Ilmuwan Temukan Petunjuk Asal-Usul Kehidupan di Bumi dari Kimia Air

KOMPAS.com - Bagaimana kehidupan pertama kali muncul di Bumi selalu menjadi salah satu pertanyaan paling besar dalam sains. Kehidupan modern membutuhkan protein untuk hampir semua fungsi vital—mulai dari memperbaiki sel hingga menjaga sistem imun. Namun, bagaimana protein pertama terbentuk sebelum adanya mesin biologis kompleks masih menjadi misteri.

Sebuah penelitian terbaru yang dipimpin oleh Prof. Matthew Powner dari University College London (UCL) mungkin telah menemukan petunjuk penting. Timnya melaporkan adanya reaksi sederhana, ramah air, yang mampu menghubungkan bahan-bahan awal menjadi langkah pertama menuju pembentukan protein.

“Di inti fungsional kehidupan, ada interaksi kompleks dan tak terpisahkan antara asam nukleat dan protein. Namun, asal mula hubungan ini masih misterius,” tulis para peneliti.

RNA dan Asam Amino: Blok Bangunan Kehidupan

Penelitian ini menunjukkan bahwa RNA, molekul yang menyimpan dan mentransfer informasi genetik sekaligus mampu mengkatalisis reaksi kimia, dapat terhubung secara kimiawi dengan asam amino—penyusun utama protein.

Yang mengejutkan, proses ini bisa terjadi dalam kondisi lembut di air, tanpa bantuan enzim. Para peneliti mengubah asam amino menjadi bentuk yang lebih reaktif dengan energi ekstra, lalu berhasil menghubungkannya dengan RNA di titik spesifik molekul.

Hasilnya cukup mengesankan. Misalnya, asam amino arginin dapat menempel pada adenosin dengan hasil hingga 76 persen.

Peran Sulfur dalam Kimia Kehidupan Awal

Kunci dari proses ini ada pada senyawa thiol, molekul yang mengandung sulfur dan umum ditemukan dalam metabolisme modern. Dari thiol terbentuk thioester, senyawa kaya energi yang dapat bereaksi dalam air tanpa cepat terurai.

Fakta ini masuk akal untuk kondisi Bumi purba. Reaksi berbasis sulfur ini memberikan “bahan bakar” untuk kimia yang mengarah ke pembentukan protein. Bahkan, penelitian sebelumnya sudah menunjukkan bahwa pantetheine—fragmen aktif dari Koenzim A—bisa terbentuk secara alami di lingkungan prabiotik.

Dengan demikian, kimia berbasis sulfur ini bisa menjadi jembatan penting antara metabolisme awal dan pengendalian informasi oleh RNA.

Dari Aminoacyl RNA ke Peptidyl RNA

Tim peneliti juga menemukan “saklar kimia” yang mengontrol dua tahapan berbeda.

Pada tahap pertama, thioester membantu menempelkan asam amino ke RNA, membentuk aminoacyl RNA dalam kondisi pH netral.

Pada tahap kedua, perubahan menjadi thioacid dan penambahan oksidan ringan mendorong terbentuknya ikatan peptida—sehingga menghasilkan peptidyl RNA dalam jumlah tinggi.

Ikatan peptida inilah yang menjadi dasar pembentukan rantai asam amino atau peptida, cikal bakal protein.

“Yang mengejutkan adalah asam amino aktif yang digunakan dalam studi ini adalah thioester, molekul yang berasal dari Koenzim A—zat kimia yang ditemukan di semua sel hidup,” jelas Dr. Jyoti Singh dari UCL. “Penemuan ini berpotensi menghubungkan metabolisme, kode genetik, dan pembentukan protein.”

Kondisi Ideal: Air Netral dan Es

Uniknya, semua reaksi ini terjadi dalam air pada pH hampir netral. Artinya, proses ini mungkin berlangsung di kolam kecil, danau dangkal, atau tepian pantai basah—bukan di samudra luas.

Konsentrasi molekul di perairan kecil jauh lebih tinggi, ditambah mineral yang dapat membantu mengatur reaksi. Bahkan, siklus beku-cair di suhu sekitar -7 °C (19°F) juga berperan. Saat membeku, es mendorong garam keluar dan memusatkan molekul dalam cairan pekat, sehingga reaksi berjalan lebih cepat.

“Sepertinya cukup mungkin bahwa reaksi ini memang terjadi di Bumi awal,” kata Prof. Powner. Kondisi yang ringan dan kompatibel dengan air membuat skenario ini semakin realistis.

Menjembatani Kimia dan Biologi

Dalam sel modern, protein dibuat oleh ribosom, mesin kompleks yang membaca RNA dan menyusun asam amino dengan bantuan transfer RNA. Namun, sebelum ribosom ada, bagaimana proses ini dimulai?

Hasil penelitian ini memberikan jawaban: RNA ternyata bisa mengelola asam amino sendiri, tanpa bantuan protein. Ini membantu memecahkan teka-teki klasik “mana yang lebih dulu, protein atau RNA?”.

Penelitian sebelumnya bahkan sudah mengusulkan adanya dunia RNA-peptida, di mana RNA dan peptida pendek berevolusi bersama, membentuk molekul campuran yang makin kompleks. Studi baru ini menunjukkan jalur kimia yang masuk akal menuju tahap tersebut.

Kode Genetik Awal

Kode genetik modern adalah aturan yang memetakan triplet RNA (kodon) ke asam amino tertentu. Menariknya, reaksi kimia yang ditemukan ini cenderung menempel di ujung RNA, sehingga menghindari kekacauan urutan.

Hal ini bisa menjadi cikal bakal aturan pengkodean. Dari reaksi acak, perlahan terbentuk preferensi urutan tertentu, hingga akhirnya berkembang menjadi kode genetik lengkap yang digunakan semua makhluk hidup saat ini.

Penemuan ini, yang dipublikasikan di jurnal Nature, membawa kita selangkah lebih dekat memahami asal-usul kehidupan. Dengan kimia sederhana yang berjalan di air netral, melibatkan sulfur, RNA, dan asam amino, para ilmuwan menemukan skenario masuk akal bagaimana protein pertama terbentuk di Bumi purba.

Studi ini bukan hanya soal sejarah kehidupan, tapi juga tentang bagaimana kimia sederhana bisa bertransformasi menjadi biologi kompleks—sebuah perjalanan yang menghubungkan air, molekul, dan akhirnya kehidupan itu sendiri.