Radiasi Pengion Kronis pada Tanaman: Faktor Evolusi dari Kerusakan Langsung Hingga Efek Non-Target

Radiasi pengion (Ionizing Radiation/IR) merupakan faktor lingkungan yang memiliki dampak signifikan terhadap kelangsungan hidup dan evolusi tanaman. Ionizing Radiation (IR) berpengaruh pada sistem biologis tanaman, mulai dari kerusakan DNA hingga efek non-target yang kompleks. Tanaman telah mengembangkan mekanisme adaptif, termasuk sistem perbaikan DNA dan antioksidan, yang memungkinkan untuk mengatasi stres oksidatif dan memperbaiki kerusakan genetik. Artikel ini mengeksplorasi asal mula sumber alami IR, dampak IR antropogenik terhadap ekosistem, dan respons evolusi tanaman terhadap paparan IR kronis yang berkelanjutan.

Sumber Alami Radiasi Pengion 

Radiasi pengion alami berasal dari berbagai sumber di lingkungan, termasuk isotop radioaktif dalam tanah (misalnya uranium dan thorium) dan radiasi kosmik yang menembus atmosfer bumi. Sumber-sumber ini menghasilkan paparan IR secara konstan dalam intensitas rendah, yang merupakan bagian dari tekanan lingkungan bagi banyak organisme, termasuk tanaman.

Dampak Antropogenik IR terhadap Lingkungan dan Biota Tanaman

Kegiatan manusia seperti pembangkit listrik tenaga nuklir, uji coba senjata nuklir, serta kecelakaan reaktor nuklir telah meningkatkan tingkat IR di lingkungan. Dampak dari IR antropogenik ini menyebabkan paparan tambahan pada biota tanaman, memicu stres lingkungan dan mempengaruhi keberagaman genetik serta fungsi ekosistem.

Efek Seluler dari Paparan IR 

Paparan IR pada tanaman memicu kerusakan langsung pada struktur DNA melalui pembentukan patahan untai tunggal maupun ganda serta mutasi genetik. Selain itu, IR menghasilkan spesies oksigen reaktif (ROS) yang berkontribusi pada stres oksidatif, merusak membran sel dan organel tanaman.

Sistem Pertahanan IR 

Tanaman telah mengembangkan berbagai mekanisme pertahanan untuk mengatasi kerusakan akibat IR, terutama melalui perbaikan DNA dan sistem antioksidan.

Mekanisme perbaikan DNA 

1. Perbaikan Eksisi Nukleotida (NER)

Sistem NER berfungsi untuk memperbaiki kerusakan DNA yang diakibatkan oleh UV dan IR dengan menghilangkan fragmen DNA yang rusak dan mensintesis kembali untai yang sehat. Jalur yang menghilangkan lesi DNA besar melalui dua sistem yaitu NER yang terhubung dengan transkripsi (TC-NER) dan perbaikan genom global (GG-NER).

3. Perbaikan Ketidakcocokan (MMR)

MMR memperbaiki kesalahan penggandaan yang dapat muncul sebagai akibat IR, menjaga integritas genetic. Memperbaiki kesalahan replikasi dan penting untuk menjaga stabilitas genom, terutama pada tanaman.

4. Perbaikan Patah Ganda (DSB)

Kerusakan DSB yang kritis pada DNA diperbaiki melalui homologous recombination (HR) dan non-homologous end joining (NHEJ), yang mencegah kerusakan genetik lanjut. Melibatkan dua jalur utama yaitu Penyambungan Ujung Non-Homolog (NHEJ) yang dapat menyebabkan mutasi, dan Rekombinasi Homolog (HR) yang lebih akurat.

5. Perbaikan Jalinan Silang

Tanaman juga memiliki mekanisme perbaikan jalinan silang untuk memperbaiki kerusakan struktural DNA yang kompleks akibat IR. Melibatkan berbagai protein dan jalur, termasuk kompleks MRN dan endonuklease tertentu.

Mekanisme Antioksidan 

Tanaman memanfaatkan antioksidan enzimatik seperti (peroksidase ascorbate, katalase, dan dismutase superoksida) serta antioksidan non-enzimatik (seperti ascorbate dan glutation) untuk menghilangkan spesies oksigen reaktif (ROS) dan mengurangi stres oksidatif. Sistem antioksidan ini terkompartemen di berbagai bagian sel dan melibatkan interaksi yang kompleks dalam jalur-jalur respons stres.

Dari Paparan IR Dosis Tinggi Akut ke Paparan IR Dosis Rendah Kronis: Efek Non-Target pada Tanaman

Paparan IR dosis tinggi dapat menyebabkan efek langsung seperti kematian sel, sementara paparan dosis rendah kronis berperan dalam menginduksi efek non-target. Pada tingkat ini, IR memicu respons adaptif dalam jaringan yang tidak langsung terpapar radiasi, memperkuat kemampuan adaptasi tanaman melalui mekanisme non-target yang kompleks.

Respons Kerusakan DNA Terhadap IR Kronis dalam perspektif evolusi 

Dalam konteks evolusi, IR kronis mungkin berperan dalam pembentukan adaptasi tanaman terhadap kondisi ekstrem. Tanaman purba yang hidup pada lingkungan radioaktif di bumi awal mungkin telah mengembangkan sistem perbaikan DNA yang kuat, memungkinkan mereka untuk bertahan dalam kondisi stres yang tinggi. Selama diversifikasi tanaman dan proses terestialisasi, paparan IR kronis dapat menjadi faktor seleksi yang mempengaruhi ketahanan genetik dan adaptasi.

• Kondisi bumi awal: Lingkungan Radioaktif Kronis, Kondisi Bumi awal diperkirakan sebagai lingkungan yang radioaktif secara kronis. Dalam konteks ini, ada spekulasi bahwa jika sistem perlindungan genetik yang sangat aktif dan protektif diperlukan di masa lalu untuk mempertahankan integritas genetik organisme dalam lingkungan yang tidak ramah, maka tingkat mutasi per generasi mungkin lebih rendah. Hal ini mengindikasikan bahwa laju evolusi kehidupan mungkin lebih lambat pada awal Bumi. Selain itu, ada anggapan bahwa paparan radiasi pengion kronis dapat berkontribusi sebagai faktor evolusi yang membatasi munculnya organisme yang lebih kompleks, diversifikasi mereka, dan kolonisasi daratan.
• Diversifikasi tanaman dan terestialisasi: apakah paparan ir kronis merupakan faktor pembatas? Paparan radiasi pengion (IR) kronis dapat dianggap sebagai faktor pembatas dalam diversifikasi tanaman dan terestialisasi. Artikel tersebut menyebutkan bahwa paparan IR kronis mungkin berkontribusi sebagai faktor evolusi yang membatasi munculnya organisme yang lebih kompleks, diversifikasi mereka, dan kolonisasi daratan. Hal ini disebabkan oleh kebutuhan sistem perlindungan genetik yang aktif untuk mempertahankan integritas genetik organisme dalam lingkungan yang tidak ramah, yang pada gilirannya dapat mengakibatkan laju mutasi per generasi yang lebih rendah dan memperlambat laju evolusi kehidupan pada awal Bumi