Misteri Archaea: Rumah Tanpa Sekat

Bentuk Rumah Sel

Langkah pertama klasifikasi domain adalah melihat tipe ruangannya: prokariotik tanpa sekat inti, atau eukariotik dengan sekat inti.

Bagan pohon filogenetik 3 domain kehidupan dengan analogi rumah studio dan rumah berkamar

Bayangkan sebuah sel seperti rancangan rumah tinggal. Sel prokariotik diibaratkan seperti apartemen tipe studio: satu ruangan terbuka tanpa sekat kamar di dalamnya, sehingga materi genetik (DNA) berada bebas melayang di sitoplasma. Sebaliknya, sel eukariotik adalah rumah besar bersekat kamar, di mana materi genetiknya tersimpan aman di dalam satu ruangan tertutup khusus, yaitu membran inti.

Dalam taksonomi modern, Carl Woese membagi pohon kehidupan ke dalam $3$ domain utama: Bakteri, Archaea, dan Eukarya. Domain Bakteri dan Archaea sama-sama beranggotakan organisme prokariotik, sedangkan domain Eukarya menaungi seluruh organisme eukariotik—termasuk hewan, tumbuhan, jamur, serta Protista.

Ditemukan sampel mikroorganisme dari dasar laut yang hanya terdiri dari satu sel. Namun, saat diamati dengan mikroskop elektron, terlihat untaian materi genetik DNA yang dibungkus rapi oleh selaput membran tebal. Meskipun bersel tunggal, mengapa mikroorganisme tersebut tidak bisa diklasifikasikan sebagai Archaea?

  • Karena ia memiliki membran inti, sehingga masuk ke dalam domain Eukarya.
  • Karena Archaea hanya hidup di lingkungan es ekstraterestrial, bukan dasar laut.
  • Karena organisme bersel tunggal otomatis dikelompokkan ke dalam hewan prokariotik.
  • Karena Archaea tidak memiliki materi genetik berupa untaian DNA di dalam selnya.

Jawaban: Karena ia memiliki membran inti, sehingga masuk ke dalam domain Eukarya.

Adanya membran pelindung yang membungkus materi genetik (membran inti) adalah ciri definitif sel eukariotik (Domain Eukarya), sedangkan Archaea adalah sel prokariotik tanpa membran inti. Habitat dasar laut juga banyak dihuni Archaea, hewan adalah eukariotik multiseluler, dan semua sel Archaea tetap memiliki materi genetik berupa DNA.

Protista termasuk ke dalam kelompok eukariotik yang memiliki membran inti.

Bahan Bangunan Berbeda

Meski sama-sama berbentuk rumah studio (prokariotik), Archaea dan Bakteri dibangun dengan material struktur sel yang sama sekali berbeda.

Jika kita meneliti bahan konstruksinya, dinding sel Bakteri dibangun menggunakan material seperti bata merah konvensional yang disebut peptidoglikan. Sebaliknya, dinding sel Archaea tidak tersusun dari peptidoglikan, melainkan tersusun atas lapisan protein atau glikoprotein khusus yang menyerupai panel baja kokoh.

Perbedaan yang lebih mendasar berada pada fondasi membran plasmanya. Lemak penyusun membran sel Bakteri dihubungkan oleh ikatan ester dengan rantai asam lemak lurus (seperti semen standar). Namun, membran sel Archaea tersusun atas rantai hidrokarbon bercabang yang terikat ke gliserol melalui ikatan eter (bagaikan lem beton berkekuatan tinggi). Rantai hidrokarbon bercabang dengan ikatan eter ini jauh lebih stabil secara kimiawi, sehingga membran sel Archaea tidak mudah lisis atau terhidrolisis saat terpapar panas mendidih, keasaman ekstrem, maupun pembekuan es abadi.

Oleh karena itu, ketika mikroorganisme dari sampel es satelit Saturnus tersebut terbukti tidak memiliki peptidoglikan dan memanfaatkan ikatan eter pada membrannya, mikroorganisme itu jelas bukan anggota domain Bakteri.

Seorang peneliti biokimia menemukan mikroba bersel tunggal tanpa inti sel dari dasar kawah belerang. Analisis laboratorium menunjukkan ketiadaan total senyawa peptidoglikan pada dinding selnya. Berdasarkan data awal tersebut, kesimpulan paling logis tentang klasifikasi mikroba ini adalah?

  • Mikroba tersebut pasti masuk ke dalam kelompok sel Eukarya.
  • Mikroba tersebut bukan termasuk kelompok Bakteri.
  • Mikroba tersebut adalah mutasi langka dari kelompok virus belerang.
  • Mikroba tersebut adalah bakteri kuno karena hidup di lingkungan ekstrem.

Jawaban: Mikroba tersebut bukan termasuk kelompok Bakteri.

Peptidoglikan merupakan polimer khas penyusun dinding sel pada sebagian besar anggota domain Bakteri. Karena mikroba prokariotik tersebut sama sekali tidak memiliki peptidoglikan, mikroba tersebut dapat dipastikan bukan anggota Bakteri. Opsi Eukarya salah karena mikroba tidak memiliki inti sel, dan virus bukanlah sel.

Keberadaan peptidoglikan pada dinding sel digunakan untuk membedakan domain Bakteri dengan Archaea.

Surat Wasiat yang Mirip

Secara genetik (molekuler), Archaea memiliki pola sintesis yang justru lebih menyerupai Eukarya dibanding sesama prokariotik.

Walaupun tampak luar sel Archaea menyerupai rumah studio Bakteri, "cetak biru" atau materi genetik di dalamnya menyimpan kisah evolusi yang berbeda:

Kombinasi dinding sel tanpa peptidoglikan, lipid membran berikatan eter, genetik molekuler mirip eukariota, serta metabolisme metanogenik secara definitif menempatkan organisme ini ke dalam domain Archaea (Opsi C).

Evaluasi kebenaran pernyataan berikut mengenai karakteristik molekuler dan klasifikasi Archaea:

  • Archaea memiliki kedekatan dengan domain Eukarya yang dibuktikan dengan kesamaan struktur RNA polimerase. — Benar
  • Karena memiliki struktur metabolisme yang menghasilkan metana, Archaea ditempatkan satu domain dengan Fungi (jamur). — Salah
  • Keberadaan intron dalam gen-gen Archaea memisahkannya dari Bakteri yang umumnya tidak memilikinya. — Benar

Pernyataan 1 Benar karena RNA polimerase Archaea sangat kompleks dan berkerabat dekat secara molekuler dengan RNA polimerase pada Eukarya. Pernyataan 2 Salah karena metanogenesis adalah ciri khas metabolik pada Archaea anaerob, sedangkan Fungi merupakan eukariota sejati. Pernyataan 3 Benar karena intron pada gen pengkode protein umumnya ditemukan pada Eukarya dan beberapa Archaea, tetapi sangat jarang ada pada Bakteri sejati.

Kekerabatan evolusioner Archaea lebih dekat ke Eukarya ditunjukkan melalui kemiripan proses genetik molekuler.