Penelitian dari University of Michigan telah mengungkap perubahan dalam genom nenek moyang burung purba setelah kepunahan massal akibat asteroid 66 juta tahun lalu, dengan mengidentifikasi “fosil genomik” yang menggambarkan perubahan signifikan dalam DNA. Perubahan ini, yang sangat penting bagi evolusi burung, mengungkap bagaimana peristiwa dahsyat itu memiliki dampak yang mendalam dan bertahan lama pada keanekaragaman hayati dan biologi organisme.
Penelitian mengungkapkan bahwa akhir-akhir ini-Periode Cretaceous Kepunahan massal mengubah genom burung secara signifikan, yang berkontribusi pada evolusi dan keanekaragaman burung masa kini. Dengan menganalisis fosil genom dan pergeseran evolusi, penelitian ini memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang bagaimana kepunahan massal membentuk kehidupan di Bumi.
Tak lama setelah asteroid menghantam Bumi 66 juta tahun lalu, kehidupan dinosaurus non-unggas berakhir, tetapi kisah evolusi nenek moyang awal burung dimulai.
Catatan fosil memberi tahu kita bahwa nenek moyang burung masa kini memulai perjalanan evolusi mereka tepat setelah peristiwa kepunahan massal yang disebabkan oleh asteroid, tetapi para peneliti tidak yakin bagaimana mereka akan melihat kisah itu tercermin dalam genom burung. Kini, sebuah studi dari University of Michigan telah mengidentifikasi perubahan utama dalam genom burung yang dipicu oleh kepunahan massal, yang disebut peristiwa kepunahan massal akhir Zaman Kapur, yang pada akhirnya berkontribusi pada keanekaragaman burung yang hidup saat ini.
Studi ini meneliti lintasan evolusi semua kelompok burung utama dan menemukan bukti “fosil genomik” pada burung. DNA yang menandai langkah evolusi penting saat burung berevolusi menjadi lebih dari 10.000 makhluk hidup. jenisPenelitian ini dipublikasikan sebagai artikel akses terbuka di jurnal Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
“Dengan mempelajari DNA burung hidup, kami dapat mencoba mendeteksi pola perubahan urutan genetik tepat setelah salah satu peristiwa paling signifikan dalam sejarah Bumi,” kata penulis utama Jake Berv, yang menyelesaikan penelitian sebagai Michigan Life Sciences Fellow di Departemen Ekologi dan Biologi Evolusi U-M. “Tanda-tanda peristiwa itu tampaknya telah tercetak dalam genom burung hidup dengan cara yang dapat kami deteksi puluhan juta tahun kemudian.”
Komposisi Genom dan Potensi Evolusi
Genom organisme hidup terdiri dari empat molekul nukleotida, yang diberi nama dengan huruf A, T, G, dan C. Urutan nukleotida ini dalam genom menentukan “cetak biru” kehidupan. Kode DNA terkadang dapat berevolusi dengan cara yang mengubah keseluruhan komposisi nukleotida DNA di seluruh genom. Perubahan komposisi ini sangat penting dalam menentukan jenis variasi genetik yang mungkin terjadi, yang berkontribusi pada potensi evolusioner organisme, atau kemampuan untuk berevolusi.
Para peneliti menemukan bahwa peristiwa kepunahan massal memicu perubahan dalam komposisi nukleotida. Mereka juga menemukan bahwa perubahan ini tampaknya terkait dengan bagaimana burung berkembang saat bayi, ukuran tubuh saat dewasa, dan metabolisme mereka.
Misalnya, dalam kurun waktu sekitar 3 juta hingga 5 juta tahun setelah kepunahan massal, garis keturunan burung yang masih hidup cenderung mengembangkan ukuran tubuh yang lebih kecil. Mereka juga mengubah cara mereka berkembang saat menetas, dengan lebih banyak spesies menjadi “altricial”. Itu berarti mereka masih sangat embrionik saat menetas, membutuhkan induknya untuk memberi mereka makan, dan bisa memakan waktu berminggu-minggu untuk menjadi dewasa, kata Berv. Burung yang menetas siap mencari makan sendiri, seperti ayam dan kalkun, disebut “precocial”.
“Kami menemukan bahwa ukuran tubuh burung dewasa dan pola perkembangan sebelum menetas adalah dua fitur penting biologi burung yang dapat kami kaitkan dengan perubahan genetik yang kami deteksi,” kata Berv, yang sekarang menjadi peneliti pascadoktoral Schmidt AI in Science di Michigan Institute for Data & AI in Society, UM.
Pemodelan Genom Tingkat Lanjut
Berv mengatakan salah satu tantangan paling signifikan dalam biologi evolusi dan ornitologi adalah mengungkap hubungan antara kelompok burung utama—sulit untuk menentukan struktur pohon kehidupan burung yang masih hidup. Selama 15 tahun terakhir, para peneliti telah menerapkan kumpulan data genom yang semakin besar untuk mencoba memecahkan masalah ini.
Sebelumnya, para peneliti telah menggunakan data genomik untuk mempelajari evolusi genom burung menggunakan model statistik yang membuat asumsi kuat. Model “tradisional” ini memungkinkan para peneliti merekonstruksi sejarah perubahan genetik, tetapi model ini biasanya berasumsi bahwa komposisi DNA—proporsi nukleotida A, T, G, dan C—tidak berubah sepanjang sejarah evolusi.
Pada akhir tahun 2019, Berv mulai bekerja dengan Stephen Smith, seorang profesor ekologi dan biologi evolusi di UM, yang tengah mengembangkan perangkat lunak untuk melacak komposisi DNA dari waktu ke waktu dan di seluruh pohon kehidupan dengan lebih cermat. Dengan perangkat ini, para peneliti mampu melonggarkan asumsi bahwa komposisi DNA tetap konstan. Smith mengatakan hal ini memungkinkan mereka untuk “memodelkan” bagaimana evolusi DNA bervariasi di seluruh pohon kehidupan dan mengidentifikasi tempat-tempat di mana komposisi DNA dapat berubah.
Untuk studi baru ini, pergeseran ini terkonsentrasi dalam waktu, dalam kurun waktu sekitar 5 juta tahun setelah kepunahan massal akhir Zaman Kapur, kata Berv. Pendekatan mereka juga memungkinkan mereka untuk memperkirakan ciri burung mana yang paling erat kaitannya dengan pergeseran komposisi DNA ini.
“Ini adalah jenis perubahan genetik penting yang kami pikir dapat dikaitkan dengan peristiwa kepunahan massal,” katanya. “Sejauh yang kami ketahui, perubahan komposisi DNA belum pernah dikaitkan dengan kepunahan massal akhir Zaman Kapur dengan cara yang begitu jelas sebelumnya.”
Daniel Field, profesor paleontologi vertebrata di
Universitas Cambridge dan rekan penulis studi tersebut, tertarik untuk memahami bagaimana kepunahan massal akhir Zaman Kapur memengaruhi evolusi burung. Studi ini memberikan petunjuk tentang evolusi burung awal setelah kepunahan massal.
“Kita tahu bahwa peristiwa kepunahan massal dapat secara dramatis memengaruhi keanekaragaman hayati, ekologi, dan bentuk organisme. Studi kami menyoroti bahwa peristiwa kepunahan ini sebenarnya dapat memengaruhi biologi organisme dengan cara yang lebih mendalam—dengan mengubah aspek-aspek penting tentang bagaimana genom berevolusi,” kata Field. “Studi ini semakin memperdalam pemahaman kita tentang dampak biologis yang dramatis dari peristiwa kepunahan massal dan menyoroti bahwa kepunahan massal yang memusnahkan dinosaurus raksasa adalah salah satu peristiwa yang paling berdampak secara biologis dalam seluruh sejarah planet kita.”
Para peneliti mengatakan bahwa dengan melonggarkan asumsi umum yang digunakan dalam biologi evolusi, mereka membangun wawasan yang lebih bernuansa tentang rangkaian peristiwa yang terjadi pada sejarah awal burung.
“Kami biasanya tidak melihat perubahan dalam komposisi dan pola DNA di seluruh pohon kehidupan sebagai indikasi bahwa sesuatu yang menarik terjadi pada waktu dan tempat tertentu,” kata Smith. “Studi ini menggambarkan bahwa kami mungkin telah melewatkan sesuatu.”
Referensi: “Evolusi genom dan riwayat hidup menghubungkan diversifikasi burung dengan kepunahan massal akhir Zaman Kapur” oleh Jacob S. Berv, Sonal Singhal, Daniel J. Field, Nathanael Walker-Hale, Sean W. McHugh, J. Ryan Shipley, Eliot T. Miller, Rebecca T. Kimball, Edward L. Braun, Alex Dornburg, C. Tomomi Parins-Fukuchi, Richard O. Prum, Benjamin M. Winger, Matt Friedman dan Stephen A. Smith, 31 Juli 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adp0114
NewsRoom.id
