Evolusi Biologi (Asal-Usul Prokariotik, Autotrof, Sel Eukariotik, Mitokondria dan Kloroplas)

Evolusi Biologi

Evolusi Biologi (Asal-Usul Prokariotik, Autotrof, Sel Eukariotik, Mitokondria dan Kloroplas) - Terbentuknya sel pertama kali di bumi diperkirakan terjadi sekitar 4 milyar tahun yang lalu. Sel yang terbentuk adalah sel heterotrof, yaitu sel yang memakan bahan makanan yang terdapat di sup prabiotik. 

Sel heterotrof ini melakukan respirasi anaerobik karena kadar oksigen waktu itu sangat rendah, tidak memiliki membran inti (prokariotik), tidak memiliki organel-organel seperti mitokondria, kloroplas, retikulum endoplasma dan mampu bereproduksi melalui pembelahan sel.

1. Asal-Usul Prokariotik

Sel primitif yang terbentuk pertama kali ialah sel prokariotik, yaitu sel sederhana yang tidak memiliki membran inti, hanya memiliki membran sel. Sitoplasma yang mengandung DNA, dan RNA, serta zat-zat organik dari lingkungannya sebagai makanan. Sel ini tidak mengandung mitokondria yang berfungsi menghasilkan energi. Sehingga, sel ini bersifat anaerobik. Hal ini sesuai dengan kondisi lingkungan saat itu yang miskin akan oksigen.

2. Asal-Usul Autotrof

Sel heterotrof primitif terus berkembangbiak sehingga bahan makanan berupa bahan organik terus menipis. Kondisi demikian memaksa sel membuat makanannya sendiri melalui adaptasi terhadap lingkungannya dengan cara membran plasmanya melekuk ke dalam, membentuk lembaran-lembaran fotosintetik untuk menangkap energi sinar guna membuat zat organik dari zat anorganik. Munculah sel autotrof sebagai akal bakal sel tumbuhan yang memungkinkan terjadinya fotosintesis. 

Proses fotosintesis menghasilkan oksigen. Makin banyak sel autotrof, makin banyak karbondioksida yang diperlukan dan makin banyak pula oksigen yang dikeluarkan. Proses fotosintes menyebabkan kadar gas karbondioksida di atmosfer makin berkurang. Sementara itu kadar oksigen semakin bertambah. Terbentuknya sel autotrof ini diperkirakan berlangsung selama 2 milyar tahun yang lalu.

3. Asal-Usul Sel Eukariotik

Organisme eukariotik diduga muncul sekitar 1,5 milyar tahun yang lalu. Organisme eukariotik diduga berasal dari organisme prokariotik yang melakukan evolusi, karena dalam sel prokariotik terdapat DNA. DNA merupakan materi genetik yang menentukan sifat organisme sehingga perlu dilindungi. Membran sel mengalami pelekukan ke dalam sehingga mengelilingi DNA. Membran bagian dalam bersatu membentuk membran nukleus dalam. Sedangkan, bagian luar menjadi membran nukleus luar. Jadi membran yang mengelilingi DNA merupakan membran rangkap.

Hipotesis ini berdasarkan kenyataan saat ini bahwa membran nukleus merupakan membran rangkap, dan membran luar nukleus memiliki hubungan secara langsung dengan membran sel melalui Retikulum Endoplasma (RE). Hubungan ini merupakan sisa-sisa membran plasma yang melekuk ke dalam. Dengan terbentuknya membran nukleus, terbentuklah sel eukariotik yang merupakan hasil evolusi dari sel prokariotik.

4. Asal-Usul Mitokondria

Mitokondria merupakan organel pernapasan sel. Kamu telah mengetahui bahwa sel pertama yang terbentuk adalah sel heterotrof yang merupakan sel anaerobik. Mengingat energi yang dihasilkan kecil, organisme berevolusi agar dihasilkan energi yang cukup banyak dengan cara melakukan respirasi secara aerobik melalui daur krebs. Jadi, respirasi aerobik muncul setelah respirasi anaerobik. Energi yang dihasilkan dari kedua respirasi dapat kamu lihat pada respirasi berikut ini.

Respirasi Anaerobik:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 21 kal

Respirasi Aerobik:

C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + 675 kal 

Jadi, yang terbentuk pertama kali adalah sel prokariotik anaerobik yang berevolusi menjadi sel prokariotik aerobik. Dengan demikian, terdapat beberapa macam sel, yaitu sel prokariotik anaerobik, sel prokariotik aerobik, dan sel eukariotik anaerobik. Selanjutnya, sel eukariotik anaerobik "menelan" sel prokariotik aerobik. Sel prokariotik itu hidup di dalam sel eukariotik dan melakukan simbiosis mutualisme sebagai sel inang, sel eukariotik mendapatkan energi dari sel prokariotik, sedangkan sebagai simbion, sel prokariotik mendapatkan asam piruvat dari sel inang.

Dalam perkembangan selanjutnya, sel prokariotik tersebut berubah menjadi mitokondria, yaitu organel penghasil energi yang terdapat di dalam sel. Simbiosis antara sel prokariotik aerobik dengan sel eukariotik anaerobik yang demikian itu dikenal sebagai endosimbions. Dasar dari dugaan ini dikarenakan pada saat ini:

a) Mitokondria memiliki dua membran, yaitu membran luar dan membran dalam. Membran luar diduga berasal dari membran sel inang yang melekuk ke dalam ketika menelan sel bakteri aerobik. Sedangkan, membran dalam diduga berasal dari membran bakteri aerobik.

b) Masih adanya bakteri aerobik yang memiliki mesosom sebagai penghasil energi. Diduga, sel prokariotik aerobik mirip dengan bakteri aerobik.

c) DNA mitokondria mirip dengan DNA prokariotik.

d) Polipeptida yang disintesis dalam mitokondria digunakan sendiri oleh mitokondria tersebut. Polipeptida ini berbeda dengan Polipeptida sel inang.

e) Mitokondria mampu membelah diri seperti halnya bakteri.

Untuk lebih memahami tentang asal-usul sel eukariotik, mari cermati Gambar di bawah ini.

5. Asal-Usul Kloroplas

Seperti halnya mitokondria, kloroplas juga terbentuk melalui endosimbiosis. Pada awal pertengahan kehidupan telah terbentuk sel autotrof yang diduga mirip dengan Cyanobakteri (bakteri biru) pada masa sekarang ini. Sel purba heterotrof yang bernapas secara aerobik dan memiliki membran inti, menelan sel autotrof yang mampu berfotosintesis.

Sel autotrof yang hidup di dalamnya mendapatkan karbon dioksida dan air dari sel inangnya, sementara itu sel inang mendapatkan oksigen dan hasil-hasil fotosintesis. Sel autotrof ini akhirnya menjadi kloroplas. Terbentuklah sel berkloroplas, berinti, memiliki mitokondria, yang merupakan cikal bakal sel tumbuhan.

Hipotesis endosimbiosis kloroplas ini dikemukakan berdasarkan kenyataan pada saat ini, bahwa:

a) Kloroplas memiliki membran rangkap dan membran luarnya mirip dengan struktur membran sel.

b) Ada beberapa fotosintetik (cyanobakteria) yang memiliki membrane fotosintetik, yang mirip dengan tilakoid pada kloroplas.

c) Di dalam kloroplas terdapat DNA yang juga dijumpai pada bakteri fotosintetik.

d) Kloroplas dapat bertambah banyak melalui pembelahan, seperti halnya bakteri.