Terobosan dalam dunia riset DNA kembali hadir,
kali ini dipersembahkan oleh para ilmuwan dari Center for GeoGenetics di Museum
Sejarah Alam Denmark (University of Copenhagen): Mengurutkan genom
paling tua yang pernah ditemukan dari peninggalan makhluk prasejarah.
Mereka melakukannya dengan mengurutkan dan menganalisis potongan pendek
molekul DNA yang masih bertahan dalam tulang seekor kuda yang terbaring beku
selama 700 ribu tahun dalam lapisan es di kawasan Yukon, Kanada.
Dengan melacak perubahan-perubahan genom
yang menggiring kuda liar prasejarah menjadi keturunan domestik, para
peneliti mengungkap komposisi genetik kuda modern dalam rincian yang belum
pernah ada sebelumnya.
Hasil spektakuler itu kini dipublikasikan dalam jurnal
ilmiah internasional Nature.
Molekul DNA dapat bertahan dalam
fosil meskipun organisme sudah lama mati. Tidak sebagai keseluruhan
kromosom, namun sebagai potongan pendek yang bisa disusun ulang layaknya puzzle.
Terkadang molekul-molekul ini cukup bertahan sehingga urutan lengkap genom
spesies yang sudah punah dapat dibangkitkan kembali, dan dalam tahun-tahun
terakhir ini, urutan genom lengkap dari manusia purba serta beberapa
hominin purba lainnya sudah berhasil dikarakteristikkan. Namun sejauh ini,
belum ada pengurutan genom yang berusia lebih dari 70.000 tahun.
Fragmen tulang Equus lambei, kuda purba yang hidup di zaman
Pleistosen Akhir dan membeku selama 700 ribu tahun dalam lapisan es di kawasan
Yukon, Kanada. (Kredit: D.G. Froese)
Kini, Dr. Ludovic Orlando dan Profesor Eske
Willerslev dari Pusat GeoGenetics berhasil mengerjakan rekor DNA tertua
sekitar 10 kali lipat. Dengan hasil kerja ini, mereka beserta para kolega
lainnya dari berbagai negara, mampu melacak perubahan-perubahan besar
genomik selama 700 ribu tahun terakhir dalam evolusi garis keturunan kuda.
Pertama, dengan membandingkan genom dari kuda
berusia 700 ribu tahun dengan genom kuda berusia 43 ribu tahun, kuda masa
kini yang masih berusia enam hari serta genom keledai, para
peneliti mampu memperkirakan seberapa banyak mutasi cepat yang
terakumulasi melewati waktu serta mengkalibrasi tingkat mutasi genom.
Dari hasil ini, ditemukan petunjuk bahwa
nenek moyang terakhir dari seluruh equidmodern (kuda, keledai
dan zebra) hidup sekitar 4 hingga 4,5 juta tahun yang lalu. Dengan
demikian, radiasi evolusioner yang mendasari asal usul kuda, keledai dan zebra,
dua kali lebih lama ke masa lalu dari yang diduga sebelumnya. Selain itu, hasil
pernanggalan terbaru ini menunjukkan beberapa episode fluktuasi demografis yang
bergolak dalam sejarah kuda, dalam fase di mana
terjadinya perubahan-perubahan iklim besar seperti pada zaman
Maksimum Glasial Akhir, sekitar 20 ribu tahun yang lalu.
Dua potong tulang
metapodial kuda berusia 700 ribu tahun, sebelum keduanya diekstraksi untuk
memperoleh DNA-nya. (Kredit: Ludovic Orlando)
Satu-satunya Kuda Liar di Dunia
Hasil riset ini juga mengakhiri perdebatan
panjang mengenai apa yang disebut sebagai Kuda Przewalski dari kawasan
padang rumput Mongolia. Populasi kuda ini ditemukan oleh orang-orang Barat
pada paruh kedua abad kesembilan belas dan secara cepat keberadaannya menjadi
terancam. Kuda ini nyaris punah di alam liar pada tahun 1970, namun akhirnya
tetap bertahan hingga kini berkat upaya konservasi secara besar-besaran. Asal
usul evolusioner kuda ini, yang menunjukkan perbedaan fisik yang mencolok
dengan kuda domestik, serta pasangan-ekstra kromosomnya, tetap menjadi misteri
di kalangan ilmuwan.
Para peneliti mengungkapkan bahwa populasi
Kuda Przewalski menjadi terisolasi dari garis turunan yang mengarah ke kuda
domestik masa kini sekitar 50 ribu tahun yang lalu. Para ilmuwan bisa
mendeteksi tingkat keragaman genetik yang sama dalam genom Kuda
Przewalski daripada dalam genom beberapa keturunan domestik, dan hal ini
menunjukkan bahwa Kuda Przewalski secara genetis memang layak memperoleh upaya
konservasi.
Satu-satunya kuda liar di dunia yang membutuhkan perlindungan.
Populasi hewan unik ini hampir mengalamikepunahan dan pada akhirnya berhasil
bertahan berkat upaya konservasi besar-besaran. (Kredit: Claudia FEh)
Single DNA Molecule Sequencing Helicos
Konteks geologis dan informasi penanggalan
yang sudah tersedia dalam riset ini memiliki akurasi yang sangat kuat dan
dibangun dalam kerja lapangan selama sekitar sepuluh tahun. Selain itu, kondisi
dingin seperti pada lapisan es di Kutub Utara, diketahui sangat menguntungkan
bagi kelestarian DNA. Meski demikian: “Pengurutan genom pertama dari zaman
Pertengahan Pleistosen bukanlah hal yang mudah,” tutur Dr. Ludovic
Orlando, yang menghabiskan sebagian besar tiga tahun terakhirnya dalam proyek
ini bersama tim riset.
Para peneliti awalnya bergairah saat mereka
mendeteksi keberadaan asam-amino yang paling melimpah dalam kolagen; hal
ini menunjukkan bahwa protein di dalamnya masih bertahan. Mereka bahkan lebih
bersemangat saat berhasil mengurutkan peptida kolagennya secara langsung.
Harapan yang menjanjikan kian nampak ketika terdeteksi adanya protein darah
meski protein ini nyaris menghilang. Pada tahap itu, bisa jadi DNA
purba pun masih bertahan.
Peninggalan langka dari masa lalu yang dirawat dengan setelan
khusus dan laboratorium yang bersih di University of Copenhagen. (Kredit:
Schlosser Mikal)
Dan DNA yang diharapkan memang ditemukan.
Dalam jumlah kecil; sebagian besar dari urutan yang dihasilkan sebenarnya
berasal dari lingkungan mikro-organisme yang hidup dalam tulang. Tetapi dengan
Single DNA Molecule Sequencing Helicos, para peneliti berhasil mengidentifikasi
ceruk molekul yang terawetkan di dalam tulang, ditambah dengan kondisi-kondisi
eksperimental yang memungkinkan pengerjaan urutan genom diselesaikan secara
penuh.
“Secara metodologis ini cukup
menantang, tapi beberapa parameternya jelas bekerja dengan lebih
baik dibanding yang lain. Namun pengurutan ini barulah setengah
jalan,” ungkap Profesor Willerslev, “Akibat evolusi selama 700 ribu tahun beserta
kerusakannya, ini bukanlah sesuatu yang datang tanpa adanya
modifikasi dalam urutan DNA itu sendiri. Kami harus meningkatkan kemampuan
kami dalam mengidentifikasi urutan kuda purba yang berbeda-beda dan
termodifikasi, caranya dengan menyelaraskannya dengan genom kuda
masa kini. Sebuah perhitungan yang menantang, terutama ketika tingkat
modifikasi DNA-nya berhaluan arah dengan yang terlihat pada semua kuda
Kutub Utara lainnya di zaman Pleistosen Akhir.”
Dua peneliti dari Centre for GeoGenetics di Museum Sejarah Alam,
Denmark, University of Copenhagen, yang memimpin proyek pengurutan genom: Dr.
Ludovic Orlando (kiri) dan professor Eske Willerslev. (Kredit: Uffe Wilken)
“Tingkat-tingkat modifikasi dasarnya sangatlah
tinggi, di beberapa wilayah bahkan sedemikian tingginya hingga setiap
sitosin tunggal mengalami kerusakan, dan posisi filogenetik kuda purba di luar
keragaman setiap kuda yang pernah diurutkan, memberikan bukti jelas bahwa
data ini nyata,” jelas Dr. Orlando.
Profesor Willerslev menambahkan: “Hasil
penelitian dan teknik yang sudah diterapkan ini membuka pintu baru bagi
eksplorasi makhluk-makhluk prasejarah. Sekarang, dengan genomik dan proteomik,
kita bisa mencapai sepuluh kali lebih jauh ke masa lalu dibanding sebelumnya
dan pengetahuan baru tentang sejarah evolusi kuda telah bertambah – sebuah
sejarah yang dianggap sebagai contoh klasik dalambiologi evolusioner dan sebuah topik yang
diajarkan di sekolah-sekolah dan perguruan tinggi.”
Tidak ada komentar:
Posting Komentar