Kemampuan pakis untuk berevolusi “mundur” memberikan wawasan tentang jalur evolusi yang berliku

Bayangkan sebuah foto kakek buyut, kakek nenek, dan orang tua Anda bersebelahan. Anda akan melihat kemiripannya, namun setiap generasi akan terlihat berbeda dari pendahulunya. Inilah proses evolusi dalam bentuknya yang paling sederhana: penurunan dengan modifikasi.

Selama beberapa generasi, sejumlah besar modifikasi dapat dilakukan. Dari sinilah keanekaragaman kehidupan di Bumi muncul.

Namun, gagasan ini telah lama disalahartikan sebagai jalan menuju organisme yang “lebih tinggi” atau “lebih baik”. Misalnya, ilustrasi Time-Life tahun 1965 karya Rudolph Zallinger yang terkenal “Jalan menuju Homo Sapiens” menunjukkan manusia berevolusi selangkah demi selangkah dari nenek moyang kera menjadi manusia modern.

Memperluas perspektif ini melampaui manusia, teori paleontologi awal tentang kehidupan purba mendukung gagasan tersebut ortogenesis atau “evolusi progresif”,” di mana setiap generasi dari suatu garis keturunan maju ke arah bentuk yang lebih canggih atau optimal.

Namun evolusi tidak mempunyai tujuan. Tidak ada tujuan akhir atau keadaan akhir. Organisme berevolusi dengan seleksi alam bertindak pada waktu geologis tertentu, atau sekadar melayang tanpa seleksi kuat ke segala arah.

Dalam penelitian yang baru-baru ini diterbitkan yang saya lakukan Makaleh Smithsaat itu sebagai peneliti magang yang didanai National Science Foundation di Universitas Harvard, kami berupaya mempelajari apakah model evolusi reproduksi searah selalu valid pada tumbuhan. Sebaliknya, kami menemukan bahwa pada banyak jenis pakis (salah satu kelompok tumbuhan tertua di Bumi) evolusi strategi reproduksi Ini adalah jalan dua arah.dan tumbuhan terkadang berevolusi “mundur” menjadi bentuk yang kurang terspesialisasi.

Jalur evolusi tidaklah linier.

Tekanan seleksi dapat berubah dalam sekejap mata dan mendorong evolusi ke arah yang tidak terduga.

Ambil contoh dinosaurus dan mamalia. Selama lebih dari 150 juta tahun, dinosaurus memberikan tekanan seleksi yang kuat pada mamalia Jurassic, yang harus tetap kecil dan hidup di bawah tanah agar tidak diburu hingga punah.

Kemudian, sekitar 66 juta tahun yang lalu, Asteroid Chicxulub memusnahkan sebagian besar dinosaurus non-unggas. Tiba-tiba, mamalia kecil terbebas dari tekanan seleksi predator yang kuat dan pada akhirnya mampu hidup di permukaan berkembang menjadi bentuk yang lebih besartermasuk manusia.

Jorge Blanco, CC BY-SA“>

Pada tahun 1893, ahli paleontologi Belgia Luis Dollo memperkenalkan gagasan bahwa ketika suatu organisme mencapai titik tertentu, ia tidak akan kembali ke keadaan sebelumnya dalam bentuk yang sama seperti saat ia berevolusi, bahkan jika ia menghadapi kondisi yang sama dengan yang pernah dialaminya. hukum bonekasebagaimana diketahui, menyiratkan bahwa spesialisasi sebagian besar merupakan jalan satu arah, di mana organisme menumpuk lapisan kompleksitas yang membuat evolusi ke belakang menjadi mustahil.

Sedangkan hukum Dollo telah dikritikMeskipun gagasan awalnya sebagian besar telah memudar dari wacana populer, perspektif ini masih mempengaruhi aspek biologi saat ini.

Tumbuhan dan kemajuan.

Museum sering kali menampilkan evolusi hewan sebagai kemajuan garis lurus ke tahap yang lebih tinggitapi mereka bukan satu-satunya sumber narasi ini. Hal ini juga tampak dalam pengajaran tentang evolusi reproduksi pada tumbuhan.

Tumbuhan berpembuluh pertama (yang memiliki jaringan yang dapat mengangkut air dan mineral ke seluruh tumbuhan) memiliki Struktur tak berdaun seperti batang yang disebut teloma.dengan kapsul di ujungnya disebut sporangia yang menghasilkan spora. Telome melakukan dua tugas besar tumbuhan: mengubah sinar matahari menjadi energi melalui fotosintesis dan melepaskan spora untuk menghasilkan tumbuhan baru.

Catatan fosil menunjukkan bahwa seiring berjalannya waktu, tumbuhan mengembangkan struktur yang lebih terspesialisasi yang membagi fungsi reproduksi dan fotosintesis. Melintasi garis keturunan tumbuhan, dari lycophytes yang mengandung spora Dari pakis hingga tanaman berbunga, reproduksi menjadi semakin terspesialisasi. Faktanya, bunga sering direpresentasikan sebagai tujuan akhir evolusi tumbuhan.

Laurenprue216/Wikipedia, CC BY-SA“>

Di seluruh dunia tumbuhan, setelah spesies mengembangkan struktur reproduksi seperti biji, kerucut, dan bunga, mereka tidak kembali ke bentuk yang lebih sederhana dan tidak berdiferensiasi. Pola ini mendukung peningkatan kompleksitas reproduksi secara progresif. Tapi pakis adalah pengecualian penting.

Berkembang, namun tidak selalu maju

Pakis memiliki berbagai strategi reproduksi. Sebagian besar spesies menggabungkan perkembangan spora dan fotosintesis dalam satu jenis daun, suatu strategi yang disebut monomorfisme. Yang lain memisahkan fungsi-fungsi ini untuk memiliki satu jenis daun untuk fotosintesis dan satu lagi untuk reproduksi, sebuah strategi yang disebut dimorfisme.

Jika pola spesialisasi yang diamati secara luas pada tumbuhan bersifat universal, kita dapat memperkirakan bahwa begitu garis keturunan pakis mengembangkan dimorfisme, ia tidak akan mampu mengubah arah dan kembali ke monomorfisme. Namun, dengan menggunakan koleksi sejarah alam dan algoritma untuk memperkirakan evolusi pakis, Smith dan saya menemukan pengecualian terhadap pola ini.

Dalam keluarga yang dikenal sebagai pakis rantai (Blechnaceae)Kami menemukan banyak kasus di mana tanaman telah berevolusi dimorfisme yang sangat terspesialisasi, namun kemudian kembali ke bentuk monomorfisme yang lebih umum.

Kurangnya benih memberikan fleksibilitas pada pakis

Mengapa pakis mempunyai strategi reproduksi yang fleksibel? Jawabannya terletak pada kekurangannya: biji, bunga dan buah. Hal ini membedakannya dari lebih dari 350.000 spesies tumbuhan berbiji yang hidup di Bumi saat ini.

Bayangkan mengambil subur pakis daun, kecilkan dan bungkus rapat menjadi bola kecil. Pada dasarnya itulah benih yang tidak dibuahi: daun pakis dimorfik yang sangat termodifikasi, dalam kapsul.

Benih hanyalah sebuah struktur yang sangat terspesialisasi dalam serangkaian sifat reproduksi, yang masing-masing berkembang berdasarkan sifat reproduksi sebelumnya, sehingga menciptakan bentuk yang sangat spesifik sehingga hampir mustahil untuk membalikkannya. Namun karena pakis hidup tidak berbiji, pakis dapat memodifikasi tempat di daunnya untuk meletakkan struktur penghasil spora.

Temuan kami menunjukkan bahwa tidak semua spesialisasi reproduksi pada tanaman tidak dapat diubah. Sebaliknya, hal ini mungkin bergantung pada berapa banyak tingkat spesialisasi yang diperoleh pabrik dari waktu ke waktu.

Di dunia yang berubah dengan cepat saat ini, mengetahui organisme atau sifat mana yang “terkunci” dapat menjadi hal yang penting untuk memprediksi bagaimana spesies merespons tantangan lingkungan baru dan perubahan habitat yang disebabkan oleh manusia.

Organisme yang berevolusi melalui jalur “searah” mungkin tidak memiliki fleksibilitas untuk merespons tekanan seleksi baru dengan cara tertentu dan harus merancang strategi baru untuk melakukan perubahan. Dalam garis keturunan seperti pakis, spesies dapat mempertahankan kemampuannya untuk “berevolusi mundur” bahkan setelah spesialisasi.

Pada akhirnya, penelitian kami menggarisbawahi pelajaran mendasar biologi evolusi: Tidak ada arah yang “benar” dalam evolusi, tidak ada pula pergerakan menuju tujuan akhir. Jalur evolusi lebih mirip jaring yang kusut, dengan beberapa cabang yang menyimpang, yang lain menyatu, dan bahkan ada yang berputar kembali pada dirinya sendiri.

Artikel ini diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel asli.