Biologi: Mekanisme Evolusi

 

Apabila  perbandingan fenotif dalam suatu populasi tidak berubah dari generasi ke generasi, dapat dinyatakan bahwa frekuensi gen populasi tersebut dalam keadaan seimbang. Dengan kata lain proses evolusi dapat diartikan sebagai suatu perubahan komulatif frekuensi allel sejalan dengan waktu. Dasar mekanisme evolusi ialah seleksi alam dan penurunan genetik yang merupakan mekanisme akibat seleksi alam ,  mutasi gen , rekombinasi genetik dan aliran gen. Ada empat mekanisme utama evolusi, yaitu :

1.  Seleksi Alam

Pengertian

Alam mengadakan seleksi terhadap makhluk hidup yang ada di dalamnya. Hanya makhluk hidup yang dapat beradaptasi yang mampu bertahan hidup dan berkembang biak, sedangkan yang tidak mampu beradaptasi akan punah dan gagal melangsungkan kehidupannya.

Menurut Dawin terjadi evolusi karena adanya seleksi alam (faktor alam yang mampu menyeksi makhluk hidup. Adaptasi merupakan penyebab terjadinya seleksi alam (mekanisme seleksi alam). Faktor yang menyebabkan evolusi (mekanisme evolusi) adalah seleksi alam.

Seperti yang telah diketahui  dari waktu ke waktu komponen atau faktor Lingkunagn terus berubah. Contohnya perubahan iklim, perubahan geografis ataupun fluktuasi cadangan makanan dan sebagainya. Dalam situasi lingkungan yang demikian, individu yang sesuai dengan keadaan alam saja yang dapat bertahan, sedangkan yang tidak sesuai akan mati.

Terdapat keberhasilan perjuangan untuk hidup yang tidak sama antar individu, kenyataan itu dikarenakan adanya keanekragaman individu yang memilki ciri yang berbeda satu sama lain. Individu yang memilki ciri yang cocok dengan lingkungannya lebih berhasil dalam “perjuangan untuk hidup” . Siapa yang kuat, maka ialah yang menang atau lebih dikenal dengan istilah survival of the fittest. Individu yang sesuai inilah yang kemudian memilki peluang besar untuk melanjutkan keturunannya dan sekaligus melanjutkan ciri-cirinya pada generasi mendatang. Sebaliknya, individu yang kurang sesuai dengan lingkungannya lama kelamaan akan tersisih dari generasi ke generasi.

Apabila seleksi alam berlangsung terus menerus maka berpeluang muncul kelompok individu yang memiliki ciri-ciri yang semakin adaptif dan spesifik lingkungan tertentu. Kelompok individu semacam ini sangat mungkin berbeda ciri morfologi, perilaku, dsb dari kelompok individu lainnya dan merupakan tanda mulai adanya perubahan yang menuju terbentuknya spesies baru. Faktor penyebab terjadinya seleksi alam, yaitu :

1.     Suhu Lingkungan

Di daerah dingin dijumpai hewan hewan mamaila yang berbulu tebal, sedangkan di daerah tropis hewan mamalianya berbulu tipis. Dalam hal tersebut, yang menjadi faktor penyeleksi adalah suhu lingkungannya. Mengapa demikian ? karena hewan mamalia yang berbulu tipis umumnya tidak akan bisa menyesuaikan diri pada lingkungan yang bersuhu sangat rendah sehingga hewan tersebut akan tereliminasi dan akan punah. Pernahkah anda mendengar tentang beruang kutub ? apa yang anda ketahui tentang beruang kutub ? Beruang kutub berbulu tebal untuk membuatnya tetap hangat. Selain bulunya, beruang kutub juga mempunyai lapisan lemak yang digunakan untuk menghangatkan tubuhnya.

2.        Makanan

Faktor selanjutnya adalah makanan, setiap makhluk hiduo memerlukan makanan. Makanan adalah kebutuhan primer makhluk hidup. Makanan akan menjadi faktor penyeleksi alam jika terjadi perebutan makanan. Makhluk hidup yang kuat dan mempertahankan makanannya akan dapat berlangsung hidup, sebaliknya hewan yang lemah dan tidak mampu bersaing dalam perebutan makanan akan teremilinasi dan akan punah.

3.   Cahaya Matahari

Faktor matahari berhubungan dengan penyeleksian tumbuhan tingkat tinggi yang berklorofil, mengapa demikian ? Karena tumbuhan menggunakan cahaya matahari untuk pembentukan makanan. Jika sinar matahari tidak ada maka tumbuhan tidak bisa memproduksi makanan yang berarti juga tidak bisa memasok energi bagi makhluk hidup lain sehingga rantai makanan akan terputus.

Akibatnya, makhluk hidup harus berkompetisi dengan makhluk hidup lain untuk mendapatkan sumber daya yang terbatas tersebut. Beberapa faktor pembatas lainnya yang cukup serius pengaruhnya terhadap pertumbuhan populasi yaitu predator, organisme penyebab penyakit, dan cuaca yang tidak menguntungkan. Suatu bagan yang menunjukkan adanya tiga jenis seleksi yaitu :

1.  Seleksi terarah

 Jika kondisi lingkungan berubah, terjadi tekanan seleksi terhadap suatu jenis yang menyebabkan spesies tersebut beradaptasi pada kondisi baru. Didalam populasi , akan ada range atau rentang individu yang berdasarkan dengan salah satu karakter. Misalnya, bukti fosil mengindikasikan bahwa ukuran rata-rata beruang hitam di Eropa meningkat selama masing-masing periode glasial yang membekukan, namun ukuran tersebut menurun lagi selama periode interglasial yang lebih hangat. Beruang yang lebih besar, dengan rasio permukaan terhadap volume yang lebih kecil, lebih mampu menjaga panas tubuh dan sintas melalui periode dingin yang ekstrim.

2.   Seleksi Stabilisasi

Seleksi ini terjadi pada semua populasi dan cenderung memperkecil keekstriman atau penonjolan didalam kelompok. Dalam hal ini, hal tersebut mengurangi kemampuan menghasilkan variasi dalam suatu populasi, dengan demikian mengurangi pula kesempatan mengalami perubahan evolusi. Contoh :

3.   Seleksi disruktif

 Meskipun jenis seleksi ini kurang umum, namun bentuk seleksi ini penting dalam mencapai perubahan evolusi. Seleksi distruktif dapat terjadi jika factor factor lingkungan mengambil sejumlah bentuk yang terpisah. Salah satu contohnya adalah populasi finch pemecah biji perut-hitam di Kameran. Anggota populasi tersebut menunjukkan dua ukuran paruh yang sangat berbeda. Burung berparuh kecil terutama memakan biji-bijian lunak, sedangkan burung berparuh besar adalah spesialis pemakan biji keras. Burung berparuh sedang tampaknya relatif tidak efisien dalam memecahkan kedua jenis biji tersebut, sehingga memiliki kebugaran relatif yang lebih rendah.

Tingkat kesuksesan perkembangbiakan juga menentukan pertumbuhan populasi makhluk hidup dan merupakan kunci dalam seleksi alam. Makhluk hidup yang paling adaptif adalah individu yang berhasil dalam perkembangbiakan. Sebaliknya, yang tidak berhasil akan mati prematur atau menghasilkan sedikit keturunan. Macam – macam bentuk terjadinya seleksi alam, diantaranya :

1. Mammoth  punah karena seleksi alam, mammoth yang terbiasa hidup di alam yang dingin tidak bisa beradaptasi dengan kondisi lingkun gan yang berubah menjadi hangat.

2. Jerapah dulu sekali tidak semua memiliki leher panjang, ada juga jerapah berleher pendek. Namun karena seleksi alam akhirnya jerapah leher pendek menjadi punah karena kesulitan mencari makanan yang berupa daun, karena pohon-pohonnya sangat tinggi. Jerapah leher panjang hingga sekarang mampu bertahan.
3. Dinosaurus yang punah berjuta juta tahun lalu, karena tidak bisa bertahan dari perubahan alam yang ekstrim yang disebabkan oleh adanya meteor jatuh kebumi.
4. Ngengat biston betularia di inggris ada yang berwarna cerah (putih) dan ada yang berwarna hitam. Sebelum revolusi industri ngengat berwarna putih sangat banyak karena kualitas udaranya bagus. namun setelah evolusi industri, polusi udara terjadi yang mengakibatkan udara jadi gelap oleh debu industri dan asap serta pepohonan berubah jadi hitam, ngengat biston putih tidak mampu beradaptasi dengan kondisi ini yang mengakibatkan mereka mudah ditemukan mangsa, beda hal nya dengan ngengat biston hitam. Ngengat biston hitam bisa beradaptasi dan jumlahnya semakin banyak, sedangkan ngengat biston putih populasinya jadi sedikit.
5. Burung Finch di galapagos yang mengalami perubahan morfologi karena makanannya berubah dari biji-bijian menjadi serangga.
6. Contoh seleksi alam pada tumbuhan adalah rusaknya bunga atau tanaman pagar yang disebabkan oleh rumput liar. oleh karena itu kita harus rajin membersihkan bunga dan tanaman kita dari rumput liar.
7. Kaktus galapagos, kaktus yang hidup dimana ada kura-kura memiliki duri yang tajam dan keras serta memiliki batang yang tebal dan ukurannya cukup tinggi. kaktus yang hidup dimana tidak ada kura-kura, bentuknya pendek dan duri nya lunak.
8. Dulu kuda memilikir jari lima, namun untuk menyesuaikan diri dengan kontur tanah lunak maka sekarang kuda hanya memiliki 1 jari.
9. Punahnya Tyrannosaurus Rex pada rentang waktu 65 juta tahun yang lalu akibat perubahan iklim dari jatuhnya meteorit.
10. Punahnya Pterodactyl puluhan juta tahun yang lalu.

2.  Mutasi Gen

Pengertian

Peristiwa mutasi gen dapat tidak menyebabkan perubahan pembentukan asam amino sehingga tidak menimbulkan efek yang berarti. Namun, jika mutasi gen menyebabkan perubahan pembentukan asam amino maka fungsi gen tersebut juga berubah. Perubahan fungsi ini dapat diamati melalui kelainan kelainan yang terjadi pada individu yang mengalami mutasi. Setiap sel makhluk hidup dapat mengalami mutasi setiap saat, tetapi tidak semua mutasi dapat diwariskan pada keturunannya. Mutasi yang terjadi pada sel soma (sel tubuh) tidak akan diwariskan. Setelah individu yang mengalami mutasi meninggal maka mutasi yang terjadi juga akan menghilang bersamanya.  Sementara itu, mutasi yang terjadi pada sel-sel kelamin akan diwariskan pada keturunannya. Ada tiga fakta penting yang muncul pada peristiwa mutasi, yaitu:

1.   Mutasi muncul secara spontan dan tidak di arahkan oleh alam

2.   Mutasi dapat terjadi lagi pada mutan

3.   Mutasi pada umumnya merugikan organisme yang mengalaminya karena mutasi dapat mengubah atau merusak posisi nukleotida-nukleotida yang menyusun DNA. Perubahan-perubahan akibat mutasi banyak menyebabkan kematian, cacat, dan abnormalitas.

Kadang-kadang mutasi pada sel kelamin dapat mengakibatkan timbulnya sifat baru yang menguntungkan. Bila sifat baru tersebut dapat beradaptasi dengan lingkungannya maka individu tersebut akan terus hidup dan mewariskan mutasi yang dialaminya kepada keturunannya. Jika mutasi selalu terjadi pada sel kelamin dari generasi ke generasi dapat menyebabkan susunan gen dalam kromosom generasi pendahulu sangat berbeda dengan generasi berikutnya. Peristiwa itu memungkinkan timbulnya individu atau spesies baru yang sangat berbeda dengan generasi pendahulunya. Menurut pendapat beberapa ilmuwan (evolusionis), perubahan pada struktur kromosom yang bersifat menguntungkan akan mengakibatkan munculnya spesies baru. Kemunculan spesies baru yang lebih baik ini tergantung dari angka laju mutasi. Angka laju mutasi adalah angka yang menunjukkan jumlah gen yang bermutasi yang dihasilkan oleh suatu individu dari suatu spesies. Besarnya angka laju mutasi sebuah alel gen sebesar 1–10 untuk setiap 100.000 pembelahan sel.

3.  Penyimpangan Genetik (Genetic Drift)

Penyimpangan genetik adalah perubahan frekuensi alel dari satu generasi ke generasi selanjutnya yang terjadi karena peran yang bermain dalam menentukan apakah suatu individu akan bertahan hidup dan bereproduksi. Dalam istilah matematis alel menjadi subjek sampling eror. Akibatnya bila tak ada gaya selektif atau gaya selektif relatif rendah frekuensi alel cenderung “menyimpang” ke atas atau ke bawah secara acak. Pergeseran ini berhenti bila alel akhirnya terfiksasi, apakah karena hilang dari populasi ataupun digantikan alel lain secara keseluruhan. Karenanya penyimpangan genetik mengeliminasi alel dari populasi adalah hal kebetulan semata. Bahkan saat absennya gaya selektif, penyimpangan genetik dapat menyebabkan dua populasi terpisah yang mulai dengan struktur genetik sama untuk menyimpang atau bergeser menjadi dua populasi divergen dengan sel alel yang berbeda.

Waktu alel menjadi terfiksasi melalui penyimpangan genetik ditentukan oleh ukuran populasi. Fiksasi yang terjadi lebih cepat pada populasi yang lebih kecil. Jumlah individu pada populasi tidak kritis, namun ukurannya dikenal sebagai ukuran populasi efektif. Populasi efektif biasanya lebih kecil dibandingkan populasi total dan menjadi faktor yang dipertimbangkan seperti misalnya tingkat inbreeding, tahapan siklus hidup dimana populasi paling kecil dan kenyataannya beberapa gen netral yang secara genetik berhubungan dengan yang lain di bawah seleksi.

Secara ideal, suatu populasi harus tak terhingga besarnya supaya dapat mengesampingkan hanyutan genetika sepenuhnya sebagai suatu agen evolusi. Meskipun hal itu tidak mungkin, banyak populasi berukuran begitu besar sehingga pergeseran genetik bisa diabaikan. Namun demikian, beberapa populasi berukuran kecil sehingga memungkinkan terjadinya hanyutan genetik  yang bermakna. Dua situasi yang dapat mengakibatkan terjadinya pergeseran genetik adalah leher botol populasi dan pembentukan koloni baru oleh sejumlah kecil individu.

a)    Efek leher botol (penyempitan)

Bencana seperti gempa bumi, banjir dan kebakaran, yang membunuh korban dengan tidak pandang bulu dapat mengurangi ukuran suatu populasi secara drastis. Hasilnya adalah bahwa susunan genetik populasi kecil yang selamat dari bencana itu tidak mungkin lagi berupa perwakilan susunan populasi semula. Situasi tersebut dikenal sebagai efek leher botol. Secara kebetuan, alel-alel tertentu akan terwakili secara berlebihan di antara individu-individu yang selamat, beberapa alel akan menjadi kurang terwakili, dan beberapa alel kemungkinan bahkan hilang sama sekali. Hanyutan genetika dapat terus mempengaruhi populasi selama beberapa generasi, sampai populasi itu suatu saat cukup besar sehingga kemungkinan terjadinya kesalahan pengambilan sampel menjadi tidak bermakna lagi.

Efek leher botol dan hanyutan genetika yang diakibatkannya, umumnya mengurangi keseluruhan keanekaragaman genetik dalam suatu populasi karena alel untuk setidaknya beberapa lokus kemungkinan besar hilang dari kumpulan gen.

b)    Efek pendiri

Hanyutan genetik juga dapat terjadi kapan saja pada beberapa individu yang menempati suatu pulau, danau, atau beberapa habitat baru yang terisolir. Semakin kecil ukuran sampel, maka semakin kecil kemungkinan susunan genetik penghuni baru itu akan mewakili kumpulan gen populasi besar yang mereka tinggalkan. Kasus yang paling ekstrim adalah pembentukan sebuah populasi baru oleh seekor hewan yang hamil atau oleh sebuah biji tumbuhan. Jika kumpulan itu berhasil, hanyutan gen secara acak akan terus mempengaruhi frekuensi alel dalam kumpulan gen sampai populasi tersebut menjadi cukup besar untuk membuat kesalahan minimal pada pengambilan sampel dari generasi ke generasi. Hanyutan genetik dalam sebuah kumpulan baru dikenal sebagai efek pendiri (founder effect). Pengaruh itu tidak diragukan lagi memberikan sumbangan terhadap terjadinya penyebaran evolusi yang diamati pada burung finch yang diteliti oleh Darwin setelah beberapa individu yang pergi dari daratan Amerika Selatan tiba di Kepulauan Galapagos yang terpencil.

Efek pendiri barangkali memberikan sumbangan atas frekuensi kelainan dan gangguan keturunan tertentu yang relatif tinggi pada populasi manusia hasil keturunan sejumlah kecil penghuni baru tersebut.

4.  Aliran Gen

Aliran gen adalah pertukaran gen antara populasi dan antar spesies. Ada atau tidaknya aliran gen secara fundamental mengubah perjalanan evolusi. Karena kompleksitas organisme, dua populasi manapun yang terpisah sempurna akhirnya akan terbentuk inkompatibilitas genetik melalui proses netral, seperti Model Bateson-Dobzhansky-Muller, bahkan walaupun dua populasi tersebut tetap identik dalam hal adaptasi terhadap lingkungannya.

Bila perbedaan genetik antara populasi berkembang, aliran gen antar populasi dapat mengintroduksi sifat atau alel yang tak menguntungkan pada populasi lokal dan ini dapat menyebabkan organisme di dalam populasi ini membentuk mekanisme yang mencegah perkawinan dengan populasi yang berjauhan secara genetik antar individu secara fundamental penting untuk membentuk konsep spesies biologis. Selama perkembangan sintesis modern, Sewall Wright mengembangkan teori pergeseran  keseimbangan, yakni bahwa aliran gen antara populasi yang terpisah secara parsial merupakan aspek penting evolusi adaptif. Namun akhir-akhir ini ada kritikan yang kuat akan manfaat teori pergeseran keseimbangan.

Aliran gen cenderung mengurangi perbedaan antara populasi yang telah terakumulasi akibat seleksi alam atau hanyutan genetik. Jika hal itu terjadi luas, aliran gen akhirnya dapat menyatukan populasi yang berdekatan menjadi sebuah populasi tunggal dengan struktur genetik yang sama. Ketika manusia mulai mampu menjelajahi dunia dengan bebas, aliran gen tidak diragukan lagi menjadi suatu pengantar perubahan mikroevolusi yang penting dalam populasi yang sebelumnyamungkin sangat terisolir.