Terobosan dalam dunia riset DNA kembali hadir, kali ini dipersembahkan oleh para ilmuwan dari Center for GeoGenetics di Museum Sejarah Alam Denmark (University of Copenhagen): Mengurutkan genom paling tua yang pernah ditemukan dari peninggalan makhluk prasejarah. Mereka melakukannya dengan mengurutkan dan menganalisis potongan pendek molekul DNA yang masih bertahan dalam tulang seekor kuda yang terbaring beku selama 700 ribu tahun dalam lapisan es di kawasan Yukon, Kanada. Dengan melacak perubahan-perubahan genom yang menggiring kuda liar prasejarah menjadi keturunan domestik, para peneliti mengungkap komposisi genetik kuda modern dalam rincian yang belum pernah ada sebelumnya.
Hasil spektakuler itu kini dipublikasikan dalam jurnal ilmiah internasional Nature.
Molekul DNA dapat bertahan dalam fosil meskipun organisme sudah lama mati. Tidak sebagai keseluruhan kromosom, namun sebagai potongan pendek yang bisa disusun ulang layaknya puzzle. Terkadang molekul-molekul ini cukup bertahan sehingga urutan lengkap genom spesies yang sudah punah dapat dibangkitkan kembali, dan dalam tahun-tahun terakhir ini, urutan genom lengkap dari manusia purba serta beberapa hominin purba lainnya sudah berhasil dikarakteristikkan. Namun sejauh ini, belum ada pengurutan genom yang berusia lebih dari 70.000 tahun.
Fragmen tulang Equus lambei, kuda purba yang hidup di zaman Pleistosen Akhir dan membeku selama 700 ribu tahun dalam lapisan es di kawasan Yukon, Kanada. (Kredit: D.G. Froese)
Kini, Dr. Ludovic Orlando dan Profesor Eske Willerslev dari Pusat GeoGenetics berhasil mengerjakan rekor DNA tertua sekitar 10 kali lipat. Dengan hasil kerja ini, mereka beserta para kolega lainnya dari berbagai negara, mampu melacak perubahan-perubahan besar genomik selama 700 ribu tahun terakhir dalam
evolusi garis keturunan kuda.
Pertama, dengan membandingkan genom dari kuda berusia 700 ribu tahun dengan genom kuda berusia 43 ribu tahun, kuda masa kini yang masih berusia enam hari serta genom keledai, para peneliti mampu memperkirakan seberapa banyak mutasi cepat yang terakumulasi melewati waktu serta mengkalibrasi tingkat mutasi genom. Dari hasil ini, ditemukan petunjuk bahwa nenek moyang terakhir dari seluruh equid modern (kuda, keledai dan zebra) hidup sekitar 4 hingga 4,5 juta tahun yang lalu. Dengan demikian, radiasi evolusioner yang mendasari asal usul kuda, keledai dan zebra, dua kali lebih lama ke masa lalu dari yang diduga sebelumnya. Selain itu, hasil pernanggalan terbaru ini menunjukkan beberapa episode fluktuasi demografis yang bergolak dalam sejarah kuda, dalam fase di mana terjadinya perubahan-perubahan iklim besar seperti pada zaman Maksimum Glasial Akhir, sekitar 20 ribu tahun yang lalu.
Dua potong tulang metapodial kuda berusia 700 ribu tahun, sebelum keduanya diekstraksi untuk memperoleh DNA-nya. (Kredit: Ludovic Orlando)
Satu-satunya Kuda Liar di Dunia
Hasil riset ini juga mengakhiri perdebatan panjang mengenai apa yang disebut sebagai Kuda Przewalski dari kawasan padang rumput Mongolia. Populasi kuda ini ditemukan oleh orang-orang Barat pada paruh kedua abad kesembilan belas dan secara cepat keberadaannya menjadi terancam. Kuda ini nyaris punah di alam liar pada tahun 1970, namun akhirnya tetap bertahan hingga kini berkat upaya konservasi secara besar-besaran. Asal usul evolusioner kuda ini, yang menunjukkan perbedaan fisik yang mencolok dengan kuda domestik, serta pasangan-ekstra kromosomnya, tetap menjadi misteri di kalangan ilmuwan.
Para peneliti mengungkapkan bahwa populasi Kuda Przewalski menjadi terisolasi dari garis turunan yang mengarah ke kuda domestik masa kini sekitar 50 ribu tahun yang lalu. Para ilmuwan bisa mendeteksi tingkat keragaman genetik yang sama dalam genom Kuda Przewalski daripada dalam genom beberapa keturunan domestik, dan hal ini menunjukkan bahwa Kuda Przewalski secara genetis memang layak memperoleh upaya konservasi.
Satu-satunya kuda liar di dunia yang membutuhkan perlindungan. Populasi hewan unik ini hampir mengalami
kepunahan dan pada akhirnya berhasil bertahan berkat upaya konservasi besar-besaran. (Kredit: Claudia FEh)
Single DNA Molecule Sequencing Helicos
Konteks geologis dan informasi penanggalan yang sudah tersedia dalam riset ini memiliki akurasi yang sangat kuat dan dibangun dalam kerja lapangan selama sekitar sepuluh tahun. Selain itu, kondisi dingin seperti pada lapisan es di Kutub Utara, diketahui sangat menguntungkan bagi kelestarian DNA. Meski demikian: “Pengurutan genom pertama dari zaman Pertengahan Pleistosen bukanlah hal yang mudah,” tutur Dr. Ludovic Orlando, yang menghabiskan sebagian besar tiga tahun terakhirnya dalam proyek ini bersama tim riset.
Para peneliti awalnya bergairah saat mereka mendeteksi keberadaan asam-amino yang paling melimpah dalam kolagen; hal ini menunjukkan bahwa protein di dalamnya masih bertahan. Mereka bahkan lebih bersemangat saat berhasil mengurutkan peptida kolagennya secara langsung. Harapan yang menjanjikan kian nampak ketika terdeteksi adanya protein darah meski protein ini nyaris menghilang. Pada tahap itu, bisa jadi DNA purba pun masih bertahan.
Peninggalan langka dari masa lalu yang dirawat dengan setelan khusus dan laboratorium yang bersih di University of Copenhagen. (Kredit: Schlosser Mikal)
Dan DNA yang diharapkan memang ditemukan. Dalam jumlah kecil; sebagian besar dari urutan yang dihasilkan sebenarnya berasal dari lingkungan mikro-organisme yang hidup dalam tulang. Tetapi dengan Single DNA Molecule Sequencing Helicos, para peneliti berhasil mengidentifikasi ceruk molekul yang terawetkan di dalam tulang, ditambah dengan kondisi-kondisi eksperimental yang memungkinkan pengerjaan urutan genom diselesaikan secara penuh.
“Secara metodologis ini cukup menantang, tapi beberapa parameternya jelas bekerja dengan lebih baik dibanding yang lain. Namun pengurutan ini barulah setengah jalan,” ungkap Profesor Willerslev, “Akibat evolusi selama 700 ribu tahun beserta kerusakannya, ini bukanlah sesuatu yang datang tanpa adanya modifikasi dalam urutan DNA itu sendiri. Kami harus meningkatkan kemampuan kami dalam mengidentifikasi urutan kuda purba yang berbeda-beda dan termodifikasi, caranya dengan menyelaraskannya dengan genom kuda masa kini. Sebuah perhitungan yang menantang, terutama ketika tingkat modifikasi DNA-nya berhaluan arah dengan yang terlihat pada semua kuda Kutub Utara lainnya di zaman Pleistosen Akhir.”
Dua peneliti dari Centre for GeoGenetics di Museum Sejarah Alam, Denmark, University of Copenhagen, yang memimpin proyek pengurutan genom: Dr. Ludovic Orlando (kiri) dan professor Eske Willerslev. (Kredit: Uffe Wilken)
“Tingkat-tingkat modifikasi dasarnya sangatlah tinggi, di beberapa wilayah bahkan sedemikian tingginya hingga setiap sitosin tunggal mengalami kerusakan, dan posisi filogenetik kuda purba di luar keragaman setiap kuda yang pernah diurutkan, memberikan bukti jelas bahwa data ini nyata,” jelas Dr. Orlando.
Profesor Willerslev menambahkan: “Hasil penelitian dan teknik yang sudah diterapkan ini membuka pintu baru bagi eksplorasi makhluk-makhluk prasejarah. Sekarang, dengan genomik dan proteomik, kita bisa mencapai sepuluh kali lebih jauh ke masa lalu dibanding sebelumnya dan pengetahuan baru tentang sejarah evolusi kuda telah bertambah – sebuah sejarah yang dianggap sebagai contoh klasik dalam
biologi evolusioner dan sebuah topik yang diajarkan di sekolah-sekolah dan perguruan tinggi.”
