Kehidupan di Bumi kemungkinan besar dimulai di ‘taman kimiawi’ bawah laut yang hangat, kaya akan hidrogen dan besi. Para peneliti dari Jerman kini telah meniru lingkungan ini dalam sebuah wadah, dan menemukan bahwa bentuk kehidupan purba yang hidup di laut dalam saat ini dapat berkembang biak di bawah kondisi primordial ini.

Sulit membayangkan bagaimana kehidupan dimulai di planet kita. Dalam ekosistem saat ini, kehidupan begitu erat terjalin satu sama lain sehingga sangat sedikit makhluk yang hidup langsung dari bahan mentah Bumi. Itu sudah terjadi sejak lama sekali.

Tetapi organisme pertama di planet yang tidak memiliki kehidupan harus memanfaatkan apa yang ditawarkan oleh lingkungan mineral. Hampir tidak ada oksigen, dan tidak ada fotosintesis. Seperti yang bisa kamu lihat di video di bawah ini, beberapa organisme laut dalam masih hidup dengan cara ini, bertahan hidup di ventilasi hidrotermal di kedalaman di mana matahari tidak bersinar.

Mengambil elektron dari hidrogen saat menyembur dari inti Bumi, mikroba laut dalam mengikuti resep yang lebih kuno daripada gen yang mereka gunakan untuk melakukannya, yang disebut jalur asetil KoA. Ini adalah satu-satunya metode untuk fiksasi karbon – memproses karbon anorganik menjadi senyawa organik – yang dapat dibuat ulang tanpa enzim.

Tetapi ketika resep ini pertama kali ditulis, di tahun-tahun awal Bumi, air laut mengandung lebih banyak besi terlarut daripada saat ini. Sebuah tim yang dipimpin oleh ahli geokimia Vanessa Helmbrecht dari Ludwig Maximilian University of Munich di Jerman ingin menguji seberapa besar perbedaan yang akan dibuat oleh besi terlarut ini, dengan mensimulasikan kondisi laut purba ini di laboratorium.

“Kemunculan purba endapan kaya besi-sulfida hidrotermal dalam catatan geologis meluas ke eon Archaean awal (4 hingga 3,6 miliar tahun yang lalu) dan menunjukkan fitur fosil yang ditafsirkan sebagai beberapa tanda kehidupan tertua di Bumi,” tulis tim dalam makalah mereka yang menjelaskan eksperimen tersebut.

“Namun, hubungan antara produksi H₂ abiotik [dihidrogen] di taman kimiawi besi-sulfida yang mensimulasikan sistem hidrotermal [primordial] dan kehidupan awal masih langka.”

Mikroba bersel tunggal dari ordo archaea, Methanocaldococcus jannaschii, dipilih sebagai subjek uji untuk simulasi ini. Mikroba ini pertama kali dikumpulkan dari ventilasi hidrotermal di lepas pantai barat Meksiko, di mana, menggunakan jalur asetil KoA, mikroba ini bergantung pada karbon dioksida dan hidrogen sebagai sumber energi utamanya.

“H₂ abiotik adalah donor elektron yang berpotensi penting dan CO₂ berfungsi sebagai akseptor elektron utama untuk sel pertama,” jelas tim. “Organisme anaerob yang menggunakan jalur asetil KoA reduktif yang bergantung pada H₂ untuk fiksasi CO₂ adalah representasi modern yang telah melestarikan sisa-sisa metabolisme pertama.”

Eksperimen menempatkan M. jannaschii ke dalam versi miniatur ventilasi hidrotermal laut dalam, yang tertata rapi dalam wadah kaca. Dengan menyuntikkan cairan sulfida ke dalam air yang tidak mengandung oksigen terlarut, mereka membentuk endapan hitam yang tumbuh menjadi struktur cerobong dalam waktu 5-10 menit.

Pada suhu tinggi, besi dan sulfur dalam mikrokosmos ini membentuk mineral besi sulfida mackinawite (FeS) dan greigite (Fe₃S₄). Ketika besi sulfida dihidrasi, H₂ dilepaskan.

Meskipun sangat berbeda dari rumah modernnya, M. jannaschii berkembang biak di lingkungan yang aneh ini.

“Pada awalnya, kami hanya mengharapkan pertumbuhan yang sedikit, karena kami tidak menambahkan nutrisi, vitamin, atau logam jejak tambahan ke dalam eksperimen,” kata Helmbrecht. “Selain mengekspresikan beberapa gen metabolisme asetil KoA, archaea sebenarnya tumbuh secara eksponensial.”

Sel-sel M. jannaschii cenderung berkumpul tepat di samping partikel mackinawite, dalam adegan yang sangat mirip dengan beberapa jejak kehidupan paling awal yang ditemukan dalam spesimen fosil. Taman kimiawi ini, menurut para ilmuwan, menjadi bahan bakar mikroba pertama di Bumi.

Ini adalah bukti bahwa resep untuk metabolisme asetil KoA muncul dari lingkungan ekstrem dan terbatas energi di mana kehidupan di Bumi mungkin pertama kali menyala.

“Studi kami menunjukkan taman kimiawi mackinawite dan greigite sebagai tempat penetasan kehidupan yang potensial, lingkungan primordial yang secara teoritis dapat mendukung evolusi berkelanjutan dari sel-sel metabolisme pertama,” para penulis menyimpulkan.

Penelitian ini dipublikasikan di Nature Ecology & Evolution.