Evolusi & seleksi alam
Bagaimana makhluk hidup berubah dari generasi ke generasi dan berkerabat satu sama lain?
Jenjang yang disarankan: SMP, SMA, kuliah.
Penjelasan untuk SD
Makhluk hidup di bumi berubah perlahan selama waktu yang sangat panjang, jauh lebih lama daripada umur manusia. Perubahan ini disebut evolusi.
Semua makhluk hidup berkerabat, seperti satu keluarga besar yang sangat tua. Kucing dan harimau adalah kerabat dekat. Burung adalah kerabat dinosaurus! Kita tahu hal ini dari fosil dan dari persamaan tubuh makhluk hidup.
Evolusi bukan tangga dari makhluk “rendah” ke “tinggi”. Bakteri, jamur, dan manusia sama-sama berhasil hidup dengan caranya sendiri.
Perubahan juga bisa diamati dalam waktu yang lebih singkat. Kuman dapat menjadi kebal terhadap obat, dan nyamuk dapat menjadi kebal terhadap obat nyamuk, bila obat itu dipakai terus-menerus. Makhluk yang kebal bertahan hidup dan berkembang biak, sehingga keturunannya juga kebal. Karena itu, obat dari dokter harus diminum sesuai petunjuk.
Ilmuwan juga membandingkan bentuk tubuh. Lengan manusia, sayap kelelawar, dan sirip paus tersusun dari tulang-tulang yang mirip. Ini petunjuk bahwa mereka berasal dari nenek moyang yang sama.
Poin kunci
- Makhluk hidup berubah perlahan dalam waktu yang sangat panjang.
- Semua makhluk hidup berkerabat.
- Burung adalah kerabat dinosaurus.
- Kuman dan nyamuk bisa menjadi kebal obat bila obat dipakai terus-menerus.
- Tulang lengan, sayap, dan sirip yang mirip menunjukkan nenek moyang bersama.
Aktivitas
Bandingkan gambar tangan manusia, sayap kelelawar, sirip paus, dan kaki kucing. Warnai tulang-tulang yang mirip dengan warna yang sama. Apa yang kamu temukan?
Penjelasan untuk SMP
Evolusi adalah perubahan sifat yang diwariskan dalam populasi dari generasi ke generasi. Charles Darwin dan Alfred Russel Wallace—yang banyak meneliti di kepulauan Indonesia—menjelaskan mekanismenya lewat seleksi alam:
- Individu dalam satu populasi bervariasi.
- Sebagian variasi diwariskan.
- Lebih banyak keturunan lahir daripada yang bisa bertahan hidup.
- Individu dengan sifat yang lebih cocok dengan lingkungan lebih banyak bertahan dan berketurunan.
Akibatnya, sifat yang menguntungkan menjadi makin umum dari generasi ke generasi.
Bukti evolusi datang dari fosil, persamaan anatomi (organ homolog seperti lengan manusia dan sayap kelelawar), perkembangan embrio, persebaran geografis (misalnya Garis Wallace), dan kemiripan DNA.
Penting: individu tidak berevolusi selama hidupnya. Yang berubah adalah populasi dari generasi ke generasi.
Selain seleksi alam, ada seleksi seksual: sifat yang membantu individu mendapat pasangan dapat menjadi makin umum, walaupun sifat itu tidak membantu bertahan hidup. Contohnya bulu indah dan tarian cenderawasih jantan di Papua. Betina memilih jantan dengan pertunjukan terbaik, sehingga sifat itu lebih banyak diwariskan.
Manusia juga dapat “memilih” sifat makhluk hidup melalui seleksi buatan. Aneka ras ayam dan kucing serta varietas padi berasal dari nenek moyang liar yang dipilih dan dikawinkan manusia selama ribuan tahun. Ayam kampung, misalnya, berasal dari ayam hutan merah Asia Tenggara. Darwin memakai seleksi buatan sebagai petunjuk bahwa seleksi di alam juga dapat mengubah makhluk hidup.
Poin kunci
- Evolusi adalah perubahan sifat yang diwariskan dalam populasi.
- Seleksi alam: variasi, pewarisan, kelebihan keturunan, keberhasilan berbeda.
- Bukti: fosil, organ homolog, embrio, biogeografi, DNA.
- Individu tidak berevolusi; populasi yang berubah.
- Seleksi seksual: sifat yang membantu mendapat pasangan menjadi umum.
- Seleksi buatan: manusia memilih sifat ternak dan tanaman.
Aktivitas
Jalankan simulasi Seleksi alam di Lab Biotaloka. Mulai dengan 10% ngengat gelap di lingkungan tercemar. Berapa generasi hingga ngengat gelap lebih dari separuh?
Penjelasan untuk SMA
Evolusi digerakkan oleh beberapa mekanisme: seleksi alam, mutasi (sumber variasi baru), hanyutan genetik (perubahan acak, kuat pada populasi kecil), aliran gen (perpindahan alel antarpopulasi), dan perkawinan tidak acak. Seleksi dapat bersifat terarah, menstabilkan, atau memecah (disruptif).
Contoh terdokumentasi: ngengat Biston betularia berwarna gelap meningkat di Inggris saat revolusi industri, lalu menurun setelah udara bersih; resistensi bakteri terhadap antibiotik; dan resistensi nyamuk terhadap insektisida.
Spesiasi terjadi saat populasi terisolasi secara reproduksi, misalnya karena terpisah geografis (alopatrik). Kepulauan Indonesia menjadi laboratorium alami: Wallacea memiliki banyak spesies endemik seperti anoa, babirusa, dan maleo karena terpisah oleh laut dalam bahkan saat muka laut turun di zaman es.
Pohon filogenetik menunjukkan nenek moyang bersama. Manusia tidak berasal dari orangutan atau simpanse; manusia dan kera besar berbagi nenek moyang bersama jutaan tahun lalu.
Seleksi seksual bekerja melalui dua jalan: persaingan antarindividu dari jenis kelamin yang sama (misalnya tanduk rusa jantan) dan pilihan pasangan (misalnya betina cenderawasih yang memilih penari terbaik). Karena betina umumnya menanam investasi lebih besar pada telur dan pengasuhan, betina cenderung lebih memilih, sedangkan jantan lebih bersaing. Hasilnya adalah dimorfisme seksual: jantan dan betina tampak berbeda.
Isolasi reproduksi yang memisahkan spesies dapat terjadi:
- Sebelum pembuahan (prazigotik): perbedaan habitat, waktu kawin, perilaku kawin (nyanyian atau tarian), bentuk alat kelamin, atau ketidakcocokan gamet.
- Sesudah pembuahan (pascazigotik): hibrida tidak dapat hidup atau mandul. Contohnya bagal, keturunan kuda dan keledai, yang umumnya mandul.
Spesiasi dapat alopatrik (populasi terpisah geografis) atau simpatrik (di tempat yang sama, misalnya melalui poliploidi pada tumbuhan). Evolusi konvergen menghasilkan ciri mirip pada kelompok yang tidak berkerabat dekat, seperti sayap serangga dan sayap burung (organ analog) atau bentuk tubuh hiu dan lumba-lumba yang sama-sama ramping.
Poin kunci
- Mekanisme: seleksi alam, mutasi, hanyutan genetik, aliran gen, perkawinan tidak acak.
- Seleksi terarah, menstabilkan, atau disruptif.
- Spesiasi terjadi saat populasi terisolasi secara reproduksi.
- Manusia dan kera besar berbagi nenek moyang, bukan berasal satu dari yang lain.
- Seleksi seksual melalui persaingan dan pilihan pasangan menghasilkan dimorfisme seksual.
- Isolasi prazigotik dan pascazigotik memisahkan spesies.
- Organ analog muncul karena evolusi konvergen.
Aktivitas
Gunakan fitur Bandingkan di Biotaloka untuk manusia dan orangutan, lalu harimau dan kucing. Di tingkat takson mana mereka berpisah? Hubungkan dengan konsep nenek moyang bersama.
Penjelasan untuk kuliah
Sintesis evolusi modern menggabungkan seleksi Darwin dengan genetika populasi. Teori netral (Kimura) menekankan peran hanyutan pada varian yang hampir netral, menjadi dasar jam molekuler untuk memperkirakan waktu percabangan dengan kalibrasi fosil.
Makroevolusi meliputi radiasi adaptif, kepunahan massal (lima besar dalam catatan fosil), dan evolusi perkembangan (evo-devo) yang menunjukkan bagaimana perubahan pada gen pengatur seperti Hox menghasilkan bentuk tubuh baru.
Biogeografi Indonesia menarik secara teoretis: Paparan Sunda (Asia) dan Sahul (Australia–Papua) dipisahkan Wallacea; garis Wallace, Weber, dan Lydekker menandai transisi fauna. Studi filogeografi modern memakai DNA untuk merekonstruksi riwayat kolonisasi antarpulau.
Saat berdiskusi, bedakan fakta evolusi (perubahan dan kekerabatan yang teramati) dari model mekanisme yang terus diuji.
Model seleksi seksual meliputi pelarian Fisher (preferensi dan ornamen saling memperkuat), hipotesis gen baik dan prinsip handicap (ornamen yang mahal menjadi sinyal jujur kualitas), serta bias sensorik. Konflik seksual muncul bila kepentingan reproduksi jantan dan betina berbeda, sehingga memicu evolusi yang saling berlawanan (antagonistik).
Pada tingkat genom, jejak seleksi dideteksi dari rasio dN/dS (substitusi nonsinonim terhadap sinonim), sapuan selektif (selective sweep) yang mengurangi keragaman di sekitar alel yang diseleksi, dan perbedaan frekuensi alel antarpopulasi (F_ST). DNA purba menunjukkan bahwa manusia modern pernah kawin silang dengan Neanderthal dan Denisova; populasi Papua dan Melanesia termasuk yang membawa porsi DNA Denisova paling tinggi.
Poin kunci
- Sintesis modern menggabungkan Darwin dengan genetika populasi.
- Teori netral dan jam molekuler memerlukan kalibrasi fosil.
- Makroevolusi: radiasi adaptif, kepunahan massal, evo-devo.
- Wallacea adalah laboratorium alami biogeografi.
- Model seleksi seksual: pelarian Fisher, gen baik/handicap, bias sensorik.
- Jejak seleksi di genom: dN/dS, sapuan selektif, F_ST.
Aktivitas
Cari tiga spesies endemik Wallacea di Biotaloka. Petakan temuan mereka dan diskusikan hipotesis spesiasi alopatrik.
Spesies contoh
- Manusia (Homo sapiens)
- Orangutan Sumatra (Pongo abelii)
- Raja laut (coelacanth Sulawesi) (Latimeria menadoensis)
- Babirusa Sulawesi (Babyrousa celebensis)
- Maleo (Macrocephalon maleo)
- Anoa dataran rendah (Bubalus depressicornis)
- Cenderawasih kuning-besar (Paradisaea apoda)
- Lalat buah (Drosophila melanogaster)