Jejak Yang Hilang: Penelitian Antara Evolusi Genetik Manusia Dan Beruk

0
1199
views

Kira kira 8 juta ke 12 juta tahun yang lepas, moyang kepada hominid, termasuk manusia, telah melalui proses perubahan genetik yang sangat drastik. Sebahagian kecil DNA dalam genom mereka telah direplikasi dan tersebar di kromosom lain seperti tersebarnya benih dandelion ditiup bayu ke seluruh laman. Namun begitu, jika analogi tersebut dikehendaki untuk jadi lebih tepat, benih dandelion tersebut juga membawa benih benih lain seperti benih rumput; analogi kepada potongan DNA berlebihan yang juga dibawa di dalam proses penyebaran tersebut. Corak replikasi DNA berulang2 pada pelbagai lokasi dalam genom yang janggal ini hanya dijumpai pada keluarga hominid; bonobo, cimpanzi, gorilla dan manusia.

“Pada pendapat saya, ianya bagai jilid yang hilang dalam penceritaan evolusi manusia” kata Profesor Evan Eichler, seorang pakar genetic di University of Washington, Seattle. “Saya yakin bahawa proses memperduaan blok blok ini yang membawa kepada kelahiran gen gen baharu” katanya lagi.

Sejak beberapa tahun lepas, para sainstis telah mula mengkaji untuk mengetahui fungsi beberapa gen yang terletak pada lokasi ini (kebanyakannya pada kromosom 1 dalam manusia). Gen gen ini terlibat dalam perkembangan sel otak yang baru dan perkembangan saiz otak. September 2013 telah menjadi saksi di mana Prof Eichler dan rakan sepasukannya menerbitkan teknik yang baharu untuk menganalisa3 bagaimanakan gen gen tersebut berbeza daripada seorang kepada seseorang yang lain. Hal ini dapat mendedahkan kepentingan mereka dalam badan manusia.

Proses memperduaan dan kesannya masih menjadi misteri. Banyak yang masih belum kita ketahui. Malah, Prof Eichler dan pasukannya tidak mengetahui apakah yang telah menyebabkan memperduaan pada kromosom 1 ini, mahupun bagaimana “duplicon utama” (panggilan diberikan kepada potongan DNA asal) ini mampu berpindah ke bahagian lain dalam genom.

Walaupun gen gen yang dikaitkan dengan proses memperduaan yang unik ini mempunyai potensi yang sangat penting dalam memberi petunjuk kepada proses evolusi manusia, namun, kebanyakan mereka masih tidak dikaji dan dianalisa secara mendalam. Struktur bahagian yang berulang dalam gen ini menjadikan proses penkajian mereka susah jika menggunakan teknik pengkajian genetik konvensional. Teknik konvensional untuk membaca turutan DNA dimulakan dengan memotong rantaian genom kepada potongan potongan yang lebih kecil dan mudah untuk dibaca. Data bacaan kemudiannya akan dicantum kembali menjadi satu turutan genom. Proses mencantum data bacaan turutan DNA ini seperti bermain permainan susun suai jigsaw. Jika bayangkan, jika anda mempunyai bahagian DNA yang berulang; iaitu anda mempunyai kepingan susun suai yang sama. Bagaimanakah anda mampu menyiapkan gambar susun suai jika anda mempunyai (hampir kesemuanya) kepingan yang sama? Itu suatu kerja mustahil!

Gambar 1: Menyusun permainan susun suai yang mempunyai bilangan kepingan suai yang banyak satu kerja yang sangat sukar. Bayangkan jika anda mempunyai banyak kepingan kepingan yang sama sebagai komponen untuk menyiapkan sebuah gambar!

“Oleh kerana kawasan kromosom ini terlampau kompleks, ianya sering diabaikan dalam kajian genom konvensional, dan ada bahagian yang masih belum dibaca secara penuh turutannya” kata James Sikela, ahli kaji genetik di University of Colorado School of Medicine di Aurora. “Bukan sahaja gen gen ini penting, malah ianya terbiar tidak dikaji”.

Pada tahun 2007, Prof Eichler dan pasukannya menjalankan projek yang dikatakan sebuah kerja gila! Iaitu meneliti secara mendalam bahagian bahagian yang berulang dalam genom manusia. Kajian sebelum ini telah mengkatalogkan semua bahagian, namun pasukan Prof Eichler menggunakan teknik pengiraan dan perbandingan genom yang baharu. Mereka membandingkan turutan DNA daripada spesis berbeza untuk meneliti kesemua julat genom. Analisis data kajian ini4 telah diterbitkan di dalam jurnal Nature Genetics pada tahun yang sama, mendedahkan set beberapa duplikon utama. Bahagian ini muncul berulang kali dalam sesebuah kromosom.

Duplikon utama menempatkan struktur turutan DNA yang kompleks, bertindak sebagai pusat untuk memperduakan blok salinan yang lebih besar. Walaupun para saintis masih tidak memahami bagaimana proses tersebut berlaku, duplicon utama ini bagaikan mengambil turutan bersebelahan, memperduakan ia, dan memasukkan salinannya ke dalam salinan turutan bersebelahan tersebut. Kemudian hasil gabungan salinan tersebut dimasukkan ke dalam lokasi baru pada kromosom. “Kemudian ia dipilih semula untuk disalin dan proses gabungan salinan bersebelahan berulang kembali” kata Prof Eichler. “Ia seolah olah unsur genetik yang tidak stabil memberikan jalan untuk perubahan evolusi”.

Gambar 2: Kedudukan gen SRGAP2 pada kromosom 1 manusia berada di 3 termpat berbanding dengan cimpanzi dan orangutan yang hanya mempunyai satu salinan sahaja. Gambar hak milik Cell Press9.

Proses ini lah yang dianggap bagaimana gen baru terhasil; apabila salinan dimasukkan ke dalam genom, ia membawa sekali 2 bahagian DNA yang asing, yang apabila diterjemahkan akan membawa kepada kemunculan komponen berfungsi yang baharu seperti protein yang tidak ada sebelum ini. Proses gabungan yang seakan akan huru hara ini berbeza dengan model lama pembentukan gen, yang mengatakan gen di memperduakan dan salinannya bebas untuk menjalankan fungsi yang baru.

“Mekanisme ini menjadi pengaruh besar dalam evolusi kita,” kata Philip Hastings, ahli genetik di Baylor College of Medicine di Houston. “Mungkin sebahagian besar sebab mengapa kita menjadi seperti apa yang kini kita lihat, adalah hasil mekasnisme yang membawa kepada perubahan struktur kromosom secara berkala”.

Corak yang diikuti oleh duplikon ini hanya unik kepada hominid, memberi petunjuk yang mekanisme ini ekslusif kepada keluarga Hominidae. Dalam organisme lain, bahagian yang disalin akan berada di bersebelahan dengan templat asal gen tersebut, bukan tersebar pada julat kromosom.

Bahagian yang disalin dalam gen keluarga hominid cenderung untuk menjadi sangat aktif, bermaksud ia digunakan dalam penghasilan RNA dan protein. Oleh itu, gen ini dianggap sangat penting. Setakat ini Prof Eichler telah mengkatalogkan struktur sebahagian kecil dari kawasan duplikon yang ditemui. Setiap duplikon ini unik kepada kromosom yang ia duduki. Kebanyakan analisis setakat ini memfokuskan kepada sejarah evolusi kawasan gen tersebut, termasuk daripada manakah gen itu terhasil (daripada segmen DNA, bukan tempat), secepat mana mereka berevolusi, dan bagaimana setiap daripadanya berkaitan antara satu sama lain. Pasukan Prof Eichler mengalami kesukaran dalam memahami apa yang mereka kaji, namun berjaya menemui beberapa fungsi gen yang berkait dengan proses penyalinan yang telah dibincangkan.

Apa yang kita tahu, gen gen ini sangat penting dalam evolusi. Mengikut Eichler, 1/3 daripada keluarga gen yang terlibat dengan duplikon utama menunjukkan tanda tanda pemilihan positif; bermakna organisme yang mempunyai gen ini telah diutamakan dalam pemilihan semulajadi. Oleh itu gen tersebut telah diturunkan kepada generasi berikutnya, memberikan manfaat kepada empunya gen. Salah satu gen yang menjadi duplikon utama telah diketahui sebagai gen yang paling cepat berevolusi5; LCR16a. Walaupun begitu, Prof Eichler memberi amaran bahawa mengukur pemilihan positif untuk gen yang spesifik kepada hominid ini sangat susah kerana subjek yang boleh dibandingkan sangat sedikit. Untuk mengukur pemilihan gen, saintis membandingkan antara species hominid untuk memerhatikan seberapa banyak ia telah berubah.

Gambar 3: Perbandingan LCR16 pada kromosom 16 manusia (kiri) dan baboon; papio hamadryas (kanan). Ideogram bersertakan lokasi, no salinan gen dan strukturnya. Gambar hak milik Proceedings of the National Academy of Sciences6.

Seperti corak cincin pokok, bahagian luar duplikon utama adalah yang paling baru, manakala bahagian dalam merupakan bahagian yang lebih tua. Bahagian yang paling baru (luar) terhasil daripada proses salinan yang lebih baru. Kawasan ini yang paling cenderung untuk menjadi berbeza antara satu manusia kepada manusia yang lain. Maka, mereka mungkin menyumbang kepada penyakit; pertambahan atau pembuangan salinan gen atau segmen DNA yang penting mungkin mengubah bagaimana sel dan organ berfungsi.

Prof Eichler bermatlamat untuk mengkaji variasi dalam kawasan salinan ini dan mencari apa yang gen ini lakukan. Pengkaji bercadang untuk melihat variasi dalam 30 gen yang spesifik terhadap manusia pada kawasan ini untuk memerhati kaitan gen dengan penyakit tumbesaran seperti kerencatan akal dan epilepsi. Jika perubahan pada gen diperhatikan ada kaitan dengan perubahan ciri yang spesifik; seperti saiz otak, ia akan memberikan petunjuk kepada fungsi gen itu.

Kira kira 3.4 juta tahun lepas, duplikon utama yang terletak pada kromosom 1 pada keturunan manusia membuat langkah yang paling penting dalam sejarah, dengan mengambil salinan gen SRGAP2 bersamanya9. Sejuta tahun selepas itu, ia tersalin lagi, menghasilkan generasi gen seterusnya. Tiada mamalia yang lain mempunyai genom yang mengalami perubahan seperti ini, mempunyai banyak salinan SRGAP2 dalam genomnya. Salinan SRGAP2 ini selari dengan titik penting dalam evolusi manusia; saat di mana Australopithecus berevolusi menjadi homo habilis 2-3 juta tahun lepas. Dengan perubahan ini, saiz otak hominid dalam perjalanan untuk menggandakan saiznya.

Gambar 4: Tumbesaran otak menjadi pemangkin kemajuan manusia masa kini.

Gen SRGAP2C dikatakan mempunyai kepentingan besar kepada otak manusia. Pada tahun 2012, pasukan Prof Eichler dan Scripps Research Institute berdekatan San Diego menunjukkan SRGAP2C mampu mempengaruhi bagaimana sel neuron berpindah dalam otak yang berkembang. Dengan mengaktifkan gen tersebut di dalam tikus, gen tersebut didapati melambatkan kematangan sesetengah sel otak dan merangsang pertumbuhan perhubungan sel neuron yang lebih tumpat dan padat. Sel neuron yang lebih tumpat membantu dalam menghubungkan sel sel otak. Prof Eichler berkata “Saya tidak mengatakan yang ia bertanggungjawab dalam membesarkan otak manusia, namun ia memainkan peranan untuk sel yang akan menjadi neuron pergi ke tempat yang sepatutnya (untuk membentuk struktur yang lebih padat)”.

Penemuan kajian SRGAP2 menunjukkan bagaimana perubahan genetik yang spesifik kepada manusia membawa kepada perubahan terhadap neuron itu sendiri. “Inilah yang hilang dalam kajian bidang ini!” kata Genevieve Konopka, seorang saintis saraf di University of Texas Southwestern Medical Center di Dallas. “Perubahan yang unik dalam genetik manusia telah ditemui, namun kajian lebih terhadapnya masih belum dilakukan”. Konopka menyatakan bahawa kajian seperti kajian ke atas SRGAP2 yang mana ia mendalami fungsi sesebuah gen mampu membantu untuk memperjelaskan fungsi gen (yang spesifik kepada manusia) terhadap proses evolusi manusia.

Duplikon utama yang dibincangkan membawa perjudian evolusi. Ketidakstabilan genetik yang membawa kepada pembentukan gen baharu mungkin juga akan memusnahkan atau memadam gen sedia ada, atau membuat terlalu banyak salinan. Mungkin hal ini lah yang menghasilkan kecenderungan kita untuk menghidap penyakit. Sebahagian daripada blok yang disalin dikaitkan dengan beberapa penyakit otak7, termasuk ketidakstabilan intelek, skizofrenia dan epilepsi.

Gambar 5: Model menunjukkan jaringan sel saraf otak.

Apabila para saintis meneliti dan mencari bahagian genetik yang tersalin secara kerap di dalam manusia berbanding dengan hominid yang lain, potongan pendek DNA yang dipanggil DUF1220 menarik minat mereka. DUF1220 telah disalin di dalam manusia lebih cepat daripada mana mana kawasan yang menghasilkan protein yang terlibat dengan perubahan saiz otak. Menunjukkan ia mempengaruhi evolusi otak manusia dan perubahan pada bilangan potongan DNA ini mampu memberi kesan buruk. Sikela dan pasukannya menggunakan alat khas untuk mengira jumlah salinan DUF1220 dalam manusia yang sihat8 dan menjumpai bahawa, lebih banyak salinan DUF1220 yang seseorang itu ada, lebih banyak jirim kelabu yang seseorang itu ada; bahagian otak yang diperbuat daripada sel saraf.

Walaupun perulangan DUF memberikan kelebihan evolusi dalam terma saiz otak, mereka mungkin membawa kesan buruk terhadapnya. Salinan DUF terkumpul di kawasan yang tidak stabil pada kawasan 1q21. Pemadaman atau memperduaan pada kawasan ini telah dikaitkan dengan penyakit seperti autism, skizofrenia, penyakit jantung, mikroensefali dan makroensefali.

Walaupun bukti bukti bahawa duplikon utama adalah penggerak di sebalik evolusi manusia itu sendiri telah di ketahui, banyak soalan yang masih belum terjawab. Sebagai contohnya, apa yang membuatkan mulanya penciptaan gen ini, atau merangsang kepada penyalinan mereka, atau bagaimanakah mereka tersebar sepanjang julat genom masih menjadi misteri dan perlu dikaji. Satu hipotesis popular ialah retrovirus memasukkan DNA ke dalam badan manusia. Mungkin retrovirus ini yang bertanggungjawab atas duplikon utama tersebut. Sebahagian besar daripada genom kita telah dikaji dan didapati datang daripada virus, Cuma sudah tidak aktif di dalam sel kita. “Hipotesis kesukaan saya ialah pada satu ketika dalam sejarah evolusi manusia, terdapat lonjakan dalam aktiviti retrovirus” kata Edward Hollox, ahli genetik di University of Leicester, Great Britain.

Yang misterinya, duplikon utama yang pada awalnya aktif kini tampak sudah tidak memperdua lagi. Walaupun bukti yang menunjukkan beberapa titik aktif penyalinan gen ini, namun saintis masih tidak dapat mengesan penyalinan yang berlaku dalam lingkungan beberapa juta tahun lepas. Prof Eichler dan pasukannya mencari kes kes sebegitu, yaitu mencari salinan gen yang lebih muda yang dibuat lebih baru berbanding dengan zaman ini, yang spesifik kepada manusia moden dan tidak ada pada Neanderthal. “Tetapi ia bagaikan pengecualian, berbanding dengan peraturan tetap yang diikuti gen gen ini” katanya.

Masih tidak jelas sejauh manakah duplikon utama ini mempengaruhi pembentukan spesis kita. “Ianya sangat susah untuk membentuk teori evolusi hominid, kita perlukan kajian yang sangat teliti” kata Hollox. “Tidak dinafikan lagi, hipotesis duplikon teras merupakan salah satu bahagian daripadanya. Cuma sejauh mana ia memberikan kesan, itu kita masih tidak tahu”.

Kajian factor lain yang terlibat seperti factor pengawalan gen; bila dan di mana sesuatu gen itu dihidupkan, memainkan peranan juga dalam konteks ini. Namun perubahan kepada pengawalan gen diramalkan tidak dapat menjelaskan perbezaan antara beruk dan manusia. “Saya pasti ada beberapa cara kepada evolusi otak” kata Konopka, menjelaskan bahawa duplikon teras merupakan pemain terbesar dalam proses ini.

Sebahagian besar artikel diatas diterjemahkan daripada Quanta Magazine.

Artikel di atas  ditulis hasil penelitian kajian Professor Evan Eichler, seorang pakar genetik di University of Washington. Beliau telah menyiapkan PhD beliau di Baylor College of Medicine dalam kajian gen FMR1. Kini beliau bekerja bersama Howard Hughes Medical Institute untuk meneliti kaitan evolusi gen yang giat tersalin sejak awal tamadun manusia dan penyakit yang ia hasilkan. Daripada situ beliau mencari cara untuk menyembuhkan penyakit yang terhasil akibat salinan gen tersebut. Maka kepakaran Prof Eichler ialah mengkaji ketidakstabilan gen dan variasi gen.

Gambar 6: Professor Evan Eichler. Gambar oleh Ron Wurzer.

Saya tidak menyatakan gen yang dikaji oleh Prof Eichler secara spesifik kerana gen yang melalui proses salinan seperti yang dibincangkan sangat banyak. Kajian Prof Eichler pada 2007 mengesan sebanyak 437 salinan yang tergolong dalam 24 keluarga gen. Tetapi dalam artikel di atas saya meletakkan kepentingan kepada perbincangan keluarga gen SRGAP2 yang terlibat dengan penyusunan sel sel saraf dalam otak10.

Sehingga kini Prof Eichler telah giat mengkaji dan menghasilkan penemuan baru dalam bidang genetik manusia. Mungkin kita akan bincangkan penemuan tersebut pada kesempatan yang lain.

Saya sendiri tidak lah mengatakan evolusi manusia datangnya daripada Australopithecus. Namun, kajian genetik SRGAP2 ini boleh digunakan untuk mengkaji sejauh manakah, secara genetiknya, manusia yang mampu berakal itu wujud. Dan daripada situlah kita mampu memikirkan dan mengesan kewujudan adam saintifik. Kajian berkenaan adam saintifik; adam yang dicari hasil penelitian sains bukan tidak pernah dijalankan, namun saya masih belum jumpa kajian yang benar benar bebas bias dan bebas kesalahan.

Di sini saya tekankan jejak yang hilang yang saya maksudkan dalam artikel saya tidak sama dengan konsep konvensional “the missing link”. Konsep the missing link menyangkal evolusi dengan meminta bukti atau fosil haiwan yang sedang berubah, yang dalam transformasi. Tetapi setiap organisme berubah, setiap keturunan manusia berubah.

Laluan evolusi manusia bukanlah laluan yang lurus daripada beruk kepada manusia. Namun perjalanan kita bercambah daripada moyang yang sama. Pada pendapat saya sendiri, moyang manusia tamat disesebuah titik dan tidak bersambung dengan susur galur evolusi manusia yang dipersetujui kebanyakan saintis. Pada saya, seorang yang memegang fahaman evolusi bio islamik, berpendapat dengan kajian gen seperti ini kita dapat mencari jejak yang hilang, iaitu bukti mahupun anggaran zaman bermulanya kewujudan manusia. Saya berpegang kepada konsep yang setiap hidupan dicipta berasingan namun dicipta dengan kebolehan berevolusi, namun sudah tentu pendapat saya masih tidak disokong dengan bukti saintifik, belum lagi. Mustahilkah untuk tuhan mencipta hidupan yang mampu berubah untuk menjalankan kehidupan yang berubah ubah? Adakah tuhan tidak berkuasa untuk memberikan kebolehan berubah pada ciptaannya? Atau tuhan sengaja tidak meletakkan kebolehan berubah pada ciptaanya pada pendapat kamu yang menolak evolusi? Kejamnya tuhan jika sebegitu.

Oleh itu, kajian gen SRGAP2 mampu menunjukkan kita kepada asal usul kemunculan kewujudan akal. Dan sudah kita ketahui akal itu satu ciri khas milik manusia dan beberapa hidupan metafizik lain. Jadi saya yakin dengan kajian genetik mampu meneliti jejak yang hilang dalam evolusi manusia, menjejak di manakah titik awal kewujudan manusia, menjejak kewujudan adam saintifik.

Rujukan

  1. Singer, E. (2014). A Missing Genetic Link in Human Evolution. Quanta magazine.
  2. Marques-Bonet, T., & Eichler, E. (2009). The Evolution of Human Segmental Duplications and the Core Duplicon Hypothesis. Cold Spring Harbor Symposia On Quantitative Biology, 74(0), 355-362.
  3. Nuttle, X., Huddleston, J., O’Roak, B., Antonacci, F., Fichera, M., & Romano, C. et al. (2013). Rapid and accurate large-scale genotyping of duplicated genes and discovery of interlocus gene conversions. Nature Methods, 10(9), 903-909.
  4. Jiang, Z., Tang, H., Ventura, M., Cardone, M., Marques-Bonet, T., & She, X. et al. (2007). Ancestral reconstruction of segmental duplications reveals punctuated cores of human genome evolution. Nature Genetics, 39(11), 1361-1368.
  5. Johnson, M., Viggiano, L., Bailey, J., Abdul-Rauf, M., Goodwin, G., Rocchi, M., & Eichler, E. (2001). Positive selection of a gene family during the emergence of humans and African apes. Nature, 413(6855), 514-519.
  6. Johnson, M., Cheng, Z., Morrison, V., Scherer, S., Ventura, M., & Gibbs, R. et al. (2006). Recurrent duplication-driven transposition of DNA during hominoid evolution. Proceedings Of The National Academy Of Sciences, 103(47), 17626-17631.
  7. Antonacci, F., Dennis, M., Huddleston, J., Sudmant, P., Steinberg, K., & Rosenfeld, J. et al. (2014). Palindromic GOLGA8 core duplicons promote chromosome 15q13.3 microdeletion and evolutionary instability. Nature Genetics, 46(12), 1293-1302.
  8. Dumas, L., O’Bleness, M., Davis, J., Dickens, C., Anderson, N., & Keeney, J. et al. (2012). DUF1220-Domain Copy Number Implicated in Human Brain-Size Pathology and Evolution. The American Journal Of Human Genetics, 91(3), 444-454.
  9. Dennis, M., Nuttle, X., Sudmant, P., Antonacci, F., Graves, T., & Nefedov, M. et al. (2012). Evolution of Human-Specific Neural SRGAP2 Genes by Incomplete Segmental Duplication. Cell, 149(4), 912-922.
  10. Eichler Lab. (2006). Eichlerlab.gs.washington.edu. Retrieved 12 July 2017, from http://eichlerlab.gs.washington.edu/

 

Comments

comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here