Fakta bahwa kamu, saya, atau makhluk hidup mana pun bisa ada di sini adalah rangkaian keberuntungan mencengangkan yang membentang lebih dari 4 miliar tahun.

Salah satu rintangan terbesarnya justru yang paling awal: Bagaimana kehidupan muncul dari sup purba yang sama sekali tidak hidup?

Studi baru yang berani, terbit di Science Advances, mengisyaratkan bahwa ambang mustahil ini ternyata mungkin telah dilampaui bukan sekali, melainkan dua kali.

Dua garis keturunan utama kehidupan—bakteri dan archaea—mungkin secara terpisah memecahkan rahasia metabolisme yang meningkatkan mereka dari tak hidup menjadi hidup, menurut studi ini yang berfokus pada rangkaian reaksi kimia paling dasar yang dianggap memungkinkan transformasi tersebut.

“Kejutannya adalah enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi itu tidak terkonservasi di seberang jurang evolusi yang memisahkan bakteri dan archaea,” ungkap William Martin, ahli biologi di Heinrich Heine University Düsseldorf, Jerman.

“Data baru hanya menyisakan satu kesimpulan. Garis keturunan bakteri dan archaea melakukan transisi menuju keadaan hidup bebas secara independen. Hanya sel yang hidup bebas yang benar-benar hidup.

“Mari kita sebut dengan jujur: kita sedang melihat satu asal-usul kode genetik, tapi dua asal-usul kehidupan.”

Klaim ini amat besar, apalagi mendefinisikan apa itu kehidupan saja bisa sangat rumit.

Tonton videonya: https://www.youtube.com/watch?v=nNK3u8uVG7o

Secara umum, kehidupan dianggap sebagai materi yang merespons lingkungan, mengambil energi, tumbuh, dan memperbanyak diri.

Kedengarannya sudah mencakup hal-hal dasar, tapi definisi seluas itu pun tidak sempurna. Soalnya, virus bisa melakukan sebagian besar hal itu, tapi biasanya tidak dianggap ‘hidup’.

Satu aspek kehidupan yang universal—dan tidak dimiliki virus—adalah metabolisme, kumpulan reaksi kimia yang dipakai organisme untuk membuat molekul-molekul vital bagi fungsi sehari-hari mereka.

Enzim adalah protein pekerja keras yang bertindak sebagai katalis reaksi-reaksi ini di dalam organisme, tapi itu memunculkan teka-teki ayam-dan-telur yang aneh.

Enzim sendiri merupakan produk reaksi kimia—jadi bagaimana bentuk kehidupan pertama mulai memetabolisme zat, termasuk membuat enzim, tanpa bantuan enzim lain?

Jawabannya, tampaknya, ada di lingkungan sekitar.

Umumnya diyakini bahwa kehidupan pertama muncul di lingkungan yang sangat reaktif, seperti ventilasi hidrotermal. Logam yang ada secara alami di tempat-tempat itu bisa jadi katalis pertama metabolisme, mengubah senyawa seperti gas hidrogen, amonia, dan karbon dioksida menjadi molekul berguna lainnya.

“Hampir semua hal tentang asal-usul metabolisme masih diperdebatkan, termasuk peran energi, genetika, autokatalisis, fosfat, kofaktor, sianida, CO₂, dan air,” tulis Martin dan kolega dalam makalahnya.

“Tapi satu hal yang semua sepakat: jaringan ~400 reaksi yang mengubah H₂, CO₂, NH₃, H₂S dan fosfat menjadi asam amino, basa dan kofaktor tidak mungkin muncul seketika.

“Kemunculannya dari reaksi lingkungan spontan harus melewati tahapan-tahapan perakitan menengah, yang sebelumnya sulit dilacak.”

Para peneliti menyelidiki struktur protein enzim metabolisme inti dalam genom bakteri dan archaea, serta mengembangkan metode dan algoritma untuk mengurutkannya berdasarkan kerumitan. Dari situ, mereka bisa menentukan mana yang berevolusi lebih dulu dan menyusun garis waktu kasarnya.

“Kami menemukan bahwa leluhur universal terakhir semua sel, LUCA, hanya memiliki enzim untuk sekitar setengah reaksi metabolisme,” kata Martin.

“Setengahnya lagi dikatalisis oleh logam di lingkungan tempat LUCA muncul.”

Tim menemukan bahwa kemungkinan ada empat fase berbeda dalam perkembangan katalisis (reaksi berbasis enzim). Fase pertama sepenuhnya bergantung pada logam di lingkungan.

Begitu cukup banyak molekul berguna terbentuk, proto-sel-yang-belum-benar-hidup (termasuk LUCA) mulai mengembangkan enzim sendiri yang menjalankan sebagian fungsi katalis logam tadi.

Seiring waktu, proto-sel selanjutnya semakin banyak menghasilkan enzim, mengurangi ketergantungan pada logam eksternal, hingga akhirnya tidak membutuhkannya sama sekali. Hanya pada titik itulah mereka layak disebut ‘sel yang hidup bebas’.

Yang penting, menurut para peneliti, ini tidak terjadi sampai setelah bakteri dan archaea berpisah. Dua cabang ini menemukan cara masing-masing untuk menghadapi soal yang sama.

“Kami bisa melihat kasus-kasus di mana nenek moyang bakteri dan archaea secara terpisah mengembangkan enzim yang berbeda strukturnya untuk mengkatalisis reaksi metabolik penting yang sama,” kata Natalia Mrnjavac, ahli biologi di Heinrich Heine University Düsseldorf.

“Penemuan-penemuan paralel semacam ini mungkin telah membuka jalan menuju kemunculan mandiri bakteri dan archaea yang hidup bebas.”

Studi ini juga bisa menjawab satu celah lain dalam pemahaman kita tentang asal-usul kehidupan.

Molekul bernama ATP kini adalah sumber energi vital untuk bahan bakar metabolisme—tapi ia juga dibuat oleh enzim, dan tidak tersedia di kimia prabiotik. Para peneliti berkata mereka menemukan alternatifnya.

“Ketika kami mereaksikan fosfit, bentuk fosfor yang hadir alami di ventilasi hidrotermal, dengan senyawa organik, kami langsung mendapatkan reaksi fosforilasi metabolik semalaman di dalam air,” ungkap Manon Schlikker, ilmuwan evolusi molekuler di Heinrich Heine University Düsseldorf.

“Fosfit dan paladium menggantikan ATP dan enzim; ini menakjubkan, dan sangat mempermudah kita memahami evolusi awal.”

Tapi yang tak kalah penting dalam reaksi kimia adalah medium tempat terjadinya, dan para ilmuwan masih belum punya gambaran jelas akan hal itu. Apakah itu air, atau lendir lengket?

Baca juga: Semua Kehidupan di Bumi Berbagi Leluhur—Dan Beberapa Gen Kita Lebih Tua Darinya

Jika temuan ini didukung riset selanjutnya, tampaknya pohon kehidupan yang selama ini kita bayangkan butuh penyegaran. Kita cenderung menganggap LUCA sebagai ‘batang’ pohon, tempat semua bentuk kehidupan lain, dulu dan sekarang, bercabang keluar.

Tapi mungkin ada dua batang yang benar-benar terpisah, yang bercabang sejak akar, bahkan sebelum mereka benar-benar layak disebut hidup.

Penelitian ini diterbitkan di jurnal Science Advances.