Teori Evolusi Kimia Menurut Harold Urey, Stanley Miller, Oparin

tirto.id - Teori evolusi kimia termasuk salah satu teori yang menjelaskan asal usul kehidupan. Teori evolusi kimia adalah teori menyatakan bahwa asal-usul kehidupan di bumi merupakan hasil perkembangan bertahap molekul organik yang bersifat sederhana menjadi struktur organik kompleks.

Menurut teori evolusi kimia, asal-usul kehidupan bermula dari reaksi di atmosfer antara CH4 (metana), NH3 (amonia), H2 (hindrogen), dan H2O (air) dengan sinar kosmik (sinar matahari) serta halilintar yang menghasilkan senyawa organik berupa asam amino. Dari senyawa organik ini, struktur organik kompleks berkembang.

Siapa yang mengemukakan teori evolusi kimia? Ada 4 tokoh yang dianggap sebagai pelopor kemunculan teori evolusi kimia, yakni Alexander Ivanovich Oparin, J.B.S. Haldene, Stanley Miller, dan Harold Urey.

Bagaimana teori evolusi kimia menurut Oparin, Haldene, Stanley Miller, dan Harold Urey? Simak ulasan penjelasannya berikut ini.

Teori Evolusi Kimia Oparin, Harold Urey, dan Stanley Miller

Teori evolusi kimia secara umum menjelaskan bahwa satuan-satuan kompleks penyusun makhluk hidup seperti lipid, gula, asam amino dapat terbentuk dari kondisi-kondisi abiotik.

Ada 3 tahapan terbentuknya senyawa organik menurut teori evolusi kimia, yakni: (1) Terbentuknya zat organik sederhana; (2) Terbentuknya molekul organik; (3) Terbentuknya sel pertama.

Teori evolusi kimia atau neoabiogenesis merupakan titik awal pemahaman para peneliti saat ini, tentang kemungkinan awal kehidupan muncul di Bumi melalui proses-proses kimia alami selama miliaran tahun.

Berikut ini penjelasan teori evolusi kimia menurut Alexander Ivanovich Oparin, Stanley Miller, dan Harold Urey:

1. Teori Evolusi Kimia Oparin dan Haldane

Alexander Ivanovich Oparin adalah ilmuwan asal Rusia yang hidup pada 1894-1980. Ia termasuk salah satu ahli biokimia andalan Uni Soviet.

Oparin pertama kali mengemukakan hipotesisnya tentang asal-usul kehidupan di bumi dari evolusi kimia pada 1924. Oparin kemudian menuliskan pemikirannya tentang teori evolusi kimia di buku The Origin of Live yang terbit pada 1938.

Secara terpisah, seorang ilmuwan lain juga merumuskan teori yang sama dengan Oparin. Ia adalah ahli biologi dari Inggris, John Burdon Sanderson Haldane atau J.B.S. Haldane (1899-1964). Sebagaimana si Oparin, Haldane meyakini asal-usul kehidupan di bumi berhubungan dengan reaksi sejumlah zat kimia (unsur abiotik). Haldane juga mengemukakan teori yang mirip dengan gagasan Oparin pada 1920-an.

Dalam buku The Origin of Life, Oparin menerangkan bahwa kondisi awal Bumi yang diselimuti atmosfer dengan metana, amonia, dan air dapat membentuk molekul organik melalui reaksi kimia. Menurut dia, kehidupan di bumi berasal dari akumulasi molekul sederhana yang kemudian membentuk molekul yang lebih kompleks.

Teori evolusi kimia Oparin memuat hipotesis bahwa reaksi kimia di atmosfer bumi yang melibatkan CH4 (metana), NH3 (amonia), H2 (hindrogen), dan H2O (air), bersama dengan energi dari sinar kosmis dan kilatan listrik (halilintar) menyebabkan terbentuknya senyawa organik serupa asam amino.

Hasil reaksi yang berupa asam amino itu berada pada cekungan laut membentuk sup purba (primordial soup). Selanjutnya, primordial soup yang mengalami sintesis membentuk molekul-molekul organik kecil atau monomer, yang kemudian bergabung lagi membentuk polimer.

Akan tetapi, saat ini sudah tidak memungkinkan lagi adanya pembentukan molekul secara spontan. Hal tersebut karena bumi sudah mengandung banyak oksigen yang akan memecah ikatan kimia tersebut. Jadi, proses yang dimaksud oleh Oparin berlangsung ketika atmosfer Bumi belum kaya akan oksigen.

Oparin dan Haldane sama-sama menduga bahwa kehidupan paling awal muncul di lautan hangat Bumi serta bersifat heterotrofik (mendapatkan nutrisi yang sudah terbentuk sebelumnya dari senyawa yang ada di Bumi purba).

Oparin memperkirakan kehidupan berkembang dari molekul lipid berbentuk bola yang terbentuk secara spontan serta disatukan oleh gaya elektrostatik, yang mungkin merupakan bentuk sel yang paling awal. Molekul-molekul tadi berfungsi sebagai enzim pendukung reaksi metabolisme biokimia yang diperlukan untuk evolusi kehidupan.

Adapun Haldane percaya bahwa molekul organik sederhana terbentuk pertama kali dan dengan adanya sinar ultraviolet menjadi semakin kompleks, yang pada akhirnya membentuk sel. Gagasan Haldane dan Oparin ini menjadi fondasi sebagian besar riset tentang asal mula kehidupan, khususnya pembentukan sel.

Pembuktian atas teori Oparin dan Haldane itu kemudian dilakukan oleh 2 ilmuwan asal Amerika Serikat, yakni Harold Urey dan Stanley Miller.

2. Teori Evolusi Kimia Harold Urey dan Stanley Miller

Harold Clayton Urey (1893-1981) merupakan ilmuwan penerima hadiah Nobel bidang kimia pada 1934. Ahli kimia asal AS tersebut menerima hadiah Nobel berkat risetnya tentang isotop.

Sementara itu, Stanley Miller adalah seorang ahli kimia asal Amerika Serikat yang lahir pada 7 Maret 1930 di California dan meninggal pada 20 Mei 2007. Miller merupakan murid dari Harold Urey.

Urey berpendapat kehidupan terjadi pertama kali di udara (atmosfer). Suatu kali, terbentuk atmosfer di bumi yang kaya akan molekul CH4, NH3, H2, H2O. Karena adanya sengatan listrik akibat halilintar dan paparan sinar kosmik, muncul senyawa seperti asam amino yang memungkinkan munculnya kehidupan.

Pada tahun 1953, Urey dan Miller melakukan eksperimen yang mensimulasikan kondisi atmosfer Bumi purba dalam alat bernama pesawat uratmosfera. Mereka lantas mereaksikan senyawa metana, amonia, uap air, dan hidrogen dalam alat tadi.

Urey dan Miller mereaksikan senyawa-senyawa tadi dengan bantuan energi dari bunga api listrik hingga menghasilkan asam amino. Eksperimen Miller-Urey ini menghasilkan reaksi kimia berwarna merah tua.

Urey dan Miller menemukan berbagai jenis molekul organik dalam campuran berbagai senyawa di alat bernama pesawat uratmosfera tadi. Dalam beberapa hari, eksperimen tersebut menghasilkan senyawa organik yang terdiri dari urea, asam asetat, asam laktat, dan asam amino. Namun, Miller dan Urey tidak berhasil menemukan molekul organic kompleks seperti DNA dan protein.

Harold Urey dan Stanley Miller menyimpulkan bahwa kondisi atmosfer Bumi purba dapat menghasilkan senyawa organik secara alami, yang merupakan langkah penting guna memahami asal usul kehidupan.

Berikut ini gambar percobaan Miller-Urey yang membuktikan teori evolusi kimia:

Percobaan Miller-Urey menghasilkan molekul organik dari beberapa komponen anorganik yang dianggap penting dalam tahap awal kemunculan kehidupan di bumi, yakni fase prebiotik. Eksperimen Miller-Urey membuktikan bahwa molekul organik dapat terbentuk dari bahan abiogenik di bawah batasan atmosfer prebiotik Bumi (atmosfer Bumi purba yang belum kaya dengan oksigen dan unsur biotik).

Penelitian selanjutnya menunjukkan asam amino dapat secara spontan membentuk molekul protein kecil (peptida). Hal ini juga menunjukkan bahwa molekul RNA dapat disintesis secara artifisial dari nukleotida (senyawa mengandung nitrogen atau basa) yang dihubungkan dengan gugus gula dan fosfat, demikian mengutip artikel "Preface: The origin of life and astrobiology" dalam Jurnal Elsevier (2020).

Faktanya, selain membawa dan menerjemahkan informasi genetik, RNA bertindak seperti katalisator, molekul yang meningkatkan laju reaksi tanpa dikonsumsi. Oleh karena itu, masuk akal untuk menduga bahwa berbagai bentuk RNA telah ada pada fase prebiotik abiogenesis yang mengarah ke pembentukan awal kehidupan di Bumi atau dalam konteks yang lebih luas.