Abiogenesis

Abiogenesis (diucapkan [ˌeɪbaɪ.ɵˈdʒɛnɨsɪs] AY-by-oh-JEN-ə-siss) atau biopoiesis, atau generatio spontanea, adalah studi mengenai bagaimana kehidupan biologis dapat muncul dari materi anorganik melalui proses alami. Secara khusus, istilah ini biasanya merujuk kepada proses saat kehidupan di Bumi muncul. Abiogenesis diperkirakan terjadi pada masa awal Eoarkean atau sekitar 4 hingga 3,5 miliar tahun yang lalu.

Stromatolit Prakambrium di Formasi Siyeh, Taman Nasional Glasier. Pada tahun 2002, William Schopf dari UCLA menerbitkan paper di jurnal ilmiah Nature yang menyatakan bahwa formasi geologis seperti ini mengandung fosil mikrob cyanobacteria yang berasal dari 3,5 miliar tahun yang lalu. Jika benar, ini adalah bukti kehidupan pertama di Bumi.

Sebagian besar asam amino, yang sering dijuluki "bahan dasar kehidupan", berhasil disintesiskan dalam percobaan Miller-Urey dan percobaan lain yang menyimulasikan kondisi awal Bumi. Bahan biokimia lain yang penting seperti nukleotida dan sakarida dapat muncul dengan cara yang mirip. Dalam semua organisme, bahan biokimia tersebut diorganisasi menjadi molekul yang lebih kompleks, seperti protein, polisakarida, dan asam nukleat. Tiga molekul tersebut penting untuk fungsi kehidupan dan ada di semua organisme. Pembentukan makromolekul tersebut diperantarai oleh asam nukleat dan enzim, yang disintesis melalui jalur biokimia yang dikatalis oleh protein. Molekul organik mana yang pertama muncul dan bagaimana mereka membentuk organisme pertama masih diperdebatkan.

Kehidupan pertama yang muncul di bumi diduga merupakan prokariot bersel-satu yang mungkin berevolusi dari protobion (molekul organik yang dikelilingi oleh struktur mirip membran). Fosil mikrob tertua tercatat berasal dari 3,5 miliar tahun yang lalu, sekitar satu miliar tahun setelah pembentukan Bumi. Pada masa 2,4 miliar tahun yang lalu, rasio isotop karbon, besi, dan sulfur menunjukkan pengaruh kehidupan terhadap mineral dan sedimen anorganik dan penanda molekular menunjukkan terjadinya fotosintesis.

Abiogenesis modern (yang pertama dicetuskan oleh Oparin dan Haldane pada tahun 1920-an) berbeda dari abiogenesis klasik alias generatio spontanea (pembentukan spontan). Salah satu perbedaannya yang paling mendasar adalah abiogenesis modern merupakan penjelasan mengenai asal-usul fenomena kehidupan sementara abiogenesis klasik yang diutarakan oleh Aristoteles menjelaskan bagaimana sebagian hewan/tumbuhan tertentu (tampak) secara rutin muncul tanpa melalui reproduksi. Perbedaan lainnya adalah dari segi mekanisme: abiogenesis modern didasarkan pada pengetahuan biokimia modern sementara abiogenesis klasik didasarkan pada konsep-konsep klasik seperti prinsip material (η υλικη αρχη/hê hylikê arkhê), prinsip gerakan (η κινουσα αρχη/hê kinousa arkhê) dan prinsip ruh (ψιχικης αρχης/psykhikês arkhês). Ketidakterbuktiannya abiogenesis klasik sekarang sudah tidak kontroversial lagi di kalangan biologiwan profesional, sementara abiogenesis modern merupakan bidang riset yang masih aktif (hipotesis yang paling banyak diterima dewasa ini adalah Hipotesis Dunia-RNA).

Pembentukan spontan (Generatio Spontanea)

Generatio Spontanea alias abiogenesis klasik pertama kali dirumuskan secara tuntas oleh Aristoteles. Dalam bukunya, Historia Animalium, Aristoteles menyatakan:

"Nah terdapat satu sifat hewan yang ternyata sama dengan tumbuhan. Karena beberapa tumbuhan dihasilkan oleh benih tumbuhan, sementara tumbuhan yang lain muncul sendiri dari pembentukan suatu prinsip elemental yang menyerupai benih; dan tumbuhan yang jenis kedua inipun ada yang menyerap gizi dari tanah dan ada yang tumbuh di dalam tumbuhan lainnya sebagaimana dideskripsikan dalam traktat saya mengenai Botani. Maka hewan juga ada yang dilahirkan oleh hewan induk yang sejenis, sementara yang lainnya tumbuh secara spontan dan bukan dari makhluk yang sejenis."

dan memberikan contoh di buku tersebut:

"Belut tidak dihasilkan melalui persetubuhan, tidak pula ovipar. Tidak pernah ada belut yang ditangkap yang memiliki cairan sperma ataupun telur; tidak pernah pula ditemukan belut yang memiliki saluran ataupun saluran telur. Bahkan, semua jenis makhluk hidup berdarah ini tidak dihasilkan melalui senggama ataupun bertelur. Hal ini secara absolut diperjelas oleh hal berikut ini: di genangan rawa tertentu, setelah semua airnya dibuang dan lumpurnya dikuras, belut-belutnya muncul kembali setelah turunnya hujan."

Pembentukan spontan dan pembuktian bahwa teori Generatio Spontanea salah

Sampai pada abad ke-19 banyak ilmuwan sebagaimana orang Yunani kuno percaya bahwa benda hidup dapat secara spontan muncul dari benda mati – suatu proses yang disebut Generatio spontanea. Aristoteles mengemukakan bahwa suatu makhluk hidup dapat berasal dari organisme yang sama sekali berbeda atau dari tanah.

Variasi konsep pembentukan spontan (spontaneous generation) masih ada sampai akhir abad ke-17, tetapi menjelang akhir abad tersebut, sejumlah observasi dan argumen yang menentang pandangan tersebut mulai terbentuk. Kemajuan sains ini mendapat tantangan keras terutama oleh mereka yang masih percaya pada teori abiogenesis.

Francesco Redi, seorang dokter Italia, membuktikan pada tahun 1668 bahwa bentuk kehidupan yang lebih tinggi tidak muncul secara spontan, tetapi para penganut abiogenesis mengatakan bahwa hal itu tidak berlaku bagi mikrob dan terus berpegang bahwa mikrob dapat muncul secara spontan. Upaya untuk membuktikan teori abiogenesis ini salah berlanjut pada abad ke-19 melalui observasi dan percobaan oleh Franz Schulze dan Theodor Schwann.

Pada tahun 1745, John Needham menempatkan sup kaldu ayam ke dalam sebuah tabung gelas, memanasi sampai mendidih, kemudian mendinginkan dan membiarkannya beberapa waktu. Ternyata muncul mikrob dan ini dianggapnya bukti dari pembentukan spontan. Namun, pada tahun 1768, Lazzaro Spallanzani mengulangi percobaan Needham, tetapi memompa keluar semua udara dari tabung gelas. Tidak ada pertumbuhan makhluk hidup apapun.

Pada tahun 1854, Heinrich Schröder (1810–1885) dan Theodor von Dusch mengulangi percobaan filtrasi Hermann von Helmholtz (Schröder melakukan lagi sendirian pada tahun 1859) dan membuktikan bahwa partikel-partikel benda hidup dapat dipisahkan dari udara dengan menyaringnya melalui kain katun.

Pada tahun 1864, Louis Pasteur mengumumkan hasil percobaan ilmiahnya. Dalam percobaan yang mirip dengan apa yang dilakukan sebelumnya oleh Needham dan Spallanzani, Pasteur membuktikan bahwa kehidupan tidak bisa muncul pada tempat-tempat yang tidak terkontaminasi oleh kehidupan. Hasil penelitian Pasteur dapat disarikan dalam frasa Omne vivum ex vivo, bahasa Latin untuk "semua kehidupan berasal dari kehidupan".

Setelah memperoleh hasil ini Pasteur menyatakan: "La génération spontanée est une chimère" ("pembentukan spontan adalah sebuah impian").

Bacaan lanjutan

• Arrhenius, Gustaf; et al. (1997). "Entropy and Charge in Molecular Evolution—the Case of Phosphate". Journal of Theoretical Biology. 187 (4): 503–22. doi:10.1006/jtbi.1996.0385. PMID 9299295. 
• Buehler, Lukas K. (2000–2005) The physico-chemical basis of life, http://www.whatislife.com/about.html accessed 27 October 2005.
• Davies, Paul (1998). The Fifth Miracle. Penguin Science, London. ISBN 0-14-028226-2. 
• De Duve, Christian (1996). Vital Dust: The Origin and Evolution of Life on Earth. Basic Books. ISBN 0-465-09045-1. 
• Egel, R. (2011). Origins of Life: The Primal Self-Organization. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag. hlm. 1–366,. doi:10.1007/978-3-642-21625-1. ISBN 978-3-642-21624-4. 
• Fernando CT, Rowe, J (2007). "Natural selection in chemical evolution". Journal of Theoretical Biology. 247 (1): 152–67. doi:10.1016/j.jtbi.2007.01.028. PMID 17399743. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
• Hartman, Hyman (1998). "Photosynthesis and the Origin of Life". Origins of Life and Evolution of Biospheres. 28 (4–6): 515–521. doi:10.1023/A:1006548904157. 
• Harris, Henry (2002). Things come to life. Spontaneous generation revisited. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-851538-3. 
• Hazen, Robert M. (2005). Genesis: The Scientific Quest for Life's Origins. Joseph Henry Press. ISBN 0-309-09432-1. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2006-11-30. Diakses tanggal 2012-05-18. 
• Gribbon, John (1998). The Case of the Missing Neutrinos and other Curious Phenomena of the Universe. Penguin Science, London. ISBN 0-14-028734-5. 
• Horgan, J (1991). "In the beginning". Scientific American. 264: 100–109. Bibcode:1991SciAm.264..100P.  (Cited on p. 108).
• Huber, C. and Wächtershäuser, G., (1998). "Peptides by activation of amino acids with CO on (Ni,Fe)S surfaces: implications for the origin of life". Science. 281 (5377): 670–2. Bibcode:1998Sci...281..670H. doi:10.1126/science.281.5377.670. PMID 9685253. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link) (Cited on p. 108).
• Knoll, Andrew H. (2003). Life on a Young Planet: The First Three Billion Years of Evolution on Earth. Princeton University Press. ISBN 0-691-00978-3. 
• Luisi, Pier Luigi (2006). The Emergence of Life: From Chemical Origins to Synthetic Biology. Cambridge University Press. ISBN 0-521-82117-7. 
• Martin, W. and Russell M.J. (2002). "On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells". Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological sciences. 358 (1429): 59–83; discussion 83–5. doi:10.1098/rstb.2002.1183. PMC 1693102 . PMID 12594918. 
• Maynard Smith, John (2000-03-16). The Origins of Life: From the Birth of Life to the Origin of Language. Oxford Paperbacks. ISBN 0-19-286209-X. 
• Morowitz, Harold J. (1992) "Beginnings of Cellular Life: Metabolism Recapitulates Biogenesis". Yale University Press. ISBN 0-300-05483-1
• NASA Astrobiology Institute: Earth's Early Environment and Life Diarsipkan 2012-02-17 di Wayback Machine.
• NASA Specialized Center of Research and Training in Exobiology: Gustaf O. Arrhenius Diarsipkan 2007-12-21 di Wayback Machine.
• Pitsch, Stefan (2000). "Concentration of Simple Aldehydes by Sulfite-Containing Double-Layer Hydroxide Minerals: Implications for Biopoesis" (abstract). Helvetica Chimica Acta. 83 (9): 2398 2411. doi:10.1002/1522-2675(20000906)83:9<2398::AID-HLCA2398>3.0.CO;2-5. 
• Russell MJ, Hall AJ, Cairns-Smith AG, Braterman PS (1988). "Submarine hot springs and the origin of life". Nature. 336 (6195): 117. Bibcode:1988Natur.336..117R. doi:10.1038/336117a0.  Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
• Dedicated issue of Philosophical Transactions B on Major Steps in Cell Evolution freely available.
• Dedicated issue of Philosophical Transactions B on the Emergence of Life on the Early Earth freely available.

Pranala luar

• The Deep Hot Biosphere Theory - Thomas Gold, article from PNAS Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol. 89, pp. 6045-6049, July 1992 Microbiology Diarsipkan 2012-06-17 di Wayback Machine.
• The Origin of Life Diarsipkan 2011-11-26 di Wayback Machine. Video by John Maynard Smith
• "Harvard Team Creates the World's 1st Synthesized Cells" Diarsipkan 2012-02-28 di Wayback Machine.
• Martin M Hanczyc and Jack W Szostak. Replicating vesicles as models of primitive cell growth and division. Current Opinion in Chemical Biology 2004, 8:660–664.PDF (192 KB)
• Martin A. Nowak and Hisashi Ohtsuki.Prevolutionary dynamics and the origin of evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences 2008 Diarsipkan 2014-06-09 di Wayback Machine.
• "Exploring Life's Origins: a Virtual Exhibit"
• "SELF-REPLICATION: Even peptides do it" by Stuart A. Kauffman (web archive version as original page no longer accessible)
• Origins of Life website including papers, resources, by Dr. Michael Russell at the U. of Glasgow
• Possible Connections Between Interstellar Chemistry and the Origin of Life on the Earth Diarsipkan 2006-09-29 di Wayback Machine.
• Scientists Find Clues That Life Began in Deep Space—NASA Astrobiology Institute Diarsipkan 2006-08-31 di Wayback Machine.
• Self-organizing biochemical cycles—by Leslie Orgel Diarsipkan 2008-02-29 di Wayback Machine.
• How Life Began: New Research Suggests Simple Approach
• Primordial Soup's On: Scientists Repeat Evolution's Most Famous Experiment Diarsipkan 2007-07-13 di Wayback Machine.–an article in Scientific American. March 28, 2007
• Illustrations from Evolution (textbook)
• An abiogenesis primer for laymen Diarsipkan 2012-10-25 di Wayback Machine.
• Evolution before genes. Diarsipkan 2012-05-08 di Wayback Machine. Vera Vasas et al., Biology Direct, 2012, 7:1.