Makhluk Hidup Teraneh di Dunia: Organisme Simbiosis yang Tidak Biasa Menulis Ulang Aturan Reproduksi
Sebuah studi tentang penyakit kusta lumut menemukan bahwa mereka memiliki gen untuk reproduksi seksual meskipun dianggap sepenuhnya aseksual. Hal ini menantang keyakinan lama dan menimbulkan pertanyaan tentang strategi reproduksi mereka, sehingga menawarkan wawasan baru mengenai biologi dan evolusi lumut.
Bercak lumut yang mungkin pernah Anda lihat di batang pohon dan bangku taman mungkin mudah untuk diabaikan, namun sebenarnya ini adalah salah satu makhluk hidup paling aneh di dunia. Sering disalahartikan sebagai lumut, lumut kerak adalah miniatur ekosistem yang terdiri dari jamur dan alga atau bakteri yang dapat menghasilkan energi dari sinar matahari, hidup bersama dalam satu tubuh.
Mereka tampaknya tidak mengikuti aturan biologis yang sama seperti kebanyakan organisme lainnya, dan para ilmuwan masih menemukan hal-hal baru tentang mereka.
Contoh kasus: dalam studi baru di jurnal Genomik BMCpeneliti terkejut saat menemukan sejenis lumut kerak yang disebut penyakit kustayang sudah lama dianggap aseksual, masih memiliki gen yang mengatur reproduksi seksual. Lumut ini, bertentangan dengan apa yang dipikirkan para ilmuwan selama beberapa dekade, mungkin memiliki kehidupan seks rahasia yang belum dapat diamati oleh siapa pun.
“penyakit kusta pada dasarnya terlihat seperti debu berwarna kehijauan, keabu-abuan, kecoklatan. Ini mungkin apa yang biasanya Anda anggap sebagai lumut yang tumbuh di bangku atau batu—sedikit berlumut, tapi bukan lumut,” kata Meredith Doellman, peneliti pascadoktoral di Pusat Bioinformatika Grainger di Field Museum dan penulis utama makalah tersebut. “Para ilmuwan telah menghabiskan lebih dari 200 tahun untuk mengamati hal-hal ini, dan mereka bersumpah bahwa tidak ada satupun lumut yang membentuk genus tersebut penyakit kusta pernah menghasilkan struktur apa pun untuk reproduksi seksual. Jadi mereka berasumsi bahwa lumut ini aseksual.”
Peran Jamur dalam Reproduksi Lumut
Jamur membentuk sebagian besar tubuh lumut, dan lumut bergantung pada bagian jamurnya untuk berkembang biak. Jamur dapat bereproduksi secara aseksual melalui fragmentasi atau tunas dari tubuh induknya, namun jamur juga mampu bereproduksi secara seksual. Seks jamur itu… rumit.
Versi singkatnya adalah ketika jaringan bawah tanah dari dua calon tetua jamur yang kompatibel menyatu dan berbagi materi genetik satu sama lain, mereka berkumpul untuk membangun struktur di atas tanah yang disebut tubuh buah. (Jamur mungkin merupakan tubuh buah jamur yang paling terkenal.) Tugas tubuh buah adalah menyebarkan spora, yang mirip dengan biji jamur. Spora ini disebarkan oleh angin, air, dan hewan, dan akhirnya mendarat di suatu tempat sehingga mereka dapat tumbuh menjadi jaringan jamur dan memulai proses baru.
Reproduksi seksual pada lumut kerak mengikuti pola serupa. “Lichen yang biasanya bereproduksi secara seksual kawin dengan individu lain dan menghasilkan tubuh buah yang disebut ascomata. Ascomata ini melepaskan spora ke udara, dan mereka menetap untuk tumbuh menjadi lumut baru,” kata Doellman.
Dalam pemeriksaan selama dua abad penyakit kusta lumut, ilmuwan belum pernah menemukan ascomata. Meskipun ada banyak lumut aseksual di dunia, penyakit kusta telah lama dianggap istimewa karena seluruh genus lumut kerak tanpa reproduksi seksual—seringnya, terdapat lumut aseksual jenis dan spesies saudara yang bereproduksi secara seksual. penyakit kustasebagai genus yang seluruhnya terdiri dari spesies aseksual, tampak unik.
Asumsi ini mengarahkan Doellman dan rekan-rekannya di proyek penelitian Field Museum. “Kami pikir kami memiliki situasi di mana kami dapat melakukan beberapa genomik komparatif yang menarik dan menunjukkan hal itu penyakit kustatidak seperti sepupu terdekatnya, Stereocaulontelah kehilangan kemampuan untuk melakukan hubungan seks jamur yang khas,” kata Doellman. Para ilmuwan di Laboratorium Pritzker di Field Museum mengambil DNA sampel dari penyakit kusta Dan Stereocaulon dikumpulkan di seluruh dunia, dari Chicago Botanic Gardens hingga Antartika.
Wawasan Genomik
“Kami mengumpulkan genom mereka, memberi anotasi pada gen, dan mencari gen yang biasanya diketahui terlibat dalam proses meiosis seluler yang hanya terjadi selama reproduksi seksual. Kami mencari gen yang terlibat dalam pembentukan tubuh buah,” kata Doellman. “Kami berharap untuk melihatnya masuk penyakit kustagen-gen ini akan mengalami kemunduran, tidak lagi berfungsi, atau hilang sama sekali. Namun sebaliknya, kami menemukan keseluruhan pelengkapnya, dan semuanya tampak utuh, fungsional, dan hampir persis seperti saudara-saudaranya Stereocaulon.”
Bukti reproduksi seksual di penyakit kusta menjungkirbalikkan pengamatan ilmiah selama bertahun-tahun. “Saya sangat, sangat terkejut,” kata Felix Grewe, direktur Pusat Bioinformatika Grainger di Field Museum dan penulis senior makalah tersebut. “Tidak ada ahli lichenologi di dunia yang berasumsi bahwa lumut kerak ini berhubungan seks, namun mereka memiliki gen untuk itu.”
Sementara para peneliti menemukan hal itu penyakit kusta memiliki gen yang berhubungan dengan reproduksi seksual, mereka masih belum menemukan tubuh buah. “Jika terjadi, sangat jarang terjadi. Mereka menemukan cara yang baik untuk bersembunyi dari kami,” kata Grewe.
Penjelasan potensial lainnya adalah demikian penyakit kusta memang hanya bereproduksi secara aseksual, namun mereka tetap mempertahankan gen untuk seks karena gen tersebut berguna untuk hal lain. “Mungkin saja mereka melakukan sesuatu seperti reproduksi seksual, tapi kenyataannya tidak. Semacam reproduksi paraseksual di mana mereka masih menggabungkan kembali informasi genetik, namun dengan cara yang berbeda,” kata Doellman. “Untuk penelitian di masa depan, kita bisa melihat apakah ada jenis perkawinan berbeda yang terjadi, dan kita bisa melihat genetikanya. penyakit kusta pada tingkat populasi untuk melihat apakah hal ini konsisten dengan reproduksi aseksual.”
Misteri penyakit kustaKehidupan seksnya dapat membantu menjelaskan gambaran yang lebih besar tentang identitas lumut sebagai kemitraan antara jamur dan alga atau bakteri yang dapat melakukan aktivitas seksual. fotosintesis. Agar spora jamur dapat tumbuh menjadi jamur baru, spora jamur perlu ditanam di lingkungan yang ramah.
Agar spora lumut dapat tumbuh menjadi lumut baru, ia harus mendarat di lingkungan yang ramah lingkungan dan menangkap alga atau bakteri fotosintetik yang dibutuhkannya untuk makanan. (Bagi sebagian besar, jika tidak semua lumut, pasangan jamur telah berevolusi sedemikian rupa sehingga tidak dapat lagi bertahan hidup sendiri tanpa pasangan fotosintetik yang memberinya makan.) Oleh karena itu, reproduksi seksual merupakan risiko bagi lumut. Hal ini dapat memberikan keuntungan yang besar, dalam hal keragaman genetik dan potensi evolusi, oleh karena itu mengapa hampir semua lumut kerak yang diketahui melakukan hal tersebut. Namun jika spora lichen tidak mendarat di lingkungan di mana mereka dapat dengan mudah mengambil teman fotosintesisnya, maka mereka berada dalam masalah.
“Saya melihat keuntungan bagi lumut kerak untuk bereproduksi secara aseksual dengan memisahkan diri dari induknya. Anda mungkin tidak bisa menyebar sejauh ini, tapi Anda bisa mengajak pasangan fotosintesis Anda,” kata Grewe. “Tetapi ada keuntungan lain dari reproduksi seksual. Ada banyak penelitian yang menunjukkan bahwa proses seluler yang terlibat dengan seks berkontribusi terhadap stabilitas genom dalam jangka panjang, seperti memperbaiki kerusakan pada kode genetik.”
Meskipun masih belum jelas bagaimana caranya penyakit kusta menggunakan gen-gennya yang sangat seksi, penelitian ini adalah “bagian dari teka-teki untuk memahami cara kerja lumut kerak,” kata Grewe. Organisme sederhana yang mirip debu ini dapat membantu para ilmuwan mengembangkan pemahaman yang lebih baik tentang gen, jenis kelamin, dan evolusi itu sendiri.
Referensi: “Memikirkan kembali aseksualitas: kasus misterius gen seksual fungsional pada Lepraria (Stereocaulaceae)” oleh Meredith M. Doellman, Yukun Sun, Alejandrina Barcenas-Peña, H. Thorsten Lumbsch dan Felix Grewe, 26 Oktober 2024, Genomik BMC.
DOI: 10.1186/s12864-024-10898-8
