Misteri spesies ikan yang semua populasinya betina

Di sungai-sungai Meksiko dan Texas selatan terdapat spesies ikan yang seharusnya sudah punah karena semua populasinya betina.

Ikan ini memang bersentuhan dengan ikan jantan dari spesies yang berkerabat dekat.

Namun dalam sebuah keanehan evolusi, gen ikan jantan tidak berperan.

Fenomena ini disebut ginogenesis, yaitu ketika betina hanya menggunakan sperma jantan untuk memicu perkembangan telur, tetapi segera membuang DNA-nya.

Spesies ini hanya menghasilkan ikan betina, masing-masing merupakan klon dari induknya.

Nama spesies ini adalah molly Amazon—yang diambil dari suku prajurit perempuan dalam mitologi Yunani.

Selama hampir satu abad, para ilmuwan dibuat bingung oleh keberadaan spesies ini.

Teori evolusi menyatakan bahwa spesies aseksual seharusnya cepat punah. Karena tanpa seks, mutasi berbahaya akan menumpuk dalam genom seiring waktu.

Namun spesies betina ini telah bertahan selama sekitar 100.000 tahun.

Lalu bagaimana molly Amazon dapat bertahan hidup, ketika teori menyatakan bahwa ia seharusnya sudah lama punah?

Mengapa seks penting?

Seks itu mahal, kata Edward Ricemeyer, ahli biologi komputasi di Ludwig Maximilian University of Munich di Jerman, dan salah satu penulis studi baru tentang spesies molly Amazon.

Dalam hubungan seks, setiap individu harus mencari dan bersaing untuk mendapatkan pasangan. Adapun setiap orang tua hanya menyumbang setengah DNA mereka.

Reproduksi sering kali tidak setara karena betina pada banyak spesies menginvestasikan jauh lebih banyak energi daripada jantan dalam menghasilkan, melahirkan atau mengerami, serta membesarkan keturunan.

Sebaliknya, reproduksi aseksual terdengar jauh lebih menguntungkan. Tidak perlu mencari (dan menghadapi) pasangan, dan setiap individu dapat meneruskan 100% gen.

Namun di seluruh piramida kehidupan, seks justru mendominasi.

"Jika Anda melihat gambaran keseluruhan, 99,9% seks," kata Dave Speijer, ahli biologi evolusi di University of Amsterdam di Belanda.

Selama reproduksi seksual, DNA dari dua orang tua diacak ulang melalui proses yang disebut rekombinasi. Proses itu memberikan setiap keturunan kombinasi gen yang unik.

Ini berarti ada lebih banyak variasi genetik dalam spesies seksual, karena setiap individu memiliki campuran gen berbeda, yang umumnya menguntungkan bagi kelangsungan hidup spesies.

Seks juga memberikan perlindungan.

Tanpa pengacakan genetik ini, genom menghadapi ancaman perlahan yang disebut ratchet Müller.

Ketika DNA disalin, jelas Speijer, "selalu ada kesalahan".

Pada spesies seksual, kesalahan ini dapat disingkirkan dari kumpulan gen. Akan tetapi, dalam spesies klonal yang bereproduksi secara aseksual, kesalahan tersebut diwariskan berulang kali.

Seiring waktu, mutasi berbahaya ini diperkirakan menumpuk dan merusak genom hingga spesies tersebut punah.

Berkembang tanpa seks

Menurut teori ini, spesies aseksual seharusnya berumur pendek karena ditakdirkan mengalami kerusakan genetik.

Namun beberapa spesies, seperti molly Amazon, tidak hanya bertahan, tetapi juga berkembang.

Speijer berpendapat bahwa sebagian kebingungan mungkin berasal dari cara teori ini ditafsirkan.

Menurutnya, "kesalahan" genetik yang diturunkan melalui reproduksi seksual lebih tepat dipahami sebagai batasan bagi seluruh kehidupan.

Setiap sistem harus memiliki cara untuk mengelola "kesalahan" genetik, dan seks hanyalah salah satu strategi tersebut.

Dilihat dari perspektif ini, spesies aseksual yang berumur panjang tidak selalu menentang aturan evolusi, tetapi menemukan cara alternatif untuk mengatasinya.

Di seluruh kerajaan hewan, ada beberapa makhluk aseksual yang tampaknya bertahan lebih lama daripada yang diprediksi teori, mulai dari serangga tongkat penghuni semak hingga "mikro-hewan" berbentuk gumpalan.

Molly Amazon termasuk dalam kelompok spesies betina yang hidup tanpa jantan, generasi demi generasi.

Bagaimana makhluk aseksual berumur panjang ini tampaknya menghindari nasib yang diprediksi oleh ratchet Müller masih diperdebatkan.

Sistem 'salin-tempel'

Ricemeyer mengatakan studi baru ini menjelaskan bagian teka-teki yang sebelumnya hilang.

"Dan bagian ini adalah konversi gen."

Konversi gen adalah bentuk perbaikan genetik, dan bukan sesuatu yang unik pada molly Amazon. Ini terjadi pada banyak organisme, termasuk manusia.

Pada spesies seksual seperti kita, setiap individu biasanya membawa dua salinan sebagian besar gen—satu dari ibu dan satu dari ayah.

Ketika DNA rusak, misalnya oleh radiasi UV, sel kadang dapat menggunakan satu salinan gen sebagai template untuk memperbaiki yang lain.

Proses ini, yang dikenal sebagai konversi gen, pada akhirnya dapat membuat dua salinan gen menjadi lebih mirip satu sama lain.

Pada manusia dan sebagian besar hewan, mekanisme ini sebagian besar berfungsi sebagai proses latar belakang yang diam-diam memperbaiki kerusakan DNA ketika terjadi.

Namun pada molly Amazon, tampaknya proses ini memainkan peran yang jauh lebih utama dalam menjaga genomnya.

Ricemeyer dan tim menggunakan pengurutan genom utuh untuk membandingkan DNA molly Amazon antargenerasi.

Mereka mengamati bahwa bagian-bagian DNA molly tampaknya telah berulang kali "ditimpa", bukan melalui pengacakan genetik dari seks, melainkan melalui konversi gen yang terjadi lebih sering pada molly dibandingkan pada sebagian besar hewan lain.

Di sini, tampaknya konversi gen melakukan sesuatu yang serupa bagi genom molly seperti yang dilakukan seks bagi kita—membantu membatasi penumpukan mutasi berbahaya.

Seperti kebanyakan hewan aseksual, molly Amazon berasal dari satu peristiwa kebetulan.

Penelitian menunjukkan bahwa peristiwa ini terjadi sekitar 100.000 tahun lalu ketika seekor molly Atlantik betina kawin dengan molly sailfin jantan.

Tidak seperti sebagian besar hibrida, seperti bagal atau liger, pasangan ini tidak menghasilkan keturunan yang mandul.

Sebaliknya, ia menghasilkan garis keturunan yang mampu bereproduksi tanpa seks.

Akibatnya, setiap molly Amazon membawa materi genetik dari dua spesies leluhur—memberikan spesies tersebut variasi genetik tinggi sejak awal, sebagai keunggulan biologis melawan ratchet Müller.

Warisan ganda ini kemungkinan menjadi kunci kemampuan molly untuk melakukan konversi gen secara luas.

Karena spesies induknya cukup berkerabat dekat, gen mereka cukup mirip untuk menjalankan fungsi yang sama, tetapi cukup berbeda untuk menawarkan berbagai template yang digunakan.

Yang sama mengejutkannya adalah bahwa konversi gen tampaknya terjadi lebih sering di beberapa bagian genom dibandingkan bagian lainnya.

"Jenis mutasi yang Anda kira paling buruk, paling berbahaya, paling merusak, justru merupakan bagian genom tempat kita melihat konversi gen paling sering terjadi," kata Ricemeyer.

Hasilnya adalah spesies yang tampaknya memiliki kesehatan genetik yang sangat baik meskipun telah 100.000 tahun tanpa seks.

Implikasi bagi biologi manusia

Memahami strategi-strategi alternatif ini untuk menangani "kesalahan" genetik dapat memiliki implikasi di luar molly Amazon, termasuk bagi biologi manusia.

Sebab, mutasi berbahaya tidak hanya terjadi pada spesies aseksual.

"Kanker adalah penyakit mutasi," kata Ricemeyer.

Meskipun berhati-hati untuk tidak melebih-lebihkan implikasi temuannya, ia mengatakan bahwa apa pun yang dapat meningkatkan pemahaman kita tentang mutasi genetik—dan strategi alam untuk menanganinya—akan membantu dalam jangka panjang.

Apakah molly Amazon telah mengembangkan alternatif yang benar-benar stabil tetap menjadi pertanyaan terbuka.

Para ilmuwan masih belum mengetahui berapa lama konversi gen dapat menahan ratchet Müller.

Namun untuk seekor ikan yang menurut teori evolusi seharusnya tidak ada, gambaran kesehatan genetiknya ternyata sangat kuat.

"Kami pikir reproduksi seksual adalah satu-satunya cara yang tepat untuk menjaga kesehatan genom… Tetapi sekarang kami menemukan bahwa ada cara lain juga," kata Ricemeyer.