Informasi

Apakah bacillus strain 2-9-3 benar-benar berumur 250 juta tahun?

Apakah bacillus strain 2-9-3 benar-benar berumur 250 juta tahun?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Saya pernah membaca bahwa dalam dekade terakhir (saya percaya) beberapa ilmuwan menemukan mikroorganisme, yang mereka namakan bacillus strain 2-9-3, dalam kristal garam yang mereka pikir berumur 250 juta tahun dan mulai bereplikasi ketika dimasukkan ke dalam kondisi yang menguntungkan.

Apakah ini benar-benar contoh bentuk kehidupan yang paling lama bertahan?

Bisakah seseorang mengkonfirmasi ini benar dan divalidasi secara ilmiah dan memberikan beberapa info dan referensi yang dapat dipahami oleh non spesialis. Saya seorang insinyur telekomunikasi sehingga saya dapat memahami pendekatan ilmiah umum dan saya memiliki pemahaman dasar tentang kimia dan biologi, tetapi tidak ada pelatihan formal atau khusus tentang subjek tersebut.


Penafian

Saya tidak mengetahui 2-9-3, tetapi melakukan pencarian internet sederhana yang memunculkan makalah akses terbuka dari tahun 2001 yang menyangkal klaim tersebut, dan tidak ada yang lebih baru, yang menunjukkan bahwa sanggahan itu valid. Saya menyebutkan ini keduanya untuk memperjelas bahwa meskipun, seperti posternya, saya bukan ahli dalam topik tersebut, seseorang dapat memperoleh jarak tempuh yang cukup besar melalui teknik pencarian standar. (Saya mengakui bahwa itu membantu jika Anda tahu Anda bisa mendapatkan akses ke makalah melalui Perpustakaan Universitas, akses terbuka atau tidak.)

Sanggahan

Klaim itu sebenarnya dibuat hampir dua dekade lalu dalam sebuah makalah oleh Vreeland dkk. di alam 407, 897-900. Tanggal tersebut relevan karena pada saat itu sekuens panjang penuh genom bakteri baru saja muncul.

Makalah yang membantah klaim tersebut berjudul “Bakteri Permium yang Tidak Ada” oleh D.Graur dan T.Pupko dan diterbitkan dalam jurnal, Biologi dan Evolusi Molekuler 18 1143-46 (2001).

Para penulis mengajukan berbagai argumen tidak langsung untuk meragukan klaim tersebut tetapi mereka mendasarkan sanggahan mereka pada perbandingan urutan antara apa yang disebut Bacillus permeans (2-9-3) dan bakteri lainnya. Argumen pertama adalah bahwa 99% kesamaan dari B. permeans ke bakteri halofilik kontemporer, yang sebelumnya dikenal sebagai Bacillus marismortui, kemudian berganti nama menjadi Salibacillus marismortui, menyiratkan perbedaan yang relatif baru dari yang terakhir. Untuk membantah argumen bahwa S. marismortui juga telah terperangkap dalam garam selama jutaan tahun hingga baru-baru ini dilakukan perbandingan komprehensif dengan bakteri lain yang menghasilkan pohon filogenetik yang ditunjukkan di bawah ini yang tidak sesuai dengan bakteri yang tidak berevolusi dalam 250 MYr terakhir:

Analisis independen oleh Nickle dkk. di dalam Jurnal Evolusi Molekuler 54, 134 (2002) sampai pada kesimpulan yang sama.

Saya tidak cukup ahli untuk menilai metode penentuan tingkat evolusi dan jarak relatif antar spesies, tetapi tampaknya metode tersebut diterima oleh mereka yang ada di lapangan.


Ekstremofil, organisme yang mengalami pertumbuhan optimal dalam kondisi yang mematikan bagi kebanyakan organisme lain, dan organisme ekstremotoleran yang mungkin belum tentu ekstrofil namun tetap dapat berkembang dalam kondisi seperti itu, sangat menarik bagi para ahli astrobiologi.

Catatan: Saat ini semua organisme yang tercantum di sini adalah prokariota. Nantinya area ini akan diperluas hingga mencakup eukariota.

Izin dengan ini diberikan untuk menampilkan dan mendistribusikan materi ini untuk tujuan pendidikan dengan atribusi yang tepat.

Bahkan di mana penggunaan wajar tidak memerlukan penggunaan atribusi yang tepat, itu akan dihargai, karena proyek ini membutuhkan banyak pekerjaan.


Isi

M. tuberculosis ditemukan pada tahun 2019 sebuah kompleks yang memiliki setidaknya 9 anggota: M.tuberkulosis sensu ketat, M. africanum, M. canetti, M. bovis, M. caprae, M. microti, M. pinnipedii, M.mungi, dan M. orygis. [7] Hal ini membutuhkan oksigen untuk tumbuh, diperdebatkan apakah menghasilkan spora, [8] [9] dan nonmotil. [10] [11] M.tuberkulosis membagi setiap 18-24 jam. Ini sangat lambat dibandingkan dengan bakteri lain, yang cenderung memiliki waktu pembelahan yang diukur dalam hitungan menit (Escherichia coli dapat membagi kira-kira setiap 20 menit). Ini adalah basil kecil yang dapat menahan desinfektan yang lemah dan dapat bertahan dalam keadaan kering selama berminggu-minggu. Dinding selnya yang tidak biasa kaya akan lipid seperti asam mikolat, kemungkinan bertanggung jawab atas ketahanannya terhadap pengeringan dan merupakan faktor virulensi kunci. [12]

Mikroskop Sunting

Bakteri lain biasanya diidentifikasi dengan mikroskop dengan pewarnaan dengan pewarnaan Gram. Namun, asam mikolat di dinding sel M.tuberkulosis tidak menyerap noda. Sebagai gantinya, pewarna tahan asam seperti pewarna Ziehl-Neelsen, atau pewarna fluoresen seperti auramin digunakan. [4] Sel berbentuk batang melengkung dan sering terlihat terbungkus bersama, karena adanya asam lemak di dinding sel yang saling menempel. [13] Penampilan ini disebut sebagai cording, seperti untaian tali yang membentuk tali. [11] M.tuberkulosis ditandai dalam jaringan dengan granuloma kaseosa yang mengandung sel raksasa Langhans, yang memiliki pola inti "tapal kuda".

Budaya Sunting

M.tuberkulosis dapat tumbuh di laboratorium. Dibandingkan dengan bakteri lain yang biasa dipelajari, M.tuberkulosis memiliki tingkat pertumbuhan yang sangat lambat, dua kali lipat kira-kira sekali per hari. Media yang umum digunakan termasuk cairan seperti Middlebrook 7H9 atau 7H12, media padat berbasis telur seperti Lowenstein-Jensen, dan media padat berbasis agar seperti Middlebrook 7H11 atau 7H10. [11] Koloni yang terlihat membutuhkan beberapa minggu untuk tumbuh di piring agar. Hal ini dibedakan dari mikobakteri lain dengan produksi katalase dan niasin. [14] Tes lain untuk mengkonfirmasi identitasnya termasuk probe gen dan MALDI-TOF. [15] [16]

Manusia adalah satu-satunya reservoir yang diketahui dari M.tuberkulosis. Kesalahpahaman adalah bahwa M.tuberkulosis dapat menyebar dengan berjabat tangan, melakukan kontak dengan dudukan toilet, berbagi makanan atau minuman, berbagi sikat gigi. Berciuman bisa menjadi jalur penularan yang mungkin jika orang tersebut mengeluarkan banyak mikobakteri melalui dahak. Namun, penyebaran utama adalah melalui tetesan udara yang berasal dari seseorang yang memiliki penyakit baik batuk, bersin, berbicara, atau bernyanyi. [17]

Saat di paru-paru, M.tuberkulosis difagositosis oleh makrofag alveolar, tetapi mereka tidak dapat membunuh dan mencerna bakteri. Dinding selnya mencegah fusi fagosom dengan lisosom, yang mengandung sejumlah faktor antibakteri. [18] Secara khusus, M.tuberkulosis memblokir molekul penghubung, autoantigen 1 endosomal awal (EEA1) namun, blokade ini tidak mencegah fusi vesikel yang diisi dengan nutrisi. Akibatnya, bakteri berkembang biak di dalam makrofag. Bakteri juga membawa UreC gen, yang mencegah pengasaman fagosom. [19] Selain itu, produksi diterpen isotuberculosinol mencegah pematangan fagosom. [20] Bakteri juga menghindari pembunuhan makrofag dengan menetralkan intermediet nitrogen reaktif. [21] Baru-baru ini, telah ditunjukkan bahwa M.tuberkulosis mensekresi dan menutupi dirinya dalam 1-tuberculosinyladenosine (1-TbAd), nukleosida khusus yang bertindak sebagai antasida, memungkinkannya menetralkan pH dan menginduksi pembengkakan di lisosom. [22] [23] 1-TbAd dikodekan oleh gen Rv3378c. [23]

Baru-baru ini juga ditunjukkan bahwa dalam M.tuberkulosis infeksi, kadar PPM1A diregulasi, dan ini pada gilirannya akan berdampak pada respons apoptosis normal makrofag untuk membersihkan patogen, karena PPM1A terlibat dalam jalur apoptosis intrinsik dan ekstrinsik. Oleh karena itu, ketika kadar PPM1A meningkat, ekspresinya akan menghambat dua jalur apoptosis. [24] Dengan analisis kinome, jalur pensinyalan JNK/AP-1 ditemukan sebagai efektor hilir yang berperan dalam PPM1A, dan jalur apoptosis pada makrofag dikendalikan dengan cara ini. [24] Sebagai hasil dari penekanan apoptosis, ini memberikan M.tuberkulosis dengan ceruk replikatif yang aman, sehingga bakteri mampu mempertahankan keadaan laten untuk jangka waktu yang lama. [25]

Granuloma pelindung terbentuk karena produksi sitokin dan peningkatan regulasi protein yang terlibat dalam perekrutan. Lesi granulotomatous penting dalam mengatur respon imun dan meminimalkan kerusakan jaringan. [26] [27] [28] Selain itu, sel T membantu mempertahankan Mycobacterium dalam granuloma. [29]

Kemampuan untuk membangun M.tuberkulosis mutan dan menguji produk gen individu untuk fungsi spesifik telah secara signifikan meningkatkan pemahaman tentang patogenesis dan faktor virulensinya. Banyak protein yang disekresikan dan diekspor diketahui penting dalam patogenesis. [30] Misalnya, salah satu faktor virulensi tersebut adalah faktor tali pusat (trehalose dimycolate), yang berfungsi untuk meningkatkan kelangsungan hidup di dalam inangnya. Strain resisten dari M.tuberkulosis telah mengembangkan resistensi terhadap lebih dari satu obat TB, karena mutasi pada gen mereka. Selain itu, obat TB lini pertama yang sudah ada sebelumnya seperti rifampisin dan streptomisin telah menurunkan efisiensi dalam membersihkan intraseluler. M.tuberkulosis karena tidak mampu secara efektif menembus ceruk makrofag [31]

JNK memainkan peran kunci dalam kontrol jalur apoptosis — intrinsik dan ekstrinsik. Selain itu, juga ditemukan sebagai substrat aktivitas PPM1A, [32] sehingga fosforilasi JNK akan menyebabkan terjadinya apoptosis. [33] Karena kadar PPM1A meningkat selama M.tuberkulosis infeksi, dengan menghambat jalur pensinyalan PPM1A, ini berpotensi menjadi metode terapi untuk membunuh M.tuberkulosis makrofag yang terinfeksi dengan mengembalikan fungsi apoptosis normal dalam pertahanan patogen. [24] Oleh karena itu, dengan menargetkan jalur sumbu pensinyalan PPM1A-JNK, dapat menghilangkan M.tuberkulosis makrofag yang terinfeksi. [24]

Kemampuan untuk mengembalikan apoptosis makrofag ke M.tuberkulosis yang terinfeksi dapat meningkatkan pengobatan kemoterapi tuberkulosis saat ini, karena obat TB dapat memperoleh akses yang lebih baik ke bakteri di ceruk. [34] Oleh karena itu, mengurangi periode waktu perawatan untuk M.tuberkulosis infeksi.

Gejala dari M.tuberkulosis termasuk batuk yang berlangsung lebih dari tiga minggu, hemoptisis, nyeri dada saat bernapas atau batuk, penurunan berat badan, kelelahan, demam, keringat malam, menggigil, dan kehilangan nafsu makan. M.tuberkulosis juga berpotensi menyebar ke bagian tubuh lainnya. Ini dapat menyebabkan darah dalam urin jika ginjal terpengaruh, dan sakit punggung jika tulang belakang terpengaruh. [35]

Variasi regangan Sunting

Pengetikan strain berguna dalam penyelidikan wabah tuberkulosis, karena memberikan bukti penyidik ​​untuk atau melawan penularan dari orang ke orang. Pertimbangkan situasi di mana orang A menderita tuberkulosis dan percaya bahwa dia mendapatkannya dari orang B. Jika bakteri yang diisolasi dari setiap orang termasuk jenis yang berbeda, maka penularan dari B ke A secara definitif disangkal, jika bakteri adalah strain yang sama, maka ini mendukung (tetapi tidak secara definitif membuktikan) hipotesis bahwa B menginfeksi A.

Hingga awal 2000-an, M.tuberkulosis strain diketik dengan elektroforesis gel bidang berdenyut (PFGE). [36] Ini sekarang telah digantikan oleh nomor variabel pengulangan tandem (VNTR), yang secara teknis lebih mudah untuk dilakukan dan memungkinkan diskriminasi yang lebih baik antara strain. Metode ini memanfaatkan keberadaan sekuens DNA berulang dalam M.tuberkulosis genom.

Tiga generasi pengetikan VNTR untuk M.tuberkulosis dicatat. Skema pertama, disebut eksak tandem repeat, hanya menggunakan lima lokus, [37] tetapi resolusi yang diberikan oleh kelima lokus ini tidak sebaik PFGE. Skema kedua, disebut unit berulang yang diselingi mikobakteri, memiliki diskriminasi sebaik PFGE. [38] [39] Generasi ketiga (unit berulang yang diselingi mikobakteri – 2) menambahkan sembilan lokus lagi sehingga totalnya menjadi 24. Ini memberikan tingkat resolusi yang lebih besar dari PFGE dan saat ini menjadi standar untuk mengetik M.tuberkulosis. [40] Namun, berkaitan dengan tinggalan arkeologi, bukti tambahan mungkin diperlukan karena kemungkinan kontaminasi dari bakteri tanah terkait. [41]


Tim: Groningen/Ringkasan

Pada tahun 2002, jumlah informasi yang disimpan secara digital telah melampaui informasi yang disimpan dalam format analog untuk pertama kalinya [1]. Hanya lima tahun kemudian, hanya 6% dari data dunia yang masih analog [1]. Pada tahun 2015, diperkirakan 2.500.000.000 megabyte data baru dibuat setiap hari, dan jumlah ini terus meningkat [1] . Tidak mengherankan bahwa pelanggaran data yang diatur oleh peretas juga meningkat. Catatan keuangan dan hukum, dokumen militer dan pemerintah, ini adalah contoh informasi penting yang harus disimpan untuk waktu yang lama, tetapi dapat menyebabkan kerusakan besar di tangan yang salah. Kita telah menjadi peradaban yang bergantung pada informasi, dan informasi ini harus disimpan di suatu tempat. Akibatnya, kita dihadapkan pada dua masalah: di mana kita menyimpan semua data kita, dan bagaimana kita menyimpannya dengan aman?

Penyimpanan data dalam DNA telah diusulkan sejak tahun 1960-an, tetapi baru belakangan ini menjadi topik hangat [2] . Ini sebagian karena permintaan yang terus meningkat untuk penyimpanan data, serta kemajuan dalam sintesis DNA dan teknologi pengurutan. Tujuan kami adalah menciptakan sistem penyimpanan data jangka panjang dan transfer data yang tidak dapat diretas dengan cara digital. Metode digital untuk mengenkripsi informasi dan mengubahnya menjadi kode biner sudah mapan, dan penyimpanan data dalam DNA telah dibuktikan. Proyek kami menggabungkan dua pendekatan ini dengan terlebih dahulu mengubah informasi menjadi kode biner, mengenkripsinya, dan kemudian menyimpannya dengan aman dalam DNA. Tindakan tambahan berdasarkan biologi molekuler akan mencegah akses yang tidak sah, memastikan keamanan informasi yang disimpan.

Sistem kami akan berguna untuk jenis informasi yang harus disimpan dan ditransfer dengan cara yang sangat aman, tetapi tidak harus diakses dengan cepat (dalam hitungan detik). Dimungkinkan untuk mendapatkan pesan dalam waktu sekitar 24-48 jam, namun, jangka waktu ini kemungkinan akan berkurang karena teknologi pengurutan baru dikembangkan. Misalnya, sistem ini dapat digunakan untuk menyimpan informasi paten dan prototipe, catatan silsilah, catatan hukum dan keuangan, rincian rekening bank, data login atau bahkan dokumen rahasia pemerintah. Mengingat stabilitas dan kekompakan DNA, sistem kami juga dapat diadaptasi untuk berfungsi sebagai kapsul waktu bagi pengetahuan manusia.

Keuntungan penyimpanan data dalam DNA spora

  • DNA adalah media penyimpanan data yang jauh lebih stabil dibandingkan dengan media magnetik dan optik, tetap utuh setidaknya selama 700.000 tahun pada -4°C [4]. Bahkan di lingkungan yang keras, DNA memiliki waktu paruh lebih dari 500 tahun [5]. Sebaliknya, teknologi penyimpanan saat ini hanya bertahan hingga 30 tahun [6].
  • Spora sangat tahan terhadap penuaan, radiasi, panas, dan kerusakan kimia. Strain Bacillus pembentuk spora yang layak diisolasi dari kristal garam berusia 250 juta tahun [7].
  • Media penyimpanan data terpadat yang tersedia secara komersial saat ini dapat menampung hingga 10 GB/mm 3 . DNA memiliki kepadatan penyimpanan data hingga 10 9 GB/mm 3 , 8 kali lipat lebih tinggi. [6]
  • Perkiraan konservatif memperkirakan bahwa berdasarkan permintaan memori global, jumlah silikon (diperlukan untuk memori flash) diperkirakan akan melebihi pasokan silikon pada tahun 2040. [8] Namun, kita tidak akan pernah kehabisan DNA!
  • Penyimpanan DNA akan segera menjadi alternatif yang lebih murah untuk penyimpanan data karena sintesis DNA dan biaya pengurutan turun. Diperkirakan menjadi metode hemat biaya untuk penyimpanan data jangka panjang dalam waktu kurang lebih sepuluh tahun [9].
  • Penyimpanan data dalam DNA lebih hemat energi (dan ramah lingkungan) dibandingkan penyimpanan data digital yang saat ini digunakan. Pada tahun 2015, 416,2 terawatt jam listrik digunakan oleh pusat data di seluruh dunia. Ini lebih tinggi dari konsumsi daya tahunan seluruh Inggris [10] , dan bertanggung jawab atas sekitar 2% emisi rumah kaca global, menyaingi industri penerbangan [11] .
  • Data yang disimpan dalam DNA tidak dapat diretas dengan cara digital.
  • Data yang disimpan dalam DNA spora bakteri mudah disalin, cukup dengan membiarkan spora berkecambah dan tumbuh.
  • Penyimpanan data DNA adalah teknologi yang tahan kiamat karena DNA akan relevan dengan peradaban masa depan. Selama kehidupan berbasis DNA cerdas ada, akan ada alasan kuat untuk mempelajari dan memanipulasi DNA.

Pendekatan kita

Kami menggunakan pendekatan berlapis dengan kombinasi langkah-langkah keamanan digital dan biologis untuk memastikan informasi hanya dapat diakses oleh penerima yang dituju. Lapisan pertama adalah enkripsi digital. Informasi dienkripsi dengan algoritma Advanced Encryption Standard (AES), diubah menjadi sekuens DNA dan terintegrasi dalam DNA genom Bacillus subtilis, organisme yang aman dan dikategorikan secara menyeluruh yang mampu melakukan sporulasi. Data biner yang diperoleh setelah enkripsi akan dikodekan menjadi DNA menurut logika berikut: karena DNA terdiri dari empat nukleotida yaitu A, C, T, dan G, setiap nukleotida akan mewakili pasangan biner (kombinasi dari 0 dan 1). A akan direpresentasikan sebagai 00, C sebagai 01, T sebagai 10 dan G sebagai 11. Kunci dekripsi dan pesan terenkripsi diintegrasikan ke dalam dua strain Bacillus yang berbeda dan dilindungi dari akses tidak sah dengan lapisan keamanan tambahan.

Setelah pesan dan kunci dikodekan dalam DNA Bacillus, sel-sel dikultur dalam media yang mempromosikan sporulasi. Spora bakteri adalah salah satu entitas biologis paling tahan yang diketahui saat ini, dan dengan demikian mewakili substrat yang ideal untuk penyimpanan data jangka panjang. Spora yang berisi pesan dan kunci terenkripsi dibekukan-kering dan tertanam dalam kertas saring terpisah (atau bahan berpori lainnya) untuk penyimpanan dan transfer, bersama dengan konjugat spiropyran-ciprofloxacin [3]. Aktivitas biologis dari antibiotik photoswitchable ini sangat rendah ketika photoswitch spiropyran berada dalam bentuk tertutup yang stabil, tetapi meningkat secara dramatis setelah iradiasi dengan panjang gelombang cahaya tertentu (dalam kasus kami, 365 nm) yang membawa photoswitch menjadi kurang stabil, terbuka. membentuk. Ketika sumber cahaya dihilangkan, senyawa tersebut perlahan-lahan kembali ke keadaan biologisnya yang tidak aktif. Iradiasi dengan panjang gelombang lain juga menghasilkan penonaktifan. Strain yang membawa pesan dan kunci (yang memiliki resistensi terhadap antibiotik) bercampur dengan banyak spora umpan ketika dibawa ke bahan pembawa. Spora umpan tidak tahan, dan tidak mengandung informasi terenkripsi.

Ketika penerima yang dituju ingin mengakses data yang disimpan, mereka menempatkan kertas saring dengan spora pembawa kunci dan antibiotik dalam media kultur, dan menyinarinya dengan panjang gelombang cahaya pengaktif. Panjang gelombang ini harus diketahui oleh penerima terlebih dahulu. Antibiotik yang diaktifkan membunuh umpan tetapi bukan strain pembawa kunci kami. Setelah kultur, DNA mereka diurutkan dan kuncinya ditemukan. Kunci berisi informasi yang diperlukan untuk membiakkan pesan yang membawa ketegangan, dan untuk mendekripsi pesan.Tanpa aktivasi, semua spora berkecambah dan tumbuh, termasuk umpan. Ini membuat tidak mungkin menemukan kunci dengan mengurutkan. Setelah kunci diperoleh, strain pembawa pesan dapat dikultur. DNA mereka kemudian diurutkan dan pesan dapat didekripsi.


Beberapa bentuk kehidupan mungkin telah hidup sejak era dinosaurus

Beberapa mikroba dapat hidup selama jutaan tahun – bahkan mungkin selama seperempat miliar tahun. Bagaimana mereka menghindari menyerah pada keausan yang tak terhindarkan dari usia tua?

Beberapa karang hidup selama ribuan tahun. Lobster Amerika dapat hidup setidaknya hingga 140 tahun. Satu kura-kura hidup hingga 250 tahun. Dan seekor moluska bernama Ming berusia 507 tahun ketika para peneliti secara tidak sengaja membunuhnya.

Lupakan bayi-bayi ini. Makhluk hidup tertua di Bumi dapat dengan mudah memecahkan rekor umur panjang mereka, yang tidak buruk untuk organisme yang terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang.

Di bagian terdingin Siberia, Antartika, dan Kanada terdapat tanah yang tetap beku secara permanen selama ribuan hingga jutaan tahun. Terperangkap ratusan meter di antara lapisan bumi beku ini, yang dikenal sebagai permafrost, adalah bakteri hidup setua es itu sendiri.

Bagaimana bakteri bertahan tidak diketahui, tetapi beberapa mengklaim rahasia mikroba dapat membuka kunci keabadian.

Ilmuwan Rusia Sabit Abyzov sedang bekerja di stasiun Vostok di Antartika pada 1979 ketika ia menemukan bakteri, jamur, dan mikroorganisme lainnya di bawah lapisan es Antartika, tepat di atas subglasial Danau Vostok.

Brouchkov bahkan menyuntik dirinya sendiri dengan mikroba berusia 3,5 juta tahun

Es telah membeku selama ratusan ribu tahun, namun bakteri hidup cukup bahagia di dalamnya. Tidak ada cara yang kredibel bahwa bakteri bisa turun ke sana dari permukaan setelah es terbentuk, jadi Abyzov menyimpulkan bahwa bakteri itu sendiri pasti berusia ratusan ribu tahun &ndash jauh lebih tua daripada organisme mana pun yang ditemukan sebelumnya.

Pada tahun 2007, rekor umur panjang jatuh lagi. Eske Willerslev dan tim dari Universitas Kopenhagen membuat sejarah ketika mereka menemukan bakteri hidup berusia setengah juta tahun yang tersembunyi jauh di bawah lapisan permafrost di Antartika, Siberia, dan Kanada.

Ini adalah pertama kalinya para peneliti mengisolasi DNA dari bakteri purba tapi masih aktif.

Kemudian, hanya dua tahun kemudian, mikroba yang lebih tua muncul dan kali ini diperkirakan berumur 3,5 juta tahun.

Itu digali oleh ilmuwan Rusia Anatoli Brouchkov. Bakteri tersebut berasal dari lapisan es purba di sebuah situs yang dikenal sebagai Gunung Mammoth di Siberia.

Brouchkov bahkan menyuntik dirinya sendiri dengan mikroba berusia 3,5 juta tahun, yang dikenal sebagai Basil F, dengan harapan bakteri "kehidupan abadi" akan bekerja dengan ajaib dan memperpanjang umurnya juga.

Dia telah menguji bentuk bakteri yang tidak aktif pada tikus, lalat buah dan sel darah manusia dengan hasil yang menjanjikan. Dia mengklaim bahwa dia tidak terkena flu dalam dua tahun sejak perawatannya sendiri dengan mikroba purba.

Apa sebenarnya yang membuat para ilmuwan berpikir bahwa bakteri di dalam lapisan es begitu tua, dan bukan hanya keturunan bakteri yang awalnya terperangkap ribuan atau jutaan tahun yang lalu?

Pada usia 250 juta tahun, sel-sel bakteri ini akan hidup ketika dinosaurus pertama baru mulai berjalan di Bumi

Jawabannya adalah bahwa bakteri tersebut terperangkap sangat erat di dalam tanah beku sehingga mereka tampaknya tidak memiliki ruang untuk membelah. Bahkan jika mereka membelah, tidak ada tempat bagi sel-sel baru untuk pergi.

Jika reproduksi tidak memungkinkan, maka sel-sel mikroba yang ditemukan hidup di lapisan es saat ini harus sama dengan yang dibekukan di tempat ketika iklim mendingin.

Alasan yang sama berada di balik klaim kontroversial bahwa beberapa bakteri individu telah hidup selama 250 juta tahun yang menakjubkan.

Bakteri ini berasal dari bagian dalam kristal garam yang terkubur 1.970 kaki (600 m) di bawah tanah di sebuah lokasi di New Mexico di mana tempat pembuangan limbah nuklir sedang dibangun. Pada usia 250 juta tahun, sel-sel bakteri ini akan hidup ketika dinosaurus pertama baru mulai berjalan di Bumi.

Russell Vreeland dari West Chester University di Pennsylvania, yang membuat penemuan itu, mengatakan bakteri &ndash dikenal sebagai Virgibacillus strain 2-9-3 &ndash sangat mirip dengan modern Virgibacillus ditemukan di Laut Mati.

Setelah mikroba purba diekstraksi dari kristal dan ditempatkan dalam labu kaya nutrisi di laboratorium, mereka bangkit kembali dan mulai tumbuh.

Tak satu pun dari penemuan ini yang berusia hampir 250 juta tahun

Beberapa peneliti berpendapat bahwa strain 2-9-3 harus jauh lebih muda dari 250 juta tahun, mungkin timbul dari kontaminasi di laboratorium. Tetapi Vreeland yakin dengan usia mereka, terutama karena dia mengatakan bahwa mereka jelas-jelas terperangkap di dalam kristal garam purba.

"Mereka berada di kristal dan mereka hidup," kata Vreeland. "Peluang mereka masuk ke dalam kristal tertutup adalah sekitar nol dan kemungkinan ini menjadi peristiwa kontaminasi sekitar satu dalam [satu miliar]."

Terlebih lagi, dia mengatakan bahwa banyak contoh serupa lainnya dari bakteri yang terperangkap garam telah ditemukan sejak itu. Baru-baru ini, bakteri berusia antara 33 dan 48 juta tahun ditemukan dalam kristal garam di danau garam pedalaman di Cina tengah.

Namun, tidak satu pun dari penemuan ini yang berusia mendekati 250 juta tahun.

Kita tahu bahwa beberapa bakteri masuk ke dalam bentuk tidak aktif yang disebut spora ketika kondisi berubah menjadi sangat keras

Mikroba purba yang ditemukan di lapisan es atau kristal garam berada di ambang kelangsungan hidup. Dirampas dari kemampuan untuk menjalani pembelahan sel karena kurangnya ruang, masing-masing malah harus mengalihkan sedikit energi yang bisa ditemukan untuk menjaga sel tunggalnya tetap hidup.

"Bakteri tidak dapat berkembang biak di dalam kristal garam, karena nutrisinya sangat sedikit dan akan menumpuk limbah beracun," kata Vreeland.

Tapi, untuk menyatakan yang jelas, mengelola untuk tetap hidup selama jutaan tahun adalah prestasi yang luar biasa. Secara khusus, DNA dan protein yang bertanggung jawab untuk menjalankan reaksi kehidupan di dalam sel hidup biasanya terdegradasi dalam jangka waktu yang relatif singkat, sebagai akibat dari kerusakan radiasi. Apa rahasia untuk mengatasi masalah ini?

Beberapa ilmuwan percaya bahwa bakteri purba hanya bisa setua kelihatannya jika mereka memiliki mekanisme untuk memperbaiki DNA dan struktur sel mereka. Tetapi apa tepatnya mekanisme perbaikan aktif ini, dan bagaimana mereka dapat bekerja di lingkungan yang tidak bersahabat seperti itu, masih belum diketahui.

Misalnya, bakteri di lapisan es atau garam akan kekurangan akses yang baik ke air, yang diperlukan untuk memberi daya pada enzim yang biasanya melakukan perbaikan sel.

Raúl Cano dan rekan kerjanya berhasil menghidupkan kembali spora bakteri berusia 30 juta tahun dari perut lebah purba

Vreeland saat ini bekerja dengan Howard Hughes Medical Institute untuk mengurutkan gen dari bakteri 2-9-3 strainnya, yang akan memberi tahu kita lebih banyak tentang bagaimana mereka bertahan hidup.

Namun, beberapa bakteri purba mungkin memiliki rencana bertahan hidup jangka panjang alternatif. Mereka mungkin mengalami semacam stasis.

Kita tahu bahwa beberapa bakteri masuk ke bentuk tidak aktif yang disebut spora ketika kondisi berubah menjadi sangat keras. Spora agak mirip biji tanaman: "cangkang" tumbuh di sekitar sel yang rentan.

Tidak seperti biji, spora sangat tangguh. Mereka dapat bertahan dari ledakan radiasi, dan mereka dapat bertahan selama bertahun-tahun tanpa air atau nutrisi. Di dalam cangkang, mikroba berada dalam keadaan yang benar-benar lembam, tetapi dapat bangkit kembali ketika kondisinya membaik.

Sejauh tahun 1995, ilmuwan Raúl Cano dan rekan kerjanya berhasil menghidupkan kembali spora bakteri berusia 30 juta tahun dari perut lebah purba. Lebah dan bakteri di dalamnya terperangkap dan diawetkan dalam setetes getah pohon yang menjadi damar.

Tetapi beberapa ilmuwan mengatakan bahkan kemampuan untuk membentuk spora pelindung tidak akan memungkinkan bakteri untuk bertahan hidup selama 250 juta tahun. Mereka mengatakan bahwa selama periode waktu yang lebih lama seperti itu, DNA dalam mikroba pasti akan terdegradasi dan hancur.

DNA menghadapi serangan tiga arah dari radiasi kosmik berenergi tinggi, radiasi matahari dalam bentuk sinar gamma dan ultraviolet, dan dari radiasi yang dilepaskan oleh pemecahan spontan inti atom.

Anda hanya perlu beberapa pukulan dari sinar kosmik dan hanya itu, sudah mati

Paul Falkowski dari Rutgers University melakukan percobaan di mana ia mengumpulkan lima sampel es berusia antara 100.000 dan 8 juta tahun dari bawah permukaan gletser di lembah Beacon dan Mullins di Antartika. Bersama timnya ia kemudian mencoba membudidayakan mikroba di dalam es tersebut. Dia menemukan bahwa semakin tua es, semakin pendek rata-rata panjang fragmen DNA di dalamnya, dan semakin sedikit jumlah mikroba yang dapat dihidupkan kembali.

Dengan kata lain DNA beku semakin terdegradasi seiring berjalannya waktu. Falkowski berhasil membudidayakan mikroba dari balok es berusia dua juta tahun, dan menghitung bahwa setelah 1,1 juta tahun, separuh DNA asli telah terdegradasi.

"Saya kira jika bakteri terkena kerusakan radiasi di kutub maka titik potong maksimum mungkin sekitar dua hingga tiga juta tahun," kata Falkowski.

"Anda hanya perlu beberapa hantaman dari sinar kosmik dan hanya itu, itu sudah mati. Jadi, sementara kemungkinan sambaran rendah dalam waktu singkat, selama jutaan tahun pasti akan ada sambaran. Kemungkinan sambaran petir di tempat tertentu dalam waktu rendah, tetapi jika Anda rata-rata selama jutaan tahun, hampir setiap tempat di Bumi akan terkena."

Vreeland, bagaimanapun, tetap yakin bahwa bakteri dapat bertahan lebih lama daripada yang disarankan oleh percobaan Falkowski, dengan kondisi yang tepat.

Dalam garam, bakteri dapat menerima 1.000 kali lebih banyak serangan ke DNA-nya sebelum kerusakan mematikan terjadi

"Kristal garam tahan terhadap oksigen sehingga tidak terjadi oksidasi, dan akan terkubur dan gelap sehingga tidak akan ada kerusakan akibat radiasi UV," katanya.

Vreeland juga mencatat bahwa pembentukan spora menyebabkan molekul DNA menjadi sangat padat, yang menjadikannya target yang lebih kecil untuk merusak sinar radiasi. Kristal garam itu sendiri juga melindungi bakteri dari radiasi dengan mendorong keluar logam berat yang secara radioaktif akan meluruh dalam jangka waktu yang lama.

Ini berarti bahwa satu-satunya sumber radiasi potensial dari peluruhan berasal dari kalium-40, suatu bentuk radioaktif dari kalium dengan waktu paruh yang sangat panjang yaitu 1,25 miliar tahun. Waktu paruh yang panjang ini berarti bahwa kemungkinan radiasi pancaran kalium-40 sangat rendah.

Terakhir, garam dalam kristal menciptakan lingkungan bebas air di mana ikatan kimia di dalam DNA menjadi lebih kuat. Dengan kata lain, DNA dibuat lebih sulit untuk dihancurkan.

Galaksi tetangga terdekat dengan Bima Sakti kita hanya berjarak 2-3 juta tahun cahaya

"Kami melakukan penelitian dan intinya adalah bahwa dalam garam, bakteri dapat mengambil 1.000 kali lebih banyak serangan ke DNA-nya sebelum kerusakan mematikan terjadi," kata Vreeland. "Jadi tambahkan semuanya dan Anda memiliki tempat persembunyian yang sangat stabil."

Apakah ada signifikansi yang lebih luas terhadap kemampuan bakteri individu untuk bertahan hidup, secara potensial, selama 250 juta tahun? Dalam satu kata, ya.

Jika bakteri benar-benar dapat bertahan dalam keadaan statis selama jutaan tahun, kita tidak dapat mengesampingkan kemungkinan bahwa sel atau DNA pertama kali muncul di planet lain di tata surya lain dan bahkan di galaksi yang berbeda dan kemudian melakukan perjalanan ke Bumi dengan komet atau asteroid. Lagi pula, galaksi tetangga terdekat dengan Bima Sakti kita adalah galaksi Andromeda, yang hanya berjarak 2-3 juta tahun cahaya: jarak yang dapat didekati untuk bakteri yang dapat bertahan hidup selama 250 juta tahun.

Karya Vreeland juga menambah bobot gagasan bahwa kehidupan bisa ada di Mars, karena deposit garam telah ditemukan di meteorit Mars.

Patogen yang berpotensi membahayakan manusia dapat dikurung di lapisan es Siberia, siap dilepaskan saat es mencair

Organisme berumur panjang juga berpotensi menimbulkan masalah bagi masyarakat manusia saat ini. Bakteri atau virus patogen mungkin termasuk di antara mereka yang terperangkap dalam es.

Salah satu virus tersebut ditemukan membeku 98 kaki (30 m) di bawah tanah di bawah lapisan dalam permafrost Siberia pada tahun 2014, di mana ia bertahan setidaknya selama 30.000 tahun. Virus "raksasa" kuno Pithovirus sibericum sangat besar, pada 1,5 mikrometer, sehingga dapat dilihat di bawah mikroskop normal.

Begitu para ilmuwan membawanya kembali ke laboratorium, virus itu hidup kembali dan menjadi menular lagi. Manusia tidak dalam bahaya dari virus khusus ini, karena hanya menyerang amuba bersel tunggal. Tetapi para peneliti percaya bahwa patogen yang berpotensi membahayakan manusia dapat dikunci di lapisan es Siberia, siap dilepaskan ketika es mencair.

Kita tidak dapat mengesampingkan kemungkinan bahwa sel atau DNA pertama kali muncul di planet lain di tata surya lain, dan kemudian melakukan perjalanan ke Bumi

Bentuk cacar kuno, misalnya, bisa terperangkap dalam es.

Namun, tidak semua virus manusia dapat bertahan hidup di es. Virus seperti flu dan HIV yang dikelilingi oleh selubung lipid "lemak" lebih rapuh daripada virus dengan cangkang protein eksternal.

Meski begitu, penelitian seperti ini memang datang dengan peringatan. Bentuk kehidupan yang paling berumur panjang di Bumi mungkin termasuk yang terkecil, tetapi mereka masih memiliki potensi untuk membuat kesan besar di dunia modern.

Bergabunglah dengan lebih dari lima juta penggemar BBC Earth dengan menyukai kami di Facebook, atau ikuti kami di Twitter dan Instagram.


Hasil

Yang kering dan tertutup B. subtilis spora dapat berkecambah pada awal percobaan penyimpanan (baseline) seperti yang diungkapkan oleh percobaan budidaya dan dengan mikroskop sel hidup (Gambar 2, Film S1). Setelah dua tahun penyimpanan, B. subtilis spora dalam percobaan 500 tahun tidak menunjukkan penurunan viabilitas yang signifikan– sampel 2016 memiliki fraksi bertahan rata-rata 86 ± 21%.

Gambar tiga titik waktu perkecambahan ditampilkan: 0, 2.5 dan 4 jam (lihat Film S1 untuk seluruh urutan gambar pada interval 5 detik). Perhatikan, titik waktu 0 h menandai awal pencitraan. Aktivasi spora dimulai 1-2 menit sebelumnya dengan menambahkan lapisan LB-agar di atas spora (lihat bagian Bahan & Metode). Sebuah subpopulasi spora (

17%) tidak mampu berkecambah (panah). Spora yang tidak berkecambah tampak agak abu-abu dalam kontras fase tanpa inti terang dan batas seperti cincin yang lebih gelap yang khas untuk spora dorman yang mampu berkecambah (lihat Gambar S2). Bilah skala = 5 m.

Saat baseline (2014) B. subtilis spora terkena sinar-X, UV-254 nm, 10% H2HAI2, panas basah dan panas kering (Gambar S3, S4, S5, S6 dan S7)), stres oksidatif dengan 10% H2HAI2 adalah yang paling merusak populasi spora dengan LD90 nilai hanya 9,54 ± 1,06 menit (Tabel 3). Spora yang terkena panas kering (120 °C) menunjukkan ketahanan yang lebih besar daripada yang terkena panas basah (100 °C). Dalam panas basah, spora mencapai aktivasi 90% dalam seperempat waktu (3,01 ± 0,39 menit) dibandingkan dengan panas kering (14,75 ± 2,31 menit), tetapi panas kering menghasilkan lebih banyak penurunan linier dalam kelangsungan hidup spora (Gambar S5). Stres radiasi melalui sinar-X dan radiasi UV diberikan pada spora monolayer kering udara dan LD90 masing-masing adalah 780,5 ± 62,4 Gy dan 326,5 ± 29,5 J/m 2 . Eksperimen resistensi hanya dilakukan pada sampel baseline tahun 2014 karena sampel spora yang dikeringkan tahun 2016 belum menunjukkan efek negatif yang signifikan dari penyimpanan. Tabel 3 menampilkan semua LD90 nilai dari penelitian ini serta perbandingan dengan nilai yang diterbitkan sebelumnya.

Eksperimen penyimpanan selama sepuluh tahun dalam kondisi kering menunjukkan bahwa populasi spora di udara sekitar (4°C), udara anoksik (4°C), bubuk regolit Mars yang disimulasikan, dan bubuk halit tidak mengalami penurunan viabilitas spora yang signifikan (Tabel 4). Proyeksi untuk LD90 lebih dari 300 tahun untuk setiap kondisi, mulai dari 380,6 hingga 1789,7 tahun. Penyimpanan pada suhu -80 °C selama 360 hari tidak menyebabkan penurunan yang signifikan dalam B. subtilis viabilitas spora – fraksi yang bertahan hidup dari 72,2 ± 11,8% setelah 360 hari. Namun, ketika B. subtilis spora disimpan selama 450 hari dalam vakum ultra tinggi (10 7 Pa), kelangsungan hidup spora menurun sebesar

82% (p < 0,001) (Gambar 3). LD90 diperkirakan kurang dari 2 tahun dalam kondisi seperti ruang ini (Tabel 4).

Spora kering disimpan pada 10 -7 Pa dan kelangsungan hidup spora ditentukan seperti yang dijelaskan dalam Metode. Bilah kesalahan mewakili standar deviasi. Signifikansi dengan ANOVA antara waktu inkubasi yang berbeda dilambangkan dengan (*) dengan p<0.001.

B. subtilis spora yang disimpan dalam 3,6 M NaCl juga menunjukkan penurunan viabilitas selama 1 tahun. Sementara viabilitas spora dalam 0 M dan 1,2 M NaCl tidak menurun, perbedaan yang signifikan diamati pada 3,6 M NaCl (Gambar 4 dan Tabel S1). Total kelangsungan hidup spora menurun sekitar

50% dalam 3,6 juta NaCl setelah satu tahun, dengan proyeksi LD90 berkisar antara 3,1–3,7 tahun (Tabel 3).

Spora, 108 per sampel, disimpan dalam larutan dengan berbagai konsentrasi NaCl, dan kelangsungan hidup spora diukur seperti yang dijelaskan dalam Metode. Kotak hitam menunjukkan spora dalam air (0 M NaCl) berlian biru menunjukkan spora dalam 1,2 M NaCl dan lingkaran merah menunjukkan spora dalam 3,6 M NaCl. Bilah kesalahan menandakan deviasi standar.


Paradoks Bakteri “Kuno” yang Mengandung Gen Pengkode Protein “Modern”

Heather Maughan, C. William Birky Jr., Wayne L. Nicholson, William D. Rosenzweig, Russell H. Vreeland, Paradoks Bakteri "Kuno" Yang Mengandung Gen Pengkode Protein "Modern", Biologi dan Evolusi Molekuler, Volume 19, Edisi 9, September 2002, Halaman 1637–1639, https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a004227

Isolasi mikroorganisme dari bahan kuno dan verifikasi bahwa mereka setua bahan dari mana mereka diisolasi terus menjadi area kontroversi. Hampir tanpa kecuali, bakteri yang diisolasi dari bahan purba telah terbukti sangat mirip dengan bakteri modern baik pada tingkat morfologi maupun molekuler. Fakta ini secara historis telah digunakan oleh para kritikus untuk menyatakan bahwa isolat ini tidak kuno tetapi merupakan kontaminan modern yang diperkenalkan baik secara alami setelah pembentukan bahan di sekitarnya (untuk perincian lebih lanjut, lihat Hazen dan Roeder 2001 dan jawaban oleh Powers, Vreeland, dan Rosenzweig 2001 ) atau karena kekurangan dalam metodologi isolasi sampel (diulas baru-baru ini di Vreeland dan Rosenzweig 2002). Kritik tersebut telah diatasi secara eksperimental dengan pengembangan protokol yang sangat ketat untuk pemilihan sampel, sterilisasi permukaan, dan deteksi kontaminasi dan prosedur kontrol. Menggunakan prosedur pengambilan sampel yang paling teliti dan terdokumentasi dengan baik serta teknik perlindungan kontaminasi yang dilaporkan hingga saat ini, Vreeland, Rosenzweig, dan Powers (2000) melaporkan isolasi bakteri pembentuk spora, Basil strain 2-9-3, dari inklusi air garam dalam kristal halit pulih dari Formasi Salado Permian 250-Myr di Carlsbad, NM.

Seperti telah dicatat dalam studi sebelumnya, pengamatan mencolok oleh Vreeland, Rosenzweig, dan Powers (2000) adalah bahwa 16S rDNA dari isolat 2-9-3 adalah 99% identik dengan Salibacillus marismortui, bakteri yang diisolasi dari Laut Mati pada tahun 1936 ( Arahal et al. 1999 ). Bahkan, Arahal dkk. (1999) diidentifikasi sebagai S. marismortui tiga strain dengan urutan 16S rDNA berbeda sebesar 0,01%, menunjukkan bahwa isolat 2-9-3 mungkin juga diklasifikasikan sebagai S. marismortui.

Dua kelompok sejak itu menggunakan analisis filogenetik dari urutan 16S rDNA untuk menyatakan bahwa isolat 2-9-3 tidak mungkin berumur 250 Myr. Graur dan Pupko (2001) menggunakan uji laju relatif untuk membandingkan laju evolusi 16S rDNA pada cabang yang mengarah ke isolasi 2-9-3 dan S. marismortui dan tidak menemukan perbedaan antara tingkat evolusi. Mempertimbangkan kemungkinan bahwa S. marismortui mungkin juga purba (Arahal et al. 1999 Vreeland, Rosenzweig, dan Powers 2000), mereka juga membandingkan tingkat evolusi isolat 2-9-3, S. marismortui dan Virgibacillus proomi, kerabat dekat S. marismortui, dan sekali lagi menemukan tingkat evolusi yang serupa ( Graur dan Pupko 2001 ). Baru-baru ini, Nickle et al. (2002) juga melakukan uji laju relatif menggunakan 16S rDNA dengan hasil yang sama cabang yang mengarah ke isolasi 2-9-3 tidak terlalu pendek, seperti yang diharapkan dari organisme yang belum berevolusi selama jutaan tahun. Nikel dkk. (2002) menggunakan laju evolusi yang diturunkan dari bakteri enterik untuk menyatakan bahwa jika isolat 2-9-3 belum berevolusi selama 250 Myr, maka S. marismortui itu sendiri harus berkembang 5-10 kali lebih lambat daripada endosimbion kutu yang menjadi dasar perhitungan laju. Kami mencatat bahwa meskipun tingkat evolusi yang dihitung dari enterik dan endosimbion adalah perkiraan terbaik yang kami miliki saat ini, sangat mungkin bahwa tingkat evolusi pembentuk spora mungkin memang lebih lambat beberapa kali lipat. Sporeformer telah terbukti tetap dalam keadaan spora yang tidak aktif secara metabolik, sehingga tidak mereplikasi DNA mereka, untuk perkiraan konservatif di mana saja dari 10 2 hingga 10 4 tahun antara waktu pertumbuhan (Kennedy, Reader, dan Swierczynski 1994 Nicholson et al. 2000).

Karena analisis yang dibahas di atas menggunakan gen 16S rDNA, yang evolusinya mungkin tidak mewakili organisme secara keseluruhan, kami ingin mengetahui apakah kesamaan antara isolat 2-9-3 dan S. marismortui terlihat dengan gen pengkode protein serta dengan gen 16S rDNA. Oleh karena itu kami menganalisis hubungan filogenetik antara strain 2-9-3 dan S. marismortui, menggunakan bakteri pembentuk spora sebagai kelompok pembanding kami. Alasan untuk desain ini adalah bahwa tingkat evolusi di antara pembentuk spora akan lebih mendekati 2-9-3. Kami menggunakan data asam amino dari dua gen, recA dan spB. NS recA gen ditemukan di semua bakteri, dan produknya diperlukan untuk rekombinasi homolog dan perbaikan DNA. Karena kendala fungsional pada recA evolusi, dapat digunakan untuk menyelesaikan hubungan evolusioner yang lebih tua. NS splB gen, di sisi lain, sampai saat ini hanya dilaporkan pada bakteri pembentuk spora gram positif dan penting dalam perbaikan kerusakan DNA spesifik spora akibat radiasi UV selama dormansi spora ( Nicholson et al. 2000 ). Karena splB hanya ditemukan pada bakteri pembentuk spora gram positif, dapat diasumsikan memiliki asal yang lebih baru daripada recA memiliki dan mungkin berguna dalam menyelesaikan hubungan evolusioner yang lebih dekat.

Hasil analisis kami konsisten dengan hubungan filogenetik yang ditunjukkan oleh Graur dan Pupko (2001) dan Nickle et al. (2002). Pada tingkat nukleotida, isolat 2-9-3 dan S. marismortui berbeda oleh dua nukleotida dari 404 recA nukleotida diperiksa. Kedua substitusi ini sinonim, membuat kedua taksa ini identik pada tingkat asam amino. Rekonstruksi filogenetik ( Swofford 1998 ) menggunakan urutan asam amino dari recA (asam amino digunakan karena saturasi situs pada tingkat nukleotida melintasi taksa terkait jauh) tempat 2-9-3 dan S. marismortui dalam clade yang lebih baru, alih-alih mereka menempati posisi yang lebih basal seperti yang akan diprediksi jika clade tidak berevolusi selama 250 Myr ( gbr. 1 ).

Hasil serupa diperoleh untuk splB (gambar 2). Dari 619 nukleotida yang diperiksa, hanya satu substitusi sinonim yang diamati antara isolat 2-9-3 dan S. marismortui, lagi-lagi membuat kedua taksa ini identik pada tingkat asam amino. Konsisten dengan recA data (gbr. 1), splB data juga mendukung hipotesis yang mengisolasi 2-9-3 dan S. marismortui menyimpang dari satu sama lain lebih baru daripada perbedaan mereka dari yang lain Basil spesies (gbr. 2).

Kami melakukan uji laju relatif (Robinson et al. 1998) menggunakan data asam amino dari keduanya recA dan spB.Salibacillus marismortui tidak dapat digunakan dalam pengujian laju relatif terhadap isolat 2-9-3 karena identitasnya 100% pada tingkat asam amino. Kami menemukan tingkat evolusi yang serupa membandingkan isolat 2-9-3 dengan S. salexigens, kerabat terdekat dari isolat 2-9-3 setelah S. marismortui, dengan salah satu dari Clostridium acetobutylicum atau B. subtilis sebagai outgroup (data tidak ditampilkan). Menggunakan data nukleotida dari isolat 2-9-3, S. marismortui, B. subtilis, dan B. cereus, kami menghubungkan jarak antara 2-9-3 dan S. marismortui dengan jarak antara B. subtilis dan B. cereus menggunakan logika berikut. Karena pergantian antara 2-9-3 dan S. marismortui semua sinonim, mereka dapat digunakan untuk mencerminkan tingkat mutasi. Jika tiga substitusi sinonim dari total 1.023 nukleotida diperiksa (1/619 dari recA dan 2/404 dari splB), dengan demikian divergensi 0,2%, mewakili tingkat mutasi sejak divergensi 2-9-3 dan S. marismortui 250 MYA, maka 121 substitusi sinonim (12% divergensi) antara B. subtilis dan B. cereus akan menempatkan nenek moyang terakhir mereka pada 15 BYA, jauh lebih lama dari usia bumi.

Orang bisa berargumen bahwa isolat 2-9-3 dan S. marismortui spora keduanya tidak aktif selama 250 Myr dan, karenanya, tidak berevolusi. Hipotesis ini mudah ditolak dengan melihat pola percabangan dari recA dan splB pohon. Jika 2-9-3 dan S. marismortui keduanya tidak aktif selama 250 Myr, maka semua taksa lain di pohon akan mengalami masa dormansi yang lebih lama karena mereka memiliki nenek moyang yang lebih primitif. Dengan kata lain, setiap takson di pohon itu pasti telah dorman secara metabolik dan evolusioner setidaknya selama 250 Myr di masa lalu mereka, sebuah hipotesis yang mustahil untuk diuji.

Sebuah tinjauan baru-baru ini oleh Parkes, Cragg, dan Wellsbury (2000) menunjukkan bahwa waktu generasi beberapa bakteri yang diisolasi dari sedimen dasar laut adalah dalam urutan ribuan abad. Jika waktu generasi 100.000 tahun berlaku untuk mengisolasi 2-9-3 setelah menyimpang dari S. marismortui 250 MYA, kemudian isolat 2-9-3 melewati sekitar 2.500 generasi selama waktu itu. Jika rata-rata terdapat 10 8 mutasi per situs per generasi, maka ini akan menghasilkan isolat 2-9-3 dan S. marismortui 2,5 × 10 5 perbedaan per situs. Analisis yang dilaporkan di sini mengamati 1.023 situs, dan dengan demikian orang akan mengharapkan untuk melihat perbedaan 0,026 antara isolat 2-9-3 dan S. marismortui jika mereka memiliki waktu generasi urutan 100.000 tahun. Dengan menerapkan tingkat mutasi yang sama, perbedaan yang diamati 3/1.023 antara isolat 2-9-3 dan S. marismortui menyiratkan waktu generasi rata-rata 850 tahun, tingkat yang sama dengan yang ditemukan oleh Phelps et al. (1994) untuk bakteri bawah permukaan. Analisis ini mengasumsikan bahwa isolat 2-9-3 mampu tumbuh di dalam kristal garam dan tidak hadir sebagai spora dorman, sebuah skenario yang sangat tidak mungkin karena konsentrasi garam di dalam inklusi air asin jauh di atas batas atas salinitas di mana isolat 2-9-3 dapat tumbuh ( Vreeland, Rosenzweig, dan Powers 2000 ).

Bukti yang disajikan di sini dengan jelas menunjukkan bahwa isolat 2-9-3 harus dianggap sebagai strain dari S. marismortui di bawah standar sistematika 16S rRNA yang ditetapkan, yang menyatakan bahwa isolat yang berbagi identitas >97% harus dianggap sebagai spesies yang sama (Stackebrandt dan Goebel 1994). Tetapi apakah hubungan yang begitu dekat dengan bakteri modern berarti bahwa isolat 2-9-3 itu sendiri modern? Jawaban atas pertanyaan ini harus dicari dengan memecahkan apa yang tampaknya menjadi paradoks yang semakin umum. Kami memiliki satu set besar data geologis dan mikrobiologis yang ketat yang dapat ditafsirkan mendukung kekunoan organisme ini, dan satu set data molekuler yang diperoleh secara ketat yang dapat ditafsirkan mendukung modernitas mereka. Seperti berdiri, pekerjaan molekuler kami saat ini tidak dapat mengkonfirmasi atau menyangkal usia isolat 2-9-3.

Ken Wolfe, Editor Peninjau

Alamat untuk korespondensi dan cetak ulang: Heather Maughan, Program Interdisipliner Pascasarjana Genetika, Building 90 Room 112, 1117 E. Lowell Street, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721. E-mail: [email protected]

Kata kunci: 2-9-3 tes tingkat evolusi relatif kuno Salibacillus marismortui


Kesimpulan

Biodegradasi polimer turunan minyak bumi telah menjadi bidang penelitian inovatif yang berfokus pada pemecahan polusi plastik di lingkungan. Tinjauan ini telah membahas mikroorganisme dan enzim yang dilaporkan untuk mendegradasi polimer sintetik ini. Banyak strain Pseudomonas dan Basil telah diamati untuk menurunkan kompleks, senyawa bandel seperti hidrokarbon poliaromatik, dan telah dikaitkan dengan degradasi parsial dari berbagai petro-plastik, termasuk PE, PS, PP, PVC, PET dan PU berbasis ester. Mikroba usus pada serangga juga telah ditemukan untuk mendepolimerisasi polimer PE, PS dan PVC. Enzim yang secara khusus terkait dengan depolimerisasi PET dan PU berbasis ester telah diidentifikasi dan dipelajari secara intensif, sedangkan enzim yang secara efektif mendepolimerisasi PE, PP, PS, dan PVC belum diidentifikasi dan dikarakterisasi. Analisis lebih lanjut dari gen dan / atau produk gen (enzim) yang menghidrolisis polimer petro-plastik dengan berat molekul tinggi dapat mengarah pada pemahaman yang lebih besar tentang mekanisme molekuler yang mendasari biodegradasi. Penelitian yang berfokus pada enzim pencernaan pada invertebrata pendegradasi plastik dan mikroba ususnya juga dapat mengarah pada pendekatan baru untuk degradasi plastik, terutama untuk polimer persisten yang tidak dapat terhidrolisis. Berdasarkan pengetahuan ini, pendekatan rekayasa genetika untuk membuat strain mikroba rekombinan dan/atau enzim dapat diadopsi sebagai strategi yang lebih disukai untuk meningkatkan biodegradasi limbah plastik berbasis minyak bumi sintetis.


Isi

Halobacteria adalah mikroorganisme bersel tunggal berbentuk batang yang merupakan salah satu bentuk kehidupan paling kuno dan muncul di Bumi miliaran tahun yang lalu. Membran terdiri dari lipid bilayer tunggal yang dikelilingi oleh S-layer. [2] Lapisan-S terbuat dari glikoprotein permukaan sel, yang menyumbang sekitar 50% dari protein permukaan sel. [3] Protein ini membentuk kisi di membran. Residu sulfat berlimpah pada rantai glikan dari glikoprotein, memberikan muatan negatif. Muatan negatif diyakini menstabilkan kisi dalam kondisi garam tinggi. [4]

Asam amino adalah sumber utama energi kimia untuk H. salinarum, terutama arginin dan aspartat, meskipun mereka juga mampu memetabolisme asam amino lainnya. [2] H. salinarum telah dilaporkan tidak dapat tumbuh pada gula, dan oleh karena itu perlu mengkodekan enzim yang mampu melakukan glukoneogenesis untuk membuat gula. Meskipun "H. salinarum" tidak dapat mengkatabolisme glukosa, faktor transkripsi TrmB telah terbukti mengatur produksi glukoneogenik gula yang ditemukan pada glikoprotein lapisan-S.

Sunting garam tinggi

Untuk bertahan hidup di lingkungan yang sangat asin, archaeon ini—seperti spesies Archaeal halofilik lainnya—menggunakan zat terlarut yang kompatibel (khususnya kalium klorida) untuk mengurangi tekanan osmotik. [5] Kadar kalium tidak seimbang dengan lingkungan, jadi H. salinarum mengekspresikan beberapa transporter aktif yang memompa kalium ke dalam sel. [2] Pada konsentrasi garam yang sangat tinggi, pengendapan protein akan terjadi. Untuk mencegah pengasinan protein, H. salinarum mengkode terutama protein asam. Titik isoelektrik rata-rata dari H. salinarum protein adalah 5,03. [6] Protein yang sangat asam ini sangat negatif dan mampu bertahan dalam larutan bahkan pada konsentrasi garam yang tinggi. [1]

Oksigen rendah dan fototrofi Sunting

H. salinarum dapat tumbuh dengan kepadatan sedemikian rupa di kolam garam sehingga oksigen cepat habis. Meskipun merupakan aerob obligat, ia mampu bertahan dalam kondisi oksigen rendah dengan memanfaatkan energi cahaya. H. salinarum mengekspresikan protein membran bacteriorhodopsin [9] yang bertindak sebagai pompa proton yang digerakkan oleh cahaya. Ini terdiri dari dua bagian, protein 7-transmembran, bacterioopsin, dan kofaktor peka cahaya, retina. Setelah penyerapan foton, retina mengubah konformasi, menyebabkan perubahan konformasi pada protein bacterioopsin yang mendorong transpor proton. [10] Gradien proton yang terbentuk kemudian dapat digunakan untuk menghasilkan energi kimia oleh ATP sintase.

Untuk mendapatkan lebih banyak oksigen H. salinarum menghasilkan vesikel gas, yang memungkinkan mereka mengapung ke permukaan di mana tingkat oksigen lebih tinggi dan lebih banyak cahaya tersedia. [11] Vesikel ini adalah struktur kompleks yang terbuat dari protein yang dikodekan oleh setidaknya 14 gen. [12] Vesikel gas pertama kali ditemukan di H. salinarum pada tahun 1967. [13]

Sunting perlindungan UV

Ada sedikit perlindungan dari Matahari di kolam garam, jadi H. salinarum sering terkena radiasi UV dalam jumlah tinggi. Untuk mengimbanginya, mereka telah mengembangkan mekanisme perbaikan DNA yang canggih. Genom mengkodekan enzim perbaikan DNA yang homolog dengan yang ada pada bakteri dan eukariota. [1] Ini memungkinkan H. salinarum untuk memperbaiki kerusakan DNA lebih cepat dan lebih efisien daripada organisme lain dan memungkinkan mereka menjadi jauh lebih toleran terhadap UV.

H. salinarum bertanggung jawab atas munculnya warna merah muda atau merah cerah dari Laut Mati dan badan air asin lainnya. Warna merah ini terutama disebabkan oleh adanya bakterioruberin, pigmen 50 karbon karotenoid alkohol (poliol) yang ada di dalam membran H.salinarum. Peran utama bacterioruberin dalam sel adalah untuk melindungi terhadap kerusakan DNA yang ditimbulkan oleh sinar UV. [14] Perlindungan ini tidak, bagaimanapun, karena kemampuan bacterioruberin untuk menyerap sinar UV. Bacterioruberin melindungi DNA dengan bertindak sebagai antioksidan, daripada secara langsung memblokir sinar UV. [15] Ia mampu melindungi sel dari spesies oksigen reaktif yang dihasilkan dari paparan UV dengan bertindak sebagai target. Radikal bakterioruberin yang dihasilkan kurang reaktif dibandingkan radikal awal, dan kemungkinan akan bereaksi dengan radikal lain, sehingga reaksi berantai radikal terhenti. [16]

Perlindungan terhadap radiasi pengion dan pengeringan Sunting

H. salinarum adalah poliploid [17] dan sangat tahan terhadap radiasi pengion dan pengeringan, kondisi yang menyebabkan DNA untai ganda putus. [18] Meskipun kromosom awalnya dipecah menjadi banyak fragmen, kromosom lengkap diregenerasi dengan memanfaatkan fragmen tumpang tindih. Regenerasi terjadi melalui proses yang melibatkan protein pengikat untai tunggal DNA, dan kemungkinan merupakan bentuk perbaikan rekombinasi homolog. [19]

Seluruh urutan genom tersedia untuk dua galur H. salinarum, NRC-1 [2] dan R1. [20] Halobacterium sp. Genom NRC-1 terdiri dari 2.571.010 pasangan basa pada satu kromosom besar dan dua kromosom mini. Genom mengkodekan 2.360 protein yang diprediksi. [2] Kromosom besar sangat kaya G-C (68%). [21] Tinggi GC-konten genom meningkatkan stabilitas di lingkungan yang ekstrim. Perbandingan seluruh proteom menunjukkan sifat archaeal yang pasti dari halofil ini dengan kesamaan tambahan dengan Gram-positif Bacillus subtilis dan bakteri lainnya.

H. salinarum semudah berbudaya seperti E. coli dan berfungsi sebagai sistem model yang sangat baik. Metode untuk penggantian gen dan KO sistematis telah dikembangkan, [22] jadi H. salinarum adalah kandidat ideal untuk studi genetika archaeal dan genomik fungsional.

Produksi hidrogen menggunakan H. salinarum digabungkan ke donor hidrogenase seperti E. coli dilaporkan dalam literatur. [23]

Sebuah sampel dari kerabat dekat genetik dari H. salinarum enkapsulasi inments diperkirakan berusia 121 juta tahun [ kutipan diperlukan ] . Anehnya, bahan tersebut juga telah ditemukan sebelumnya, tetapi terbukti sangat mirip dengan keturunan modern sehingga para ilmuwan percaya bahwa sampel sebelumnya telah terkontaminasi. [ kutipan diperlukan ]

Para ilmuwan sebelumnya telah menemukan materi genetik serupa dari Cekungan Michigan, wilayah yang sama di mana penemuan terbaru dibuat. Tetapi DNA itu, yang ditemukan di kulit kerbau yang diawetkan dengan garam pada 1930-an, sangat mirip dengan mikroba modern sehingga banyak ilmuwan percaya bahwa sampelnya telah terkontaminasi. [24] Garam pengawet berasal dari tambang di Saskatchewan, lokasi sampel terbaru yang dijelaskan oleh Jong Soo Park dari Universitas Dalhousie di Halifax, Nova Scotia, Kanada. [25]

Russell Vreeland dari Ancient Biomaterials Institute of West Chester University di Pennsylvania, AS, melakukan analisis terhadap semua bakteri halofilik yang diketahui, yang menghasilkan temuan bahwa bakteri Park mengandung enam segmen DNA yang belum pernah terlihat sebelumnya pada halofil. Vreeland juga melacak kulit kerbau dan menentukan bahwa garam tersebut berasal dari tambang yang sama dengan sampel Park. Dia juga menemukan halofil yang lebih tua yang diperkirakan berusia 250 juta tahun di New Mexico. [26] Namun, temuannya menyebutkan tanggal kristal yang mengelilingi bakteri, dan analisis DNA menunjukkan bahwa bakteri itu sendiri cenderung kurang purba. [27]


Menanam Racun untuk Menjaga Tanaman Tetap Sehat

Terong tetesan air mata yang familiar, dengan kilau ungu tua, hanyalah salah satu anggota dari keluarga botani yang besar dan beragam. Beberapa terong panjang, ramping dan terjumbai, seperti mentimun berkulit halus. Dari kejauhan, terong kumba yang matang tidak dapat dibedakan dari labu mini. Dan kultivar putih lonjong yang terlihat seperti dipetik dari bawah ayam dan burung unta menjelaskan etimologi &ldquoeggplant."

Tidak ada spektrum bentuk dan warna terong yang lebih jelas atau terkenal selain India&mdash, tempat kelahiran sayuran dan produsen terbesar kedua di dunia. India menanam lebih dari selusin kultivar terong&mdashor brinjal, seperti yang dikenal secara lokal&mdashand juga merupakan rumah bagi banyak kerabat terong liar. Penyakit dan hama yang sama-sama beraneka ragam secara rutin merusak kelimpahan ini, tetapi yang satu lebih merusak daripada yang lain. Setiap tahun petani India kehilangan sekitar setengah dari hasil panen mereka karena buah terong dan ngengat penggerek & mdasha yang larvanya memakan brinjal di Afrika dan Asia.Pada tahun-tahun yang sangat buruk, larva dapat menghancurkan 90 persen tanaman.

Untuk memerangi hama ini, para petani di India mengolesi brinjal dengan organofosfat dan pestisida kimia lainnya yang diketahui tertinggal di lingkungan, membunuh semua jenis serangga yang bermanfaat dan membuat orang sakit bahkan pada dosis rendah&mdash jenis bahan kimia yang dimiliki AS dan banyak negara maju lainnya dilarang atau dibatasi. Aplikasi seperti itu seringkali tidak efektif karena larva tetap tersembunyi dan terlindungi di dalam terong itu sendiri. Setiap brinjal yang masih hidup dilapisi dengan lapisan putih tebal residu insektisida sebanyak 500 kali tingkat maksimum yang diizinkan. "Jumlah pestisida yang disemprotkan pada brinjal, kembang kol, dan kubis luar biasa&mdash-menakutkan," kata P. Ananda Kumar, direktur Institut Bioteknologi di Acharya N.G. Universitas Pertanian Ranga di Hyderabad, India. "Jika Anda melihatnya, Anda tidak akan pernah menyentuh sayuran di India."

Mulai pertengahan 1990-an, Kumar dan ilmuwan lain yang bekerja untuk universitas dan perusahaan bioteknologi di India&mdashtermasuk Mahyco, sebuah perusahaan benih yang sebagian dimiliki oleh Monsanto&mdashmulai merancang cara untuk mencegah penggerek buah dan pucuk dan secara dramatis meningkatkan hasil terong tanpa menggunakan begitu banyak insektisida berbahaya. Mereka masih mengandalkan racun untuk membunuh larva, tetapi alih-alih bahan kimia sintetis, mereka akan menggunakan protein beracun yang dihasilkan oleh bakteri tanah biasa yang disebut Bacillus thuringiensis (Bt)&mdashtoxins petani organik telah aman digunakan sebagai bentuk pestisida biologis sejak tahun 1920-an. Alih-alih merumuskan semprotan atau bubuk, para peneliti akan meminjam gen pembuat toksin bakteri dan memasukkannya ke dalam DNA terong sehingga tanaman bisa menghasilkan toksin Bt sendiri. Terong Bt yang dihasilkan hanya akan membunuh buah dan penggerek pucuk dan kemungkinan spesies yang berkerabat dekat, sehingga serangga dan makhluk lain tidak terluka.

Mahyco berhasil menciptakan benih terong Bt dan, bekerja sama dengan Cornell University dan U.S. Agency for International Development, memberikannya ke beberapa universitas di India, di mana para peneliti mulai membiakkannya dengan varietas terong lokal. Rencananya adalah menjual keturunan yang tahan serangga kepada petani pedesaan dengan harga yang sangat murah atau membagikannya secara gratis. Pada tahun 2009 tim ilmuwan yang berbeda telah menghasilkan beberapa jenis terong Bt dan mengujinya secara ekstensif untuk memastikan mereka tidak beracun bagi manusia atau hewan dan bahwa kerabat terong liar tidak akan menjadi kurang beragam atau terlalu sulit diatur jika mereka menukar serbuk sari dengan yang dimodifikasi secara genetik (GM ) strain. Pada bulan Oktober 2009, berdasarkan rekomendasi dari komite ahli, pemerintah India menyetujui Bt brinjal untuk komersialisasi.

Namun Menteri Lingkungan dan Hutan India Jairam Ramesh turun tangan. Ribuan faks dan email yang marah dan mengkhawatirkan dari Greenpeace dan organisasi anti-GM lainnya membanjiri kantor Ramesh. Beberapa ilmuwan yang diketahui menentang modifikasi genetik mendesak Ramesh untuk melarang Bt brinjal. Dan para petani yang gusar oleh oposisi memprotes di jalan-jalan. Penentang berpendapat bahwa, terlepas dari pengujian keamanan&mdashand terlepas dari kenyataan bahwa petani di India telah menanam kapas Bt sejak 2002 dengan sukses besar&mdashBt brinjal membahayakan kesehatan masyarakat dan lingkungan. Pada bulan Februari 2009 Ramesh memberlakukan moratorium pelepasan brinjal Bt sampai India mencapai "konsensus politik, ilmiah dan sosial" tentang keamanan dan manfaatnya.

Apa yang dianggap banyak orang sebagai imbroglio yang membawa malapetaka terus berlanjut di India. "Sebagian besar kekhawatiran yang diangkat tidak memiliki logika apa pun dan tidak didasarkan pada analisis ilmiah yang tepat," kata Kumar. "Ilmu pengetahuan telah mengambil kursi belakang dalam politik." Di tempat lain, setelah hampir 20 tahun menanam jagung, kapas, dan kedelai Bt di seluruh dunia dan hampir 100 tahun menggunakan semprotan Bt, para peneliti telah mencapai konsensus tentang banyak keuntungan dan risiko Bt&rsquo. Pada titik ini, banyak bukti menunjukkan bahwa racun Bt adalah beberapa insektisida paling aman dan paling selektif yang pernah digunakan. Klaim bahwa tanaman Bt meracuni manusia sama sekali tidak benar. Bila dikelola dengan baik, tanaman Bt meningkatkan hasil dan membuat lahan pertanian jauh lebih ramah bagi populasi serangga secara keseluruhan dengan mengurangi penggunaan insektisida kimia spektrum luas yang membunuh tanpa pandang bulu. Lebih sedikit semprotan kimia juga berarti biji-bijian, kacang-kacangan, dan sayuran yang lebih bersih dicampur ke dalam makanan olahan dan dijual utuh di lorong produksi.

Namun, tanaman Bt tidak sepenuhnya jinak, juga bukan obat mujarab. Terlepas dari kekhususan racun Bt yang tak tertandingi, penelitian terbaru menunjukkan bahwa dalam beberapa kasus yang jarang terjadi, mereka mungkin secara tidak sengaja membunuh kupu-kupu, kepik, dan serangga lain yang tidak berbahaya atau bermanfaat, meskipun sejauh ini tidak ada bukti kuat bahwa mereka meracuni lebah. Yang lebih memprihatinkan, hama pertanian dapat, akan dan telah menjadi resisten terhadap tanaman Bt, sama seperti mereka pasti mengembangkan kekebalan terhadap segala bentuk pengendalian hama. Jika perusahaan biotek secara prematur melepaskan varietas Bt baru tanpa pengujian yang tepat atau petani tidak mengambil tindakan pencegahan yang memadai saat menanamnya, tanaman Bt akhirnya gagal dan, ironisnya, mendorong penggunaan pestisida kimia yang seharusnya diganti. Baru-baru ini, beberapa petani di Midwestern AS telah menyadari bahwa satu jenis jagung Bt tidak lagi mengusir larva kumbang pemakan akar yang rakus.

&ldquoRekayasa genetika dapat menjadi alat yang ampuh dan memberikan peluang untuk mengelola serangga yang belum pernah kita alami sebelumnya, berpotensi dengan dampak lingkungan yang jauh lebih sedikit berbahaya dan tentu saja lebih sedikit ancaman bagi kesehatan manusia,&rdquo kata ahli entomologi Kenneth Ostlie dari University of Minnesota. &ldquoTantangan sebenarnya adalah penatalayanan yang baik.&rdquo

Serendipity di tanah
B. thuringiensis adalah bakteri di mana-mana yang hidup terutama di tanah serta di air, pada tanaman dan di silo biji-bijian. Di saat stres&mdashketika nutrisi langka, misalnya&mdashB. thuringiensis membentuk endospora: versi yang tangguh dan terdehidrasi dari dirinya yang dulu. Spora semacam itu sangat tahan lama, terutama ketika dilindungi dari unsur-unsur yang berhasil dihidupkan kembali oleh sekelompok ilmuwan berusia 250 juta tahun. Basil spora yang tertanam dalam garam. Selama proses sporulasi, mikroba juga menghasilkan kristal berbentuk berlian yang dikemas dengan protein beracun yang dikenal sebagai racun menangis. Keuntungan evolusi dari kristal ini tetap menjadi misteri, tetapi mereka tampaknya membantu bakteri menginfeksi berbagai serangga dan melanjutkan siklus reproduksi mereka di dalam tubuh serangga. Faktanya, B. thuringiensis melakukan sebagian besar aktivitas perkawinannya di dalam larva ngengat, kumbang, nyamuk, dan serangga lainnya, daripada di dalam tanah.

Di alam liar, ulat dan larva lainnya mengunyah tanaman yang penuh dengan B. thuringiensis akan menelan spora dan kristal beracun. Juan Luis Jurat-Fuentes dari University of Tennessee dan ahli entomologi lainnya telah menghabiskan bertahun-tahun mempelajari apa yang terjadi selanjutnya secara rinci. Begitu berada di dalam lingkungan basa dari usus serangga, tangisan racun dalam kristal terpisah satu sama lain, mengikat protein yang tertanam dalam sel usus dan membuat pori-pori yang menghancurkan sel. Hemolymph&mdashits serangga setara dengan darah&mdash mengalir ke ususnya dan cairan ususnya meresap ke dalam rongga tubuhnya, yang mengubah pH keseluruhan dan mendorong spora untuk berkecambah. Pada gilirannya, spora yang dihidupkan kembali melepaskan ramuan bahan kimia yang selanjutnya membuat serangga rentan terhadap infeksi. Dalam beberapa jam, semua kekacauan kimiawi internal mengganggu komunikasi antara neuron dan melumpuhkan serangga. Beberapa jam atau hari kemudian & mdash dikonsumsi oleh infeksi parah B. thuringiensis dan bakteri oportunistik lainnya&mdash serangga mati dan mikroba menggunakan jaringannya yang membusuk sebagai energi untuk pesta pora yang hiruk pikuk.

Orang-orang telah memanipulasi B. thuringiensis untuk tujuan mereka sendiri selama hampir 100 tahun. Pada tahun 1901 ilmuwan Jepang Shigetane Ishiwata menemukan bahwa strain bakteri tertentu membunuh sejumlah besar ulat sutra. Dia menamai bakteri itu Bacillus sotto. Sepuluh tahun kemudian, Ernst Berliner menemukan kembali spesies bakteri yang sama ini pada ngengat mati di pabrik tepung di negara bagian Thuringia, Jerman. Dia memberi spesies itu nama yang menempel: Bacillus thuringiensis. Makhluk hidup yang mudah diduplikasi yang membunuh serangga hama tanpa membahayakan hewan atau manusia lain adalah penemuan yang sangat kebetulan. Tetapi tidak seorang pun di awal 1900-an yang dapat meramalkan sejauh mana organisme mikroskopis ini pada akhirnya akan mengubah pertanian di seluruh dunia.

Petani mulai menggunakan spora dan kristal Bt sebagai pestisida biologis sejak tahun 1920-an. Prancis memproduksi insektisida Bt komersial pertama, Sporine, pada tahun 1938. Dan AS mulai memproduksi semprotan tersebut pada tahun 1958. Pada tahun 1977, para ilmuwan telah mengidentifikasi 13 subspesies Bt yang membuat berbagai jenis kristal, semuanya beracun bagi berbagai jenis larva ngengat. Tak lama kemudian peneliti mengisolasi strain Bt yang secara khusus membunuh lalat, nyamuk, dan kumbang. Para ilmuwan kini telah membuat katalog lebih dari 80 subspesies dari B. thuringiensis dan lebih dari 200 toksin menangis yang berbeda. Dalam kebanyakan kasus, setiap subspesies dan kristal yang dihasilkannya berevolusi untuk membunuh hanya satu atau dua spesies serangga, bahkan dalam keluarga serangga yang sama. B. thuringiensis subspesies tolworthi, misalnya, dengan mudah membunuh ulat grayak yang jatuh (Spodoptera frugiperda), tetapi hampir tidak mematikan bagi larva ngengat cacing daun oriental (Spodoptera litura), yang berada dalam genus yang sama (tingkat taksonomi tepat di atas spesies).

Pada 1980-an, ketika hama tanaman mengembangkan resistensi yang meningkat terhadap pestisida sintetis, semakin banyak petani beralih ke Bt, yang menjadi sangat populer di kalangan petani organik. Selain mematikan selektif mereka, racun bakteri terdegradasi di bawah sinar matahari dan hanyut dalam hujan, daripada mencemari habitat liar dan sumber air minum. Namun, kefanaan ini menarik sekaligus bermasalah bagi petani, memaksa mereka untuk menerapkan kembali semprotan Bt sesering setiap tiga hari. Dan formulasi Bt mengandung lebih dari sekedar spora dan kristal, mereka juga penuh dengan bahan kimia sintetis yang membantu bakteri menyebar dan menempel pada tanaman. Beberapa bahan kimia tersebut diketahui dapat meracuni hewan pengerat dan mamalia lainnya. Teknologi rekayasa genetika yang berkembang pesat menjanjikan cara yang lebih bersih dan tepat untuk menggunakan Bt. Jika berhasil, petani tidak perlu lagi menyemprotkan Bt dalam bentuk cair, mereka dapat menghabiskan jauh lebih sedikit waktu dan uang untuk pestisida pada umumnya.

Para ilmuwan memiliki beberapa alat canggih untuk memodifikasi DNA tanaman. Seringkali, mereka merekrut mikroba yang agak unik dan hampir luar biasa nyaman yang dikenal sebagai agrobacterium tumefaciens, yang berevolusi untuk menyuntikkan materi genetik ke dalam tanaman untuk membantu infeksi. Pada tahun 1987 Sistem Genetika Tanaman di Belgia mengisolasi gen yang mengkode toksin menangis dari satu subspesies B. thuringiensis dan digunakan agrobakterium untuk memasukkannya ke dalam genom tanaman tembakau embrionik, menciptakan kehidupan tanaman Bt pertama. Itu baru permulaan. Perusahaan biotek di beberapa negara yang berbeda terus meningkatkan teknik ini. Kurang dari 10 tahun kemudian, pada tahun 1996, AS mengkomersialkan jagung dan kapas Bt. Petani di seluruh negeri siap mengadopsi tanaman Bt karena manfaatnya yang jelas. "Tidak diragukan lagi bahwa Bt memungkinkan kami menanam dan memanen lebih banyak jagung," kata David Linn dari Correctionville, Iowa, yang telah bertani sepanjang hidupnya. Dia menjelaskan bahwa, sebelum bekerja dengan jagung Bt, dia akan dengan susah payah mencari telur hama yang dikenal sebagai penggerek jagung di ladangnya, mencoba mencari tahu kapan harus menyemprotkan pestisida kimia bahan kimia itu membunuh larva yang baru menetas hanya dalam waktu singkat. sebelum mereka masuk ke dalam jagung dan di luar jangkauan. Dia sering kehilangan sebanyak 30 gantang jagung per hektar karena penggerek. "Bt jagung berarti tidak mengemudi melalui ladang, tidak menyemprotkan bahan kimia beracun, tidak menggunakan bahan bakar," katanya. "Itu membuat segalanya jauh lebih sederhana ketika Bt ada di dalam jagung."

Pada 2013, 76 persen jagung yang ditanam di AS dan 75 persen kapas adalah varietas Bt. Pada tahun 1996, 1,7 juta hektar tanaman rekayasa genetika ditanam di seluruh dunia (satu hektar kira-kira seukuran rumput di tengah jalur atletik standar). Pada tahun 2012, jumlahnya meningkat menjadi lebih dari 170 juta hektar, sedikitnya 58 juta di antaranya merupakan tanaman penghasil toksin Bt.

Rasa racun kita sendiri
Beberapa penentang tanaman Bt dan rekayasa genetika pada umumnya berpendapat bahwa ilmuwan pemerintah dan peneliti di universitas belum melakukan studi jangka panjang, atau studi apa pun, tentang risiko kesehatan makanan GM&mdash bahwa eksperimen semacam itu sama sekali tidak ada. Bahkan pencarian sepintas dari literatur penelitian membantah klaim ini. Organisasi pendidikan nirlaba independen Biology Fortified, Inc., menyelenggarakan basis data online yang berkembang dari 600 studi keselamatan pabrik GM. Produsen telah menguji setiap makanan GM di pasar AS untuk memastikan mereka tidak beracun dan tidak menyebabkan alergi dan mulai menjual makanan tersebut hanya setelah Food and Drug Administration AS meninjau dan menyetujui hasil tes tersebut. Adalah kepentingan terbaik produsen untuk melakukannya: Lagi pula, jika terjadi kesalahan setelah perusahaan memasarkan produk GM, akan ada akibat hukum dan keuangan yang serius.

Para ilmuwan di universitas yang tidak memiliki kepentingan dalam industri biotek juga telah mempertanyakan dan mengevaluasi secara ketat risiko dari B. thuringiensis dan racunnya sejak petani mulai menggunakan semprotan Bt pada 1920-an. Banyak tes laboratorium dan lapangan telah menyimpulkan bahwa Bt tidak beracun bagi ikan, burung, mamalia atau manusia, bahkan pada dosis ribuan kali lebih besar daripada yang pernah ditemui seseorang atau hewan di luar laboratorium. Selama bertahun-tahun para peneliti telah menyuntikkan atau menyalurkan miliaran spora Bt dan kristal beracun langsung ke dalam kulit, paru-paru, darah, perut dan otak tikus, tikus, sapi, babi, ayam betina dan burung puyuh berkali-kali dan sekali lagi hewan-hewan itu selamat dari percobaan dengan sedikit, jika ada, efek buruk. Hal yang sama berlaku untuk tikus yang makan satu miliar spora Bt sehari selama dua tahun serta untuk tiga generasi tikus yang diberi makan jagung Bt. Joel Siegel, sekarang di Departemen Pertanian AS, menghabiskan lebih dari 10 tahun menyelidiki toksisitas Bt. "Kesimpulan saya adalah ini adalah produk yang sangat aman," katanya. "Anda mungkin bisa memakannya satu pon dan tidak akan terjadi apa-apa pada Anda.&rdquo

Pada tahun 1950-an, para sukarelawan untuk eksperimen yang mungkin tidak akan disetujui oleh komite etik saat ini ternyata memakan Bt. Setiap hari selama lima hari 18 orang menelan satu gram semprotan Bt yang disebut Thuricide&mdashmengandung sekitar tiga miliar Basil spora dan kristal&mdashand menghirup 100 miligram insektisida. Pemeriksaan fisik rinci, tes darah dan rontgen pada hari keenam dan lima minggu kemudian menunjukkan tidak ada perubahan yang tidak biasa atau berbahaya. Meskipun tidak ada yang pernah mengembangkan penyakit serius atau meninggal karena menelan B. thuringiensis atau tanaman Bt, penelitian menunjukkan bahwa sebagian kecil orang yang secara rutin atau tidak sengaja terkena bulu atau percikan semprotan Bt komersial telah menderita ruam kulit dan mata teriritasi. Ketika mereka bekerja sebagaimana mestinya, tanaman Bt menghilangkan bahaya ini dan mengurangi paparan pestisida pada pekerja secara umum. Tanaman Bt juga secara tidak langsung meningkatkan kesehatan manusia. Lebih dari setengah jagung yang ditanam di seluruh dunia terinfeksi jamur fusarium, yang menyelinap ke tanaman melalui terowongan yang dibentuk oleh serangga yang membosankan dan, setelah terbentuk, menghasilkan racun yang merusak ginjal, hati, saraf dan sistem kardiovaskular jika tertelan dalam dosis tinggi. Tanaman Bt yang membunuh serangga tersebut memiliki racun jamur 90 persen lebih sedikit daripada tanaman konvensional.

Sebagian kecil ilmuwan anti-GM mengatakan bahwa segelintir penelitian yang mengkhawatirkan bertentangan dengan penelitian selama puluhan tahun yang menunjukkan bahwa Bt tidak beracun bagi manusia. Dalam setiap kasus, komunitas ilmiah yang lebih besar telah secara menyeluruh mengkritik dan sering langsung menolak studi yang dianggap mengkhawatirkan karena mereka cacat, tidak valid, dan kadang-kadang menutupi motif tersembunyi.

Gilles-Eric Séralini dari University of Caen Lower Normandy di Prancis telah menerbitkan beberapa penelitian yang sangat kontroversial yang menyatakan bahwa tanaman GM menyebabkan tumor, gagal ginjal dan penyakit lain pada hewan pengerat, terkadang membunuh mereka, dan bahwa racun Bt membahayakan sel manusia. Banyak ilmuwan dan organisasi ilmiah&mdashtermasuk mereka yang tidak memiliki hubungan dengan industri biotek&mdash telah mengecam eksperimen Séralini&rsquos, menekankan cacat mereka: mereka umumnya tidak memiliki kekuatan statistik yang diperlukan untuk menyingkirkan penyakit karena kebetulan beberapa penelitian menggunakan tikus lab yang berumur pendek yang rentan untuk tumor percobaan menggunakan sel telanjang dalam cawan petri sama sekali tidak mencerminkan bagaimana tubuh manusia bersentuhan dengan Bt dan penelitian sering kali tidak jelas pada detail penting atau mengecualikannya sama sekali.

&ldquoKesimpulan para penulis&rsquo tidak dapat dianggap masuk akal secara ilmiah,&rdquo diucapkan Otoritas Keamanan Pangan Eropa yang sangat berhati-hati dalam sebuah pernyataan yang merangkum evaluasi independen atas karya Séralini oleh Belgia, Denmark, Prancis, Jerman, Italia, dan Belanda. Séralini mendirikan Komite Penelitian dan Informasi Independen tentang Rekayasa Genetika (CRIIGEN) karena dia menganggap studi keamanan makanan GM tidak memadai. Dia telah menerima dana dari organisasi anti-GM, seperti Greenpeace dan dia hanya menawarkan kepada wartawan pratinjau publikasinya yang akan datang saja. jika mereka setuju untuk tidak membahas penelitian dengan ilmuwan lain&mdasha strategi penulis sains Carl Zimmer disebut "a tengik, cara korup untuk melaporkan tentang sains." Banyak jurnalis setuju.

Dalam kasus lain, media telah melebih-lebihkan atau pada dasarnya membuat kekhawatiran tentang racun Bt. Pada tahun 2011, sebuah penelitian di Kanada mengklaim menemukan bukti toksin menangis&mdashCry1Ab&mdash yang beredar dalam darah dan tali pusar ibu hamil. Meskipun penelitian itu sendiri hampir tidak menyebutkan risiko kesehatan, berita utama yang mengkhawatirkan berkembang biak. Sebenarnya, tidak pernah ada alasan untuk khawatir. Beberapa menangis racun&mdashin memang banyak protein berbeda yang kita makan&mdashmungkin sebenarnya bertahan perjalanan dari usus ke darah kurang lebih utuh, tetapi itu tidak berarti prestasi yang mudah. Pertama-tama, memasak dan proses industri memecah dan menonaktifkan sebagian besar racun menangis. Sebagian besar bahan makanan yang terbuat dari jagung Bt dan kedelai dicampur menjadi produk olahan tinggi seperti sereal dan minyak goreng, meskipun beberapa petani AS menanam satu varietas jagung manis Bt untuk lorong produksi (yang, mungkin, kebanyakan orang akan makan dimasak ). Kedua, toksin menangis berevolusi untuk bekerja di lingkungan pH tinggi dari usus serangga, perut pH rendah kita yang jauh lebih asam dengan mudah menghancurkannya (yang telah ditunjukkan dalam penelitian pada hewan dan dikonfirmasi dengan eksperimen menggunakan asam lambung tiruan).Dan, jika toksin menangis berhasil melewati perut dan usus ke dalam darah, ia tidak akan memiliki cara untuk mengikat sel-sel kita, ia berevolusi untuk menempel pada sel-sel serangga yang memiliki protein permukaan yang sangat berbeda. Akhirnya, setiap racun teriakan jahat yang beredar dalam darah kita tidak harus berasal dari tanaman Bt. Faktanya, sumber yang jauh lebih mungkin adalah makanan organik yang telah diolah dengan semprotan Bt atau makanan apa pun dengan residu tanah yang mengandung B. thuringiensis. Sebagian besar dari kita makan Bt dalam jumlah kecil setiap hari.

Bahkan jika racun dalam makanan kita tidak masuk ke aliran darah, bakteri usus kita bisa mengambil gen Bt dan mulai memompa racun, beberapa peneliti dan lawan GM telah mengusulkan. Ini layak secara biologis, tetapi sangat tidak mungkin. Banyak bakteri terkenal karena kemampuannya untuk menyeka DNA dari lingkungan mereka dan bertukar gen dengan bakteri lain dan bahkan dengan organisme dari berbagai kerajaan kehidupan, seperti tanaman. Di Jepang beberapa bakteri usus orang mencuri gen untuk mencerna rumput laut dari bakteri laut pada rumput laut mentah yang dimakan orang. Mungkin bakteri usus kita dapat mengambil gen Bt dari jagung Bt. Mungkin, tetapi mereka memiliki kesempatan yang sama selama jutaan tahun karena orang selalu makan makanan dengan beberapa jejak B. thuringiensis-tanah bertali. Dan tidak ada alasan teman usus kita akan mencuri gen dari makanan GM secara khusus, daripada dari semua jenis makanan dan banyak bakteri yang mereka tampung. Ditambah lagi, jika mikroba di usus kita berhasil memperoleh gen Bt, mereka belum tentu memiliki peralatan seluler yang tepat untuk membuat toksin dan bahkan jika mereka membuat toksin, itu tidak berbahaya bagi sel manusia.

Terlepas dari bukti keamanan Bt&rsquos yang luar biasa, beberapa orang masih khawatir tentang penyakit yang tidak terduga dan skenario terburuk. Keributan selama satu dekade di sekitar satu jenis jagung Bt tertentu menggambarkan bahwa pemerintah dapat dengan cepat menarik kembali produk GM yang lolos dari peraturan keselamatan. Pada tahun 1998, Badan Perlindungan Lingkungan AS menyetujui varietas Jagung Bt Aventis (sekarang Bayer) CropScience yang dikenal sebagai StarLink untuk digunakan dalam pakan ternak, tetapi tidak mengizinkan petani menanamnya untuk konsumsi manusia. Pengujian menunjukkan bahwa cry toxin (Cry9C) yang dihasilkan oleh tanaman StarLink tidak mudah terdegradasi di usus manusia seperti racun lainnya dan dapat menyebabkan alergi, meskipun tidak sesuai dengan struktur molekul alergen yang diketahui.

Pada bulan September 2000, koalisi kelompok anti-GM menemukan DNA StarLink di cangkang taco Kraft di Washington, D.C., toko bahan makanan. Jelas, beberapa petani tidak secara ketat memisahkan jagung StarLink dari varietas lain, perjalanan yang kacau dari ladang ke lorong supermarket mungkin juga berkontribusi pada kekacauan itu. Dalam penarikan pertama makanan GM, Kraft, Taco Bell dan perusahaan makanan lainnya menarik kulit taco senilai jutaan dolar dari rak dan keluar dari restoran. Lebih dari 30 orang melaporkan reaksi alergi yang nyata terhadap StarLink, tetapi setelah mengevaluasi sampel darah, FDA dan Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit AS tidak menemukan bukti alergi yang sebenarnya. Namun, pada bulan November, FDA telah menarik kembali 300 produk berbasis jagung dan EPA mulai secara teratur menyaring pasokan makanan untuk StarLink. Sisa-sisa StarLink telah &ldquohampir tidak ada sejak tahun 2003,&rdquo, kata EPA di situs Web-nya bahwa organisasi tersebut sangat yakin akan hilangnyanya sehingga telah menghentikan penyaringan.

Kerusakan tambahan
Bagaimana tanaman Bt mengancam ekosistem serangga dan lingkungan jauh lebih sederhana daripada apakah mereka cukup aman untuk dimasukkan ke dalam makanan kita. Tikar besar monokultur berguling di AS&mdashvast ladang yang berdekatan, masing-masing terdiri dari satu tanaman&mdashi adalah jenis ekosistem buatan manusia yang relatif baru yang telah menggantikan habitat liar yang jauh lebih beragam. Jauh sebelum tanaman GM apapun, lahan pertanian menggantikan banyak spesies asli. Namun, ladang pertanian dipenuhi dengan kehidupan, beberapa di antaranya telah berevolusi untuk bertahan hidup di pertanian. Secara keseluruhan, tanaman Bt di seluruh dunia telah menjadi keuntungan bagi semua jenis serangga dan artropoda karena bentuk pengendalian hama yang sangat selektif ini telah sangat mengurangi penggunaan pestisida kimia yang membunuh kawan dan lawan kereta. Tanaman Bt mengurangi aplikasi insektisida di AS sebesar 56 juta kilogram antara tahun 1996 dan 2011, menurut satu perkiraan. Eksperimen baru-baru ini meneliti populasi serangga di 36 lokasi berbeda di Cina utara menggunakan data yang dikumpulkan antara tahun 1990 dan 2010. Penggunaan kapas Bt yang meluas mendukung jumlah kepik, laba-laba, dan sayap renda&mdahalnya memakan hama seperti kutu daun dan tidak membahayakan tanaman.

Beberapa racun Bt dapat meracuni serangga selain hama pertanian, tetapi sejauh ini bahaya ini tampaknya dapat diabaikan, terutama bila dibandingkan dengan alternatif yang paling mungkin: pembantaian insektisida sintetis. Dalam sebuah penelitian kecil yang dipublikasikan tahun 1999, 44 persen larva kupu-kupu raja yang memakan daun milkweed yang ditaburi serbuk sari jagung Bt mati. Ulat raja makan secara eksklusif pada milkweed, dan kupu-kupu bertelur di tanaman milkweed yang tumbuh di dekat dan di dalam ladang jagung sepanjang musim panas, ketika serbuk sari jagung berlimpah. Namun, banyak ilmuwan dengan cepat menunjukkan kelemahan serius dalam penelitian ini, seperti fakta bahwa penelitian itu tidak menghitung jumlah serbuk sari yang tertelan. Tim peneliti lain melakukan percobaan tindak lanjut yang lebih hati-hati dan menyimpulkan bahwa beberapa bentuk serbuk sari Bt berbahaya bagi raja dalam konsentrasi lebih besar dari 1.000 butir untuk setiap sentimeter persegi daun milkweed hanya 170 butir per sentimeter persegi, rata-rata, mantel milkweed tumbuh di antara ladang jagung. Serbuk sari dari salah satu galur jagung Bt paling awal, bagaimanapun&mdashBt 176&mdashwash beracun bagi kupu-kupu hanya dengan 10 butir per sentimeter persegi. Beberapa tahun kemudian Bt 176 sebagian besar telah dihapus dari pasar AS.

Mengumpulkan bukti menunjukkan bahwa dalam beberapa kasus langka, peneliti mungkin telah mengabaikan bagaimana tanaman Bt mengancam serangga jinak lainnya. Dalam studi tiga tahun yang baru-baru ini diterbitkan, para peneliti menemukan lebih sedikit kepik di antara petak jagung Bt daripada di ladang jagung & serangga dashand yang tidak direkayasa yang hidup di bekas rata-rata mati lebih cepat. Jagung Bt, bagaimanapun, masih jauh lebih berbahaya bagi kepik daripada pestisida kimia. Adapun lebah madu dan spesies lebah asli, penelitian secara konsisten gagal menemukan bukti bahwa racun Bt merugikan penyerbuk.

Jauh lebih mengkhawatirkan bagi petani&mdasdan terutama bagi ahli ekologi&mdashi adalah seberapa cepat serangga perusak menjadi kebal terhadap tanaman Bt. "Ahli entomologi mana pun akan bodoh untuk mengatakan bahwa Anda" tidak akan mendapat perlawanan, "kata Brian Federici, ahli entomologi dan ahli Bt di University of California, Riverside. Setiap kali petani melawan hama dengan cara yang sama berulang kali, hama beradaptasi dan mengecoh strategi itu. Pertimbangkan salah satu metode pengendalian hama tertua: rotasi tanaman. Dengan menanam berbagai jenis tanaman di lahan yang sama setiap musim, petani dapat mengganggu siklus hidup serangga. Kumbang cacing akar jagung bertelur di jagung di musim gugur sehingga ketika larva putih mereka menetas di musim semi mereka bisa berpesta di akar tanaman. Tetapi jika larva menemukan diri mereka dikelilingi oleh kedelai, mereka tidak akan punya apa-apa untuk dimakan. Beberapa spesies cacing akar jagung akhirnya menangkap trik ini. Beberapa telah mengembangkan penetasan tertunda, muncul dua tahun lebih lambat dari biasanya, ketika seorang petani lebih mungkin menanam jagung lagi. Yang lain telah beradaptasi dengan bertelur di antara kedelai, bukan jagung, karena ladang kedelai mungkin akan menjadi ladang jagung pada musim berikutnya.

Petani akan selalu berada dalam perlombaan senjata evolusioner dengan hama terlepas dari apakah mereka menanam organik, menggunakan pestisida kimia atau memilih tanaman Bt. Dimana tanaman Bt memiliki keuntungan, bagaimanapun, adalah dalam menunda resistensi hama untuk jangka waktu yang lebih lama daripada strategi pengendalian hama lainnya&mdashi jika mereka direkayasa dengan hati-hati dan ditanam secara bertanggung jawab. Tanaman Bt paling efektif ketika petani dan insinyur biotek memenuhi dua kondisi utama. Pertama, peneliti harus membuat tanaman tersebut sangat mematikan bagi hama sasaran, idealnya membunuh 99,99 persen dari semua penyerang. Dengan begitu jika beberapa serangga mengembangkan kekebalan, mereka kemungkinan akan memiliki dua salinan mutasi genetik yang membuat mereka kebal terhadap hama apa pun dengan satu salinan gen tidak akan cukup kuat untuk bertahan hidup. Kedua, petani seharusnya menanam tanaman Bt di sepanjang &ldquodaerah perlindungan&rdquo&mdashblock atau strip tanaman konvensional di mana hama dapat berkembang biak. Akibatnya, sedikit hama yang mengembangkan resistensi di antara tanaman Bt akan kawin dengan serangga rentan yang jauh lebih banyak di tempat perlindungan, melemahkan mutasi genetik yang bertanggung jawab atas kekebalan mereka dan menghasilkan keturunan yang rentan terhadap tanaman Bt.

Ini bukan skema yang sangat mudah, tetapi ketika perusahaan biotek dan petani mengikuti aturan, itu bekerja dengan sangat baik. Pada tahun 1996, ketika jagung dan kapas Bt pertama kali dikomersialkan di AS, beberapa peneliti memperkirakan bahwa hama akan mengembangkan resistensi dalam tiga sampai lima tahun. Dalam kebanyakan kasus, ramalan ini terlalu pesimistis. Petani di AS telah menanam jagung Bt yang dirancang untuk membunuh penggerek jagung Eropa selama 17 tahun tanpa bukti perlawanan apa pun. Sebaliknya, ketika tanaman Bt tidak membunuh serangga dalam jumlah yang cukup tinggi atau petani tidak menyediakan cukup lahan untuk berlindung, Bt dapat menjadi hampir sama mahalnya bagi petani dan lingkungan seperti insektisida kimia.

EPA mengharuskan petani untuk menanam tempat perlindungan di samping sebagian besar, tetapi tidak semua, tanaman Bt. Secara umum, ahli entomologi merekomendasikan tempat perlindungan yang terdiri antara 20 dan 50 persen dari bidang tertentu. Namun, dalam beberapa kasus, EPA telah menurunkan persyaratan perlindungannya menjadi hanya 5 persen dari total areal. Dan "untuk beberapa hama, seperti bollworm kapas, persyaratan perlindungan telah dihapuskan di area yang luas karena Monsanto menghasilkan data yang menunjukkan bahwa perlindungan alami akan cukup melimpah," jelas Yves Carrière dari University of Arizona. "Secara pribadi, saya pikir ini adalah keputusan yang berisiko." Data menunjukkan bahwa petani AS telah menjadi kurang mematuhi peraturan EPA selama bertahun-tahun, daerah perlindungan mungkin akan menanggung lebih banyak kerusakan hama dan menghasilkan panen yang lebih kecil.

Setidaknya tiga jenis hama di seluruh dunia telah mengembangkan beberapa tingkat resistensi terhadap Bt: satu di Puerto Rico, satu di benua AS dan satu di Afrika Selatan. Carrière dan rekannya Bruce Tabashnik berpendapat bahwa dua hama lain di AS bagian tenggara dan India mungkin juga menjadi kurang rentan terhadap Bt, meskipun peneliti lain tidak setuju. Mempertimbangkan bahwa tanaman Bt menargetkan 13 hama utama&mdashhand lebih dari 50 hama berbeda secara keseluruhan&mdash itu merupakan rekam jejak yang sangat baik. Namun, terlepas dari kesiapan umum para petani dan ilmuwan, beberapa hama mengembangkan resistensi terhadap toksin Bt dengan kecepatan yang tidak terduga.

Contoh terbaru dan mengkhawatirkan di AS adalah cacing akar jagung, kisah yang didokumentasikan dalam studi oleh Aaron Gassmann dari Iowa State University dan rekan-rekannya. Tanaman Bt pertama yang dirancang untuk membunuh ulat akar masuk ke pasar pada tahun 2003. Mengingat keberhasilan yang berkelanjutan dengan tanaman Bt lainnya pada saat itu, sebagian besar peneliti mengira hama akan mengembangkan resistensi dalam 15 hingga 20 tahun. Namun, pada tahun 2009, beberapa petani di Iowa, Minnesota, Nebraska, dan negara bagian lain melihat kantong jagung Bt yang jatuh dan merupakan tanda klasik kerusakan akar. Sementara jagung Bt yang dirancang untuk menghancurkan penggerek jagung Eropa membunuh 99,9 persen atau lebih hama, jagung Bt yang direkayasa untuk membasmi ulat akar kurang dapat diandalkan, membunuh 85 hingga 98 persen larva. Perusahaan biotek dan EPA tetap memperkirakan bahwa manfaatnya lebih besar daripada risikonya.

Sepertinya mereka salah perhitungan. Tanpa sepengetahuan peneliti, populasi rootworm sudah memiliki varian gen yang relatif umum untuk ketahanan terhadap toksin menangis, jelas Ostlie dari University of Minnesota. Mungkin mereka mengembangkan gen-gen itu sebagai respons terhadap keberadaan . di mana-mana B. thuringiensis diri. Menanam jagung Bt hanya melipatgandakan frekuensi gen resistensi dengan menciptakan lingkungan di mana larva yang membawa gen tersebut memiliki peluang terbaik untuk bertahan hidup, kawin, dan bertelur. Dan setiap petani yang gagal menanam daerah perlindungan memperburuk keadaan. Beberapa petani yang tanaman Btnya mati karena cacingan sekarang telah menggunakan insektisida kimia. Situasi serupa tetapi bahkan lebih buruk terjadi di Puerto Rico, di mana tempat perlindungan buatan hampir tidak ada dan ulat grayak menjadi kebal terhadap jagung Bt hanya tiga tahun setelah pengenalan tanaman pada tahun 2003. Pada tahun 2007, perusahaan benih secara sukarela menarik varietas tersebut. Bt jagung dari pasar Puerto Rico.

Di India dan negara berkembang lainnya petani pedesaan mungkin tidak tahu tentang persyaratan perlindungan, jika mereka ada sama sekali orang lain akan langsung mengabaikan mereka karena mereka tidak memiliki ruang atau tidak mampu untuk mencurahkan tanah untuk sayuran yang mungkin akan menjadi prasmanan untuk serangga. Sejak memperkenalkan kapas Bt pada tahun 2002, India telah menjadi produsen kapas terbesar kedua di dunia, setelah Cina. Sejauh ini hama kapas tidak terlalu tahan. Salah satu penjelasannya adalah bahwa lahan pertanian India umumnya lebih beragam daripada di AS, sangat bervariasi di dalam dan di antara distrik, gado-gado tanaman yang berbeda menciptakan perlindungan alami. Banyak peneliti berpendapat bahwa kekhawatiran tentang resistensi hama tidak boleh berdiri di antara tanaman GM seperti brinjal Bt dan petani pedesaan yang sangat membutuhkannya. "Gagasan umumnya adalah menempatkan tanaman di luar sana, memantau perubahan kerentanan hama dan memodifikasi seiring berjalannya waktu," kata Anthony Shelton dari Cornell University, yang mengembangkan strategi manajemen serangga untuk tanaman sayuran dan telah bekerja secara ekstensif pada brinjal Bt di India.

Untuk mengatasi peningkatan resistensi hama, Monsanto, Syngenta dan perusahaan biotek lainnya telah mulai menjual campuran benih 5 sampai 10 persen jagung atau kapas konvensional dan 90 sampai 95 persen tanaman Bt. Saat menggunakan "perlindungan di dalam tas", para petani tidak perlu bersusah payah menentukan bagian tanah mereka sebagai tempat perlindungan tanaman konvensional dan tanaman Bt secara otomatis bercampur di mana pun petani menanam campuran benih. Penanaman seperti itu harus sangat efektif dalam menunda resistensi pada spesies seperti cacing akar, kumbang dewasa yang cenderung kawin dengan serangga di dekatnya daripada bepergian ke bagian lain dari suatu ladang. Namun, mosaik tanaman Bt dan tanaman khas mempersulit petani untuk hanya merawat tanaman yang rusak dengan pestisida. Perusahaan biotek memiliki solusi lain: mereka memperluas inventaris tanaman "pyramid" Bt yang direkayasa dengan dua atau lebih racun untuk melawan serangga yang sama. Bahkan menambahkan satu lagi protein beracun ke tanaman Bt membuat hama jauh lebih sulit untuk memperoleh kekebalan karena mereka tidak hanya harus mengembangkan beberapa mutasi genetik tetapi juga mewarisi salinan yang cukup dari masing-masing mutasi tersebut untuk bertahan hidup. Tentu saja, jika seekor serangga telah mengembangkan ketahanan terhadap salah satu dari dua racun yang dibuat tanaman, hanya ada satu rintangan yang tersisa.

Serbuk sari bebas
Sejalan dengan mengarahkan evolusi serangga, tanaman Bt juga dapat mengubah tanaman lain dengan cara yang tidak disengaja dengan kawin dengan mereka. Karena perbedaan bentuk dan ukuran butiran serbuk sari dan bantalan bunga tempat mereka menempel, kebanyakan tanaman hanya dapat menyerbuki spesies mereka sendiri dan spesies yang berkerabat dekat. Baik hasil rekayasa genetika atau tidak, banyak tanaman yang diserbuki oleh serangga atau angin tak terhindarkan bertukar gen yang dikemas dalam butiran serbuk sari dengan ladang terdekat dari tanaman & mdash yang sama termasuk yang dimiliki oleh petani yang berbeda. Bunga kapas dan kedelai dapat menyerbuki diri sendiri tanpa banyak bantuan. Serbuk sari mereka umumnya tidak terbawa angin, tetapi akan menumpang serangga ketika mereka ada di sekitar. Serbuk sari jagung, bagaimanapun, dapat melakukan perjalanan setengah mil dalam beberapa menit dalam angin sedang, meskipun relatif besar dan berat. Kemungkinan besar, serangga dan embusan angin telah menyebarkan gen yang dimaksudkan untuk tinggal di dalam ladang jagung Bt&mdashand tanaman rekayasa genetika lainnya&mdashamong tetangga reseptif. Dengan bantuan orang dan transportasi modern, transaksi semacam itu tampaknya juga diam-diam melintasi batas negara.

Pada musim gugur tahun 2000, David Quist, saat itu di Universitas California, Berkeley, menemukan gen dari tanaman Bt pada jagung yang tumbuh di pegunungan Oaxaca, Meksiko&mdash di mana tanaman GM tidak disetujui. Petani di Meksiko mungkin telah menanam biji jagung GM impor yang dimaksudkan hanya untuk pakan ternak setelah ditanam, mereka dapat menyebarkan gen mereka ke ladang jagung terdekat. Ilmuwan lain mempertanyakan hasil Quists, bagaimanapun, dan menunjukkan kekurangan dalam cara dia menguji gen yang diperkenalkan. Pada tahun 2003 Allison Snow dari The Ohio State University dan rekan-rekannya mengumpulkan biji jagung dari 870 tanaman jagung di 125 ladang Oaxaca dan mencari gen dari tanaman GM. Mereka tidak menemukan satupun. Namun dalam dua eksperimen berikutnya, Elena Alvarez-Buylla dari Universitas Otonomi Nasional Meksiko dan timnya meneliti jagung di Oaxaca dan menemukan urutan genetik yang sama yang awalnya ditemukan oleh Quist. &ldquoSaya pikir jagung GM tidak dapat dihindari telah masuk ke Meksiko dan akan terus melintasi perbatasan,&rdquo kata Snow. Dia pikir insiden itu sangat jarang, meskipun, menjelaskan perbedaan antara studinya dan survei selanjutnya.

Apakah penyerbukan silang seperti itu menguntungkan atau merugikan tergantung sepenuhnya pada tanaman dan gen yang bersangkutan dan apakah Anda melihat situasi dari sudut pandang tanaman atau orang. Dalam salah satu studi Snow&rsquos, keturunan bunga matahari Bt dan rekan-rekan liar mereka mencegah ulat jauh lebih efektif daripada bunga matahari biasa dan menghasilkan rata-rata 55 persen lebih banyak biji. Itu akan menjadi fantastis untuk bunga matahari liar tetapi mengerikan bagi petani di Midwest yang menganggap benih-spewers menyebar sebagai gulma yang bersaing dengan tanaman mereka. Di AS, jagung, kapas, dan kedelai memiliki sedikit spesies asli yang berkerabat dekat, sehingga kemungkinan gen Bt menemukan jalan mereka ke sepupu liar kecil. Sebaliknya, terong Bt yang dikomersialkan di India dapat menyebarkan gen Bt di antara berbagai jenis terong liar dan budidaya. Pergaulan bebas semacam itu mungkin akan menguntungkan sebagian besar kultivar peliharaan dan tidak mungkin memberi kerabat terong liar yang liar keuntungan kelangsungan hidup yang cukup besar untuk membuat mereka menjadi gangguan. Sepupu brinjal liar sudah jauh lebih keras daripada yang ditanam petani terong untuk dimakan. &ldquoTerong yang dibudidayakan cukup banyak pengecut&mdashmereka disiram, dibuahi dan dilindungi,&rdquo kata Shelton.

Selama empat tahun terakhir, terong yang jauh lebih tangguh telah siap untuk bergabung dengan jagung, kapas, dan kedelai sebagai tanaman Bt utama yang ditanam di seluruh dunia. Semua bukti&mdash yang tersedia termasuk penelitian di India sendiri&mdash menegaskan keamanan tanaman Bt untuk konsumsi manusia dan menunjukkan bahwa keuntungannya jauh lebih besar daripada risikonya. "Jika Anda mengambil perspektif global, apakah semuanya lebih baik sejak tanaman Bt? Tentu saja, ya," kata Tabashnik dari University of Arizona."Sekarang pertanyaannya adalah: bagaimana kita dapat mengoptimalkan penggunaan tanaman ini untuk memaksimalkan manfaat?" Namun moratorium yang diberlakukan Menteri Ramesh pada terong Bt pada tahun 2009 tetap kokoh tanpa tanda-tanda runtuh dalam waktu dekat, meskipun menteri baru menggantikannya. Terung Bt yang cantik dan sehat ada, tetapi mereka terjebak di bidang organisasi yang dipagari yang ditujukan untuk publik. "Tiga tahun terakhir adalah perjalanan yang sangat, sangat sulit," kata Kumar. "Lobi lingkungan, lobi anti-GM dan lobi anti-biotek mengalami hari lapangan, sebagian besar tidak dilawan. Para ilmuwan tidak banyak bicara dan, jika mereka berbicara, mereka tidak berbicara dengan nada keras."

Pada tanggal 23 Agustus Mahkamah Agung India dijadwalkan untuk bertemu dan meninjau laporan oleh komite ahli terbaru yang ditugaskan untuk menilai keamanan brinjal Bt. Pada hari-hari sebelum pertemuan, Kumar mencoba untuk tetap optimis, tetapi dia tahu bahwa, kemungkinan besar, tidak akan ada yang berubah. Memang, untuk alasan yang tidak jelas, laporan itu &ldquotidak tersedia untuk penasihat pemerintah.&rdquo Jadi penggerek buah dan pucuk terong akan terus menyebar ke sebagian besar brinjal yang dibudidayakan, petani akan terus merendam tanaman mereka dalam pestisida dan, alih-alih mengubah terong bertani di seluruh India untuk kepentingan jutaan orang, serangga dan lingkungan, tanaman yang dapat mengubah segalanya akan tetap berada di bawah tahanan rumah yang tidak terbatas.


Apakah bacillus strain 2-9-3 benar-benar berumur 250 juta tahun? - Biologi

Berikut adalah pembaruan terbaru untuk Memahami Evolusi. Anda juga dapat mendaftar untuk menerima peringatan tentang pembaruan melalui buletin email bulanan atau umpan RSS kami.

Memprediksi evolusi polio - April, 2017
Pada 1940-an dan 50-an, virus polio, yang terutama menyerang anak-anak, melumpuhkan 35.000 orang Amerika setiap tahun. Hari ini, berkat vaksinasi, penyakit ini telah sepenuhnya diberantas dari Amerika Serikat – dan dari sebagian besar negara di dunia. Virus ini hidup karena vaksinasi yang tidak lengkap. Sekarang penelitian baru memberikan petunjuk tentang bagaimana mencegah beberapa wabah langka ini, membuat kita semakin dekat dengan dunia bebas polio.

Seleksi alam tersembunyi dalam pengobatan modern? - Maret, 2017
Tidak ada yang perlu memberi tahu ibu baru bahwa melahirkan manusia dapat menjadi tantangan &mdash dan berbahaya! Di beberapa daerah miskin, untuk setiap 100 kelahiran hidup, satu ibu meninggal saat melahirkan dan empat bayi meninggal dalam beberapa hari pertama kehidupan. Namun, akses ke sumber daya dan intervensi medis modern, seperti operasi caesar, mencegah banyak dari kematian tersebut. Operasi caesar telah menjadi sangat umum di beberapa populasi sehingga para ahli biologi mulai bertanya-tanya apakah prosedur itu, karena menyelamatkan nyawa, dapat membentuk arah evolusi manusia.

Gen dari kerabat kita yang telah punah tetap hidup pada manusia modern - Februari 2017
Dari seorang anggota suku Kalahari yang luwes, hingga seorang berambut merah berbintik-bintik dari Irlandia, hingga seorang penduduk dataran tinggi Tibet yang berambut halus dan berpipi kemerahan, Homo sapiens datang dalam berbagai bentuk, ukuran, warna, dan penampilan. Sementara kita cenderung melihat perbedaan yang mudah dikenali, variasi "siluman" lain dalam populasi manusia tidak harus dilihat dari penampilan fisik saja. Sekarang penelitian baru tentang populasi Inuit yang tinggal di Kutub Utara menunjukkan asal usul yang mengejutkan untuk satu sifat "siluman" seperti itu &mdash kemampuan untuk mentolerir suhu dingin.

Virus janda hitam hasil dari evolusi, bukan rekayasa genetika - Desember, 2016
Para peneliti musim gugur ini mengumumkan penemuan mengejutkan: virus yang membawa gen untuk racun dari racun laba-laba janda hitam. Bagaimana mash-up menyeramkan ini terjadi? Virus janda hitam mungkin terdengar seperti produk rekayasa genetika &mdash seperti stroberi yang mengandung gen ikan atau kambing yang membuat protein sutra laba-laba &mdash, tetapi sebenarnya itu adalah hasil evolusi.

GMO berjuang untuk tetap selangkah lebih maju dari evolusi - Oktober, 2016
Sementara stroberi yang mengandung gen ikan menjadi berita besar, mereka belum benar-benar muncul di toko bahan makanan lokal Anda. Faktanya, beberapa organisme hasil rekayasa genetika saat ini dijual sebagai makanan di AS, tetapi pengecualiannya adalah doozies: sekitar 85 persen jagung dan kedelai yang ditanam di AS adalah hasil rekayasa genetika. Sebagian besar tanaman tersebut direkayasa untuk dua sifat tertentu &mdash untuk melawan herbisida seperti Roundup (yang berguna karena memungkinkan petani menggunakan zat tersebut untuk melawan gulma di ladang yang sama dengan tanaman mereka) dan, dalam kasus jagung, untuk membunuh tanaman Barat Corn Rootworm, larva kumbang yang memakan batang jagung dari bawah ke atas. Jagung yang dimodifikasi secara genetik membunuh cacing akar dengan gen yang awalnya ditemukan di bakteri tanah, Bacillus thuringiensis (yaitu, Bt). Gen ini menghasilkan protein yang beracun bagi cacing akar, tetapi tidak bagi manusia dan banyak hewan lainnya. Jagung Bt yang disebut telah ada di pasaran selama lebih dari satu dekade, namun dalam beberapa tahun terakhir, manfaat menggunakan varietas ini telah berkurang karena populasi cacing akar telah mengembangkan resistensi terhadap toksin Bt. Sekarang, para ilmuwan yang bekerja untuk DuPont telah mengumumkan penemuan gen lain dari bakteri tanah yang berbeda yang dapat menggantikan Bt setelah resistensi begitu umum sehingga toksin Bt tidak lagi efektif.

Mutasi yang membuat kita menjadi manusia - September, 2016
Ketika kita membayangkan apa yang membuat manusia modern awal unik, kita tergoda untuk membayangkan manusia gua, mengacungkan obor yang menyala, menggunakan api untuk mencari nafkah yang lebih baik dari lingkungan yang tidak bersahabat. Namun, manusia tidak sendirian dalam menggunakan api. Neanderthal dan Homo erectus juga menggunakan api. Sekarang, penelitian baru menunjukkan bahwa bagian dari apa yang membedakan manusia purba dari kerabat dekat mereka bukanlah penggunaan api, tetapi bagaimana garis keturunan manusia berevolusi sebagai respons terhadap api.

Panduan lapangan untuk Pohon Kehidupan yang baru - Mei, 2016
Jika Anda seorang pecandu berita sains, mungkin Anda melihatnya saat menelusuri umpan berita Anda: Pohon Kehidupan yang baru. Bulan lalu, para peneliti mengumumkan bahwa mereka telah menggunakan urutan genetik untuk membangun gambaran yang lebih inklusif tentang Pohon Kehidupan. Tetapi setelah melihat pohon baru ini, Anda tidak akan salah jika bertanya-tanya, "Eh, di mana pohonnya di sini?" Pohon Kehidupan yang baru, pada kenyataannya, lebih mirip kembang api yang meledak daripada pohon ek atau elm. Di sini, kita akan menjelajahi alat yang dapat membantu Anda menafsirkan berbagai gaya pohon evolusi.

Nyamuk Super-Mendel dapat melawan malaria - April 2016
Wabah virus Zika baru-baru ini di Amerika telah membawa nyamuk berdengung ke halaman depan surat kabar. Dengan gigitan, nyamuk yang terinfeksi dapat menularkan Zika ke manusia. Tentu saja, Zika sedang menjadi berita sekarang, tetapi penyakit yang dibawa oleh nyamuk bukanlah hal baru. Malaria, khususnya, mengancam kesehatan manusia dalam skala yang lebih luas daripada Zika. Dengan kemajuan teknologi genetika, para ilmuwan sedang menyelidiki pendekatan baru untuk memerangi penyakit yang dibawa nyamuk: nyamuk yang resisten secara rekayasa genetika. Faktanya, pada tahun 2012, para peneliti menunjukkan bahwa nyamuk yang direkayasa untuk membawa dua gen resistensi malaria yang berbeda, tidak dapat menularkan penyakit sama sekali!

Mengurai air Kambrium - Maret 2016
Setiap sarjana sejarah tahu bahwa semakin jauh ke masa lalu Anda mencari jawaban, semakin jarang dan tidak dapat diandalkan petunjuknya. Paleontologi adalah studi tentang sejarah kehidupan, dan petunjuknya — sebagian besar — ​​berbentuk fosil. Catatan fosil terkenal tidak lengkap, tetapi secara umum, kita memiliki lebih banyak bukti langsung tentang kehidupan di masa lalu daripada kehidupan di masa lalu yang paling jauh. Oleh karena itu tidak mengherankan bahwa salah satu peristiwa yang paling dipelajari dalam evolusi, "ledakan" Kambrium (yang dimulai sekitar 542 juta tahun yang lalu dan berlangsung — tidak seperti kebanyakan ledakan — lebih dari 10 juta tahun), juga merupakan salah satu yang paling misterius dan diperdebatkan dengan penuh semangat. Bisakah penelitian baru membawa kehidupan Kambrium menjadi fokus?

Akankah evolusi menghancurkan cheetah? - Februari 2016
Hanya sedikit orang yang tidak setuju: cheetah adalah makhluk yang mengesankan. Kucing agung ini adalah pelari cepat Serengeti yang berani, mendorong diri mereka sendiri dengan kecepatan tinggi yang diperkirakan mencapai 75 mph, dan berakselerasi dari 0 hingga 60 mph secepat Ferrari 458 Italia atau Porsche 911. Perubahan evolusioner pada jantung spesies ini , sistem pernapasan, otot dan anggota badan telah membuat mereka mendapatkan gelar hewan darat tercepat. Sayangnya, hewan cantik ini terancam punah. Meskipun jumlah cheetah telah berkurang dalam sejarah baru-baru ini dari perburuan, hilangnya habitat dan perdagangan hewan peliharaan ilegal, kerentanan mereka kembali lebih jauh dari ini. Jadi siapa atau apa pelakunya?

Apa yang terjadi pada tanaman yang tidak dapat menyebarkan benihnya? - Desember, 2015
Akhir musim gugur dan musim dingin biasanya berarti banyak sup labu dan pai labu. Buah-buahan hangat ini (ya, semuanya buah!) Mudah tumbuh bahkan dalam kondisi yang keras, dan dapat disimpan untuk waktu yang lama, menjadikannya makanan pokok cuaca dingin. Tetapi keberadaan mereka hari ini mendustakan kebenaran yang baru-baru ini ditemukan - semua tanaman ini hampir punah hanya beberapa ribu tahun yang lalu. Mengapa mereka menolak, dan apa yang membawa mereka kembali? Jawaban atas kedua pertanyaan itu, tentu saja, sama: evolusi.

Apa yang bisa kita pelajari tentang anggota tubuh kita dari orang yang tidak memiliki kaki? - November, 2015
“Phallus amniote dan anggota badan berbeda secara dramatis dalam morfologi mereka.” Maka dimulailah sebuah studi baru-baru ini yang diterbitkan dalam jurnal Developmental Cell. Meskipun Anda dapat dengan mudah membedakan kaki dari penis, ternyata pelengkap yang berbeda secara fungsional ini memiliki jalur genetik yang serupa. Para ilmuwan membuat penemuan ini dengan cara yang mengejutkan &mdash dengan memeriksa genom berbagai spesies ular. Ular tidak memiliki anggota badan, tentu saja, jadi bagaimana mereka bisa menjadi kunci wawasan tentang perkembangan anggota badan?

Apakah ada sesuatu yang benar-benar mengejutkan tentang Homo naledi? - Oktober, 2015
Pada 10 September 2015, kita manusia menambahkan kerabat baru ke silsilah keluarga kita ketika penemunya, ahli paleoantropologi Lee Berger dari Universitas Witwatersrand di Afrika Selatan, mengungkap Homo naledi dengan kemegahan dan keadaan yang luar biasa. Media segera dibanjiri berita tentang spesies baru yang "penasaran", "aneh", "membingungkan", dan "aneh" ini. Tetapi jika Anda memahami evolusi, Homo nalediCampuran sifat-sifatnya sama sekali tidak mengejutkan.

Masa lalu mamalia membentuk kepekaan terhadap matahari - September, 2015
Saat Anda menyerap sinar terakhir dari matahari musim panas, berikut adalah sesuatu untuk dipikirkan: jika bukan karena kekhasan evolusi mamalia kita di masa lalu, tubuh Anda mungkin dapat memproduksi tabir surya sendiri. Kembali pada bulan Mei, para peneliti melaporkan bahwa mereka telah menemukan mekanisme dimana ikan zebra dapat menghasilkan senyawa tabir surya berbasis non-pigmen yang dikenal sebagai gadusol. Mereka juga menemukan bahwa gen yang mengkode jalur produksi gadusol tersebar luas, mereka hadir pada spesies ikan lain, serta pada amfibi, reptil, dan burung.

Flu burung beradaptasi dengan inang manusia - Mei, 2015
Dengan beberapa kolom di surat kabar harian yang dikhususkan untuk ruam dan pendarahan Ebola yang menakutkan, Anda akan dimaafkan jika lupa bahwa Ebola jauh dari satu-satunya penyakit menular baru yang mengancam kesehatan manusia saat ini. Flu burung mungkin kurang dramatis dan terutama menginfeksi burung, tetapi tidak kalah mematikannya ketika masuk ke inang manusia, dengan jenis terburuk yang membunuh 60% orang yang terinfeksi. Kami pertama kali menulis tentang flu burung H5N1 pada tahun 2005, tetapi ini adalah bug yang terus muncul kembali! Baru-baru ini, Mesir mengalami lonjakan infeksi: 132 kasus sejak Januari. Semuanya tampaknya telah ditularkan ke manusia langsung dari burung yang terinfeksi. Sekarang, studi baru mengungkapkan bahwa galur Mesir telah mengembangkan adaptasi yang memungkinkannya untuk lebih mudah berpindah dari burung ke manusia, meningkatkan kemungkinan bahwa virus dapat segera mengembangkan kemampuan untuk berpindah dari manusia ke manusia &mdash perkembangan yang akan membiarkan virus berbahaya ini. longgar pada manusia di seluruh dunia, terlepas dari kedekatan mereka dengan unggas yang terinfeksi.

Paus pembunuh mendapatkan peningkatan kebugaran setelah keturunannya tumbuh - April, 2015
Kita semua tahu bahwa bayi dan anak-anak perlu dirawat oleh orang tua, tetapi bahkan orang dewasa dapat mengambil manfaat dari memiliki ibu di sekitar &mdash setidaknya jika ibu Anda adalah paus pembunuh. Penelitian baru yang diumumkan bulan lalu menjelaskan bagaimana orca pasca-menopause membantu keturunan dewasa mereka dengan mengarahkan mereka ke tempat mencari makan salmon. Bantuan ini sangat penting selama tahun-tahun dengan lebih sedikit salmon. Selama beberapa dekade di laut, betina yang lebih tua tampaknya telah belajar di mana menemukan ikan ketika masa-masa sulit dan mewariskan pengetahuan ini kepada keturunan dewasa mereka. Temuan ini membantu menjelaskan teka-teki evolusi: jika seleksi alam menyukai sifat-sifat yang memungkinkan individu untuk mewariskan gennya ke generasi mendatang, mengapa organisme berhenti bereproduksi?

Kami adalah sebuah pulau: evolusi spesies parasit manusia - Maret, 2015
Dalam beberapa tahun terakhir, media populer telah menyajikan pesan yang mungkin membuat kulit Anda merinding: kutu dan kutu busuk semakin meningkat dan semakin sulit diobati karena parasit ini mengembangkan resistensi terhadap pestisida yang telah kami gunakan untuk melawan mereka di masa lalu. . Tapi apakah Anda pernah berhenti untuk bertanya-tanya bagaimana mereka telah menginvasi tempat tidur dan tubuh kita &mdash bukan bagaimana wabah tertentu dimulai, tetapi bagaimana akhirnya kita berakhir dengan pengisap darah manusia ini? Bulan lalu, penelitian baru menyoroti awal &mdash evolusi dan lintasan masa depan &mdash kutu busuk. Mengambil langkah mundur mengungkapkan bahwa asal usul parasit baru hanyalah salah satu contoh proses evolusi yang dipahami dengan baik.

Mau obat baru? Lihatlah ke evolusi - Februari, 2015
Bulan lalu, outlet berita di seluruh dunia menggembar-gemborkan apa yang bisa menjadi terobosan medis besar. Di tengah pertempuran kesehatan masyarakat melawan kuman &mdash resisten antibiotik yang telah bermunculan dengan frekuensi yang mengkhawatirkan, tidak hanya di rumah sakit tetapi di hewan peliharaan rumah tangga yang sakit dan di daging dari supermarket &mdash, para peneliti mengumumkan penemuan antibiotik baru yang kuat. Teixobactin dengan mudah menyembuhkan tikus pneumonia dan MRSA (infeksi staph resisten antibiotik), dan kemungkinan efektif melawan penyakit mematikan lainnya seperti antraks. Namun antibiotik yang menjanjikan ini memiliki awal yang sederhana. Ini diproduksi oleh bakteri tanah yang ditemukan dalam sampel kotoran yang diambil dari ladang Maine. Membalikkan lensa evolusi pada cerita ini mengungkapkan penjelasan untuk kekuatan teixobactin dan menunjukkan bahwa lebih banyak antibiotik baru mungkin benar-benar ada di halaman belakang kita sendiri.

Fosil baru bukanlah "mata rantai yang hilang" - Desember, 2014
Bulan lalu, para ilmuwan mengumumkan penemuan fosil berusia 55 juta tahun milik mamalia dari India kuno. Cambaytherium thewissi. Hewan berkuku ini mungkin tidak terlalu mencolok &mdash beratnya antara 45 dan 75 pon, menyerupai persilangan antara babi hutan dan tapir &mdash, tetapi ia menempati tempat khusus di Pohon Kehidupan. Beberapa outlet berita segera mulai menggembar-gemborkan penemuan itu sebagai "mata rantai evolusi yang hilang" antara kuda dan badak, atau nenek moyang mereka yang sama. Ternyata, keduanya tidak benar.

Mengembangkan spesies invasif - November, 2014
Bayangkan pemandangan klasik dari liburan Golden State: berdiri di tebing Highway One, menikmati pemandangan pantai di bawah dan matahari terbenam Pasifik di cakrawala. Ini California klasik. Hanya apa yang ada di bawah kaki Anda di tebing itu sama sekali bukan California. Pabrik es jalan raya yang lezat (Mesembryanthemum crystallinum), penduduk asli Afrika Selatan, pertama kali diperkenalkan ke California pada awal 1900-an dan sejak itu menyebar ke atas dan ke bawah pantai, bersaing dengan tanaman asli untuk mendapatkan sumber daya dan menekan pertumbuhan bibit asli. Dan itu bukan hanya California. Spesies invasif menyebabkan gangguan lingkungan yang serius di seluruh dunia: ular sanca introduksi mengancam satwa liar asli di Everglades, tanaman invasif telah mengubah wilayah Afrika Selatan dari padang rumput menjadi semak belukar, teritip asing menggantikan kerang dan tiram di pantai barat laut Eropa. Di AS saja, spesies invasif menyebabkan kerusakan miliaran dolar setiap tahun dan berkontribusi pada ancaman yang dihadapi oleh ratusan spesies yang terancam punah. Tapi apa yang membuat spesies invasif di tempat pertama? Banyak organisme berhasil mencapai tanah baru, tetapi banyak yang tidak dapat meretasnya dan mati atau tetap marjinal, sementara spesies lain mengambil alih. Ahli biologi telah mengajukan banyak hipotesis untuk menjelaskan perbedaannya, tetapi sekarang penelitian baru (berdasarkan ide yang sangat lama!) menunjukkan bahwa evolusi dapat membantu kita memprediksi spesies introduksi mana yang lebih mungkin menjadi invasif bermasalah.

Ebola dan evolusi - Oktober, 2014
Wabah Ebola di Afrika Barat membuat organisasi medis internasional dalam siaga tinggi dan orang-orang di seluruh dunia gelisah &mdash bahkan mereka yang tinggal di Amerika dan Australia, lautan yang jauh dari pusat penyakit. Penyakit ini biasanya dibawa oleh hewan seperti kelelawar buah, tetapi kadang-kadang menular ke manusia, dan ketika itu terjadi, itu mematikan, membunuh lebih dari setengah dari mereka yang terinfeksi. Namun, karena hanya menyebar melalui kontak langsung dengan cairan tubuh, sebagian besar dunia tidak perlu takut akan nyawa mereka. Dalam beberapa bulan terakhir, beberapa media, dan bahkan satu atau dua ilmuwan, mulai bertanya-tanya apakah virus Ebola dapat "bermutasi" dan menjadi &mdash di udara, tetapi tentu saja, yang sebenarnya dimaksudkan adalah apakah virus tersebut dapat berevolusi dengan cara yang memungkinkan penyakit ini lebih mudah menular, seperti halnya flu dapat menyebar melalui bersin. Di sini kita akan membongkar pertanyaan evolusi Ebola sedikit lebih jauh dan melihat mengapa hasil ini tidak mungkin.

Evolusi menyumbang rasa - September, 2014
Sebagian besar dari kita mengantri di toko es krim atau merobek sepotong kue cokelat tanpa terlalu memikirkan mengapa kita menyukai apa yang kita lakukan. Manusia menghargai berbagai macam rasa karena sejarah evolusi omnivora kita dan gen yang kita bawa yang memungkinkan kita merasakan rasa manis, asin, asam, pahit, dan umami (yakni gurih). Tetapi hal yang sama tidak berlaku untuk semua hewan. Kebanyakan kucing, misalnya, dengan ragu mengendus permen. Ini karena, selama sejarah evolusinya, garis keturunan kucing kehilangan gen fungsional untuk mendeteksi rasa manis. Burung juga kekurangan gen ini dan, biasanya, rasa manis yang menyertainya &mdash tetapi ada beberapa pengecualian. Kolibri, misalnya, membuat pepatah langsung menuju cairan manis madu. Mengapa kolibri pecandu gula, sementara robin bertahan dengan cacing? Penelitian baru mengungkapkan pada tingkat genetik perubahan evolusioner yang menjelaskan selera yang begitu beragam.

Mengapa Y ada di sini untuk tinggal - Mei, 2014
Kromosom Y akhirnya mendapatkan rasa hormat yang layak. Sejak awal 1900-an, kita telah mengetahui bahwa kromosom Y bertanggung jawab untuk membuat embrio XX jantan &mdash berkembang menjadi anak perempuan dan embrio XY berkembang menjadi anak laki-laki &mdash tetapi Y dianggap tidak melakukan banyak hal lain. Lagi pula, hanya seperempat panjang kromosom X, Y relatif kecil.Ahli biologi berhipotesis bahwa beberapa gen yang dibawanya berkontribusi pada proses seperti produksi sperma dan perkembangan testis dengan membantu menghidupkan dan mematikan gen lain. Faktanya, Y memiliki rap yang buruk sehingga banyak peneliti menyarankan bahwa ia sedang menuju kepunahan evolusioner. Namun, sekarang, penelitian baru menunjukkan bahwa kromosom Y tetap ada. Fungsinya jauh melampaui memicu kejantanan.

Rekayasa genetika vs. evolusi - April, 2014
Pada akhir 1990-an, senjata baru dalam memerangi hama pertanian diperkenalkan: Jagung Bt. Varietas jagung baru direkayasa secara genetik untuk membawa gen dari bakteri Bacillus thurinigiensis (maka moniker "Bt") yang menyebabkan tanaman menghasilkan pestisida alami. Ini berarti petani bisa mendapatkan hasil yang baik dari ladang jagung mereka tanpa menyemprotkan begitu banyak racun. Sejak itu, banyak petani yang ikut-ikutan ini. Pada tahun 2012, lebih dari 69 juta hektar ditanami tanaman Bt — seluas Texas! Ada banyak perdebatan mengenai risiko kemajuan teknologi ini, tetapi sekarang tampaknya jatuhnya jagung Bt mungkin merupakan masalah yang seharusnya diselesaikan sejak awal: hama pertanian, khususnya cacing akar jagung barat. Larva kumbang ini memakan akar tanaman jagung yang berpotensi merusak tanaman. Dalam beberapa tahun terakhir, semakin banyak larva yang resisten terhadap efek toksin Bt muncul di ladang dan mengunyah tanaman. Bagaimana dan mengapa ini terjadi? Semuanya bermuara pada evolusi.

Kemacetan, BRCA, dan Kanker Payudara - Desember 2013
Ketika tes untuk gen yang berkontribusi pada lebih banyak penyakit tersedia dan, dalam banyak kasus, menjadi lebih murah, kita akan semakin dihadapkan pada keputusan tentang seberapa banyak yang ingin kita ketahui tentang prospek kesehatan masa depan kita. Apakah Anda ingin tahu apakah Anda membawa gen yang memberikan kemungkinan 60% terkena penyakit Huntington pada usia 65 tahun? Atau itu melipatgandakan peluang Anda terkena stroke sebanyak lima—meskipun risiko terkena stroke pada tahun tertentu masih sangat rendah? Berapa banyak yang akan Anda bayar untuk tes itu, karena lebih dari 99,5% wanita akan meyakinkan mereka bahwa tidak ada yang salah, tetapi dalam kasus lain akan mengungkapkan bahwa peluang seseorang terkena kanker ovarium adalah 39%? Contoh utama dari situasi ini menjadi halaman depan New York Times bulan lalu—dan menyoroti hubungan mendalam yang dimiliki pengujian genetik dengan sejarah evolusi populasi manusia.

Lumping atau membelah dalam catatan fosil - November 2013
Jarang sekali sains murni mengambil tagihan teratas dalam berita, tetapi bulan terakhir ini melihat pengecualian penting. Halaman depan New York Times dipenuhi gambar tengkorak hominid kuno yang berlapis tanah. Fosil berusia 1,8 juta tahun ini, yang digali di Republik Georgia, merupakan tengkorak dewasa tertua dari hominid yang pernah ditemukan. Itu saja akan menjadi berita penting, tetapi konteks di mana fosil itu diawetkan menambah bobot penemuan itu.


Tonton videonya: Cell Anatomy 3: Protective Layers of a Bacterium (Juni 2022).


Komentar:

  1. Daisida

    Sebagai spesialis, saya dapat memberikan bantuan.

  2. Arashigul

    betul sekali

  3. Anmcha

    Saya juga akan menganggapnya sangat menarik.



Menulis pesan