Mekanisme Evolusi Lengkap - Evolusi merupakan perubahan makhluk hidup dalam jangka waktu yang lama dan berlangsung perlahan-lahan. Perubahan ini terjadi dalam satu populasi dan diturunkan dari generasi ke generasi.
Dalam suatu lingkungan, sifat-sifat genetik menentukan keanekaragaman makhluk hidup, keanekaragaman ini meliputi struktur, tingkah laku, dan lain-lain. Jika terjadi perubahan materi genetik, maka terjadi perubahan sifat pada keturunanketurunannya. Hal ini menyebabkan munculnya spesies baru. Perubahan materi genetik ini disebut mutasi. Evolusi terjadi karena adanya mutasi dan seleksi alam.
1. Mutasi Gen Mutasi gen adalah perubahan kimia gen (DNA) yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan sifat suatu organisme yang bersifat menurun. Mutasi dapat terjadi dengan adanya pengaruh luar dan tanpa pengaruh faktor luar. Mutasi yang terjadi tanpa pengaruh faktor luar mempunyai dua sifat, yaitu sangat jarang terjadi, dan umumnya tidak menguntungkan.
Umumnya, mutasi jarang terjadi dan tidak menguntungkan. Mutasi merupakan mekanisme evolusi yang penting dan dapat membentuk spesies baru. Untuk mengetahui hal ini, perlu angka laju mutasi, yaitu angka yang menunjukkan jumlah gen yang mutasi dari seluruh gamet yang dihasilkan oleh suatu individu dari suatu spesies.
Angka laju mutasi suatu spesies umumnya sangat rendah karena faktor-faktor yang menyebabkan mutasi tidak dapat diramalkan secara pasti. Angka laju mutasi berkisar antara satu gen di antara dua ribu sampai jutaan gamet, atau rata-rata 1 : 100.000, artinya dalam setiap 100.000 gamet terdapat satu gen yang mampu bermutasi. Jadi, angka laju mutasi sangat kecil, tetapi merupakan mekanisme yang penting, karena:
a) setiap gamet mengandung beribu-ribu gen;
b) setiap individu menghasilkan ribuan sampai jutaan gamet dalam satu generasi; dan
c) jumlah generasi suatu spesies selama spesies itu ada banyak sekali.
Angka laju mutasi yang menguntungkan lebih kecil dari pada angka laju mutasi yang merugikan, yaitu perbandingan antara 1 dan 1.000, artinya dari 1.000 mutasi yang terjadi, satu di antaranya mutasi yang menguntungkan. Walaupun mutasi yang menguntungkan ini kecil, karena jumlah generasi selama spesies itu ada sangat besar, maka jumlah mutasi yang menguntungkan besar pula. Hasilnya, seperti pada contoh soal berikut:
1) angka laju mutasi per gen adalah 1 : 100.000
2) jumlah gen dalam individu yang mampu bermutasi adalah 1.000
3) perbandingan antara mutasi menguntungkan dengan mutasi yang terjadi adalah 1 : 1.000
4) jumlah populasi spesies adalah 300.000.000
5) jumlah generasi selama spesies itu ada adalah 6.000
Berapa hasil mutasi yang menguntungkan selama spesies itu ada?
Jawab:
1) Jumlah mutasi yang menguntungkan yang mungkin terjadi pada setiap individu: 1/100.000 × 1.000 × 1/1.000 =1/100.000.
2) Dalam setiap generasi akan terjadi mutasi gen yang menguntungkan 1/100.000 × 300.000.000 = 3.000.
3) Selama spesies itu ada, yaitu 6.000 generasi, mutasi yang menguntungkan adalah 3.000 × 6.000 = 18.000.000.
Jadi, jelas bahwa mutasi yang menguntungkan selama periode evolusi tertentu cukup besar. Sehingga, kemungkinan dihasilkannya spesies yang adaptif menjadi besar pula.
Yang termasuk mutasi yang menguntungkan adalah dihasilkannya spesies yang adaptif dan memiliki vitalitas dan viabilitas tinggi. Sedangkan, mutasi yang merugikan adalah dihasilkannya gen letal yang menimbulkan mutasi letal. Dihasilkan keturunan yang mempunyai viabilitas dan fertilitasnya rendah dan keturunan yang tidak adaptif.
Gen-gen mutan yang merugikan, umumnya bersifat resesif sehingga peristiwa mutasi hanya
akan tampak apabila dalam keadaan heterozigot. Hal ini menunjukkan bahwa seleksi alam hanya bekerja terhadap individu homozigot.
a. Frekuensi gen dan genotip di dalam populasi
Frekuensi gen adalah perbandingan antara gen atau genotip yang satu dengan gen atau genotip yang lain di dalam satu populasi. Misalnya, dalam suatu daerah terdapat populasi tanaman berbunga merah MM dan tanaman berbunga putih mm, yang sama-sama adaptif. Apabila diadakan persilangan, maka akan diperoleh tanaman dengan fenotip dan genotip tertentu.
2. Hukum Hardy-Weinberg
Hukum Hardy-Weinberg menegaskan bahwa frekuensi alel dan genetik dalam suatu populasi (gene pool) selalu konstan dari generasi ke generasi dengan kondisi tertentu. Hal ini, dikemukakan oleh Godfrey Harold Hardy (ahli matematika dari Inggris) dan Wilhelm Weinberg (dokter dari Jerman). Kondisi yang dimaksud oleh Hukum Hardy-Weinberg adalah:
1) Ukuran populasi harus besar
Pada populasi yang kecil, aliran genetik (genetic drift) merupakan kesempatan fluktuasi dalam gene pool dan dapat mengubah frekuensi alel. Jadi, ukuran populasi harus besar agar frekuensi alel dalam gene pool selalu konstan.
2) Ada isolasi dari populasi lain (tidak ada imigrasi dan emigrasi) Arus gen (gene flow) merupakan transfer alel antarpopulasi yang berhubungan dengan perpindahan individu atau gamet yang dapat merubah gene pool.
3) Tidak terjadi mutasi
Perubahan satu alel menjadi alel lainnya, mengakibatkan mutasi, hal ini dapat mengubah gene pool.
4) Perkawinan acak (random)
Jika individu-individu memilih pasangannya dengan sifatsifat tertentu (yang diturunkan), maka pencampuran secara acak gamet-gamet seperti yang diharapkan pada keseimbangan Hardy-Weinberg tidak dapat terjadi.
5) Tidak terjadi seleksi alam
Keberhasilan mempertahankan hidup dan reproduksi dapat mengubah gene pool karena mendukung adanya perpindahan beberapa alel dengan mengorbankan alel lainnya. Formulasi hukum Hardy-Weinberg dapat dijelaskan berikut ini.
Pada suatu lokus, gen hanya mempunyai dua alel dalam satu populasi. Apabila gen A = p, dan gen a = q, maka secara matematis menurut hukum Hardy - Weinberg hasil perkawinan Aa × Aa = F2 dapat dituliskan sebagai berikut:
Aa × Aa masing-masing membuat gamet ½ A dan ½ a,
akan menghasilkan frekuensi genotip anak sebagai berikut:
(1/2 A+1/2a)(1/2A+1/2a)=1/4AA+1/2Aa+1/4aa
Apabila A diganti p dan a diganti q, maka:
(½ A + ½ A) (½ A + ½ A)
= (½ p + ½ q) (½ p + ½ q)
= (¼ p2 + ½ pq + ¼ q2)
= p2 + 2pq + q2
Jadi, resiko genotip = p2 : pq : q2 = 1 : 2 : 1 karena A + a = 1,
maka p + q = 1, dan p2 + 1pq + q2 = 1.
b. Seleksi alam
Di danau buatan di Amerika Serikat pernah ditemukan jenis katak berkaki banyak dan jenis katak normal. Katak yang berkaki banyak fertilitasnya rendah atau mandul dan bersifat resesif. Sedangkan, katak berkaki normal mempunyai fertilitas normal dan bersifat dominan. Karena katak berkaki banyak bersifat mandul, maka katak ini dapat dihasilkan dari perkawinan antara katak berkaki normal heterozigot. Jadi, apabila katak berkaki normal heterozigot (Nn) dikawinkan dengan yang berkaki normal Nn, maka akan dihasilkan rasio keturunannya, sebagai berikut:
P Nn >< Nn
F NN : (Nn + Nn) : nn
25% : 50% : 25%
Katak yang bergenotif nn adalah mandul sehingga yang mampu menghasilkan keturunan yang bergenotif NN dan Nn, atau 75% dari seluruh populasi.
c. Emigrasi dan imigrasi
Spesies yang menghuni daerah terpisah oleh geografis tertentu, misalnya lautan. Keadaan ini tidak memungkinkan terjadinya perpindahan secara normal dari satu daerah ke daerah yang lain.
Sebagai contoh, spesies Xylocopa nobilis (kumbang kayu) yang dapat ditemukan di berbagai daerah di Pulau Sulawesi dan sekitarnya. Kumbang-kumbang tersebut menunjukkan perbedaan genetik.
d. Rekombinasi dan seleksi
Rekombinasi gen merupakan mekanisme penting untuk terjadinya evolusi. Rekombinasi genetik berlangsung melalui perkembangan generatif. Sehingga, reproduksi seksual merupakan faktor penting dalam proses evolusi.
Seleksi adalah usaha manusia memilih jenis hewan atau tumbuhan sesuai dengan keinginannya. Umumnya yang diseleksi atau dipilih adalah jenis yang bersifat unggul. Rekombinasi gen-gen yang terjadi, karena perkawinan silang merupakan suatu bahan mentah evolusi. Berdasarkan rekombinasi ini dimungkinkan terbentuknya varietas baru.
4. Timbulnya Spesies Baru
Setiap populasi terdiri atas kumpulan individu sejenis dan menempati suatu lokasi yang sama. Suatu individu dapat disebut anggota populasi apabila individu tersebut satu spesies dengan individu lainnya. Individu berbeda masih dapat disebut satu spesies apabila variasi-variasi yang ada tidak menjadi penghalang terjadinya pertukaran gen.
Pertukaran gen ini dapat terjadi melalui proses interhibridasi (persilangan). Jadi, perbedaam morfologi, fisiologi maupun tingkah laku tidak dapat dijadikan sebagai alasan untuk memisahkan dua populasi menjadi dua spesies yang berbeda. Terbentuknya spesies baru ini terjadi karena adanya isolasi geografi, isolasi reproduksi, domestikasi dan poliploidi. Untuk mengetahui proses terbentuknya spesies baru, mari cermati uraian berikut ini.
a. Isolasi geografi
Apabila beberapa varietas baru hasil dari suatu rekombinasi faktor genetik dan spesies tertentu menghuni tempat yang berlainan, maka mereka akan mengalami Keadaan alam yang terpisah ini menghalangi terjadinya hubungan reproduksi. Hambatan (barrier) seperti ini disebut isolasi geografi.
Isolasi geografi disebabkan oleh kondisi alam, seperti laut, gunung, dan gurun pasir. Isolasi geografi dapat memungkinkan terjadinya pemisahan dua populasi (alapatrih). Dua populasi ini dapat terbentuk karena masing-masing populasi terpengaruh akumulasi faktor ekstrinsik yang menyebabkan terjadi isolasi faktor-faktor intrinsik. Hal ini dapat memungkinkan terjadinya isolasi reproduksi.
b. Isolasi reproduksi
Isolasi reproduksi merupakan hambatan terjadinya perkawinan silang antara dua spesies simpatrik. Spesies simpatrik adalah dua spesies berbeda yang tinggal atau menghuni daerah yang sama. Isolasi reproduksi dapat terjadi melalui isolasi intrinsik. Mekanisme isolasi intrinsik dapat di bagi menjadi tiga macam, yaitu:
1) Mekanisme yang mencegah terjadinya perkawinan sehingga mencegah terjadinya fertilisasi. Isolasi reproduksi yang terjadi karena isolasi intrinsik, antara lain:
a) isolasi ekogeografi
b) isolasi habitat
c) isolasi iklim atau musim
d) isolasi perilaku
e) isolasi mekanik
2) Mekanisme yang mencegah terjadinya hibrida. Mekanisme ini beroperasi dengan mencegah terbentuknya hibrida. Isolasi reproduksi yang terjadi karena isolasi intrinsik, antara lain:
a) isolasi gamet
b) isolasi perkembangan
c) ketidakmampuan hidup suatu hibrida
3) Mekanisme yang mencegah kelangsungan hidup hibrida.
Isolasi reproduksi yang terjadi, antara lain:
a) kemandulan hibrida
b) eliminasi hibrida yang selektif
Untuk lebih memahami mekanisme intrinsik, mari cermati uraian berikut ini.
1) Isolasi ekogeografi
Bila dua populasi terpisah oleh hambatan fisik sehingga sulit untuk berhubungan, maka masing-masing populasi akan berkembang menyesuaikan diri dengan lingkungannya. Pada suatu ketika keturunannya akan berbeda, sebab masing-masing telah mengalami perubahan genetik karena pengaruh lingkungan. Bila suatu ketika dua populasi tersebut berada pada satu lingkungan, tidak akan mampu mengadakan hibridisasi, karena masing-masing tidak mampu menyesuaikan diri pada lingkungan yang baru.
Contohnya, tanaman Platanus occidentalis dan Platanus orientalis. Kedua populasi tidak dapat mengadakan penyerbukan secara alami, apabila dilakukan penyerbukan buatan dan menghasilkan keturunan ternyata fertil.
2) Isolasi Habitat
Isolasi habitat, yaitu isolasi reproduksi yang terjadi akibat dua populasi simpatrik memiliki habitat berbeda. Contohnya, katak jenis Bufo fowleri habitatnya di air tenang dan Bufo americanus habitatnya di kubangan-kubangan air hujan.
Apabila dua populasi tempat tinggalnya dicampur, masing-masing jenis akan lebih banyak kawin dengan sesama jenisnya dibanding perkawinan lain jenis. Apabila terjadi perkawinan lain jenis, ternyata keturunan yang dihasilkannya steril.
3) Isolasi iklim atau musim
Isolasi iklim, yaitu isolasi reproduksi yang terjadi apabila dua spesies simpatrik memiliki masa pemasakan kelamin pada musim yang berbeda. Sebagai contoh, Pinus radiata dan Pinus muricata yang banyak hidup di beberapa daerah di Amerika Serikat sebagai populasi simpatrik secara alami tidak pernah melakukan hibridisasi. Hal yang sama juga terjadi pada populasi simpatrik katak jenis Rana. Walaupun hidup pada daerah yang sama, tetapi tidak terjadi perkawinan atau hibridisasi lain spesies.
4) Isolasi perilaku
Isolasi perilaku, yaitu isolasi reproduksi yang terjadi apabila dua spesies simpatrik mempunyai pola tingkah laku kawin berbeda. Contohnya, perilaku kawin pada beberapa jenis ikan.
Ikan X1 : membuat sarang yang digantungkan pada tumbuhan lain. Sarangnya memiliki dua lubang, untuk masuk dan untuk keluar. Agar yang betina masuk ke dalam sarang, si jantan menari-nari dengan gerakan zig zag di depan si betina. Dengan sedikit dorongan, si betina masuk ke dalam sarang.
Ikan X2 : membuat sarang pada dasar perairan dan hanya memiliki satu lubang pintu. Agar si betina mau masuk ke dalam sarang, si jantan melakukan gerakan perkawinan di muka sarang, selanjutnya memaksa si betina untuk masuk ke dalam sarang.
Perbedaan perilaku kawin pada hewan dapat bersifat visual, artinya dapat dipertunjukkan dan dapat bersifat auditif atau berupa perbedaan suara. Bentuk perilaku kawin pada berbagai jenis hewan memiliki kekhasan sendiri-sendiri. Pada berbagai jenis, si jantan menarik pasangan dengan warna bulunya, suaranya, dan gerakannya. Untuk mencegah terjadinya keliru pasangan, pada itik jantan memiliki warna tertentu yang mencolok.
Bentuk perilaku hewan yang bersifat visual lainnya adalah berupa gerak. Bentuk ini dijumpai pada burung, kepiting, serangga, dan lain-lain. Kepiting jantan pada masa kawin menaikkan apit besarnya tinggi-tinggi dan mengangkat badannya sambil berjalan mengelilingi lubang tempat betina.
Cara mengangkat kaki, badan serta gerakan kepiting jantan berbeda-beda. Adanya perilaku yang khas, badan serta gerakan kepiting jantan berbeda-beda. Adanya perilaku yang khas ini agar hewan betina tidak salah memilih pasangan kawinnya. Pada jangkrik, hewan jantan menggunakan suara yang berbeda-beda. Hanya hewan betina pasangannya yang sangat mengenal suara hewan jantan pasangannya.
5) Isolasi mekanik
Isolasi mekanik, yaitu isolasi reproduksi yang terjadi apabila dua populasi simpatrik mempunyai bentuk morfologi alat reproduksi yang berbeda. Jadi, isolasi mekanik menyangkut struktur yang menyangkut peristiwa perkawinan. Isolasi mekanik pada hewan dapat terjadi, antara lain hewan jenis jantan berukuran jauh lebih besar dari betinanya. Selain itu, struktur alat kelamin jantan tidak sesuai dengan struktur alat kelamin betinanya. Dalam beberapa jenis hewan berlaku apa yang disebut sebagai "kunci dan gembok" (Lock and Key).
Pada hewan Myriapoda genus Brochoria, jenis jantannya memiliki bentuk alat kelamin yang bervariasi. Sedangkan, betinanya mempunyai bentuk yang serupa. Pada tumbuhan, isolasi mekanik ini pengaruhnya lebih nyata dibanding dengan hewan, terutama yang berkaitan dengan penyebar serbuk sari. Ada kekhususan bentuk bunga dalam hubungannya dengan hewan penyebar serbuk sari.
6) Isolasi gamet
Isolasi gamet, yaitu isolasi reproduksi yang terjadi apabila dua spesies simpatrik tidak dapat melakukan fertilisasi. Hal ini terjadi karena sel gamet jantan tidak mempunyai kemampuan hidup pada saluran kelamin betinanya.
Sebagai contoh, pada tanaman tembakau inti serbuk yang jatuh di kepala putik tidak dapat mencapai inti sel telur pada kandung lembaga atau ovula. Akibatnya, tidak terjadi fertilisasi. Pada percobaan inseminasi buatan menggunakan objek lalat buah, Drosophilavirilis, Drosophila americana dan Drosophila spesies lain, mekanisme isolasi gametnya bervariasi.
Bila spermatozoid Drosophila virilis diinseminasikan ke saluran telur Drosophila americana, ternyata dalam saluran sel telurnya terbentuk cairan penghambat sehingga spermatozoid tidak dapat bergerak. Pada percobaan lain terjadi mekanisme yang berbeda. Saat spermatozoid masuk ke saluran reproduksi saluran tersebut membengkak sehingga spermatozoid mati.
7) Isolasi perkembangan
Isolasi perkembangan, yaitu isolasi yang terjadi karena embrio hasil fertilisasi dua spesies simpatrik tidak dapat tumbuh dan segera mati. Isolasi seperti ini banyak dijumpai pada berbagai jenis ikan dan katak.
8) Ketidakmampuan hidup suatu hibrida
Beberapa jenis populasi simpatrik dapat melakukan perkawinan. Pembuahan maupun pembentukan embrio dapat berlangsung, tetapi hibridanya lemah, cacat atau mati sebelum mampu melakukan reproduksi. Dengan demikian, walaupun berlangsung perkawinan antara dua populasi simpatrik, tetapi tidak terjadi pertukaran gen. Peristiwa ini dijumpai pada tanaman tembakau. Isolasi seperti ini sering disebut terbentuknya bastar (hibrida) mati bujang.
9) Kemandulan hibrida
Keledai dengan kuda, atau kambing dengan biri-biri dapat dikawinkan dan dapat menghasilkan keturunan. Hibrida yang dihasilkan dapat hidup baik dan normal, tetapi tetap steril atau mandul. Dengan demikian, dua populasi simpatrik tersebut tidak terjadi pertukaran gen.
10) Eliminasi hibrida karena seleksi
Bisa terjadi dua populasi simpatrik melakukan perkawinan, dapat terjadi pembuahan, terbentuk embrio bahkan mampu menghasilkan hibrida yang fertil. Populasi hibrida karena salah pasangan ini, biasanya jauh lebih sedikit daripada hasil perkawinan populasi spesies. Akibatnya semua hibrida dapat terdesak sehingga lambat laun mengalami eliminasi (punah). Dengan demikian, lingkungan akan melakukan koreksi terhadap kekeliruan perkawinan tersebut.
b. Domestikasi
Domestikasi adalah usaha manusia untuk menjadikan hewan ternak dari hewan liar dan tanaman budi daya dari tumbuhan liar. Pada dasarnya, tindakan ini adalah memindahkan makhluk hidup dari lingkungan aslinya ke lingkungan yang diciptakan manusia. Tindakan ini dapat mengakibatkan timbulnya jenis-jenis hewan dan tumbuhan yang menyimpang dari aslinya yang mengarah terbentuknya spesies baru.
Sebagai contoh, kebiasaan seseorang untuk menyilangkan dua varietas tanaman atau hewan sejenis. Melalui tindakan penyilangan tersebut, pada zaman Darwin di Inggris pernah ditemukan 150 varietas merpati. Dari varietas tersebut ditemukan varietas yang mempunyai penampakan sangat berbeda, seolah-olah spesies lain. Ada burung dara yang kepalanya bermahkota, ada yang tidak.
Ada burung dara yang memiliki ekor mirip kipas dengan jumlah bulu ekor mencapai 40, sedangkan umumnya jumlah bulu ekor burung dara adalah 12. Adanya domestikasi menyebabkan terjadinya variasi yang mengarah terbentuknya spesies baru, misalnya pada anjing.
c. Terbentuknya spesies baru karena adanya poliploid
Pada tumbuhan, kadang meiosis berlangsung dalam keadaan tidak wajar. Misalnya, terjadi nondisjungsi atau gagal berpisah, terjadi pada anafase sehingga gamet yang dihasilkan membuahi atau dibuahi oleh sel gamet yang normal (haploid), akan menjadi keturunan yang triploid. Apabila keturunan semacam ini fertil dan dapat melakukan perkawinan dengan hibrida sesama tetraploid, maka tidak menutup kemungkinan dihasilkannya turunan yang poliploid. Dengan demikian, terbentuknya hibrida poliploid dapat terjadi karena dua hal, yaitu:
a) Autopoliploidi, yaitu peristiwa menggandakan kromosom tanpa diikuti pemisahan kromosom. Gagalnya pemisahan kromosom ini, antara lain disebabkan tidak terbentuknya benang spindel pada fase anafase. Akibat, tidak terbentuknya benang spindel, maka kromatid mengalami peristiwa gagal berpisah (nondisjunction).
Selain nondisjunction, autopoliploidi juga dapat terjadi karena adanya peristiwa penggandaan (doubling) dari kromosom. Peristiwa autopoliploidi ini ditemukan pada tanaman bunga Oenothera lamarchious. Individu normal memiliki 14 kromosom akibat autopoliploidi dihasilkan Oenothera gigas yang memiliki 28 kromosom. Jenis tumbuhan tersebut apabila mengadakan persilangan akan menghasilkan keturunan yang tetap steril. Jadi, keduanya merupakan spesies yang berbeda.
b) Allopoliploidi, yaitu terbentuknya poliploid dari persilangan dua individu yang jumlah sel kromosomnya berbeda. Apabila kromosomnya membentuk sinapsis, maka akan steril. Tetapi, apabila kromosomnya berpasangan, maka akan mampu berkembang biak atau fertil.
Biasanya, individu triploid (3n) tidak dapat melakukan interhibridisasi dengan kedua induknya sehingga dianggap sebagai spesies baru. Umumnya, keturunan yang terbentuk karena allopoliploidi lebih adaptif, lebih besar, dan lebih kuat. Apabila kondisi lingkungan tidak menguntungkan, maka yang akan terkena pengaruh adalah spesies diploidnya.
Daftar Istilah
Evolusi = suatu teori yang menjelaskan bahwa makhluk terbentuk secara tiba-tiba dari benda mati.
Evolusi Biokimia = suatu teori yang menjelaskan perubahan-perubahan secara perlahan-lahan tentang terbentuknya bahan-bahan organik dari bahan-bahan anorganik.
Evolusi Biologis = suatu teori yang menjelaskan perubahan makhluk hidup dari tingkat rendah ke tingkat yang lebih tinggi secara perlahan-lahan selama jutaan tahunan.
Fosil = sisa-sisa makhluk hidup yang berusia ribuan, bahkan jutaan tahun yang telah membatu. Fosil dapat berupa batu, dapat berupa tubuh yang diawetkan secara alami.
