Pencarian Baru untuk Mengendalikan Evolusi | Majalah Kuanta

Evolusi adalah hal yang rumit. Sebagian besar biologi evolusi modern berupaya menyelaraskan kekuatan-kekuatan yang ada di balik proses tersebut – bagaimana mutasi terjadi, misalnya – dengan prinsip-prinsip dasar yang berlaku di seluruh biosfer. Generasi ahli biologi berharap untuk memahami alur evolusi dan memberikan alasan yang cukup untuk dapat memprediksi bagaimana hal itu terjadi.

Meskipun prediksi masih merupakan tujuan yang layak, para ilmuwan kini berfokus pada hal yang lebih ambisius: kendali atas bagaimana hal itu terjadi.

Ini mungkin terdengar seperti fiksi ilmiah, tetapi contoh terbesar dari upaya ini ada di masa lalu. Perhatikan proses seleksi buatan, sebuah istilah yang diciptakan oleh Charles Darwin: Ribuan tahun yang lalu, manusia mulai mengidentifikasi tumbuhan dan hewan dengan sifat-sifat yang disukai dan membiakkannya secara selektif, yang kemudian memperkuat sifat-sifat tersebut pada keturunannya. Pendekatan ini memberi kita pertanian, salah satu penemuan budaya paling transformatif dalam sejarah manusia. Nanti, seleksi buatan pada hewan dan tumbuhan membantu kita memahami genetika, dan bagaimana gen berevolusi dalam populasi. Namun meski efektif, seleksi buatan masih terbatas.

Hal ini berbeda dengan seleksi alam, kekuatan yang mendorong evolusi adaptif di Bumi, di mana tidak ada pihak yang melakukan seleksi secara sengaja. Aktor yang memilih bukanlah manusia yang membiakkannya, namun alam itu sendiri, yang memilih varian dengan “kecocokan” tertinggi – yaitu varian dengan kemungkinan terbesar untuk bertahan hidup dan menghasilkan keturunan yang sehat. Dan ketika alam yang memilih, hasilnya sulit diprediksi.

Kini para ahli biologi berharap dapat menentukan bagaimana evolusi terjadi pada tingkat molekuler, dan melakukan kontrol langsung terhadap proses reproduksi seperti yang kita lakukan pada tanaman. Bisakah kita mengatur evolusi, mutasi demi mutasi, menuju hasil apa pun yang kita inginkan? 

Hebatnya, kita sudah setengah jalan mencapainya. Itu 2018 Hadiah Nobel dalam Kimia penelitian yang diakui mengenai metode yang disebut evolusi terarah, yang memungkinkan para ilmuwan merekayasa biomolekul baru. Salah satu pemenangnya, Frances Arnold, memelopori cara untuk memutasi protein di laboratorium dan kemudian mengukur fungsinya – misalnya, seberapa baik suatu enzim memetabolisme gula. Kandidat protein yang diinginkan kemudian dapat diisolasi, dimutasi, dan diseleksi lebih lanjut, hingga kita menghasilkan protein dengan fungsi yang lebih baik (dalam hal ini, enzim yang memetabolisme gula dengan sangat efisien). Dalam hal ini, ahli kimia beroperasi seperti peternak anjing, tetapi tidak bergantung pada reproduksi seksual untuk menghasilkan keturunan protein. Sebaliknya, mereka menghasilkan populasi protein yang beragam dan mengukur sifat-sifatnya hanya dalam hitungan jam. Dan dengan memilih apa yang mereka inginkan, mereka mengendalikan bagaimana evolusi terjadi.

Dari contoh ini, menjadi jelas bahwa mengendalikan evolusi – mengarahkannya menuju hasil tertentu – memerlukan pengetahuan tentang bagaimana evolusi akan terjadi, serta teknologi untuk melakukan intervensi. Jadi kita dapat memikirkan masalahnya melalui sudut pandang persamaan sederhana: Kontrol = prediksi + rekayasa.

Pengendalian ini mungkin lebih halus dibandingkan pendekatan Arnold. Satu 2015 studi menyarankan penggunaan antibiotik dalam urutan tertentu untuk menjauhkan evolusi dari penciptaan patogen yang resistan terhadap antibiotik. Hal serupa juga terjadi pada pengobatan kanker: Ahli onkologi mencoba memanfaatkan pemahaman molekuler kita tentang kanker mengarahkan sel kanker terhadap kerentanan terhadap obat-obatan tertentu. Hal ini dimungkinkan karena kita tahu bahwa ketika sel kanker mengembangkan resistensi terhadap satu obat, sel tersebut mungkin menjadi lebih rentan terhadap obat lain. Gagasan tentang “sensitivitas tambahan” didasarkan pada prinsip-prinsip dasar pertukaran dalam sistem biologis: Secara umum, tidak ada “makan siang gratis” dalam evolusi, dan adaptasi sering kali memerlukan biaya.

Dalam penelitian terbaru, para ilmuwan telah menggeneralisasikan pendekatan-pendekatan ini. Menggunakan ide-ide dari fisika kuantum, tim multidisiplin (termasuk dokter, ilmuwan komputer, dan fisikawan) menerapkan suatu metode disebut penggerak kontradiabatik untuk menggeser populasi menuju tujuan yang telah ditentukan. Misalnya, infeksi dari beberapa strain parasit malaria lebih mudah diobati dibandingkan yang lain. Para peneliti mungkin mencoba “mendorong” populasi parasit ke jenis yang lebih mudah diobati.

Ide serupa juga diterapkan pada sistem lain, seperti mikrobioma, di mana para ahli biologi evolusi kini menggunakan evolusi terarah untuk mengendalikannya. komunitas mikroba seperti yang hidup di kulit dan usus kita. Untuk melakukan hal ini, mereka menggunakan pengetahuan tentang bagaimana mikroba tertentu berinteraksi satu sama lain serta teknik mikroba baru yang memungkinkan kita memasukkan mikroba ke dalam populasi mikroba lain. Harapannya adalah kita dapat menggunakan pengetahuan ini untuk suatu hari nanti mengarahkan komposisi mikrobioma ke komposisi yang terkait dengan peningkatan hasil kesehatan.

Terobosan-terobosan ini menunjukkan bahwa dalam beberapa bentuk, pengendalian evolusioner merupakan hal yang terjadi saat ini, bukan masa depan. Namun sebagian besar contoh sukses terjadi di sejumlah kecil lingkungan: mikroba, komunitas mikroba, dan protein. Dan lebih jauh lagi, upaya yang ada berfokus pada pengendalian dalam periode waktu yang singkat – tidak ada ilmuwan yang mengaku mampu mengendalikan evolusi molekuler yang terjadi selama beberapa dekade atau abad (di luar seleksi buatan yang telah terjadi selama ribuan tahun). Kendali sebenarnya atas proses evolusi masih dibatasi oleh pengetahuan dan alat yang kita miliki saat ini.

Meskipun tantangan teknis dalam pengendalian evolusi masih besar, hambatan etika juga besar. Permasalahannya tumpang tindih dengan permasalahan seputar organisme hasil rekayasa genetika. Ketika kita merekayasa mutasi pada suatu strain jagung yang memberikan kemampuan untuk tumbuh bahkan di lingkungan yang penuh tekanan, kita mempengaruhi generasi masa depan dari strain jagung tersebut. Lebih-lebih lagi, seleksi embrio pada manusia dapat menyerupai seleksi buatan, sehingga memberi kita kemampuan untuk mengarahkan munculnya sifat-sifat manusia pada populasi di masa depan. Secara umum, penerapan teknologi yang berlebihan dapat didorong oleh semacam determinisme genetik – pandangan naif bahwa perbedaan bermakna antara organisme dalam suatu populasi dapat dijelaskan (kebanyakan) oleh susunan genetik mereka.

Jika kita secara naif mencoba mengarahkan evolusi pada manusia dan organisme lain dalam jangka waktu yang lebih lama, kita akan menjadi korban determinisme evolusioner, yang berpendapat bahwa kita dapat dan harus memiliki kendali penuh atas bagaimana kehidupan berevolusi di masa depan. Pada akhirnya, ambisi tersebut salah sasaran. Mereka meremehkan keanehan evolusi biologis – kesulitan dalam mempertimbangkan semua kekuatan yang membentuk bagaimana kehidupan berfungsi dan berkembang. Beberapa orang mungkin membayangkan bahwa kecerdasan buatan dapat membantu mengatasi ketidakpastian ini. Namun AI bukanlah obat mujarab untuk ketidaktahuan. Hal ini paling efektif ketika kita sudah memahami keanehan sistem yang kita coba modelkan dan prediksi. Biologi evolusioner belum memenuhi standar ini – setidaknya belum.

Kita dapat (dan harus) secara bersamaan mewujudkan ambisi biologi modern dan mempunyai pikiran untuk mengenali keterbatasan kita. Misalnya, egenetika Gerakan ini menyarankan agar umat manusia dapat ditingkatkan dengan menggunakan berbagai metode yang memberi kita hewan dan tanaman peliharaan. Kami sekarang memahami bahwa hal itu bersifat fanatik dan didasarkan pada biologi yang buruk. Contoh-contoh seperti ini adalah kisah-kisah peringatan, dan kisah-kisah ini seharusnya mengajarkan kita bahwa upaya ceroboh untuk mengendalikan kekuatan-kekuatan yang menggelora seperti evolusi pasti akan gagal.

Quanta sedang melakukan serangkaian survei untuk melayani audiens kami dengan lebih baik. Ambil milik kami survei pembaca biologi dan anda akan diikut sertakan untuk menang secara gratis Quanta dagangan.