Boom Insect
Bahasa Indonesia

Artikel gratis

Mengurai kisah kumbang rusa di Hachijo-jima

Dari perbedaan rahang menuju sejarah pulau dan laut

Di pulau-pulau utama Jepang maupun Hachijo-jima hidup kelompok kumbang rusa dengan rahang bergerigi. Bayangkan seekor jantan dari masing-masing tempat diletakkan berdampingan, dengan ukuran tubuh yang hampir sama. Rahang kumbang Hachijo-jima lebih pendek. Apakah itu saja cukup untuk mengatakan bahwa keduanya berbeda spesies?

Perbedaan rahang memang merupakan salah satu petunjuk untuk membedakan spesies. Ketika banyak individu dibandingkan, jantan dari Hachijo-jima cenderung memiliki rahang lebih pendek relatif terhadap tubuhnya daripada jantan dari pulau-pulau utama Jepang.

Mengapa perbedaan itu muncul di Hachijo-jima? Pulau ini terbentuk ketika gunung-gunung api yang bermula di dasar laut muncul ke atas permukaan air. Nenek moyang kumbang diperkirakan menyeberangi laut setelah daratan terbentuk di sana.

Setelah kumbang menetap di Hachijo-jima, apakah pendatang dari pulau-pulau utama atau pulau lain masih terus tiba? Kodai Kishino dan rekan-rekannya meneliti perpindahan ini. Perbedaan hubungan dengan wilayah di luar pulau mungkin berkaitan dengan evolusi rahang yang lebih pendek. Mari kita telusuri misterinya.

Untuk membandingkan rahang, ukur lebar dada

Panjang tubuh menyatakan panjang badan seekor hewan. Sebagian buku panduan kumbang rusa mengukurnya dari ujung rahang sampai ujung belakang tubuh. Dengan cara itu, rahang yang lebih panjang menghasilkan ukuran tubuh lebih panjang meskipun bagian tubuh lainnya sama besar. Untuk mengetahui panjang rahang relatif terhadap tubuh, tim menggunakan ukuran lain: lebar toraks atau bagian dada tepat di belakang kepala.

Mereka memotret kumbang dari Nasu Kogen di pulau utama Jepang, serta dari Oshima, Niijima, Kozushima, dan Hachijo-jima, tepat dari atas. Pada foto itu, mereka mengukur lebar toraks dan panjang rahang. Berdasarkan lebar toraks, rahang jantan cenderung makin pendek relatif terhadap tubuh dalam urutan pulau utama, Oshima, Niijima, lalu Kozushima. Di antara kumbang yang diteliti, rahang relatif paling pendek ditemukan di Hachijo-jima.

Kumbang Hachijo-jima mula-mula dianggap sebagai kelompok berciri khas setempat dalam spesies yang sama dengan kumbang rusa berahang bergerigi dari pulau-pulau utama Jepang. Pada 1985, perbedaan penampilan membuatnya diperlakukan sebagai spesies tersendiri, dengan nama Jepang yang berarti kumbang rusa berahang bergerigi Hachijo. Kali ini tim Kishino menyelidiki hubungan yang pernah dimiliki kumbang tersebut dengan kumbang di pulau lain dan pulau-pulau utama Jepang.

Kapan Hachijo-jima terpisah dari pulau utama?

Jika kumbang di kedua tempat mempunyai nenek moyang yang sama, apakah daratannya dahulu tersambung? Hachijo-jima adalah pulau vulkanik di bagian selatan Kepulauan Izu, yang membentang di lepas pantai Semenanjung Izu. Penelitian geologi tidak menemukan bukti bahwa pulau ini terbentuk dengan terlepas dari pulau utama. Gunung-gunung api pembentuknya bermula di dasar laut, lalu muncul di atas permukaan air.

Salah satu petunjuk waktunya berasal dari abu vulkanik yang terbawa dari Kyushu. Abu berumur sekitar 240.000 tahun ditemukan di Hachijo-jima dalam lapisan yang terbentuk di darat. Artinya, ketika abu itu jatuh, kemungkinan sudah ada daratan di atas laut.

Dengan riwayat seperti ini, masuk akal jika nenek moyang kumbang datang melintasi laut setelah daratan terbentuk. Menumpang kayu yang hanyut adalah salah satu kemungkinan. Apakah mereka datang langsung dari pulau utama atau melalui pulau-pulau terdekat? Apa yang membawa mereka, dan kapan mereka tiba? Lapisan geologi hanya memberi tahu bahwa pada saat itu daratan sudah ada.

Mencari perjalanan setelah menetap melalui DNA

Misalkan nenek moyang kumbang telah menyeberangi laut dan menetap di pulau itu. Apakah setelahnya masih ada kumbang yang datang dari pulau utama atau pulau lain? Kita tidak bisa menyaksikan perpindahan purba secara langsung. Namun, jika kumbang pendatang mempunyai keturunan di pulau itu, DNA mereka mungkin diwariskan sampai sekarang. Tim mencari jejak tersebut pada DNA kumbang yang hidup saat ini.

DNA adalah zat yang membawa informasi tentang pembentukan dan kerja tubuh. Strukturnya memiliki empat macam komponen kimia yang disebut basa. Urutannya menyimpan informasi. Urutan ini diwariskan dari induk kepada keturunannya, tetapi terkadang sebagian kecil berubah. Membandingkan perubahan yang tersisa pada berbagai populasi membantu kita meneliti hubungan antarpopulasi.

Pertama, tim membandingkan DNA dalam mitokondria. Mitokondria berada di dalam sel dan menggunakan nutrisi dari makanan untuk menghasilkan energi dalam bentuk yang dapat digunakan sel. Pada banyak hewan, DNA mitokondria terutama diwariskan dari induk betina. Karena itu, membandingkan urutannya dapat menelusuri garis ibu, seperti mengikuti silsilah dari ibu ke ibunya lagi.

Para peneliti membaca sebagian DNA mitokondria. Bagian itu menyimpan informasi untuk membuat komponen yang diperlukan dalam proses menghasilkan energi.

Mereka membandingkan urutan DNA antarkumbang untuk mencari bagian yang sama dan berbeda. Dari hasilnya, mereka memperkirakan urutan percabangan garis keturunan dari nenek moyang bersama. Gambaran hubungan seperti cabang-cabang pohon ini disebut pohon filogenetik.

Mereka membuat pohon menggunakan kumbang dari delapan pulau di Kepulauan Izu, pulau-pulau utama Jepang, dan beberapa tempat lain. Hachijo-jima dan pulau-pulau selatan termasuk Miyake-jima berada pada satu cabang, terpisah dari kelompok pulau utama. Ini berarti kumbang-kumbang dalam cabang itu diperkirakan memiliki nenek moyang bersama yang lebih baru satu sama lain daripada dengan kumbang pulau utama. Oshima dan Niijima masuk ke cabang pulau utama. Membandingkan lebih banyak bagian DNA mitokondria tidak mengubah percabangan tersebut.

Berikutnya, tim membandingkan DNA dalam inti sel, yang diwariskan dari kedua induk, jantan dan betina. Inti sel adalah bagian yang menyimpan sebagian besar DNA sel. Tim membandingkan 1.317 gen dalam DNA inti. Gen adalah suatu bagian DNA yang membawa informasi terkait pembentukan atau kerja tubuh.

Dalam pohon dari DNA inti, empat pulau—Oshima, Niijima, Miyake-jima, dan Hachijo-jima—berada pada satu cabang yang terpisah dari pulau utama. Cabang itu kemudian terbagi menjadi Hachijo-jima dan tiga pulau lainnya. Miyake-jima, yang berbagi cabang dengan Hachijo-jima dalam pohon mitokondria, kini berbagi cabang dengan Oshima dan Niijima.

Mungkinkah perpindahan setelah kumbang menetap berhubungan dengan ketidakcocokan ini? Jika pendatang berikutnya menghasilkan keturunan di pulau, DNA mereka juga akan bergabung dalam keturunan setempat. Tim menyelidiki kemungkinan ini lebih jauh.

Kelompok mana yang berbagi lebih banyak perubahan DNA dengan pulau utama?

Tim memperlakukan Oshima, Niijima, dan Miyake-jima sebagai satu kelompok, lalu membandingkannya dengan populasi Hachijo-jima. Mereka meneliti kelompok mana yang menyimpan lebih banyak posisi DNA dengan perubahan yang sama seperti pada kumbang pulau utama.

Jika setelah kedua kelompok berpisah tidak ada yang menghasilkan keturunan dengan kumbang pulau utama, jumlah perubahan bersama itu diperkirakan tidak akan sangat terkumpul pada satu sisi saja. Namun, kelompok tiga pulau ternyata mempunyai lebih banyak posisi dengan perubahan yang sama seperti pulau utama daripada Hachijo-jima.

Jika kumbang pendatang dari pulau utama berkembang biak dengan kumbang tiga pulau, keturunannya akan mewarisi DNA pendatang tersebut. Itu dapat menjelaskan ketimpangannya. Dengan mempertimbangkan analisis lain juga, tim menyimpulkan bahwa kumbang dari pulau utama telah menghasilkan keturunan pada ketiga pulau itu. Di Hachijo-jima, mereka tidak memperoleh bukti setara tentang bergabungnya kumbang pulau utama.

Apakah Arus Kuroshio menghambat perjalanan ke Hachijo-jima?

Jejak hubungan dengan pulau utama terlihat di Oshima, Niijima, dan Miyake-jima, tetapi jejak yang sama tidak ditemukan di Hachijo-jima. Semua pulau ini terpisah oleh laut. Mengapa berbeda?

Untuk menelitinya, tim juga memperkirakan dari DNA kapan populasi pulau utama dan Hachijo-jima berpisah. Perkiraannya sekitar 150.000 tahun lalu, dengan rentang dalam makalah sekitar 120.000–190.000 tahun lalu. Perhitungan ini mengasumsikan bahwa kedua populasi tidak menghasilkan keturunan bersama setelah berpisah. Jadi, hasilnya tidak menunjukkan kapan kumbang pertama tiba di pulau.

Lapisan geologi menunjukkan bahwa sekitar 240.000 tahun lalu Hachijo-jima sudah memiliki daratan. Untuk memikirkan hubungan kumbang setelah itu, Kishino dan rekan-rekannya memperhatikan Kuroshio. Arus laut kuat ini terkadang melewati antara Mikura-jima dan Hachijo-jima. Tim mempertimbangkan kemungkinan bahwa arus tersebut menghambat perpindahan ke pulau.

Penelitian lain merekonstruksi laut masa lalu dari lumpur yang mengendap di dasar laut. Hasilnya menunjukkan bahwa pada suatu masa dingin Kuroshio diperkirakan mengalir lebih ke selatan daripada sekarang. Tim Kishino mengusulkan bahwa nenek moyang kumbang mungkin dapat mencapai Hachijo-jima pada masa itu. Kemudian, ketika arus bergeser ke utara dan melintas di antara pulau-pulau, kayu hanyut bisa terbawa ke arah lain sehingga Hachijo-jima lebih sulit dicapai. Ini adalah hipotesis. Waktu perpisahan populasi mempunyai rentang perkiraan yang lebar, sehingga belum diketahui apakah tepat bertepatan dengan perubahan jalur arus.

Setiap kali kumbang dari pulau utama menghasilkan keturunan di suatu pulau, DNA asal pulau utama bertambah dalam populasi setempat. Tim menduga bahwa penambahan seperti ini lebih sedikit di Hachijo-jima. Akibatnya, perubahan yang cocok untuk kehidupan pulau mungkin lebih mudah bertahan dan turut mendorong evolusi rahang yang lebih pendek.

Apa yang diubah saat larva tumbuh?

Jika cara rahang berkembang berubah, DNA terkait pertumbuhan mungkin menyimpan petunjuk lain. Sel larva memiliki komponen penerima sinyal pertumbuhan yang dikirim sesuai kondisi nutrisi tubuh. Pada kumbang Hachijo-jima, DNA yang menyimpan petunjuk pembuatan komponen itu memiliki perbedaan yang tidak terlihat pada populasi lainnya.

Tim membagi larva dari pulau utama menjadi dua kelompok, lalu mengurangi produksi komponen itu pada salah satunya. Ketika jantan dewasa diukur, kelompok dengan produksi yang dikurangi mempunyai rahang lebih pendek relatif terhadap tubuh daripada kelompok tanpa perlakuan tersebut. Percobaan itu mengonfirmasi bahwa komponen ini terlibat dalam perkembangan rahang.

Apa yang diketahui dan apa yang masih perlu diuji?

Penelitian ini mengonfirmasi bahwa jantan Hachijo-jima memiliki rahang lebih pendek, bahkan setelah ukuran tubuh diperhitungkan. Perbandingan DNA menemukan jejak keturunan kumbang pendatang dari pulau utama di Oshima, Niijima, dan Miyake-jima. Jejak yang sama tidak ditemukan di Hachijo-jima. Hubungan dengan pulau utama ternyata berbeda antar pulau.

Tim menduga bahwa karena DNA pulau utama lebih jarang masuk ke Hachijo-jima, perubahan yang cocok untuk kehidupan setempat lebih mudah bertahan dan evolusi rahang pendek ikut terdorong. Lingkungan pulau dan sejarah lebih sedikitnya pendatang dari pulau utama mungkin sama-sama berperan.

Masih ada yang harus diuji. Percobaan menunjukkan bahwa pengurangan produksi komponen pertumbuhan pada larva pulau utama menghasilkan rahang lebih pendek. Namun, belum diuji apakah perbedaan DNA yang ditemukan di Hachijo-jima sendiri mengubah cara kerja komponen tersebut. Untuk mengetahui kapan rahang pendek berguna di pulau itu, perlu diteliti pula di mana para jantan bertemu dan apa yang mereka perebutkan.

Penjelasan bahwa Kuroshio menghambat perjalanan ke Hachijo-jima juga masih berupa hipotesis. Kita memerlukan lebih banyak bukti tentang kapan dan melalui jalur mana kumbang pertama datang, serta bagaimana perpindahan berikutnya berubah. Misalnya, membandingkan serangga lain yang hidup di Mikura-jima dan Hachijo-jima dapat menunjukkan apakah perbedaan DNA juga membesar di antara kedua pulau itu. Ini mungkin memberi petunjuk mengenai pengaruh arus laut.

Menelusuri perbedaan rahang ternyata membawa kita ke asal-usul pulau dan gerakan laut. Apakah melemahnya hubungan dengan pulau utama membantu kumbang Hachijo-jima berevolusi dengan caranya sendiri? Tantangan berikutnya adalah memakai hasil ini sebagai titik awal untuk menguji hubungan antara kerja DNA dan kehidupan kumbang di pulau.

Referensi