Evolusi merupakan perubahan makhluk hidup dalam jangka waktu yang lama dan berlangsung perlahan-lahan. Evolusi berkaitan dengan perubahan sifat genetik yang diwariskan kepada keturunannya, akibatnya sifat keturunan akan berbeda dengan sifat induknya. Adanya variasi genetik akan memunculkan sifat-sifat baru yang disebabkan karena adanya mutasi gen. Seleksi alam juga merupakan mekanisme evolusi. Individu-individu akan beradaptasi dan berjuang untuk mempertahankan hidupnya, sehingga individu akan mengalami perubahan morfologi, fisiologi, dan tingkah laku. Faktor-faktor yang berpengaruh di dalam mekanisme evolusi antara lain seperti berikut.
Mutasi dapat terjadi pada gen (mutasi gen) dan juga dapat terjadi pada kromosom (mutasi kromosom). 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 yang menguntungkan akan menghasilkan keturunan yang adaptif, sedangkan mutasi yang merugikan merupakan mutasi letal dan akan menghasilkan keturunan yang kurang adaptif. Mutasi letal biasanya terjadi pada individu homozigot resesif.
Mutasi gen yang tidak dipengaruhi oleh faktor luar mempunyai 2 sifat, yaitu: jarang terjadi, sebab tidak setiap rekombinasi gen menyebabkan mutasi dan kebanyakan tidak menguntungkan. Namun mutasi ini mutasi ini tetap merupakan salah satu mekanisme evolusi yang sangat penting, termasuk dalam hal pembentukkan species baru dengan sifat-sifat yang lebih baik.
Jika mutasi ini kita berlangsung selama periode evolusi dari suatu species, maka tetap akan mendapatkan angka mutasi yang besar. Hal ini terjadi karena:
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:
Kemungkinan terjadinya mutasi yang menguntungkan selama species itu ada adalah sebagai berikut.
Jadi 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: mutasi muncul secara spontan dan tidak di arahkan oleh alam, mutasi dapat terjadi lagi pada mutan, dan mutasi pada umumnya merugikan organisme yang mengalaminya.
2. Frekuensi 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 + 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 denganyang lainnya dari generasi ke generasi adalah tetap sama.
3. Hukum Hardy-Weinberg
Hardy adalah seorang ahli matematika dari Inggris, sedangkan Weinberg adalah seorang ahli fisika dari Jerman. Keduanya mencetuskan hukum kesetimbangan populasi berdasarkan analisis matematisnya. Hukum kesetimbangan tersebut dinamakan Hukum Hardy-Weinberg. Hardy-Weinberg menyatakan bahwa frekuensi gen dalam suatu populasi akan selalu konstan dari generasi ke generasi berikutnya meskipun anggota populasi saling kawin secara acak.
Jika dalam suatu populasi terjadi perkawinan antara dua individu heterozigot (misal, Bb) maka kita akan menemukan 25 % dari keturunannya homozigot dominan (BB), 50 % heterozigot (Bb) seperti tetuanya dan 25 % homozigot resesif (bb). Perhatikan Diagram 1. Dalam individu ini frekuensi alel B adalah 50 % dan frekuensi alel b juga 50 %.
Jumlah keturunan tersebut jika ditambahkan hasilnya adalah: Bb + Bb + bb = 0.25 + (0.25+0.25) + 0.25 = 1 Apabila dengan rumus matematis dapat dinyatakan dengan:
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2
p2 = % individu dominan homozigot
p = Frekuensi alel dominan
q2 = % individu resesif homozigot
q = Frekuensi alel resesif
2 pq = % individu heterozigot
Jika kita masukkan angkanya menjadi, (0.5+ 0.5)2 = 0.52 + 2 (0.5)(0.5) + 0.52 = 0.25 + 0.5 + 0.25 = 1 Ternyata hasilnya masih konstan sehingga dapat dirumuskan bahwa : p2 + 2 pq + q2 = 1 dan p + q = 1
4. 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 antara lain :
a. Mutasi
Terjadinya mutasi pada satu atau beberapa gen akan mengakibatkan adanya perubahan kesetimbangan gen-gen. Contohnya adalah gen b yang mempengaruhi rambut tikus berwarna putih adalah normal. Kemudian, bermutasi menjadi gen B yang menyebabkan rambut tikus berwarna kuning. Gen ini menyebabkan letal apabila dalam keadaan homozigot BB. Maka:
b. 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: Di danau 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:
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:
c. Migrasi (emigrasi dan Imigrasi)
Migrasi menyebabkan frekuensi gen akan berubah . Salah satu contohnya adalah 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.
d. 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. Seleksi adalah usaha manusia memilih jenis hewan atau tumbuhan sesuai dengan keinginannya. Umumnya yang diseleksi atau dipilih adalah jenis yang bersifat unggul.
e. 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, dan Burung finch di kepulauan Galapagos dengan burung Finch di daratan Amerika Selatan
Mutasi gen yang tidak dipengaruhi oleh faktor luar mempunyai 2 sifat, yaitu: jarang terjadi, sebab tidak setiap rekombinasi gen menyebabkan mutasi dan kebanyakan tidak menguntungkan. Namun mutasi ini mutasi ini tetap merupakan salah satu mekanisme evolusi yang sangat penting, termasuk dalam hal pembentukkan species baru dengan sifat-sifat yang lebih baik.
Jika mutasi ini kita berlangsung selama periode evolusi dari suatu species, maka tetap akan mendapatkan angka mutasi yang besar. Hal ini terjadi karena:
- Setiap gamet mengandung beribu-ribu gen.
- Setiap individu mampu menghasilkan beribu-ribu bahkan berjuta-juta gamet dalam satu generasi
- Jumlah generasi yang dihasilkan oleh suatu species selama kurun waktu species itu banyak sekali.
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
Kemungkinan terjadinya mutasi yang menguntungkan selama species itu ada adalah sebagai berikut.
- 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 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: mutasi muncul secara spontan dan tidak di arahkan oleh alam, mutasi dapat terjadi lagi pada mutan, dan mutasi pada umumnya merugikan organisme yang mengalaminya.
2. Frekuensi 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 + 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 denganyang lainnya dari generasi ke generasi adalah tetap sama.
3. Hukum Hardy-Weinberg
Hardy adalah seorang ahli matematika dari Inggris, sedangkan Weinberg adalah seorang ahli fisika dari Jerman. Keduanya mencetuskan hukum kesetimbangan populasi berdasarkan analisis matematisnya. Hukum kesetimbangan tersebut dinamakan Hukum Hardy-Weinberg. Hardy-Weinberg menyatakan bahwa frekuensi gen dalam suatu populasi akan selalu konstan dari generasi ke generasi berikutnya meskipun anggota populasi saling kawin secara acak.
Jika dalam suatu populasi terjadi perkawinan antara dua individu heterozigot (misal, Bb) maka kita akan menemukan 25 % dari keturunannya homozigot dominan (BB), 50 % heterozigot (Bb) seperti tetuanya dan 25 % homozigot resesif (bb). Perhatikan Diagram 1. Dalam individu ini frekuensi alel B adalah 50 % dan frekuensi alel b juga 50 %.
| Alel | B (0,5) | b (0,5) |
|---|---|---|
| B (0,5) | BB (0,5) | Bb (0,25) |
| b (0,5) | Bb (0,25) | bb (0,25) |
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2
p2 = % individu dominan homozigot
p = Frekuensi alel dominan
q2 = % individu resesif homozigot
q = Frekuensi alel resesif
2 pq = % individu heterozigot
Jika kita masukkan angkanya menjadi, (0.5+ 0.5)2 = 0.52 + 2 (0.5)(0.5) + 0.52 = 0.25 + 0.5 + 0.25 = 1 Ternyata hasilnya masih konstan sehingga dapat dirumuskan bahwa : p2 + 2 pq + q2 = 1 dan p + q = 1
4. 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 antara lain :
a. Mutasi
Terjadinya mutasi pada satu atau beberapa gen akan mengakibatkan adanya perubahan kesetimbangan gen-gen. Contohnya adalah gen b yang mempengaruhi rambut tikus berwarna putih adalah normal. Kemudian, bermutasi menjadi gen B yang menyebabkan rambut tikus berwarna kuning. Gen ini menyebabkan letal apabila dalam keadaan homozigot BB. Maka:
b. 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: Di danau 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.
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:
- 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
c. Migrasi (emigrasi dan Imigrasi)
Migrasi menyebabkan frekuensi gen akan berubah . Salah satu contohnya adalah 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.
d. 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. Seleksi adalah usaha manusia memilih jenis hewan atau tumbuhan sesuai dengan keinginannya. Umumnya yang diseleksi atau dipilih adalah jenis yang bersifat unggul.
e. 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, dan Burung finch di kepulauan Galapagos dengan burung Finch di daratan Amerika Selatan