Catatan prestasi Guru Biologi: Mekanisme Evolusi

28 Desember 2009

Mekanisme Evolusi

Evolusi pada makhluk hidup terjadi antara lain karena adanya:

1. Variasi genetik
2. Seleksi alam

Variasi genetik terjadi oleh dua sebab utama, yaitu:

1. adanya mutasi gen
2. adanya rekombinasi gen-gen dalam satu keturunan.

Rekombinasi gen

terjadi karena gen-gen berpasangan secara bebas pada waktu pembentukan gamet.

A. MUTASI GEN

Mutasi gen menyebabkan terjadinya penyimpangan sifat-sifat individu dari sifat yang normal. Terjadinya mutasi ini ada yang dipengaruhi oleh faktor luar, dan ada juga yang dipengaruhi oleh faktor dalam (rekombinasi gen-gen).

Mutasi gen yang tidak dipengaruhi oleh faktor luar mempunyai 2 sifat, yaitu:

1. Jarang terjadi, sebab tidak setiap rekombinasi gen menyebabkan mutasi
2. Kebanyakan tidak menguntungkan

Sekalipun demikian, mutasi ini tetap merupakan salah satu mekanisme evolusi yang sangat penting, termasuk dalam hal pembentukkan species baru dengan sifat-sifat yang lebih baik.

Jadi jika mutasi kita tinjau selama periode evolusi dari suatu species, maka tetap akan mendapatkan angka mutasi yang besar.Hal ini terjadi karena:

1. Setiap gamet mengandung beribu-ribu gen
2. Setiap individu mampu menghasilkan beribu-ribu bahkan berjuta-juta gamet dalam satu generasi
3. Jumlah generasi yang dihasilkan oleh suatu species selama kurun waktu species itu ada banyak sekali.

Berdasarkan hal tersebut maka angka laju mutasi pada setiap species dapat diketahui. Angka laju mutasi adalah angka yang menunjukkan berapakah jumlah gen yang bermutasi dari seluruh gamet yang dihasilkan oleh satu individu dari suatu species.Sebagai contoh data sebagai berikut:~ Angka laju mutasi per gen = 1 : 100.000
~ Jumlah gen dalam satu individu yang mampu bermutasi = 1000
~ Perbandingan mutasi yang menguntungkan dengan mutasi yang merugikan = 1 : 1000

~ Jumlah populasi setiap generasi = 200 juta
~ Jumlah generasi selama species itu ada = 5000

Pertanyaan yang muncul adalah berapakah kemungkinan terjadinya mutasi yang menguntungkan selama species itu ada?

Jawab:
Jumlah mutasi gen yang menguntungkan yang mungkin terjadi adalah:

~ Pada satu individu = 1/100.000 x 1000 x 1/1000 = 1/100.000

~ Pada tiap generasi:1/100.000 x 200.000.000 = 2000

~ Selama species itu ada (5000 generasi) 2000 x 5000 = 10.000.000

Jadi terbukti, sekalipun mutasi tersebut jarang terjadi dan mutasi yang menguntungkan sangat kecil kemungkinannya, tetapi jika ditinjau selama periode evolusi suatu species maka kemungkinan terjadinya mutasi yang adaptif akan tetap besar.

Ada tiga fakta penting yang muncul pada peristiwa mutasi, yaitu:1. Mutasi muncul secara spontan dan tidak di arahkan oleh alam
2. Mutasi dapat terjadi lagi pada mutan
3. Mutasi pada umumnya merugikan organisme yang mengalaminya.

Video Pembelajaran konsep Mekanisme Evolusi di link berikut

B. FFREKUENSI GEN DALAM POPULASI

Frekuensi gen adalah perbandingan antara gen yang satu dengan gen lainnya di dalam suatu populsi. Misal suatu populasi mempunyai gen dominan A dan gen resesif a. Kedua gen tersebut sama-sama adaptif. Maka generasi yang bergenotif AA, Aa maupun aa mempunyai daya fertilitas dan viabelitas yang sama.

Misalnya populsi tersebut dimulai dengan 50% AA jantan dan 50% aa betina, maka dalam generasi (F₁) semua populasi bergenotif Aa.

Apabila dilakukan perkawinan F₁ dengan F₁ maka frekuensi genotif F₂ adalah =

25 AA : 50 Aa : 25 aa atau ¼ AA : ½ Aa : ¼ aa

Berdasarkan perhitungan tersebut maka frekuensi keseimbangan genotif F₂ adalah hasil kali frekuensi gen dari masing-masing induknya, yaitu :

(A + a)(A + a) = AA + 2 Aa + aa

A² + 2 Aa + a²

Demikian pula pada generasi F₃ tetap seperti pada F₂ yaitu 1 : 2 : 1. Jadi apabila setiap individu dari berbagai kesempatan melakukan perkawinan yang sama dan berlangsung secara acak, serta setiap genotif mempunyai variabilitas yang sama maka perbandingan antara genotif yang satu dengan yang lainnya dari generasi ke generasi adalah tetap sama.

B. HUKUM HARDY-WEINBERG

Hardy nama lengkapnya Godfrey Harold Hardy adalah seorang ahli matematka Inggris dan Weinberg yang nama lengkapnya Wilhhelm Weinberg adalah seorang dokter dari jerman. Mereka secara terpisah menemukan hubungan matematika dari frekuensi gen dalam populasi, yang kemudian dikenal sebagai Hukum Hardy-Weinberg. Frekuensi gen dalam populasi adalah perbandingan alela gen tersebut dalam populasi.

Hukum Hardy-Weinberg menyatakan bahwa frekuensi gen dan genotip dalam suatu populasi akan berada pada keadaan yang tetap atau konstan (sama) dari generasi ke generasi apabila memenuhi syarat sebagai berikut:

1. Genotip-genotip yang ada memiliki viabilitas (kemampuan hidup) dan fertilitas (kesuburan) yang sama.

2. Perkawinan antara genotip terjadi secara acak (random)

3. Tidak ada mutasi dari gen satu ke gen yang lain atau sebaliknya

4. Populasi harus cukup besar

5. Tidak terjadi migrasi antar populasi

6. Tidak terjadi seleksi alam

Apabila frekuensi gen yang satu dinyatakan dengan symbol p dan alelnya dengan symbol q, maka secara matematika hukum tersebut dinyatakan sebagai berikut:

p + q = 1 atau sama dengan 100%

(p + q)2 = 1 atau sama dengan 100%

P2 + 2pq + q2 = 1 atau sama dengan 100%

Pp + 2pq + qq = 1 atau sama dengan 100%

Dimana:

pp = alela yang homozigot

pq = alela heterozigot

qq = alela homozigot resesif

Video Pembelajaran tentang mekanisme evolusi dan pembahasan soal di link berikut:

Pembahasan Soal kesetimbangan gen dalam populasi (hukum Hardy Weinber) untuk gen-gen alel tunggal

Pembahasan Soal kesetimbangan gen dalam populasi (hukum Hardy Weinber) untuk gen-gen terpaut kromosom seks

C. PERUBAHAN PERBANDINGAN FREKUENSI GEN

Hukum hardy-weinber tidak selalu menghasilkan angka perbandingan yang tetap dari generasi ke generasi. Ini berarti dalam populasi frekuensi gen dapat mengalami perubahan.

Faktor yang menyebabkan perubahan frekuensi gen adalah :

1. 1. Mutasi

Terjadinya mutasi pada satu atau beberapa gen akan mengakibatkan adanya perubahan kesetimbangan gen-gen.

2. 2. Seleksi alam

Apabila gen A memiliki viabilitas lebih rendah dari gen a, atau gen A memiliki mempunyai daya fertilitas lebih baik dari gen a, maka jumlah individu dengan gen A dalam populasi itu akan bertambah, sedangkan individu dengan gen a akan berkurang.

Contoh untuk mutasi gen sekaligus seleksi alam adalah: Didanau buatan AS, selain katak normal (A) ditemukan pula katak berkaki banyak dan mandul (a). Jika populasi dari katak (Aa) saling mengadakan perkawinan, berapakah perbandingan genotip AA : Aa : aa dalam populasi tersebut pada generasi berikutnya bila diketahui:

~ keturunan dari populasi asal terdiri atas : 27 individu AA, 54 individu Aa, dan 27 aa

~ jumlah perkawina yang terjadi adalah 45

~ jumlah individu yang dihasilkan dari setiap perkawinan adalah 10 individu.

Jawab:

Perbandingan genotip keturunan populasi asal adalah 27 AA : 54 Aa : 27 aa = 1 : 2 : 1

Perbandinhan antara individu yang subur (normal) dengan mandul adalah (AA + Aa) : aa = (27 + 54) : 27 = 81 : 27 = 3 : 1

Berarti dari seluruh individu yang normal (subur) terdiri atas 1/3 bergenotip AA dan 2/3 Aa. Oleh karena itu kemungkinan terjadinya perkawinan antara induk-induk tersebut adalah:

	1/3 AA	2/3 Aa
1/3AA	1/9 AA x AA	2/9 AA x Aa
2/3Aa	2/9 AA x Aa	4/9 Aa x Aa

Karena jumlah perkawinan adalah 45 maka jumlah perkawinan antara:

AA x AA = 1/9 x 45 = 5

AA x Aa = 2/9 x 45 = 10

Aa x AA = 2/9 x 45 = 10

Aa x Aa = 4/9 x 45 = 20

Setiap perkawinan menghasilkan 10 individu untuk masing-masing genotip:

Tipe perkawinan	Jumlah perkawinan	Jumlah individu yang diturunkan
Tipe perkawinan	Jumlah perkawinan	AA	Aa	aa
AA X AA	5	50	-	-
AA x Aa	10	50	50	-
Aa x AA	10	50	50	-
Aa x Aa	20	50	100	50
Jumlah	45	200	200	50

Jadi perbandingan genotip AA : Aa : aa = 200 : 200 : 50 = 4 : 4 : 1

3. 3. Migrasi (emigrasi dan Imigrasi)

Migrasi menyebabkan frekuensi gen akan berubah

Contoh:

Xylopa nobilis (kumbang) antara daerah manado dengan kepulauan sangihe. Kumbang-kumbang di dua daerah tersebut menunjukkan perbedaan genetika. Karena sesuatu hal, kumbang kayu di pulau sangihe bermigrasi ke manado. Pada kumbang tersebut terjadi interhibridisasi sehingga terjadi perubahan frekuensi gen pada generasi selanjutnya.

4. 4. Rekombinasi dan seleksi

Rekombinasi merupakan penggabungan gen-gen melalui perkawinan silang. Genotip rekombinan tidak sama dengan induknya. Sehubungan dengan itu rekombinasi gen menimbulkan perubahan gen pada generasi berikutnya.

5. 5. Perubahan alam sekitar.

Perubahan alam sekitar dan adanya mekanisme isolasi dapat menyebabkan populasi dari species terpisah, akhirnya berkembang menjadi species-species baru.

Contoh:

~ Xylopa nobilis pulau sangihe dengan Xylocopa nobilis di menado

~ Burung finch di kepulauan Galapagos dengan burung Finch di daratan Amerika Selatan

D. TIMBULNYA SPECIES BARU

Persebaran organisme di muka bumi ini sangat merata. Kadang-kadang antara satu individu satu dan individu lain yang sejenis tidak saling bertemu karena adanya penghalang tertentu.

Alfred Russel Wallace mengungkapkan suatu pola mengenai penyebaran organisme. Adanya barrier menyebabkan kelompok-kelompok organisme yang saling terpisah dan tidak melakukan interhibridisasi, sehingga bila terjadi terus menerus akan menyebabkan terjadinya isolasi reproduksi dan menyebabkan adanya organisme endemis.

Penyebaran organisme terjadi karena asal usul species organisme, migrasi organisme tersebut pada masa silam dan terdapatnya barrier (rintangan atau sawar) yang ditemuinya. Barrier ini dapat berupa lautan, gunung, gurun, iklim dan interaksi satu sama lainnya. Adanya barrier tersebut mencegah terjadinya penyebaran organisme di permukaan bumi.

Isolasi repruduksi, barier (hambatan) geografik dapat memungkinkan terjadinya permisahan dua populasi (allopatric): Hal tersebut terjadi karena adanya penimbunan pengaruh faktor-faktor luar (ekstrinsik) yang menyebabkan terjadinya isolasi faktor-faktor intrinsik. Keadaan ini memungkinkan terjadinya isolasi reproduksi, meskipun kedua populasi tersebut berada dalam satu lingkungan kembali (sympatric).

Macam-macam mekanisme isolasi intrinsik adalah:

~ mekanisme yang mencegah/menghalangi terjadinya perkawinan,

~ mekanisme yang mencegah terbentuknya hibrida,

~ mekanisme yang mencegah kelangsungan hibrida

Faktor yang mempengaruhi terbentuknya species baru disebabkan oleh 3 hal utama yaitu:

1. 1. Isolasi Geografis

Terjadinya species baru disebabkan karena karena dua populasi yang berasal dari satu species yang sama terisolir oleh faktor-faktor geografis (samudra, gunung) sehingga menghambat terjadinya interhibridisasi antara individu-individu dalam satu populasi. Hal ini lebih dikenal dengan istilah isolasi reproduksi.

2. 2. Isolasi reproduksi

Dua populasi yang berbeda menghuni tempat yang sama dinamakan populasi simpatrik. Faktor yang menghambat atau menghalangi terjadinya interhibridisasi antara populasi simpatriks disebut sebagai isolasi reproduksi.

Isolasi reproduksi disebabkan karena faktor-faktor berikut:

a. Isolasi ekologi

Terjadi apabila dua species simpatrik (habitat sama) tidak dapat melakukan interhibridisasi karena kondisi habitat yang berbeda.

b. Isolasi musim

Terjadi apabila dua species simpatrik tidak dapat melakukan interhibridisasi karena masing-masing species mempunyai masa pemakasan kelamin yang berbeda.

Pinus radiata dan Pinus muricata keduanya terclapat di beberapa tempat di California dan tergolong simpatrik. Kedua jenis Pinus tersebut dapat disilangkan tetapi perkawinan silang ini boleh dikatakan tidak pernah terjadi di alam. Hal ini disebabkan karena perbedaan masa berbunga Pinus radiata terjadi pada awal Februari sedang Pinus muricata pada bulan April. Berikut ini adalah contoh empat jenis katak yang tergolong pada genus Rana. Meskipun hidup di daerah yang sama tetapi tidak terjadi persilangan, karena perbedaan masa aktif perkawinan.

c. Isolasi tingkah laku

Terjadi apabila dua species simpatrik tidak dapat melakukan interhibridisasi karena pola tingkah kawinnya berbeda.

Pada berbagai jenis ikan ternyata kelakuan meminang ikan betina oleh ikan jantan berbeda. Sebagai contoh diambil 2 perbandingan sebagai berikut :

Yang satu : membuat sarang dengan 2 lubang untuk masuk dan keluar, sarang digantungkan pada tumbuhan air.

Yang lain : pada sarang hanya ada satu lubang ialah tempat masuk saja, sarang dibuat pada dasar kolam

d. Isolasi mekanik

Terjadi apabila dua species simpatrik tidak dapat melakukan interhibridisasi karena bentuk morfologi alat kelamin yang berlainan.

Yang dimaksud dengan isolasi mekanik adalah hal yang menyangkut struktur yang berkaitan dengan peristiwa perkawinan itu sendiri. Misal bila hewan jantan dari suatu spesies jauh lebih besar ukurannya daripada jenis betina.

Atau jika alat kelamin yang jantan mempunyai bentuk yang sedemikian rupa sehingga tidak dapat cocok dengan alat kelamin yang betina. Pada beberapa makhluk bentuk alat kelamin itu sedemikian rupa hingga dalam hal ini berlaku apa yang disebut sistem "lock and key" (kunci dan gembok), tetapi pada kebanyakan makhluk tidaklah demikian.

Pada hewan kaki sejuta yang termasuk genus Brochoria dijumpai bahwa bentuk alat kelamin pada yang jantan berbeda-beda hingga sering digunakan sebagai titik tolak untuk klasifikasi, tetapi pada yang betina bentuknya serupa.

Isolasi mekanik semacam ini pada tumbuhan ternyata lebih berpengaruh dibanding dengan pada hewan, terutama yang berkaitan dengan hewan penyebar serbuk sari. Seperti disinggung di muka tentang adaptasi maka ada kekhususan bentuk bunga dalam hubungannya dengan hewan penyebar serbuk sari.

e. Isolasi gamet

Terjadi apabila dua species simpatrik tidak dapat melakukan interhibridisasi karena sel-sel kelamin jantannya tidak mempunyai viabilitas dalam saluran reproduksi betina

Sebagaimana diketahui peristiwa penyerbukan tidak tentu mengakibatkan peristiwa fertilisasi. Pada percobaan menggunakan Drosophila virilis dan Drosophila americana, dengan inseminasi buatan maka sperma dari jenis jantan tidak dapat mencapai sel telur karena tidak dapat bergerak sebagai akibai adanya cairan penghambat dalarn saluran reproduksi. Pada spesies Drosophila lain mekanismenya berbeda; pada waktu sperma masuk dalam saluran reproduksi, saluran tersebut membengkak hingga sperma-sperma tersebut mati. Peristiwa isolasi garnet juga dijumpai pada tanaman tembakau dalam hal ini meskipun serbuk sari sudah diletakkan pada stigma tetapi tidak terjadi fertilisasi karena inti dari serbuk sari tersebut tidak dapat mencapai inti telur dalam ovula.

f. Terbentuknya bastar mandul

Terbentuknya bastar mandul apabila dua species simpatrik menghasilkan keturunan (bastar) yang mandul atau dapat menghasilkan keturunan.

Hasil perkawinan antara kambing dan biri-biri, berupa keturunan yang steril (mandul). Peristiwa lebih lanjut lagi dapat terjadi, bahwa hibrida yang terbentuk dapat hidup dengan normal ternyata steril. Contoh lain kita jumpai pada perkawinan silangan kuda dan keledai. Keturunannya selalu steril karena sesungguh tidak terjadi pertukaran gen

g. Terbentuknya bastar mati bujang

Terjadi apabila dua species simpatrik menghasilkan bastar yang mati secara prematur

3. 3. Domestikasi

Domestikasi adalah membentuk hewan ternak dari hewan liar dan tanaman budidaya dari tumbuhan yang semula liar. Pada hakikatnya domestika adalah memindahkan makhluk-makhluk hidup dari habitat aslinya ke lingkungan baru yang diciptakan manusia.

Disamping ketiga faktor di atas, species baru juga dapat terjadi melalui peristiwa poliploid yang disebabkan mutasi buatan atau alam.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

LEMBAR KERJA SISWA

HUKUM HARDY-WEINBERG

Pendahuluan

Sifat-sifat pada manusia diwariskan kepada keturunannya mengikuti pola tertentu. Sifat-sifat tersebut diwariskan melalui gen yang terdapat di dalam sel kelamin. Komposisi gen seseorang disebut genotip.

Untuk mengamati genotp seseorang, diperlukan data tentang fenotipnya, yaitu sifat fisik yang tampak dan dapat diobservasi. Fenotip ada yang dengan mudah diobservasi menggunakan mata biasa, namun ada juga fenotip yang memerlukan alat atau bahan tambahan untuk menentukkanya. Misalnya sifat perasa PTC, golongan darah, kekebalan dan sebagainya

Menurut hokum Hardy-weinberg, bila antara genotip-genotip di dalam populasi tidak berubah dari generasi ke generasi, maka frekuensi genotipnya dalam keadaan seimbang.

Bila gen yang seimbang itu A dan a, maka menurut hukum Hardy-weinberg:

AA + 2Aa + aa = 1 atau A² + 2 Aa + a² = 1

Sedangkan

A + a = 1

Contoh bila orang albino yang bergenotip aa (a2) berjumlah 25 orang dalam 10.000 orang, maka frekuensi gen a =

25/10.000 = 5/100 = 0.05.

Karena A + a = 1, maka frekuensi gen A = 1 - 0.05 = 0.95

Frekuensi genotip AA : Aa : aa = (0.95)2 + 2 (0.95 x 0.05) + (0.5)2 = 0.9024 + 0.095 + 0.25.

Individu bergenotip AA = 0924/10.000 x 10.000 = 9024

Individu bergenotip Aa = 95/1000 x 10.000 = 950

Berikut ini adalah beberapa kegiatan yang akan mengajak kamu untuk menentukan berbagai sifat yang dimiliki seseorang, kemudian berdasarkan pada sifat itu kamu akan menentukan frekuensi genotip di dalam populasi kelas mu.

Tujuan kegiatan:

1. Menghitung frekuensi gen di dalam populasi kelas

2. Mengkomunikasikan data tentang frekuensi genotip di dalam kelasnya dalam bentuk grafik

Aktivitas:

Tugas a:

Sifat mampu menggulung lidah (gambar 1) ditentukan oleh gen G yang dominan terhadap sifat tidak mampu menggulung lidah (g)

Gambar1: Ciri individu yang mampu menggulung lidah

Seorang yang tidak mampu menggulung lidah memiliki genotip gg (homozigot resesif), sementara yang mampu menggulung lidah memiliki dua kemungkinan genotip, yaitu GG (homozigot dominan) dan Gg (heterozigot).

Lakukanlah pengamatan terhadap seluruh temanmu yang ada dalam kelas. Mulailah mengamati teman yang ada dalam satu kelompok, kemudian baru ke teman dalam kelompok lainnya. Caranya suruhlah masing-masih teman anda itu menggulung lidahnya seperti ditunjukkan pada gambar 1 di atas.

Catatlah jumlah siswa yang menunjukkan sifat tersebut di atas pada tabel 1

Tabel 1

FREKUENSI KEMAMPUAN MENGGULUNG LIDAH

Kelompok	Jumlah siswa
Kelompok	Dapat menggulunglidah	Tidak dapat menggulung lidah	Total
1
2
3
4
5
Jumlah	…………………………….	……………………………………	………………………..