Gen ikan purba ditemukan aktif dalam perkembangan telinga manusia

Penambah telinga luar manusia mendorong ekspresi protein fluoresensi hijau di insang ikan zebra berumur 2 minggu. (Kredit: Mathi Thiruppathy dan Lab Gage Crump)

LOS ANGELES — Para ilmuwan telah membuat penemuan inovatif tentang asal usul telinga luar manusia, mengungkapkan bahwa ciri khas mamalia ini berevolusi dari sumber yang tidak terduga: insang ikan. Temuan menarik ini menunjukkan bagaimana alam sering menggunakan kembali cetak biru genetik yang ada untuk menciptakan struktur baru sepanjang evolusi.

Manusia modern memiliki tiga wilayah telinga yang berbeda: telinga luar (termasuk bagian yang terlihat dan saluran telinga), telinga tengah (berisi tulang-tulang kecil yang mengirimkan suara), dan telinga bagian dalam (tempat gelombang suara diubah menjadi sinyal saraf). Meskipun para ilmuwan telah lama memahami bagaimana tulang telinga tengah berevolusi dari tulang rahang ikan purba, asal usul evolusi telinga luar masih misterius.

Memecahkan kotak hitam evolusi telinga luar

“Ketika kami memulai proyek ini, asal usul evolusi telinga luar adalah sebuah kotak hitam,” kata penulis koresponden Gage Crump, profesor biologi sel induk dan kedokteran regeneratif di Keck School of Medicine of USC, dalam sebuah pernyataan. Tim peneliti terinspirasi oleh esai terkenal Stephen Jay Gould “An earful of jaw,” yang menjelaskan bagaimana tulang rahang ikan berubah menjadi tulang telinga tengah mamalia.

Hal yang membuat penelusuran asal usul telinga bagian luar begitu menantang adalah komposisinya. Berbeda dengan tulang, yang dapat menjadi fosil dan memberikan bukti jelas adanya perubahan evolusioner, telinga luar terutama terdiri dari tulang rawan elastis – jaringan fleksibel dan terspesialisasi yang jarang tersimpan dalam catatan fosil. Hal ini membuat para peneliti tidak memiliki bukti fisik langsung tentang bagaimana telinga luar muncul.

Terobosan besar pertama terjadi ketika tim menemukan bahwa insang dan telinga bagian luar mengandung tulang rawan elastis, jenis jaringan yang relatif langka. “Saat kami memulai penelitian, sangat sedikit informasi yang beredar mengenai apakah tulang rawan elastis ada di luar mamalia,” kata Crump. “Jadi belum diketahui secara pasti apakah ikan memiliki tulang rawan elastis atau tidak. Ternyata memang demikian.”

Penulis pertama studi ini, Mathi Thiruppathy, seorang mahasiswa PhD di laboratorium Crump, berfokus pada elemen pengontrol gen yang disebut peningkat. Meskipun gen sering kali berpartisipasi dalam pengembangan banyak jaringan dan organ yang tidak berhubungan, peningkat cenderung lebih spesifik pada jaringan. Kekhususan ini menjadikan mereka ideal untuk menelusuri hubungan evolusioner.

Alih-alih mengandalkan fosil, penulis penelitian beralih ke genetika dan analisis seluler. Para ilmuwan berhasil memasukkan bahan peningkat yang membantu membentuk tulang rawan elastis telinga luar manusia ke dalam genom ikan zebra. Hebatnya, obat penambah telinga bagian luar manusia ini aktif secara spesifik pada insang ikan zebra transgenik tersebut. Eksperimen tersebut juga bekerja sebaliknya: ketika mereka menciptakan tikus transgenik dengan penambah insang ikan zebra, elemen genetik ini menjadi aktif di telinga luar tikus.

Tulang rawan elastis mendominasi

Para peneliti juga melacak bagaimana struktur ini berevolusi pada spesies yang berbeda. Ketika mereka memasukkan penambah insang telinga manusia atau ikan ke dalam genom kecebong, elemen genetik ini menjadi aktif dalam insang kecebong. Pada reptil, tulang rawan elastis insang dipindahkan ke saluran telinga, seperti yang ditunjukkan melalui eksperimen dengan kadal anole hijau. Tulang rawan ini akhirnya berkembang menjadi ciri telinga luar yang menonjol pada mamalia awal.

Yang paling menakjubkan, tim peneliti menemukan bahwa kepiting tapal kuda, artropoda laut purba yang menyimpang dari garis keturunan evolusi kita lebih dari 500 juta tahun yang lalu, menggunakan program genetik serupa di insang buku mereka. Para peneliti melakukan pengurutan DNA pada sel individu insang kepiting tapal kuda dan menemukan penambah kepiting yang, ketika ditempatkan dalam genom ikan zebra, memiliki aktivitas insang. Hal ini menunjukkan bahwa tulang rawan elastis pertama, mirip dengan yang ada di telinga luar kita, mungkin pertama kali muncul pada invertebrata laut purba.

“Pekerjaan ini memberikan babak baru dalam evolusi telinga mamalia,” kata Crump. “Telinga tengah muncul dari tulang rahang ikan, sedangkan telinga luar muncul dari insang tulang rawan. Dengan membandingkan bagaimana elemen pengendali gen yang sama dapat mendorong perkembangan insang dan telinga bagian luar, para ilmuwan memperkenalkan metode baru untuk mengungkap bagaimana struktur dapat berubah secara dramatis selama evolusi untuk menjalankan fungsi baru dan tidak terduga.”

Studi evolusi ini, diterbitkan di Alammenunjukkan bagaimana struktur kompleks dapat muncul melalui modifikasi program pembangunan yang sudah ada dibandingkan dengan mengembangkan program yang sepenuhnya baru.