 tahun.

Surat itu pendek - hanya empat paragraf - dan sulit dibaca karena tulisan tangan Darwin yang acak-acakan.

Di dalamnya, setelah diskusi singkat tentang beberapa eksperimen terbarunya tentang cendawan, Darwin menguraikan permulaan hipotesisnya:

"Sering dikatakan bahwa semua kondisi untuk pembentukan organisme hidup pertama ada saat ini, dan mungkin selalu ada. Tapi jika kita bisa membayangkan senyawa protein terbentuk secara kimiawi di dalam kolam kecil yang hangat dengan kehadiran segala jenis amonia dan garam fosfat, cahaya, panas, listrik, dll., siap untuk mengalami perubahan yang lebih kompleks lagi; dewasa ini materi semacam itu [akan] langsung dimakan, atau diserap, yang tidak akan terjadi sebelum makhluk hidup terbentuk. "

Ini perlu sedikit penjelasan, sebagian karena beberapa gagasannya saling terkait: seolah-olah Darwin memikirkan hipotesisnya sambil menuliskannya. Tapi ide pokoknya cukup sederhana.

Darwin mengajukan gagasan bahwa kehidupan dimulai, bukan di lautan terbuka, tetapi di badan-badan air yang lebih kecil di daratan, yang kaya akan bahan kimia.

Pada dasarnya, ini mirip dengan gagasan "sup purba", dengan satu perbedaan: di dalam kolam, bahan kimia terlarut akan terkonsentrasi ketika air menguap pada siang hari yang terik. Sintesis bahan kimia kehidupan awal akan ditunjang oleh kombinasi cahaya, panas, dan energi kimia.

Dalam banyak hal, gagasan Darwin sangat tidak lengkap, tetapi ia tidak dapat disalahkan untuk itu. Ia menuliskannya sebelum penemuan asam nukleat seperti DNA, sebelum ahli biologi mendapatkan pemahaman apa pun tentang gen, dan ketika cara kerja sel hidup sebagian besar masih merupakan misteri.

Darwin membayangkan bahwa kehidupan dimulai dengan protein, tetapi tidak ada yang benar-benar tahu apa itu protein. Baru pada tahun 1902 para ilmuwan memahami bahwa protein adalah rantai asam amino.

Sumber gambar, Getty Images

Keterangan gambar,

Kehidupan mungkin bermula dari kolam-kolam seperti ini, karena zat-zat kimia penyusun kehidupan akan terkonsentrasi ketika air menguap pada siang hari.

Tetapi garis besar pokok teori itu masih dipertimbangkan hingga hari ini, dan banyak peneliti yakin bahwa itulah penjelasan terbaik yang kita punya tentang asal mula kehidupan.

Panas dan cahaya

Seorang ilmuwan yang meneliti tentang lingkungan kolam ialah Lena Vincent dari University of Wisconsin-Madison. Ia berusaha membuat kumpulan-kumpulan zat kimia yang menyalin diri mereka sendiri sebagai kelompok.

Contoh paling sederhana ialah sepasang zat kimia A dan B, dengan setiap zat mampu membuat yang lain, jadi A membuat B dan B membuat A. Pasangan zat kimia itu akan mampu memperbanyak diri sendiri, meskipun masing-masing tidak bisa melakukannya sendirian. Pada kenyataannya, kumpulan zat kimia tersebut lebih rumit dari itu, tapi prinsipnya sama.

Satu hal yang penting, Vincent menjalankan eksperimennya di permukaan mineral. Jika zat-zat kimia penting berada di permukaan mineral, "mereka lebih mungkin untuk bereaksi dan saling kontak satu sama lain," ujarnya.

Zat-zat kimia itu juga bisa berkompetisi untuk menempel pada mineral.

"Kami pikir itu bisa menciptakan lingkungan yang dibutuhkan untuk munculnya keunggulan kompetitif dan barangkali prekursor untuk evolusi." Kolam, karena sifatnya, dikelilingi oleh permukaan mineral seperti tanah liat.

Ada juga banyak bukti bahwa radiasi ultraviolet dalam sinar matahari dapat mendorong pembentukan bahan kimia penting pembentuk kehidupan — terutama RNA, asam nukleat mirip DNA yang dianggap sebagai komponen krusial dalam pembentukan kehidupan pertama.

Proses seperti itu hanya dapat terjadi di tempat-tempat yang cukup terang — yang lagi-lagi mengarah pada hipotesis perairan kecil, bukan laut dalam.

Salah satu penelitian kunci dalam membuktikan hipotesis ini dilakukan oleh John Sutherland dari MRC Laboratory of Molecular Biology di Cambridge, Inggris.

Pada tahun 2009 ia mendemonstrasikan bahwa dua dari empat blok pembangun RNA bisa terbentuk dari bahan-bahan kimia berbasis karbon sederhana, jika mengalami perlakuan sederhana seperti terpapar radiasi ultraviolet.

Sejak itu, ia telah menunjukkan bahwa bahan kimia yang sama, dengan perlakuan yang sedikit berbeda, juga dapat menjadi bahan penyusun protein, atau lipid yang menyusun membran luar sel.

"Ia perlahan-lahan bergerak menuju skenario lengkap untuk sintetis asam nukleat yang panjang dan kompleks," kata Kate Adamala dari University of Minnesota di Minneapolis.

Terakhir, kolam di daratan bisa kering hampir sepenuhnya selama periode tertentu ketika panas, kemudian terisi lagi ketika hujan. Siklus basah-kering itu bisa memberi dampak besar pada zat-zat kimia pembentuk kehidupan.

Sumber gambar, Getty Images

Keterangan gambar,

Para ilmuwan percaya bahwa genangan-genangan air lebih mungkin menjadi sumber kehidupan awal daripada samudera yang luas dan dalam.

Misalnya, eksperimen Sutherland tahun 2009 hanya berhasil membuat dua dari empat bahan penyusun RNA. Pada 2019, sekelompok peneliti di Jerman membuat keempat-empatnya sekaligus.

Mereka menaruh bahan kimia berbasis karbon sederhana dalam air panas di atas permukaan mineral dan berulang kali memaparkannya pada siklus basah-kering. Beberapa hari saja perlakuan ini sudah cukup untuk membuat bahan-bahan penyusun RNA.

Demikian pula, David Deamer dari University of California, Santa Cruz telah menunjukkan bahwa siklus basah-kering dapat mendorong pembentukan "protosel" sederhana, di mana molekul biologis seperti RNA menjadi diselimuti cangkang lipid.

Dan pada 2017 Valentina Erastova, sekarang di University of Edinburgh, menemukan bahwa asam amino saling terkait menjadi protein sederhana pada permukaan mineral yang mengalami siklus kering-basah.

Tempat lahir kehidupan

Deamer berpendapat bahwa "kolam mata air panas vulkanik yang berfluktuasi" adalah lingkungan yang paling mungkin sebagai tempat kehidupan dimulai.

Sutherland juga punya teori alternatif: kawah meteorit, dengan air yang mengalir di sisinya dan bertemu di kolam di bagian bawah. Tidak jelas skenario mana yang lebih masuk akal.

Selain itu, banyak peneliti yang lebih muda mengambil sikap untuk tidak berkomitmen pada satu skenario, dengan alasan kita belum cukup tahu tentang proses yang dapat memunculkan kehidupan untuk mengesampingkan apa pun. Khususnya, banyak peneliti masih serius mempertimbangkan hipotesis ventilasi alkali meskipun ada masalah dengan teori tersebut.

Bagaimanapun, yang jelas ialah ide Darwin sangat maju. Ia membayangkan kebutuhan berbagai zat kimia untuk terkonsentrasi dalam ruang kecil, dan kebutuhan sumber energi yang bisa mendorong reaksi kimia.

"Seperti banyak ide Darwin," kata Vincent, hipotesis kolam kecil yang hangat ini "sangat melampaui zamannya".

Darwin membuat satu argumen lain dalam suratnya. "Proses yang terjadi di dalam kolam kecil yang hangat itu bisa terjadi begitu mudah sehingga mereka terjadi setiap saat," kata Vincent.

Kita tidak melihatnya mungkin karena, kapanpun protein atau zat kimia sejenis terbentuk secara alami, bakteri yang lapar langsung memakannya.

"Kita bicara tentang asal-usul kehidupan seperti sesuatu yang terjadi jauh di masa lalu," kata Vincent. "Tapi ini sesuatu yang mungkin masih terjadi hingga saat ini."

—

Anda bisa membaca versi bahasa Inggris artikel ini di BBC Future.