Benarkah sel prokariotik lebih mudah mempertahankan eksistensi nya daripada sel eukariotik? Untuk mengetahuinya, kita harus mengetahui hal-hal dasar dari sel sendiri
1. Pengertian Sel
Tubuh manusia terdiri dari beribu-ribu atau bahkan berjuta sel-sel, begitu pula dengan tumbuhan dan hewan. Menurut Campbell di bukunya yang berjudul Biologi jilid 1 (edisi ke delapan). Sel berasal dari kata "cella " (Yunani) yang berarti ruangan berukuran kecil.
Sel merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi dasar kehidupan. Semua fungsi kehidupan diatur dan berlangsung di dalam sel, karena itulah sel dapat berfungsi atau bahkan hidup sendiri asalkan kebutuhannya terpenuhi.
Suatu sel berasal dari sel sebelumnya. Sebelum kita bisa melihat bagaimana sel-sel saat ini berevolusi dari sel-sel purba, pertama-tama kita perlu sedikit berbicara tentang sel itu sendiri. Ada dua tipe dasar sel yaitu prokariotik dan eukariotik.
Sel prokariotik (pro: sebelum, kariot: inti/nukleus) merupakan sel yang tidak memiliki membran nukleus, hal ini menyebabkan nukleus bercampur atau mengadakan hubungan langsung dengan sitoplasma. Ukuran dari sel prokariotik sangat kecil, yaitu 110 m. Contoh dari sel prokariotik adalah pada mycoplasma, bakteri dan ganggang biru.
Eukariotik (eu: sejati, dan kariot: nukleus/inti) adalah sel dengan nukleus sejati. Sel ini dibungkus oleh membran nukleus sehingga isinya tidak bercampur dengan sitoplasma. Perbedaan yang paling menonjol dari sel prokariotik adalah nukleus sejati yang membungkus sebagian besar DNA sel sehingga DNA tersimpan dalam kompartemen yang berbeda dari sitoplasma. Sel eukariotik adalah sel yang membentuk tubuh kita. Mereka juga memiliki banyak bagian sel. Meskipun kita tidak perlu mengetahui semua bagian yang ada untuk memahami evolusi sel, ada beberapa bagian sel penting yang harus kita ketahui.
Pertama, kita tahu bahwa mereka memiliki nukleus. Inti pada dasarnya adalah otak dari sel, nukelus memberitahu bagian sel lain apa yang harus dilakukan selain mengandung materi genetik sel. Mitokondria sering disebut pembangkit tenaga listrik sel karena mereka bertanggung jawab untuk membuat energi seluler melalui pernapasan aerobik. Pada sel tumbuhan, ada struktur yang dikenal sebagai plastida. Plastid yang mungkin paling sering dikenal oleh kebanyakan orang adalah kloroplas. Struktur ini adalah tempat fotosintesis terjadi yaitu konversi energi cahaya menjadi energi kimia.
2. Perbedaan Sel Prokariotik dan Sel Eukariotik
Ada banyak perbedaan antara sel prokariotik dan eukariotik. Beberapa perbedaan ini bersifat struktural sedangkan yang lain hanya prosedural. Dua dari proses yang secara substansial berbeda antara prokariota dan eukariota adalah ekspresi gen dan regulasinya.
Kedua jenis sel menuliskan DNA menjadi mRNA, yang kemudian diterjemahkan ke dalam polipeptida, tetapi secara spesifik proses ini berbeda. Semua makhluk hidup terdiri dari sel. Ahli biologi membagi organisme hidup menjadi prokariota dan eukariota, berdasarkan struktur sel organisme.
a. Tempat prokariotik dan eukariotik
Prokariota tidak memiliki nukleus dan organel lainnya, secara khusus, wadah yang terikat membran, sedangkan eukariota memiliki mereka. Bahkan, kata "eukariota" berarti "inti sejati." Pada eukariota, genom sel akan terletak pada nukleus. Transkripsi dengan demikian terjadi dalam inti, dan transkrip mRNA kemudian diekspor melalui pori-pori inti (pori-pori pada selubung nukleus) ke sitoplasma untuk diterjemahkan. Sebaliknya, transkripsi dan translasi pada prokariotik tidak spasial atau temporal terpisah.
b. Ribosom sel prokariotik dan eukariotik
Ribosom adalah lokasi terjemahan yang terdiri dari RNA dan protein yang mengikat mRNA sel dan tRNA. Prokariota memiliki ribosom 70S sedangkan eukariota memiliki ribosom 80S . "S" mengacu pada koefisien sedimentasi, sebuah ukuran seberapa besar partikel, massa dan bentuk. Sebuah ribosom 80S terdiri dari ribosom subunit 40S dan subunit 60S sementara 70S terdiri dari subunit 30S dan subunit 50S.
c. Badan inti
Sel prokariotik dan eukariotik, keduanya memiliki badan inti yang mengandung kromosom. Kromosom adalah helai bahan genetik yang terdiri dari asam deoksiribonukleat, atau DNA. Eukariota memiliki inti sejati, yang terdiri dari satu atau lebih pasang kromosom linear, dan dipisahkan dari bagian sel dengan membran inti. Nukleus juga berisi nukleolus, yang merupakan struktur yang merakit komponen yang diperlukan untuk sintesis protein. Sebaliknya, badan inti prokariotik, atau nukleoid, tidak memiliki membran inti. Ini berisi satu kromosom melingkar terdiri dari DNA, dan tidak memiliki nukleolus.
d. Struktur sel prokariotik dan eukariotik
Sel prokariotik dan eukariotik dikelilingi oleh membran plasma yang membuat sel menjadi utuh, dan mengatur perjalanan zat ke dalam dan keluar dari sel. Semua prokariota memiliki dinding sel yang kaku yang mengelilingi membran plasma. Beberapa eukariota seperti tanaman, alga dan jamur juga memiliki dinding sel. Lainnya, seperti hewan dan sel protista tidak memiliki dinding sel. Selain nukleus, sel eukariotik mengandung organel mikroskopis, termasuk ribosom, retikulum endoplasma, badan golgi, mitokondria dan berbagai jenis vesikel, yang masing-masing melakukan fungsi khusus. Beberapa eukariota juga memiliki kloroplas, di mana fotosintesis terjadi. Dengan pengecualian dari ribosom, prokariota tidak memiliki organel. Karena kesederhanaan mereka, prokariota jauh lebih kecil daripada eukariota. Hal ini memungkinkan nutrisi untuk cepat mencapai setiap bagian dari interior sel.
e. Fungsi hidup
Semua sel mereplikasi melalui proses yang disebut pembelahan sel. Prokariota membagi melalui pembelahan biner, di mana satu sel terbagi menjadi dua bagian yang hampir sama. Pembelahan sel eukariotik membutuhkan mitosis, yang merupakan proses yang kompleks yang melibatkan duplikasi kromosom dalam nukleus. Sel kelamin eukariotik seperti telur dan sperma, membagi dengan proses yang sama dengan mitosis, yang disebut meiosis. Sel prokariotik mungkin atau mungkin tidak membutuhkan oksigen untuk melakukan fungsi mempertahankan hidup, sementara sel-sel eukariotik membutuhkan oksigen. Sel-sel dari kedua jenis dapat bergerak menggunakan proyeksi mirip rambut yang disebut silia atau flagela. Beberapa eukariota memiliki silia atau flagela. Beberapa prokariota memiliki flagela, tetapi semua dari mereka tidak memiliki silia.
Di dalam sel bakteri, salah satu prokariot, telah berlangsung reaksi-reaksi yang cukup rumit, bahkan tiga reaksi penting untuk memperoleh energi yaitu glikolisis, respirasi dan fotosintesis yang berlangsung pada eukariot juga dapat dilakukan sejumlah bakteri. Ketika sel purba baru terbentuk, reaksi metabolik yang rumit itu belum dapat dilakukan sel, atau lebih tepatnya sel belum memerlukan, karena sel dapat mengambil molekul-molekul yang diperlukan langsung dari lingkungan yang pada masa itu memang kaya bahan organik. Akan tetapi lama-kelamaan bahan organik di lingkungan semakin berkurang. Sebagian sel mulai membentuk enzim-enzim agar dapat membentuk sendiri molekul-molekul organik. Sejalan dengan bertambahnya waktu, enzim-enzim di dalam sel semakin beragam jenisnya sehingga reaksi-reaksi metabolik di dalam sel juga semakin kompleks.
Terdapat hirarki dalam evolusi pembentukan enzim-enzim metabolik. Enzim untuk sintesis molekul-molekul dasar mestinya terbentuk lebih dahulu disusul enzim-enzim yang lain, kemungkinan yang paling mendasar adalah enzim-enzim untuk glikolisis karena proses degradasi atau penguraian gula ini dapat berlangsung tanpa O2 (secara anaerob). Dugaan ini sesuai dengan keadaan awal bumi yang sedikit mengandung O2. Glikolisis sangat penting karena menghasilkan energi (ATP) yang digunakan untuk aktivitas sel. Enzim-enzim metabolik dasar sambil tetap menjalankan fungsinya terus mengalami modifikasi sehingga enzim-enzim semakin beragam sejalan dengan perkembangan sel. Oleh sebab itu urutan asam amino pada enzim yang sama dari 2 spesies berbeda dapat dipakai petunjuk untuk menetukan hubungan kekerabatan kedua spesies tersebut.
Munculnya sel autotrof yang memiliki kemampuan fotosintesis menimbulkan revolusi pada kondisi atmosfer bumi yang akhirnya berimplikasi pada kehidupan di bumi itu sendiri. Atmosfer bumi yang semula sangat miskin O2 menjadi mengandung banyak oksigen yang berasal dari produk fotosintesis. Keberadaan O2 yang cukup banyak di atmosfer mendorong berkembangnya proses respirasi secara anaerob di dalam sel yang memungkinkan sel dapat mengoksidasi molekul-molekul organik dengan lebih tuntas. Dengan melalui oksidasi aerob, energi yang dapat dimanfaatkan dari setiap gram glukosa jauh lebih banyak dibandingkan melalui oksidasi anaerob. Pada satu sisi kehadiran O2 di atmosfir membawa dampak positif bagi evolusi sel, tetapi pada sisi lain menjadi racun bagi sel-sel anaerob karena sifat O2 yang sangat reaktif sehingga dapat berinteraksi dengan hampir semua unsur pembentuk sitoplasma. Akibatnya tidak sedikit sel-sel anaerob yang punah, tetapi ada pula yang tetap bertahan hidup secara anaerob dengan menempati habitat yang tidak mengandung oksigen. Sebagian yang lain mengembangkan kemampuan respirasi aerob selain dapat berespirasi anaerob (fakultatif anaerob) sehingga tetap ada hingga sekarang misalnya sel Saccharomyces.
Sel eukariotik sering disebut para ahli biologi sebagai hasil evolusi dari sel prokariotik. Hal ini menunjukkan bahwa sel eukariotik memiliki organel -organel yang lebih kompleks dibandingkan dengan sel prokariotik. Sel prokariotik biasanya dimiliki oleh spesies uniseluler, sedangkan sel eukariotik dimiliki oleh hewan, tumbuhan, dan manusia.
Suatu organisme disebut sebagai uniseluler jika hanya memiliki satu sel. Oleh karena itu, organisme ini ukurannya sangat kecil dan struktur tubuhnya pun sangat sederhana. Semua organisme uniseluler (bersel tunggal) termasuk dalam kategori 'prokariota' karena komposisi dan struktur tubuhnya yang sederhana tersebut. Organisme bersel tunggal tidak memiliki inti sel, sehingga menyebabkan mereka tidak mampu mengontrol luas permukaan sel sesuai dengan rasio volume. Inilah yang menyebabkan organisme bersel tunggal berukuran sangat kecil sehingga sulit terlihat dengan mata telanjang.
Di dalam sel-sel eukariot terdapat organel-organel yang masing-masing memiliki fungus khusus. Dua diantaranya adalah mitokondria yang berfungsi untuk respirasi dan kloroplas untuk fotosintesis. Mitokondria hampir selalu terdapat pada sel-sel eukariot, sedangkan kloroplas hanya dijumpai dalam sel-sel eukariot yang dapat melakukan fotosintesis. Di dalam "Cell Biology" (Thorpe, 1984) diungkap beberapa persamaan antara mitokondria dengan sel bakteri aerob. Baik mitokondria maupun sel bakteri aerob sama-sama memiliki DNA dan ribosom. DNA mitokondria banyak yang berbentuk sirkuler, seperti bentuk DNA bakteri. Ukuran ribosom keduanya juga hampir sama, lipatan-lipatan ke dalam dari membran dalam mitokondria (cristae) memiliki fungsi yang sama dengan lipatan-lipatan ke dalam dari membran plasma sel bakteri (mesosom), yaitu tempat berlangsungnya respirasi. Selain itu translasi yang berlangsung pada mitokondria maupun sel bakteri sama-sama dapat dihambat oleh kloramfenikol (sejenis antibiotik). Mitokondria seperti halnya bakteri dapat memperbanyak diri dengan membelah.
Dari persamaan-persamaan tersebut dapat muncul dugaan-dugaan mengenai asal usul mitokondria di dalam sel eukariot. Salah satu pendapat yang banyak diterima adalah hipotesis endosimbiosis. Menurut hipotesis ini pada mulanya mitokondria adalah sejenis prokariot aerob yang kemudian diambil oleh sel eukariotik yang anaerob. Sel eukariot anaerob ini diperkirakan berkembang dari sel-sel anaerob ini diperkirakan berkembang dari sel-sel anaerob primitif yang berhasil bertahan hidup ketika O2 di bumi bertambah banyak, pada akhirnya sel prokariotik aerob tersebut menjadi organel mitokondria, dan sel eukariot yang semula anaerob menjadi aerob.
Beberapa mikroorganisme yang hidup pada masa kini dapat menjadi bukti yang mengandung hipotesis ini. Di dalam usus hewan terdapat spesies eukariot bersel tunggal yang tidak mempunyai mitokondria dan hidup dalam kondisi kurang O2, jadi mirip dengan sel eukariot anaerob yang primitif.
Menurut pendapat saya, ada beberapa alasan mengapa sel prokariotik lebih mudah mempertahankan eksistensinya daripada sel eukariotik
1. Dinding Sel
Pada sel prokariotik, peptidoglikan merupakan komponen utama pada dinding selnya. Sifatnya adalah kaku, dan tugasnya adalah memungkinkan bakteri untuk mempertahankan bentuknya. Peptidoglikan juga dapat berperan dalam menahan tekanan osmosis. Osmosis adalah proses bergeraknya molekul pelarut (air) dari larutan dengan konsentrasi rendah (hipotonik) ke larutan dengan konsentrasi yang lebih tinggi (hipertonik) melalui selaput selektif permeabel. Dan suatu larutan memiliki potensial osmosis yaitu tekanan osmosis, yang diperlukan untuk menahan pergerakan pelarut (air) melalui membran selektif permeabel. Air dapat bebas berdifusi ke dalam atau keluar dari sel melalui protein transport, tergantung pada konsentrasi zat terlarut. Umumnya, di bagian dalam sel, ada cukup banyak zat terlarut. Oleh karena itu harus dilakukan usaha untuk menjaga keseimbangan dan harus berdifusi ke dalam sel. Peran peptidoglikan di sini sangat diperlukan agar tekanan osmosis yang ditimbulkan tidak mencapai 2 atmosfer. Jika tidak, bisa memungkinkan untuk terjadinya pemecahan sel. Oleh karena itu, sel prokariotik yang dinding selnya memiliki peptidoglikan akan jauh lebih kuat dari pada sel eukariotik.
2. Perbedaan ukuran dan jenis sel
Terlihat jelas bahwa eukariotik mempunyai membran inti, sedangkan prokariotik tidak memiliki membran inti. Kemudian prokariotik juga tidak memiliki banyak organel yang dimiliki oleh eukariotik contohnya mitokondria, retikulum endoplasma, lisosom. Selain itu, prokariotik merupakan organisme uniseluler, yaitu organisme bersel tunggal, sedangkan sel eukariotik adalah organisme multiseluler, yang tersurun lebih dari satu macam sel. Hal itu berarti sel prokariotik mempunyai struktur yang lebih sederhana dibandingkan eukariotik. Karena kesederhanaan yang dimiliki prokariotik, hal itu menyebabkan ukuran yang dimiliki sel prokariotik jauh lebih kecil daripada sel eukariotik. Karena ukurannya yang kecil, memungkinkan untuk nutrisi bisa cepat mencapai setiap bagian dari interior sel. Karena cepatnya nutrisi yang masuk tanpa harus melalui beberapa proses terlebih dahulu, maka kebutuhan sel akan terpenuhi dengan cepat. Hal itu menyebabkan sel dapat menjalankan fungsinya dengan baik, serta bisa melakukan kegiatan di dalam sel dengan cepat pula. Hal itu menyebabkan, sel juga dapat berkembang biak lebih baik, karena apa yang dibutuhkan sudah terpenuhi. Maka dari itu, sel prokariotik lebih mudah mempertahankan eksistensinya daripada sel eukariotik.
3. Habitat
Dahulu bumi tidak kaya akan oksigen, tetapi sudah banyak organisme-organisme yang hidup di bumi. Itu berarti, tidak semua dapat bernafas dengan oksigen. Oleh karena itu, banyak terjadi proses yang tidak terlalu atau sama sekali tidak membutuhkan oksigen. Bakteri contohnya yang merupakan organisme uniseluler. Karena struktur selnya yang sederhana, memungkinkan untuk bisa hidup di lingkungan yang dianggap berbahaya oleh manusia, seperti pada lingkungan dengan kondisi sangat asam maupun kondisi radioaktif sekalipun, sedangkan sel eukariotik akan lebih rentan terhadap lingkungan yang ekstrem dan berbahaya karena struktur selnya yang lebih kompleks, jika tinggal di lingkungan yang ekstrem atau jika ada perubahan iklim, perubahan lingkungan yang besar bisa menyebabkan bagian-bagian selnya menjadi rusak.
Karena bakteri yang merupakan kelompok organisme prokariotik tidak membutuhkan oksigen, organisme tersebut mengambil bahan organik yang memang tersedia banyak disekitar lingkungannya. Tetapi karena terus digunakan, lama kelamaan bahan organik yang ada menipis atau bahkan habis. Sel harus dapat memanfaatkan atom-atom karbon dan nitrogen dari CO2 dan N2 di atmosfer untuk diubah menjadi molekul organik maka muncullah Cyanobacteria yang mampu mengikat serta mengubah CO2dan N2 menjadi molekul-molekul organik. Maka dari itu, beberapa organisme berubah menjadi motil agar mereka bisa membentuk molekul-molekul organik sendiri dengan cara menghasilkan enzim yang merupakan sumber daya alternatif untuk memperoleh nutrisi. Karena semakin banyak produksi enzim yang dilakukan, pasti enzim-enzim yang diproduksi sangat beragam mengakibatkan reaksi yang ada semakin kompleks. Hal itu berarti, mikroorganisme yang ada pada jaman dulu, lebih mampu bertahan hidup di lingkungan yang berbahaya sekalipun dengan memanfaatkan bahan-bahan organik dibandingkan sel eukariotik yang lebih membutuhkan oksigen.
Karena banyaknya sel-sel yang bisa hidup tanpa oksigen pada jaman purba, maka cara yang bisa dilakukan oleh sel tersebut untuk tetap bertahan hidup adalah dengan membentuk hubungan atau simbiosis dengan sel-sel aerob, bentuk-bentuk simbiosis antara sel anaerob dan sel-sel aerob dalam perkembangannya akan melahirkan sel eukariotik. Sel eukariot diyakini berkembang dari sel prokariot anaerob.
Diketahui juga bahwa organel memiliki DNA mereka sendiri, dan gen mereka sangat mirip dengan gen prokariota modern. Mereka memiliki membran yang terlihat seperti prokariota, dan tampaknya juga membelah dan meniru dengan cara yang serupa. Jika sel eukariotik kehilangan organel, ia tidak dapat mengubahnya kembali. Setiap sel eukariota harus mewarisi setidaknya satu salinan organel dari sel induknya jika ia ingin hidup. Itu berarti informasi genetik yang dibutuhkan untuk membuat organel tidak ditemukan dalam DNA sel eukariotik. Semua bukti ini mendukung teori bahwa organel berasal dari luar sel eukariotik. Hal itu berarti bahwa mereka berasal dari prokariota yang hidup bebas. Jadi, yang terbentuk pertama kali adalah sel prokariotik anaerobik yang berevolusi menjadi sel prokariotik aerobik. Dengan demikian, terdapat beberapa macam sel, yaitu sel prokariotik anaerobik, sel prokariotik aerobik, dan sel eukariotik anaerobik. Selanjutnya, sel eukariotik anaerobik menelan sel prokariotik aerobik. Sel prokariotik itu hidup di dalam sel eukariotik dan melakukan simbiosis mutualisme sebagai sel inang, sel eukariotik mendapatkan energi dari sel prokariotik, sedangkan sel prokariotik mendapatkan asam piruvat dari sel inang. Dalam perkembangan selanjutnya, sel prokariotik tersebut berubah menjadi mitokondria, yaitu organel penghasil energi yang terdapat di dalam sel. Simbiosis antara sel prokariotik aerobik dengan sel eukariotik anaerobik yang demikian itu dikenal sebagai endosimbiosis.
Tetapi ada beberapa kelemahan yang ditemukan dari evolusi prokariotik menjadi eukariotik. Hipotesis endosimbiosis yang menjelaskan asal usul mitokondria dan kloroplas di dalam sel eukariota, meskipun bukti-bukti sekarang sudah mendukung tentang evolusi sel tersebut, masih ada keterbatasan yang muncul. Kalau kloroplas dan mitokondria berasal dari sel prokariotik yang bersimbiosis dengan sel eukariot, maka baik kloroplas maupun mitokondria seharusnya dapat mencukupi sendiri kebutuhan proteinnya. Tetapi dalam kenyataannya tidaklah demikian. Kloroplas dan mitokondria bersifat semiotonom. ADN yang dimiliki tidak dapat menyintesis semua protein yang diperlukan, sebagian protein masih diambil dari sitoplasma yang sintesisnya dikendalikan ADN inti. Pada mitokondria, enzim ADN polymerase (untuk replikasi) dan ARN polymerase (untuk transkripsi) masih diambil dari sitoplasma. Apakah hal ini berarti sebagian nukleotida kloroplas atau mitokondria terbawa oleh ADN inti atau bagaimana, hipotesis yang ada masih belum dapat menjelaskan hal ini. Selain itu, belum ada penjelasan tentang bagaimana terbentuknya DNA yang terdiri ata dua rantai (double helix). Kemudian, selain mitokondria dan kloroplas, masih banyak organel yang lain di dalam sel eukariotik, yaitu badan golgi, ribosom, peroksisom, retikulum endoplasma, lisosom . Di dalam sitoplasma sel eukariot juga terdapat kerangka sel yang terdiri dari filamen-filamen halus. Belum ada penjelasan bagaimana evolusi organel-organel tersebut.
Berdasarkan uraian di atas, dapat diambil beberapa kesimpulan
1. Sel yang ada sekarang merupakan hasil evolusi dari sel yang lebih sederhana.
2. Sel pertama berkembang dari molekul-molekul organik yang ada pada saat bumi baru terbentuk.
3. Sel eukariot berkembang dari sel prokariot anaerob primitif. Simbiosis dengan sel prokariot aerob melahirkan sel eukariot aerob. Simbiosis dengan prokariot autotrof menghasilkan sel eukariotik autotrof.
4 . Masih banyak hal-hal yang dalam evolusi sel yang belum dapat dijelaskan.
Sumber referensi
Buku Biologi untuk SMA/MA Kelas XI Peminatan Matematika dan Ilmu-Ilmu Alam Jilid 2 oleh Irnangtyas dan Yossa Istiadi kurikulum 2013.
http://www.biologi-sel.com/2012/12/pengertian-sel.html
http://study.com/academy/lesson/the-endosymbiosis-theory-evolution-of-cells.html
http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/history_24
https://askabiologist.asu.edu/explore/cells-living-in-cells
https://online-journal.unja.ac.id/index.php/biospecies/article/view/272
http://www.sridianti.com/perbedaan-sel-prokariotik-dan-eukariotik.html
https://www.amazine.co/26143/apa-perbedaan-organisme-uniseluler-multiseluler/
Baca konten-konten menarik Kompasiana langsung dari smartphone kamu. Follow channel WhatsApp Kompasiana sekarang di sini: https://whatsapp.com/channel/0029VaYjYaL4Spk7WflFYJ2H