Penelitian dari University of Michigan telah mengungkap perubahan dalam genom nenek moyang burung purba setelah kepunahan massal yang disebabkan oleh asteroid 66 juta tahun lalu, mengidentifikasi “fosil genomik” yang menggambarkan pergeseran DNA yang signifikan. Perubahan ini, yang penting bagi evolusi burung, mengungkap bagaimana peristiwa bencana tersebut memiliki dampak yang mendalam dan berkelanjutan pada keanekaragaman hayati dan biologi organisme.
Penelitian mengungkapkan bahwa akhir-Periode Kapur Kepunahan massal mengubah genom burung secara signifikan, yang berkontribusi pada evolusi dan keanekaragaman burung masa kini. Dengan menganalisis fosil genom dan pergeseran evolusi, penelitian ini memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang bagaimana kepunahan massal membentuk kehidupan di Bumi.
Tak lama setelah asteroid menghantam Bumi 66 juta tahun lalu, kehidupan dinosaurus non-unggas berakhir, tetapi kisah evolusi nenek moyang awal burung dimulai.
Catatan fosil memberi tahu kita bahwa nenek moyang awal burung yang hidup saat ini memulai perjalanan evolusi mereka tepat setelah peristiwa kepunahan massal yang disebabkan oleh asteroid, tetapi para peneliti tidak yakin bagaimana mereka akan melihat kisah itu tercermin dalam genom burung. Kini, sebuah studi dari University of Michigan telah mengidentifikasi perubahan penting dalam genom burung yang dipicu oleh kepunahan massal, yang disebut peristiwa kepunahan massal akhir Cretaceous, yang pada akhirnya berkontribusi pada keanekaragaman burung yang hidup saat ini.
Penelitian ini meneliti lintasan evolusi semua kelompok burung utama dan menemukan bukti “fosil genomik” pada burung. DNA yang menandai langkah evolusi penting saat burung berevolusi menjadi lebih dari 10.000 makhluk hidup jenisPenelitian ini dipublikasikan sebagai artikel akses terbuka di jurnal Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
“Dengan mempelajari DNA burung yang masih hidup, kami dapat mencoba mendeteksi pola urutan genetik yang berubah tepat setelah salah satu peristiwa terpenting dalam sejarah Bumi,” kata penulis utama Jake Berv, yang menyelesaikan penelitian tersebut sebagai Michigan Life Sciences Fellow di Departemen Ekologi dan Biologi Evolusi UM. “Tanda-tanda peristiwa tersebut tampaknya telah tercetak dalam genom burung yang masih hidup dengan cara yang dapat kami deteksi puluhan juta tahun kemudian.”
Komposisi Genom dan Potensi Evolusi
Genom organisme hidup terdiri dari empat molekul nukleotida, yang disebut dengan huruf A, T, G, dan C. Urutan nukleotida ini dalam genom menentukan “cetak biru” kehidupan. Kode DNA terkadang dapat berevolusi dengan cara yang mengubah keseluruhan komposisi nukleotida DNA di seluruh genom. Perubahan komposisi ini sangat penting dalam menentukan jenis variasi genetik yang mungkin terjadi, yang berkontribusi pada potensi evolusi organisme, atau kemampuannya untuk berevolusi.
Para peneliti menemukan bahwa peristiwa kepunahan massal memicu perubahan dalam komposisi nukleotida. Mereka juga menemukan bahwa perubahan ini tampaknya terkait dengan cara burung berkembang saat bayi, ukuran tubuh mereka saat dewasa, dan metabolisme mereka.
Misalnya, dalam kurun waktu sekitar 3 juta hingga 5 juta tahun setelah kepunahan massal, garis keturunan burung yang masih hidup cenderung mengembangkan ukuran tubuh yang lebih kecil. Mereka juga mengubah cara mereka berkembang saat menetas, dengan lebih banyak spesies menjadi “altricial”. Ini berarti mereka masih sangat embrionik saat menetas, membutuhkan induknya untuk memberi mereka makan, dan dapat memakan waktu berminggu-minggu untuk menjadi dewasa, kata Berv. Burung yang menetas siap untuk mencari makan sendiri, seperti ayam dan kalkun, disebut “precocial”.
“Kami menemukan bahwa ukuran tubuh burung dewasa dan pola perkembangan sebelum menetas adalah dua fitur penting biologi burung yang dapat kami kaitkan dengan perubahan genetik yang kami deteksi,” kata Berv, yang kini menjadi peneliti pascadoktoral Schmidt AI in Science di Michigan Institute for Data & AI in Society, U-M.
Pemodelan Genom Tingkat Lanjut
Berv mengatakan salah satu tantangan paling signifikan dalam biologi evolusi dan ornitologi adalah mengungkap hubungan antara kelompok burung utama—sulit untuk menentukan struktur pohon kehidupan burung yang masih hidup. Selama 15 tahun terakhir, para peneliti telah menerapkan kumpulan data genom yang semakin besar untuk mencoba memecahkan masalah tersebut.
Sebelumnya, para peneliti menggunakan data genomik untuk mempelajari evolusi genom burung menggunakan model statistik yang membuat asumsi kuat. Model “tradisional” ini memungkinkan para peneliti merekonstruksi sejarah perubahan genetik, tetapi mereka biasanya berasumsi bahwa komposisi DNA, proporsi nukleotida A, T, G, dan C, tidak berubah sepanjang sejarah evolusi.
Pada akhir tahun 2019, Berv mulai bekerja dengan Stephen Smith, profesor ekologi dan biologi evolusi UM, yang tengah mengembangkan perangkat lunak untuk melacak komposisi DNA dari waktu ke waktu dan di berbagai cabang pohon kehidupan dengan lebih cermat. Dengan perangkat ini, para peneliti mampu melonggarkan asumsi bahwa komposisi DNA tetap konstan. Smith mengatakan bahwa hal ini memungkinkan “model” evolusi DNA bervariasi di seluruh pohon evolusi dan mengidentifikasi tempat-tempat yang kemungkinan mengalami pergeseran komposisi DNA.
Untuk penelitian baru ini, pergeseran ini terkonsentrasi dalam waktu, dalam kurun waktu sekitar 5 juta tahun setelah kepunahan massal akhir Zaman Kapur, kata Berv. Pendekatan mereka juga memungkinkan mereka memperkirakan ciri burung mana yang paling erat kaitannya dengan pergeseran komposisi DNA ini.
“Ini adalah jenis perubahan genetik penting yang kami pikir dapat dikaitkan dengan peristiwa kepunahan massal,” katanya. “Sejauh yang kami ketahui, perubahan dalam komposisi DNA sebelumnya belum pernah dikaitkan dengan kepunahan massal akhir Zaman Kapur dengan cara yang begitu jelas.”
Daniel Field, profesor paleontologi vertebrata di
Universitas Cambridge dan rekan penulis studi tersebut, tertarik untuk memahami bagaimana kepunahan massal akhir Zaman Kapur memengaruhi evolusi burung. Ia memberikan panduan terkait evolusi burung awal setelah kepunahan massal.
“Kita tahu bahwa peristiwa kepunahan massal dapat secara dramatis memengaruhi keanekaragaman hayati, ekologi, dan bentuk organisme. Studi kami menekankan bahwa peristiwa kepunahan ini sebenarnya dapat memengaruhi biologi organisme secara lebih mendalam—dengan mengubah aspek-aspek penting tentang bagaimana genom berevolusi,” kata Field. “Penelitian ini semakin memperdalam pemahaman kita tentang dampak biologis yang dramatis dari peristiwa kepunahan massal dan menyoroti bahwa kepunahan massal yang memusnahkan dinosaurus raksasa adalah salah satu peristiwa yang paling berdampak secara biologis dalam seluruh sejarah planet kita.”
Para peneliti mengatakan bahwa dengan melonggarkan asumsi umum yang digunakan dalam biologi evolusi, mereka membangun wawasan yang lebih bernuansa tentang rangkaian peristiwa yang terjadi pada sejarah awal burung.
“Kami biasanya tidak melihat perubahan komposisi dan model DNA di seluruh pohon kehidupan sebagai perubahan bahwa sesuatu yang menarik telah terjadi pada titik waktu dan tempat tertentu,” kata Smith. “Studi ini menggambarkan bahwa kami mungkin telah melewatkan sesuatu.”
Referensi: “Genom dan evolusi riwayat hidup menghubungkan diversifikasi burung dengan kepunahan massal akhir Cretaceous” oleh Jacob S. Berv, Sonal Singhal, Daniel J. Field, Nathanael Walker-Hale, Sean W. McHugh, J. Ryan Shipley, Eliot T. Miller, Rebecca T. Kimball, Edward L. Braun, Alex Dornburg, C. Tomomi Parins-Fukuchi, Richard O. Prum, Benjamin M. Winger, Matt Friedman dan Stephen A. Smith, 31 Juli 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adp0114
