Ikan pucat, menyusut, dan buta, hidup dalam keheningan di perairan paling terang di dunia. Dengan pucatnya yang mengerikan dan tidak ada mata untuk dibicarakan, ikan pucat ini tampaknya tidak memiliki banyak kesamaan dengan mamalia, tetapi ada jauh lebih banyak hal untuk ikan gua yang rendah hati daripada yang terlihat.
Para ilmuwan melaporkan kemarin dalam jurnal Current Biology bahwa ikan gua dapat memberi cahaya yang sangat dibutuhkan pada bab misterius evolusi mamalia: hilangnya perbaikan DNA bertenaga surya. Sebagian besar organisme memiliki mekanisme untuk memperbaiki molekul DNA mereka sendiri yang diaktifkan oleh sinar matahari, tetapi mamalia kehilangan sifat di suatu tempat di sepanjang jalan — dan begitu pula ikan gua Somalia.
Sebagai buku petunjuk seumur hidup, DNA adalah komoditas berharga. Kerusakan berkelanjutan pada kode vital ini berkontribusi pada penuaan dan peningkatan kerentanan terhadap kanker. Sayangnya, proses menyalin dan membaca DNA dapat penuh dengan kesalahan, dan lingkungan di sekitar kita penuh dengan bahaya, mulai dari bahan kimia berbahaya hingga sinar ultraviolet yang mampu mengubah urutan genetik.
Tetapi berkat serangkaian mesin seluler yang mampu memperbaiki DNA yang dikompromikan, sebagian besar kecelakaan genetik ini diperbaiki tanpa konsekuensi. Di antara kemampuan perbaikan penting ini adalah sistem fotoreaktivasi, yang menggunakan enzim bertenaga surya yang disebut photolyase untuk memperbaiki kesalahan dalam DNA yang disebabkan oleh paparan radiasi UV. Mekanisme pertahanan yang cerdas ini berarti bahwa bahaya yang sama yang merusak DNA — sinar matahari — juga memicu sistem perbaikan untuk kode genetik.
Mamalia dan ikan gua sangat berbeda, tetapi keduanya telah beradaptasi dengan kehidupan dalam gelap. Banyak mamalia nokturnal, seperti kucing ini, memiliki lapisan jaringan di mata yang meningkatkan penglihatan malam mereka dan membuat mata mereka tampak "berkilau." (Thomas Euler / flickr) Sementara fotoreaktivasi tersebar luas di pohon kehidupan, itu sama sekali tidak ada pada mamalia. Dan untuk waktu yang lama, kami pikir kami sendirian. Tetapi para ilmuwan mulai menemukan beberapa spesies jamur dan nematoda (dan beberapa populasi krustasea yang terikat gua) yang juga kehilangan kemampuan perbaikan DNA bertenaga surya mereka. Penambahan terbaru pada kelompok penghuni gelap, ikan gua Somalia, mungkin merupakan vertebrata non-mamalia pertama yang mengalami langkah serupa dalam sejarah evolusi.
"[Photoreactivation] adalah sistem yang sangat dilestarikan, dari bakteri hingga tanaman dan banyak hewan, " kata Nicholas Foulkes, ahli biologi di Institut Teknologi Karlsruhe di Jerman. "Ketika Anda melihat hilangnya fungsi, itu sangat dalam."
Jadi bagaimana mungkin ikan gua menyerupai mamalia? Jawabannya, ternyata, membuat kita benar-benar dalam kegelapan. Nenek moyang kita menikmati gaya hidup yang sangat aktif di malam hari, kata ahli biologi evolusi Roi Maor dari University College London. Ratusan juta tahun yang lalu, nenek moyang hewan berdarah panas kita mungkin bersembunyi di siang hari untuk menghindari dimakan oleh dinosaurus yang mencintai matahari.
Sifat nokturnal ini mungkin telah mengaktifkan prinsip "gunakan atau hilangkan" dalam evolusi kita. Sifat-sifat yang lebih cerah (seperti fotoreaktivasi bertenaga surya) bisa saja dibuang karena sekitar 100 juta tahun tidak digunakan, kata Maor. Kerugian genetik ini kemudian bertahan hingga zaman modern, bahkan setelah mamalia mulai menjelajah kembali ke siang hari.
Kelompok penelitian Foulkes, termasuk penulis utama pada studi baru Haiyu Zhao, berangkat untuk mempelajari perbaikan DNA pada hewan malam lainnya untuk mempelajari lebih lanjut tentang hilangnya mekanisme fotoreaktivasi. Ikan gua Somalia ( Phreatichthys andruzzii ), dengan keengganannya terhadap sinar matahari, adalah makhluk yang sempurna untuk diteliti.
Namun, pertama, para peneliti membutuhkan titik perbandingan. Untuk ini, mereka memilih ikan air tawar lain sebagai kertas timah: ikan zebra, bahan pokok yang banyak dipelajari di banyak laboratorium biologi. Seperti kebanyakan hewan lain, genom ikan zebra mengkode sistem fotoreaktivasi yang diaktifkan sinar matahari, memungkinkan mereka untuk bertahan hidup dari paparan radiasi UV dosis tinggi di lingkungan yang cukup terang. Tapi ikan zebra zapped UV yang terperangkap dalam kegelapan total lebih peka terhadap dampak kerusakan DNA.
Di sisi lain, ketika para peneliti melakukan percobaan yang sama pada ikan gua Somalia, ikan itu hipersensitif terhadap sinar UV. Di alam liar, spesies ini hidup dalam isolasi sepenuhnya dari sinar matahari, dan mengekspos ikan pada kondisi yang meniru sinar matahari tidak membantu mereka bertahan dari radiasi UV.
Cavefish Somalia buta ini sebenarnya cukup mudah di mata ... bahkan jika mereka tidak memilikinya sendiri. (Luca Scapoli / Universitas Ferrara) Dengan mempelajari genom ikan, para peneliti menemukan bahwa ikan zebra membuat tiga fotolyase restoratif yang menyala di hadapan sinar matahari, sementara ikan gua Somalia hanya mengkode sistem yang rusak. Setelah pemeriksaan lebih lanjut, para peneliti dapat menentukan perbedaan dalam cara ekspresi photolyase ikan zebra dan cavefish.
Di hadapan cahaya, "kunci" molekuler dalam sel ikan zebra dipandu ke "kunci" genetik, yang dilepaskan untuk mengaktifkan mekanisme perbaikan DNA. Ikan gua, anehnya, tampaknya memiliki kunci yang utuh, siap untuk melepaskan ekspresi photolyase — tetapi kunci tampaknya telah hilang waktu. Tim Foulkes saat ini sedang mencari kunci yang rusak atau hilang dalam genome cavefish.
"Sepertinya evolusi terperangkap dalam tindakan itu, " kata Foulkes. "Anda dapat melihat proses hilangnya sistem perbaikan."
Lebih dari 200 spesies ikan gua menghuni Bumi, tetapi spesimen Somalia ini adalah yang pertama dilaporkan kehilangan sistem fotoreaktivasi. Bahkan di antara ikan gua, P. andruzzii adalah ekstremis, setelah menghabiskan 3 juta tahun terakhir di bawah sinar matahari. Dalam kegelapan abadi gua-gua bawah air, dalam kepentingan perenang inilah yang terbaik untuk menghemat energi untuk jalan panjang ke depan — menurut Foulkes, ikan ini dapat hidup hingga lima puluh tahun ke atas — yang berarti menyingkirkan bagasi genetik yang tidak perlu.
Sementara mamalia tidak memiliki gaya hidup seperti ikan gua, kehilangan genetik ini dapat mengungkapkan lintasan evolusi keruh yang dimiliki oleh spesies yang berbeda. Alih-alih mengembangkan sifat yang berguna di bawah tekanan lingkungan, makhluk itu tampaknya telah meninggalkan sistem yang tidak lagi berguna, kata Silvia Fuselli, pakar ikan gua di University of Ferrara di Italia.
"Mungkin ikan ini mereproduksi sesuatu yang terjadi pada nenek moyang kita jutaan tahun yang lalu, " kata Foulkes.
Mengingat bahwa beberapa spesies yang menghindari sinar matahari mungkin masih berhasil mengelak dari penemuan manusia di gua-gua gua dan parit laut dalam di Bumi, kami mungkin belum menemukan makhluk terakhir yang telah melepaskan fotoreaktivasi. "Ini muncul pada ikan ini, pada jamur, di [krustasea] ... itu akan menjadi sesuatu yang ditemukan orang secara konsisten, " kata David Carlini, ahli biologi di Universitas Amerika yang mempelajari krustasea air tawar yang tinggal di gua.
Dan sejauh yang kita tahu, P. andruzzii masih cukup unik di antara sebagian besar saudara-saudaranya yang membenci cahaya. Sampai lebih banyak spesies yang lebih suka gelap dapat dipelajari, ikan gua Somalia mungkin menjadi cahaya penuntun untuk memecahkan misteri bagaimana kita mamalia kehilangan kemampuan kita untuk menyembuhkan di bawah sinar matahari.
