Sasakala Kahirupan

ARTIKEL DINA MAJALAH "CUPUMANIK" No.44
(TAUN IV No.8) SASIH MARET 2007:


SASAKALA KAHIRUPAN
Ditilik tina jihat élmu kimia

k u
IRFAN ANSHORY



Anjeunna ngaluarkeun mahluk hirup tina barang paéh jeung ngaluarkeun barang paéh tina mahluk hirup. Anu kitu téh Allah! Naha maranéh bet nyéléwéng?
(Al-Qur’an, Surat Al-An`am 95)

RUPA-RUPA métodeu isotop radioaktif dina ngitung umur batuan météorit nu ragrag ka bumi sakabéhna ngahasilkeun angka nu sarua, nyaéta 4,6 miliar taun. Ku sabab panonpoé tur sakur eusina tatasurya (planét, satelit, asteroid, météorit, komét, jsté) baheula dijieun tina awan gas jeung partikel lebu nu sarua dina waktu nu sarua, tangtu baé 4,6 miliar taun téh umurna bumi urang ogé. Batuan sédimén pangkolotna di bumi nu kanyahoan tepi ka ayeuna nyaéta déposit Fig Tree jeung Onverwacht di Afrika Kidul, umurna masing-masing 3,4 tur 3,6 miliar taun. Duanana éta déposit téh sihoréng ngandung mikrofosil baktéri jinis cyanobacteria. Tina ieu data kabuktian yén mahluk hirup téh geuningan geus aya di bumi ngan ukur kurang leuwih samiliar taun sabada planét urang ngajanggélék.

Tah, kumaha kahirupan jleg narojol di bumi téh? Siga naon wujudna ieu planét basa éta prosés dimimitian? Hiji hal nu tétéla: wiati (atmosfér) teu acan ngandung gas oksigén (O2), sabab gas oksigén di wiati ayeuna dihasilkeun tina fotosintésis mahluk hirup nu miboga klorofil. Matérial-matérial organik nu kudu ngajumpluk pikeun bahan baku mahluk hirup henteu panceg (stabil) tur gancang ruksak dina wiati nu aya oksigénan. Urang nu sapopoé nyeuseup oksigén tina wiati sok poho yén oksigén téh saéstuna gas racun tur korosif deuih, nu matak manusa jeung mahluk hirup nu séjén kudu ditangtayungan ku rupa-rupa mékanismeu kimiawi dina waruga maranéhna. Seuseueurna mahluk hirup ayeuna ‘ngaduruk’ dahareun jeung oksigén, sabab ieu prosés ngahasilkeun leuwih réa énérgi ti batan prosés férméntasi anaérobik (tanpa oksigén). Énzim-énzim katalase, péroksidase tur superoksida-dismutase kudu nyampak pikeun nangtayungan mahluk hirup nu maké oksigén tina éfék-gigir nu picilakaeun. Ari baktéri-baktéri anaérobik mah teu bogaeun sistim panangtayungan siga kieu, nu matak gas oksigén taya gunana, malah jadi racun ka maranéhna mah.

John Burdon Sanderson Haldane (1892-1964) ti Inggris élmuwan nu pangheulana nétélakeun yén “wiati tanpa oksigén” (non-oxydizing atmosphere) mangrupa prasyarat pikeun lumangsung diyugakeunana mahluk hirup nu pangmimitina. Basa di wiati tacan aya gas oksigén, tangtu baé tacan aya ogé lapisan ozon (molékul oksigén nu atomna tilu siki) di bagian luhur wiati nu meungpeunan radiasi ultraviolét tina panonpoé siga ayeuna. Éta radiasi ultraviolét nu pohara réana nyayagikeun énérgi pikeun sintésis molékul-molékul organik tina molékul-molékul anorganik. Ku sabab di wiati taya gas oksigén nu bisa ngaruksak maranéhna, éta sanyawa-sanyawa organik téh panceg ngumpul di sagara nepi ka (dina kalimah Haldane sorangan) “the primitive oceans reached the consistency of hot dilute soup.”

Pamadegan Haldane dipublikasikeun dina majalah ilmiah Rationalist Annual taun 1929, ngan duka teuing ku naon henteu dipiroséa ku élmuwan-élmuwan nu séjén. Kakara taun 1953 Harold Clayton Uréy (1893-1981) ti Amérika Serikat ngopénan éta tésis Haldane téh. Uréy jeung mahasiswana, Stanley Lloyd Miller (lahir 1930), ngayakeun ékspérimén di Universitas Chicago pikeun nalungtik naha enya énérgi nu nyampak nalika bumi “orok” kénéh ngamungkinkeun sintésis sanyawa-sanyawa organik pikeun kahirupan tina gas-gas nu aya di wiati baheula. Duanana manggihan yén silalatu listrik (simulasi laboratorieum pikeun kilat alamiah) dina campuran gas-gas hidrogén (H2), métana (CH4), amonia (NH3) jeung cai (H2O) sihoréng tiasa ngahasilkeun sanyawa-sanyawa aldéhida (RCHO), asam-asam karboksilat (RCOOH) tur asam-asam amino (RCHNH2COOH). Tah, éta ékspérimén ngahudangkeun deui minat para élmuwan kana panalungtikan asal-muasalna kahirupan.

Prosés narojolna mahluk hirup tiasa dibagi kana opat tahap: (1) diyugakeunana planét bumi jeung gas-gas di wiati; (2) sintésis monomér-monomér (molékul-molékul dasar) cara asam-asam amino, gula ribosa tur basa-basa organik; (3) ngagabungna éta monomér-monomér jadi rantay-rantay polimér (molékul-molékul paranjang) kayaning protéin tur asam nukléat; (4) munculna sél-sél nu miboga kamampuh métabolismeu jeung sistim régenerasi.


JAGAT MARCAPADA diwangun ku unsur hidrogén (92 persén) tur hélium (7,9 persén), jeung saeutik pisan oksigén, karbon, nitrogén tur sakumna unsur-unsur séjén. Aya dua fakta nu penting dicatet: (1) beuki nambahan ajén nomer atom (jumlah proton dina inti atom), beuki ngurangan jumlahna éta unsur di jagat marcapada; (2) unsur nu boga nomer atom jangkep sihoréng leuwih réa jumlahna ti batan unsur tatanggana dina sistim periodik nu boga nomer atom gangsal. Duanana éta data ngabuktikeun yén unsur-unsur nu leuwih beurat dijieun tina unsur-unsur nu leuwih hampang, jeung sintésis éta unsur-unsur umumna mangrupa panéwakan partikel alfa (inti hélium) nu boga dua siki proton. Unsur-unsur nu nomer atomna jangkep atuh leuwih réa jumlahna sabab maranéhna aya dina arus-utama (mainstream) sintésis. Ari unsur-unsur nu nomer atomna gangsal tangtu baé leuwih saeutik, da maranéhna mah dijieun ngalangkungan réaksi-réaksi gigir (side reactions).

Beusi dina getih, kalsium dina tulang jeung huntu, tur oksigén nu minuhan bayah urang—pokona mah sakabéh unsur salian hidrogén tur hélium—diyugakeun dina béntang-béntang, tuluy diawurkeun ka rohang angkasa basa éta béntang-béntang paéh (carem) ku sabab geus béak bahan bakar hidrogén. Tah, kitu ogé engké nasibna panonpoé urang téh minangka salah sahiji béntang leutik di jagat marcapada! Nu matak teu lepat-lepat teuing lamun aya manusa nu ngagulkeun manéh ngaku “seuweu-siwina langit”, sabab saéstuna mah sakabéh unsur nu nyusun waruga urang téh mémang baheula dijieunna di langit saméméh tatasurya urang jol ngajanggélék. Sakumaha béjana ilmuwan Carl Sagan (1934-1996), “We are stardust made flesh and were literally made in heaven!”

Panonpoé jeung planét-planét tatasurya diwangun tina awan gas tur partikel lebu sésa-sésa béntang nu jadi raket ku sabab rotasi. Réréana éta awan gas téh ngumpul di puseur jadi panonpoé. Awan-awan gas nu leuwih leutik nyieun agrégasi dina anggang nu béda-béda ti panonpoé pikeun jadi planét-planét. Planét-planét luar nu gedé—Yupiter (Respati), Saturnus, Uranus, Néptunus—mangrupa sampel tina komposisi awan asli nu ngawangun tatasurya. Maranéhna diwangun ku hidrogén tur hélium. Ari planét-planét jero nu leutik—Mérkurius, Vénus (Sukra), Bumi, Mars (Anggara)—leuwih réa miboga unsur-unsur nu beurat jeung saeutik ngandung gas-gas hidrogén tur hélium nu babari lésot tina betotan gravitasi.

Kombinasi gravitasi nu héngkér jeung suhu nu gedé ngaleungitkeun gas-gas ti bumi ka rohang angkasa sanggeusna planét urang kawangun. Untung oksigén geuwat kasimpay dina mineral-mineral silikat nu teu tiasa nyaab, nu matak oksigén téh jadi unsur nu pangréana dina kulit bumi. Nalika kawangun, bumi urang téh kacida panasna tur garing kénéh deuih, tuluy komét-komét gancang méré cai ka bumi. Mimitina mah cai téh mangrupa saab. Lila-lila suhu bumi nyirorot turun tepi ka éta saab bisa ngibun jadi cai nu ngawangun sagara-sagara. Saterusna rupa-rupa prosés dina kulit bumi kayaning vulkanismeu jeung panguréyan mineral-mineral ngabébaskeun gas-gas nu ngawangun wiati baheula, nyaéta gas-gas nitrogén, hidrogén, saab cai, métana, karbon dioksida, amonia, tur hidrogén sulfida.


DIYUGAKEUNANA MONOMÉR-MONOMÉR (molékul-molékul dasar) tina gas-gas di wiati baheula babari kaharti, sabab réaksi-réaksina tiasa ditiron di laboratorieum ayeuna. Stanley Miller nyieun “wiati purba” tina campuran gas-gas hidrogén, métana, amonia jeung cai. Éta gas-gas disirkulasikeun ngalangkungan silalatu listrik. Sihoréng campuran hasil-hasil reaksina ngawengku sawatara asam amino pikeun mahluk hirup. Rupa-rupa variasi ékspérimén geus dicoba ku para élmuwan, cara substitusi karbon dioksida pikeun métana, nitrogén pikeun amonia, jeung radiasi ultraviolét pikeun silalatu listrik. Sakabéhna éta ékspérimén ngabuktikeun yén 20 rupa asam amino nu ngawangun protéin dina mahluk hirup ayeuna geus disintésis tina gas-gas di wiati baheula.

Aya fakta nu nepi ka ayeuna jadi pipanasaraneun para élmuwan. Simulasi laboratorieum lain ngan ngahasilkeun asam-asam amino nu aya dina protéin wungkul, tapi ogé ngahasilkeun asam-asam amino nu tara aya dina mahluk hirup ayeuna! Contona, ékspérimén Miller ngasintésis tilu rupa isomér asam amino nu rumus kimiana C3H7NO2, nyaéta alanin, béta-alanin tur sarkosin. Tapi ngan ukur alanin nu aya dina protéin mahluk hirup. Tina tilu isomér asam amino nu rumusna C5H11NO2: valin, isovalin tur norvalin, ngan ukur valin nu muncul dina protéin ayeuna. Tujuh isomér asam amino nu rumusna C4H9NO2 kawangun dina ékspérimén, tapi taya hiji-hiji acan nu kapilih pikeun nyusun protéin. Naha nu kapilih pikeun nyusun protéin téh ngan ukur 20 rupa asam amino nu ayeuna, lain asam-asam amino nu séjén? Boa-boa baheula kungsi aya saparangkat asam-asam amino nu béda, tuluy musnah ku sabab kawon dina kompetisi ngalawan saparangkat asam-asam amino nu ayeuna unggul? Tah, éta téh takdir Nu Murbéng Alam nu hésé kahontal ku élmu pangaweruh.

Pikeun sintésis asam-asam nukléat, kudu aya dua rupa gula (ribosa tur déoksiribosa) jeung lima rupa basa organik (adénin, guanin, sitosin, urasil, tur timin). Lima molékul formaldéhida (HCHO) ngagabung jadi hiji molékul ribosa (C5H10O5), tuluy sawaréhna ribosa ngalaman réaksi jeung gas hidrogén jadi déoksiribosa bari ngabébaskeun cai. Di antara basa-basa organik, adénin nu munggaran disintésis. Lima molékul hidrogén sianida (HCN) ngawangun adénin (C5H5N5). Mimitina opat molékul HCN ngagabung jadi diaminomaléonitril (CNNH2C=CNH2CN), tuluy nambah HCN hiji deui jadi adénin. Dina jalur réaksi nu séjén, diaminomaléonitril ngalaman hidrolisis, tuluy jeung sianogén ngawangun guanin. Para élmuwan ogé geus paham kana sintésis sitosin, urasil, tur timin (métil urasil). Saterusna ieu basa-basa organik ngagabung jeung ribosa atawa déoksiribosa bari néwak gugus fosfat pikeun ngawangun nukléotida-nukléotida, nyaéta monomérna asam-asam nukléat (DNA tur RNA).



RÉAKSI-RÉAKSI POLIMÉRISASI, nyaéta diyugakeunana polimér-polimér (molékul-molékul gedé) tina ngagabungna momomér-monomér, geus kaharti pisan ku para élmuwan. Éta réaksi-réaksi bisa dilaksanakeun di laboratorieum ayeuna. Asam-asam amino ngagabung jadi protéin, tur nukléotida-nukléotida ngagabung jadi asam nukléat. Ngan kumaha éta réaksi baheula munggaran lumangsung di sagara purba, tah éta mah rada hésé nétélakeunana! Dina réaksi polimérisasi, ngagabungna monomér-monomér pikeun manjangan rantay polimér téh kudu ngaleupaskeun komponén cai (H tur OH) tina ujung-ujung monomér nu ngagabung. Ku sabab réaksina bolak-balik, atuh cai sagara téh leuwih ngadorong réaksi hidrolisis nu nguréykeun polimér (istilah kimiana mah réaksi “ka kénca”) ti batan réaksi polimérisasi nu ngawangun polimér. Pikeun ngadorong réaksi polimérisasi dina sagara, konséntrasi monomér-monomér kudu digedékeun.

Dina basisir sagara purba, monomér-monomér téh sihoréng diserep ku taneuh lempung nepi ka konséntrasina gedé. Taneuh lempung téh diwangun ku ion-ion silikat nu miboga muatan négatif jeung ion-ion aluminieum nu miboga muatan positif. Muatan-muatan positif jeung négatif dina taneuh lempung téh lain ngan ukur nyimpay monomér-monomér, tapi ogé mangrupa katalis nu ngagancangkeun réaksi polimérisasi (ngagabungna éta monomér-monomér ngawangun polimér).

Dina taneuh lempung, asam-asam amino silih nyambung ngawangun protéin-protéin, tur nukléotida-nukléotida silih nyambung ngawangun asam-asam nukléat. Lamun teu aya taneuh lempung, réaksi polimérisasi nu pangmimitina dina sagara baheula pamohalan kajadian. Paingan Gusti Nu Maha Suci nétélakeun dina Al-Qur’an Surat Ar-Rahman 14 yén urang téh diyugakeun ku Anjeunna tina taneuh lempung (shalshaal)! Protéin-protéin jeung asam-asam nukléat ngajumpluk dina taneuh lempung di basisir sagara purba bari ngantosan réaksi-réaksi saterusna.



SAÉSTUNA MAH ngan aya tilu rupa sanyawa kimia nu jadi prasyarat pikeun kahirupan téh, nyaéta cai, protéin tur asam nukléat. Sakabéhna mahluk hirup kudu bogaeun ieu tilu rupa barang dina warugana. Tah, kumaha mimitina cai, protéin jeung asam nukléat ujug-ujug ngawangun sel anu hirup, masalah éta téh mangrupa mistéri nu teu kahontal ku élmu pangaweruh. Ceuk para élmuwan, dina ieu tahap aya nu disebut destiny of nature. Urang nu miboga agama tangtu nyebutna takdir ti Gusti Nu Maha Suci.

Mahluk hirup nu pangmimitina narojol di bumi mangrupa organismeu sel tunggal nu gumantung kana molékul beunghar-énérgi (rich-energy molecules) nu diwangun ku radiasi ultraviolét ti panonpoé. Interaksi antara protéin jeung asam nukléat ngahasilkeun prosés transkripsi (panyalinan) tur translasi (panarjamahan) génétika nu ngamungkinkeun hiji sél tiasa ngawariskeun kamampuh biokimiana kana katurunanana. Mahluk-mahluk hirup nu munggaran téh mangrupa konsumén zat-zat organik, sanés produsén. Tangtu baé lila-lila dahareun di alam lingkungan beuki ngurangan. Éta kondisi ngayugakeun prosés fotosintésis, nu ngamungkinkeun sawatara mahluk hirup jadi produsén zat-zat organik, ku sabab mampuh néwak énérgi sinar panonpoé pikeun nyieun molékul nu beunghar-énérgi.

Dina prosés fotosintésis, énérgi sinar panonpoé ditéwak ku klorofil pikeun nguréykeun molékul cai (H2O), tur atom hidrogénna dianggo pikeun ngaréduksi gas karbon dioksida jadi glukosa. Atom oksigén tina cai dipiceun ka wiati dina wangun molékul gas oksigén (O2). Saméméh aya prosés fotosintésis mah oksigén téh kasimpay dina wangun sanyawa-sanyawa, utamana dina cai jeung mineral-mineral. Tah, sanggeusna gas oksigén jol mangrupa unsur bébas, ieu gas ngarobah komposisi wiati tuluy ngaleungitkeun kondisi nu ngamungkinkeun diwangunna kahirupan tina bahan-bahan organik. Ku sabab aya oksigén bébas (O2), atuh bahan-bahan organik téh teu panceg deui, gancang ruksak ku prosés oksidasi.

Di dieu sawala urang tepi ka cyanobacteria, nu fosil karuhun manéhna kapanggih dina sédimén di Afrika nu umurna 3,6 miliar taun. Dua miliar taun sabadana lumangsung parobahan dina wiati planét bumi: tina reducing atmosphere nu taya gas oksigén jadi oxidizing atmosphere nu 20% eusina téh gas oksigén. Salah sahiji balukarna nyaéta kawangunna lapisan ozon (O3) di bagian luhur wiati nu meungpeunan radiasi ultraviolét ka bumi. Ieu nyababkeun eureunna sintésis zat-zat organik ngalangkungan prosés non-biologis. Salajengna, évolusi kimiawi diteruskeun ku évolusi biologi.

Allah nurunkeun cai ti langit, tuluy hirup ku éta cai ieu bumi sabada matina. Saéstuna dina hal éta téh aya ayat-ayat pikeun kaom nu ngadarangukeun (Surat An-Nahl 65). Teu aya hiji organismeu di bumi anging Allah nu nanggung rejekina. Anjeunna uninga kana lingkungan jeung konsérvasina. Sakabéhna kaunggel dina Kitab nu tétéla (Surat Hud 6).***