Esai berikut dicetak ulang dengan izin dari The Conversation, publikasi online yang meliput penelitian terbaru.
Bayangkan foto kakek nenek, kakek buyut, dan orang tua Anda bersebelahan. Anda akan melihat kemiripannya, namun setiap generasi akan terlihat berbeda dengan generasi sebelumnya. Inilah proses evolusi dalam bentuknya yang paling sederhana: penurunan dengan modifikasi.
Selama beberapa generasi, sejumlah besar modifikasi dapat dilakukan. Beginilah keanekaragaman kehidupan di Bumi ada.
Tentang mendukung jurnalisme sains
Jika Anda menyukai artikel ini, pertimbangkan untuk mendukung jurnalisme pemenang penghargaan kami dengan berlangganan. Dengan membeli langganan, Anda membantu memastikan masa depan cerita yang berdampak tentang penemuan dan ide yang membentuk dunia kita saat ini.
Namun gagasan ini telah lama disalahpahami sebagai jalan satu arah menuju organisme yang “lebih tinggi” atau “lebih baik”. Misalnya, ilustrasi Time-Life tahun 1965 karya Rudolph Zallinger yang terkenal, “Jalan Menuju Homo Sapiens”, menunjukkan manusia berevolusi secara bertahap dari nenek moyang mirip kera hingga manusia modern.
Memperluas perspektif ini melampaui manusia, teori paleontologi awal tentang kehidupan purba mendukung gagasan ortogenesis, atau “evolusi progresif”, di mana setiap generasi keturunan berkembang menuju bentuk yang lebih canggih atau optimal.
Namun evolusi tidak mempunyai garis akhir. Tidak ada tujuan akhir, tidak ada keadaan akhir. Organisme berevolusi melalui seleksi alam yang terjadi pada momen geologis tertentu, atau sekadar hanyut tanpa seleksi kuat ke segala arah.
Dalam penelitian yang baru-baru ini saya lakukan bersama Makaleh Smith, seorang peneliti magang di Universitas Harvard yang didanai oleh National Science Foundation, kami berupaya menguji apakah model evolusi reproduksi satu arah selalu terjadi pada tanaman. Sebaliknya, kami menemukan bahwa pada banyak jenis pakis – salah satu kelompok tumbuhan tertua di Bumi – evolusi strategi reproduksi berlangsung dua arah, dimana tumbuhan terkadang berevolusi “mundur” ke bentuk yang kurang terspesialisasi.
Jalur evolusi tidaklah linier
Tekanan seleksi dapat berubah dalam sekejap dan mengarahkan evolusi ke arah yang tidak terduga.
Ambil contoh dinosaurus dan mamalia. Selama lebih dari 150 juta tahun, dinosaurus memberikan tekanan seleksi yang kuat pada mamalia Jurassic, yang harus tetap kecil dan hidup di bawah tanah agar tidak diburu hingga punah.
Kemudian, sekitar 66 juta tahun lalu, asteroid Chicxulub memusnahkan sebagian besar dinosaurus nonavian. Tiba-tiba, mamalia kecil terbebas dari tekanan seleksi yang kuat dari predator dan dapat hidup di darat, akhirnya berevolusi menjadi bentuk yang lebih besar, termasuk manusia.
Pada tahun 1893, ahli paleontologi Belgia Louis Dollo memperkenalkan gagasan bahwa setelah suatu organisme berevolusi hingga titik tertentu, ia tidak akan kembali ke keadaan semula seperti evolusinya – bahkan jika ia menghadapi kondisi yang sama seperti yang pernah dialaminya. Hukum Dollo, sebagaimana diketahui, menyiratkan bahwa spesialisasi sebagian besar merupakan jalan satu arah, dimana organisme mengumpulkan lapisan kompleksitas yang membuat evolusi ke belakang menjadi mustahil.
Meskipun hukum Dollo telah dikritik, dan gagasan aslinya sebagian besar telah memudar dari wacana populer, perspektif ini masih mempengaruhi aspek biologi saat ini.
Tumbuhan dan kemajuan
Museum sering kali menggambarkan evolusi hewan sebagai perkembangan garis lurus ke tingkat yang lebih tinggi, namun museum bukanlah satu-satunya sumber narasi ini. Hal ini juga muncul dalam pelajaran tentang evolusi reproduksi pada tumbuhan.
Tumbuhan berpembuluh paling awal – yang memiliki jaringan yang dapat memindahkan air dan mineral ke seluruh tumbuhan – memiliki struktur seperti batang tak berdaun yang disebut teloma, dengan kapsul di ujungnya disebut sporangia yang menghasilkan spora. Telom melakukan dua tugas besar tanaman: mengubah sinar matahari menjadi energi melalui fotosintesis dan melepaskan spora untuk menghasilkan tanaman baru.
Catatan fosil menunjukkan bahwa seiring berjalannya waktu, tumbuhan mengembangkan struktur yang lebih terspesialisasi yang mengelompokkan fungsi reproduksi dan fotosintesis. Bergerak melalui garis keturunan tanaman, dari lycophytes yang mengandung spora hingga pakis hingga tanaman berbunga, reproduksi menjadi semakin terspesialisasi. Faktanya, bunga sering digambarkan sebagai tujuan akhir evolusi tumbuhan.
Di seluruh dunia tumbuhan, begitu spesies mengembangkan struktur reproduksi seperti biji, kerucut, dan bunga, mereka tidak kembali ke bentuk yang lebih sederhana dan tidak terdiferensiasi. Pola ini mendukung peningkatan kompleksitas reproduksi secara progresif. Tapi pakis adalah pengecualian penting.
Berkembang, namun tidak selalu maju
Pakis memiliki beragam strategi reproduksi. Sebagian besar spesies menggabungkan perkembangan spora dan fotosintesis pada satu jenis daun – sebuah strategi yang disebut monomorfisme. Yang lain memisahkan fungsi-fungsi ini untuk memiliki satu jenis daun untuk fotosintesis dan satu lagi untuk reproduksi – sebuah strategi yang disebut dimorfisme.
Jika pola spesialisasi yang terlihat secara luas pada tanaman bersifat universal, kita dapat memperkirakan bahwa ketika salah satu garis keturunan pakis mengembangkan dimorfisme, ia tidak dapat membalikkan arah dan kembali ke monomorfisme. Namun, dengan menggunakan koleksi sejarah alam dan algoritme untuk memperkirakan evolusi pakis, saya dan Smith menemukan pengecualian terhadap pola ini.
Dalam famili yang dikenal sebagai pakis rantai (Blechnaceae), kami menemukan beberapa kasus di mana tumbuhan telah mengembangkan dimorfisme yang sangat terspesialisasi, tetapi kemudian kembali ke bentuk monomorfisme yang lebih umum.
Kurangnya benih membuat pakis fleksibel
Mengapa tumbuhan paku mempunyai strategi reproduksi yang fleksibel? Jawabannya terletak pada kelangkaannya: biji, bunga dan buah. Hal ini membedakannya dari lebih dari 350.000 spesies tumbuhan berbiji yang hidup di Bumi saat ini.
Bayangkan mengambil daun pakis yang rimbun, menyusutkannya dan membungkusnya rapat menjadi pelet kecil. Itu pada dasarnya adalah benih yang tidak dibuahi – daun pakis dimorfik yang sangat termodifikasi, dalam sebuah kapsul.
Benih hanyalah salah satu struktur yang sangat terspesialisasi dalam serangkaian karakteristik reproduksi, yang masing-masing berkembang dari yang terakhir, menciptakan bentuk yang sangat spesifik sehingga pembalikan menjadi hampir mustahil. Namun karena pakis hidup tidak berbiji, pakis dapat memodifikasi lokasi penempatan struktur penghasil spora pada daun.
Temuan kami menunjukkan bahwa tidak semua spesialisasi reproduksi pada tanaman tidak dapat diubah. Sebaliknya, hal ini mungkin bergantung pada berapa banyak lapisan spesialisasi yang diperoleh pabrik dari waktu ke waktu.
Di dunia yang berubah dengan cepat saat ini, mengetahui organisme atau sifat mana yang “terkunci” dapat menjadi penting untuk memprediksi bagaimana spesies akan merespons tantangan lingkungan baru dan perubahan habitat yang disebabkan oleh manusia.
Organisme yang berevolusi sepanjang jalur “satu arah” mungkin tidak memiliki fleksibilitas untuk merespons tekanan seleksi baru dengan cara tertentu dan harus memikirkan strategi baru untuk melakukan perubahan. Dalam garis keturunan mirip pakis, spesies mungkin mempertahankan kemampuannya untuk “berevolusi mundur”, bahkan setelah spesialisasi.
Pada akhirnya, penelitian kami menggarisbawahi pelajaran mendasar dalam biologi evolusi: Tidak ada arah yang “benar” dalam evolusi, tidak ada langkah menuju tujuan akhir. Jalur evolusi lebih mirip sebuah jaring yang kusut, dengan beberapa cabang yang menyimpang, yang lainnya menyatu, dan bahkan ada yang berputar kembali pada dirinya sendiri.
Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan. Bacalah artikel asli.