Sejarah sains: Eksperimen menunjukkan mutasi muncul secara spontan, mendukung pilar evolusi Darwin — 20 November 1943
FAKTA CEPAT
Tonggak pencapaian: Eksperimen menunjukkan mutasi muncul secara spontan
Tanggal: 20 November 1943
Di mana: Universitas Indiana di Bloomington dan Universitas Vanderbilt di Nashville, Tennessee
Siapa: Max Delbrück dan Salvador Luria
Pada tahun 1943, seorang ahli fisika dan biologi menerbitkan sebuah makalah yang menegaskan salah satu pilar utama teori evolusi Darwin.
Makalah tersebut, yang ditulis oleh Max Delbrück dari Vanderbilt University dan Salvador Luria dari Indiana University, menggambarkan sebuah eksperimen sederhana, yang disebut “uji fluktuasi,” yang menunjukkan bahwa mutasi muncul secara spontan pada bakteri, bukan muncul sebagai respons terhadap “tekanan seleksi.”
Pertanyaan ini telah diperdebatkan sejak Darwin menerbitkan karya klasiknya “Tentang Asal Usul Spesies” pada tahun 1859. Darwin mengusulkan bahwa variasi alami terjadi secara acak pada semua makhluk dan tekanan lingkungan kemudian membuat beberapa variasi tersebut menjadi lebih baik atau lebih buruk bagi organisme tertentu dalam “perjuangan mereka untuk bertahan hidup”. Seiring waktu, ciri-ciri tersebut menjadi lebih umum seiring organisme yang paling kuat dapat bertahan hidup dan berkembang biak. Sebaliknya, naturalis Perancis Jean-Baptiste Lamarck mengusulkan awal tahun 1800-an variasi tersebut dapat disebabkan oleh tekanan lingkungan.
Ketika Delbrück dan Luria melakukan eksperimen mereka, teori Darwin dianggap benar untuk tumbuhan dan hewan, namun beberapa ilmuwan percaya bahwa interaksi antara bakteriofag – virus yang menyerang bakteri – dan inang bakterinya dapat menyebabkan resistensi bakteri terhadap fag.
Delbrück masuk ke lapangan secara tidak sengaja. Fisikawan yang tidak puas ini beremigrasi ke AS dari Jerman karena permusuhan rezim Nazi dan menjadi tertarik pada gagasan pemodelan genetika menggunakan ide-ide yang berasal dari mekanika kuantum dan teori atom.
Saat melakukan penelitian di California, ia bertemu dengan seorang peneliti yang sedang mempelajari bakteri baru yang diberi nama Escherichia coli, yang telah dibudidayakan dari limbah Los Angeles. Peneliti telah mengidentifikasi fag yang memangsa E.coli. Delbrück terpesona oleh betapa mudahnya mengidentifikasi dan menghitung partikel fag di bawah mikroskop.
“Anda bisa meletakkannya di piring yang berisi bakteri, dan keesokan paginya setiap partikel virus akan memakan partikel makroskopis berukuran 1 mm. [0.04 inch] lubang di halaman,” Delbrück menceritakan dalam sejarah lisan yang diambil pada tahun 1970-an. “Bagi saya, hal ini tampaknya melampaui impian terliar saya untuk melakukan eksperimen sederhana pada sesuatu seperti atom dalam biologi.”
Pada bulan Desember 1940, di Cold Spring Harbor Laboratory di New York, Delbrück bertemu Luria, seorang dokter Italia-Yahudi. Seperti Delbrück, Luria telah melarikan diri dari Nazi, dan seperti Delbrück, dia bosan dengan spesialisasi pilihannya.
Luria telah melihat beberapa karya awal tentang fag dan juga terpikat dengan gagasan menggunakan fag untuk menyelidikinya gen seolah-olah mereka adalah kumpulan atom. Pada saat itu, orang-orang memahami gagasan tentang gen tetapi hanya memiliki sedikit pemahaman tentang bahan penyusunnya.
Sekitar sembilan bulan setelah mereka bertemu, keduanya memutuskan untuk menguji apakah fag dapat menyebabkan resistensi E.coli. Mereka bingung bagaimana melanjutkannya, sampai Luria mengobrol dengan rekannya sedang bermain slot. Dia menyadari bahwa statistik dapat digunakan untuk membedakan antara mutasi acak dan mutasi yang disebabkan oleh fag – dengan kata lain, untuk menentukan arah sebab dan akibat.
Mereka mengisi banyak tabung dengan E.coli dan kemudian memaparkan bakteri tersebut ke fag dan membiakkannya secara serial di piring. Jika mutasi terjadi, mereka beralasan, semua lempeng akan berkembang E.coli dengan mutasi resistensi pada kira-kira proporsi yang sama, dan hanya setelah fag diperkenalkan ke piring. Sebaliknya, jika mutasi muncul secara acak, akan terdapat lebih banyak variasi dalam jumlah bakteri resisten antar kultur; beberapa akan menjadi “piring jackpot” dan banyak lagi yang lebih tahan E.coli karena mereka mengembangkan gen resistensi pada awal pertumbuhan kultur, dan bukan pada tahap selanjutnya.
Hal ini kemudian dikenal sebagai “uji fluktuasi”, dan keduanya mempublikasikan temuan mereka yang mengkonfirmasi hal tersebut mutasi muncul secara acak pada bakteri pada tahun 1943.
Pada tahun yang sama, mereka mulai berkolaborasi dengan Alfred Hershey, seorang ahli kimia mikroba di Universitas Washington di St. Louis. Ketiganya selanjutnya menunjukkan bahwa fag mengandung lebih dari satu gen dan bahwa virus dapat bertukar informasi genetik satu sama lain dalam bakteri yang sama, yang dikenal sebagai rekombinasi genetik. Belakangan, Hershey dan kolaborator Martha Chase menunjukkan bahwa DNA adalah penyebabnya pembawa informasi genetik tersebut. Hershey, Luria dan Delbrück akan mendapatkan Hadiah Nobel 1969 dalam bidang fisiologi atau kedokteran atas kontribusinya terhadap genetika.
Menariknya, meskipun penelitian mereka memperkuat hipotesis Darwin bahwa seleksi alam terjadi berdasarkan variasi acak, beberapa penelitian baru menunjukkan hal tersebut tidak semua mutasi sepenuhnya acak. Laju mutasi pada “gen esensial” terjadi lebih rendah dibandingkan mutasi yang terjadi secara kebetulan, setidaknya pada tanaman tertentu. Dan penelitian terbaru menunjukkan bahwa jika tim telah memilih bakteri dan sistem fag yang berbeda untuk dipelajari – seperti yang satu itu menggunakan sistem kekebalan bakteri CRISPR untuk melawan fag — hasil statistiknya tidak akan begitu jelas.
