Manusia telah lama menggaruk-garuk kepala untuk mencoba memahami bagaimana kehidupan muncul setelah Bumi terbentuk miliaran tahun yang lalu. Kini, para ahli kimia telah mengungkap sebagian resepnya dengan menciptakan senyawa kompleks yang penting bagi semua kehidupan—di laboratorium.
Sama seperti membuat bahan kue, para ilmuwan telah berhasil menciptakan senyawa penting untuk metabolisme semua sel hidup, yang penting untuk produksi dan pengaturan energi. Jalur ini, yang luput dari perhatian para ilmuwan selama beberapa dekade, melibatkan molekul-molekul yang relatif sederhana yang mungkin ada di awal Bumi dan bergabung selama berbulan-bulan pada suhu kamar.
Penemuan ini mendukung gagasan bahwa banyak bahan utama kehidupan dapat terbentuk dan digabungkan menjadi sel-sel hidup pada usia dini.
“Mengapa kita mempunyai kehidupan? Mengapa aturan kimia menyatakan bahwa kehidupan di sini terlihat seperti apa adanya? kata Matthew Powner, penulis utama makalah penelitian tersebut. Ini adalah “hanya pertanyaan paling fantastis yang dapat kami jawab”.
Walaupun penampilan organisme sangat berbeda, mereka terbuat dari bahan kimia dasar yang sama, yang disebut metabolit primer, yang terlibat langsung dalam pertumbuhan dan perkembangan sel. Contohnya termasuk asam amino yang membantu membangun protein dan nukleotida yang membentuk RNA dan DNA.
Eksperimen laboratorium baru berfokus pada asal usul metabolit primer lainnya: koenzim A, yang merupakan jantung metabolisme di semua bidang kehidupan (sebagai salah satu dari banyak fungsinya). Misalnya, senyawa tersebut memainkan peran penting dalam melepaskan energi dari karbohidrat, lemak, dan protein pada organisme yang membutuhkan oksigen, namun juga berfungsi fungsi metabolisme dalam bentuk kehidupan yang tidak membutuhkan oksigen, seperti banyak bakteri.
Secara khusus, Powner dan timnya berusaha menciptakan kembali fragmen tertentu dari molekul koenzim A yang disebut pantetheine. Pantetheine adalah bagian fungsional dari koenzim A, yang sering ditransfer dan memungkinkan reaksi kimia lainnya dalam tubuh kita. Anggota tubuh ini disebut kofaktor dan bertindak sebagai saklar ‘on’ – tanpanya koenzim tidak akan berguna.
“Semua proses metabolisme kita bergantung pada sebagian kecil dari kofaktor ini,” kata ahli biologi Aaron Goldman, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. “Hal ini membuat para ilmuwan berpendapat bahwa kofaktor ini mungkin mendahului enzim yang lebih besar dan lebih kompleks selama asal usul dan awal evolusi kehidupan.”
Beberapa ilmuwan, kata Goldman, berpendapat bahwa bentuk kehidupan awal mungkin telah menggunakan pantetheine untuk menyimpan energi sebelum evolusi mata uang energi yang lebih besar dan kompleks yang digunakan sel saat ini.
Jika demikian, misterinya tetap ada: dari mana asal pantetheine?
“Kita tidak bisa memutar kembali waktu. Kita tidak bisa kembali ke asal mula kehidupan. Kami tidak dapat menemukan sampel dari jangka waktu tersebut,” kata Powner, seorang profesor di University College London. “Satu-satunya potensi kita untuk benar-benar menyelesaikan masalah ini adalah dengan membangunnya kembali, memulai dari awal, membangun kembali sel, memahami apa yang diperlukan untuk membangun suatu organisme.”
Membangun pantetheine adalah tugas yang menantang. Pertama, molekul itu “tidak dapat diprediksi” menurut standar biokimia, katanya. Ia sangat mirip dengan struktur peptida (rantai asam amino) yang digunakan untuk membuat protein, namun ia memiliki banyak sifat aneh—elemen tidak biasa yang berada di tempat khusus—yang tampaknya memberikan struktur yang lebih rumit.
Senyawa ini sangat aneh sehingga para ilmuwan sebelumnya berpendapat bahwa senyawa ini terlalu rumit untuk dibuat dari molekul dasar. Yang lain telah mencoba menciptakan pantetheine dan gagal karena mereka mengira pantetheine tidak ada pada awal kehidupan. Banyak ilmuwan berpikir bahwa biologi akan menciptakan versi sederhana yang kemudian berkembang menjadi lebih rumit – seperti membangun gubuk dan kemudian mengubahnya menjadi rumah besar.
Meski demikian, tim tetap berangkat ke laboratorium. Mereka fokus terutama pada penggunaan bahan-bahan yang mungkin melimpah di masa awal Bumi, seperti hidrogen sianida dan air. Beberapa langkah pertama reaksi memakan waktu sekitar satu hari, namun langkah terakhir memakan waktu 60 hari, reaksi terlama yang pernah dilakukan laboratorium Powner. Tim akhirnya membatalkan tanggapan tersebut “sebagian karena kami bosan,” katanya. Tapi hasilnya banyak pantetheinenya.
Tim mengaitkan keberhasilan mereka, dibandingkan dengan penelitian lain yang gagal, dengan penggunaan senyawa berbasis nitrogen yang disebut nitril. Senyawa ini menyediakan energi yang sangat dibutuhkan untuk mempercepat reaksi. Tanpa nitril, seperti memiliki mesin pemotong rumput, namun tanpa gas.
“Saya pikir sangat mengejutkan bahwa belum ada yang mencobanya. Jika Anda mencampurkan semuanya, mereka akan bereaksi satu sama lain,” kata Jasper Fairchild, Ph.D. kandidat di University College London, yang memimpin percobaan. “Anda mungkin mengira akan ada kekacauan, tapi tidak. Anda baru saja mendapatkan pantetheine. Dan bagiku itu sangat indah.”
Pada masa awal Bumi, reaksi tersebut mungkin terjadi di kolam kecil atau danau air, kata para penulis. Namun, lautan yang luas kemungkinan besar akan melemahkan konsentrasi bahan kimia.
“Ini adalah contoh indah lainnya tentang bagaimana molekul kehidupan yang lebih kompleks, seperti koenzim, rentan terhadap pembentukan,” kata ahli kimia Joseph Moran, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.
Resep sederhana untuk molekul yang tampak rumit ini dapat membayangkan kembali bagaimana kehidupan dimulai di Bumi. Secara historis, kata Powner, para ilmuwan telah mengusulkan bahwa molekul biologis muncul secara bertahap – seperti dunia awal RNA, yang kemudian memunculkan protein dan bahan kimia lainnya.
Namun penemuan baru ini menunjukkan bahwa banyak bahan penyusun kehidupan bisa saja tercipta secara bersamaan dari bahan kimia dan kondisi dasar yang sama, menghasilkan protein, RNA, dan komponen lainnya sekaligus. Faktanya, penelitian tim sebelumnya menggunakan kondisi dan reaksi serupa untuk menciptakan nukleotida (yang membantu membuat DNA) dan peptida (yang membantu membuat protein). Bahan-bahan penyusun ini bisa bersatu, bereaksi satu sama lain, dan akhirnya mengarah pada munculnya kehidupan.
Pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana komponen-komponen ini terbentuk dan terikat satu sama lain suatu hari nanti dapat membantu para ilmuwan menciptakan kehidupan dari bahan statis di laboratorium atau bahkan di planet lain.
“Kita masih jauh dari mampu melakukan hal itu.” [from scratch] untuk membuat sel,” kata Powner. “Ini mungkin tidak terjadi dalam hidup saya, tapi kita sedang dalam proses memahami bagaimana molekul-molekul ini bekerja sama.”
Artikel ini adalah bagian dari Hidden Planet, sebuah kolom yang mengeksplorasi ilmu pengetahuan yang menakjubkan, tidak terduga, dan tidak konvensional tentang planet kita dan sekitarnya.
+ There are no comments
Add yours