Jawa Pos Radar Lawu - Bayangkan sebuah makhluk hidup yang tubuhnya bisa langsung memendek hingga tinggal seperempat ukuran awal hanya dalam beberapa milidetik. Bukan hewan besar atau organisme dengan otot kompleks, melainkan makhluk bersel satu yang hidup di air.
Ilmuwan menemukan bahwa kemampuan luar biasa itu dimiliki Spirostomum ambiguum, organisme mikroskopis yang mampu mengubah ukuran tubuhnya dalam waktu kurang dari lima milidetik. Kecepatannya bahkan jauh melampaui gerakan otot manusia.
Rahasia kemampuan tersebut ternyata terletak pada kombinasi ion kalsium dan jaringan protein berbentuk seperti jaring ikan. Mekanisme unik ini memungkinkan organisme tersebut berkontraksi dengan sangat cepat dan berulang kali. Peneliti berharap sistem tersebut suatu hari dapat menjadi inspirasi untuk membuat otot buatan yang mampu bergerak jauh lebih cepat.
Satu Sel dengan Kemampuan Gerak Luar Biasa
Spirostomum ambiguum merupakan organisme bersel satu berukuran besar dari kelompok ciliata. Namanya berasal dari rambut-rambut sangat kecil yang disebut silia, yang digunakannya untuk bergerak di air.
Meski hanya terdiri dari satu sel, organisme ini memiliki kemampuan kontraksi yang ekstrem. Tubuhnya dapat memendek dengan kecepatan sekitar 100 kali panjang tubuh per detik, kemudian kembali ke bentuk semula dan mengulangi gerakan tersebut.
Para ilmuwan menduga gerakan cepat itu membantu Spirostomum menghadapi ancaman di lingkungannya. Kontraksi mendadak mungkin digunakan untuk menghindari predator atau berkomunikasi dengan organisme ciliata lainnya.
Kecepatan tersebut membuat Spirostomum menarik untuk dipelajari. Pasalnya, serat otot manusia memang dapat memendek dengan proporsi yang sebanding, tetapi membutuhkan waktu sekitar 10 kali lebih lama untuk melakukannya.
"The difference between what Spirostomum can do and what we can do comes down to what is powering the contraction, and what the machinery behind it looks like," says Mary Elting, associate professor of biophysics at North Carolina State University and co-corresponding author of the work. "If we can understand those processes, it could help us build synthetic systems that mimic the speed and power of this single-celled organism."
Baca Juga: Balon Udara Mini dari Plastik, Eksperimen Sains Seru Mengisi Waktu Liburan Sekolah!
Ada “Jaring” Protein di Tubuhnya
Untuk mengetahui bagaimana kontraksi tersebut terjadi, peneliti menggunakan mikroskop elektron dan mikroskop imunofluoresensi.
Hasil pengamatan menunjukkan bahwa ion kalsium menjadi pemicu kontraksi. Namun, kalsium bukan satu-satunya bagian penting. Di dalam tubuh Spirostomum terdapat struktur serat bernama myoneme.
Struktur ini tersusun dari protein pengikat kalsium, yaitu centrin dan Sfi1. Pada Spirostomum, myoneme tidak tersusun seperti otot manusia. Sebaliknya, struktur tersebut membentuk jaringan menyerupai jaring ikan yang mengelilingi bagian luar sel.
Ketika kontraksi dimulai, jaringan tersebut mengencang ke arah dalam sehingga seluruh tubuh organisme ikut menyusut.
Setelah kontraksi selesai, jaringan kembali ke konfigurasi awal dan tubuh organisme dapat kembali memanjang.
Mengapa Bentuknya Seperti Jaring?
Bentuk tersebut ternyata memiliki fungsi penting.
Jaringan seperti jaring ikan memungkinkan seluruh tubuh Spirostomum berkontraksi secara relatif merata. Dengan begitu, organel internal, bagian dalam sel yang menjalankan fungsi seperti organ pada organisme yang lebih kompleks, tetap terlindungi meskipun tubuh mengalami perubahan bentuk dengan sangat cepat.
"The fishnet geometry is unique because it lets Spirostomum contract uniformly, which protects is internal organelles (single cells' versions of organs) while it moves so quickly," Elting says. "It works because the Sfi1 protein in the myoneme can shift from stiff to flexible. In the presence of calcium ions Sfi1 loses its stiffness and clumps up like a ball of wet spaghetti, which causes the fishnet to pull tight, shrinking the organism."
Perubahan sifat protein Sfi1 menjadi salah satu kunci dari mekanisme tersebut. Ketika ion kalsium hadir, protein yang sebelumnya kaku menjadi lebih fleksibel dan menggumpal. Kondisi itu membuat jaringan protein semakin mengencang hingga tubuh organisme memendek.
Cara Kerjanya Berbeda dari Otot Manusia
Keunikan Spirostomum tidak hanya terletak pada kecepatannya. Cara organisme ini menghasilkan kontraksi juga berbeda dari sistem otot manusia.
Otot manusia menggunakan adenosin trifosfat (ATP) sebagai sumber energi untuk melakukan kontraksi. ATP menyimpan dan melepaskan energi melalui reaksi kimia.
Sementara itu, sistem pada Spirostomum tampaknya mengandalkan ion kalsium dengan mekanisme yang sangat berbeda.
"Comparing the way our muscles contract to the way Spirostomum works is like comparing gas to electric power," Elting says. "ATP undergoes a chemical change and gets 'burned up,' like gasoline, whereas calcium ions act like an electrical current, although we still don't know what produces the voltage that starts the current, or how it gets 'reset' so contraction can happen again."
Analogi tersebut menggambarkan perbedaan mendasar antara kedua sistem. Jika ATP ibarat bahan bakar yang digunakan dalam mesin, ion kalsium lebih menyerupai sinyal listrik yang memicu sistem kontraksi.
Namun, masih ada satu teka-teki besar.
Para peneliti belum sepenuhnya memahami bagaimana sistem berbasis kalsium tersebut bisa kembali ke kondisi awal sehingga Spirostomum dapat berkontraksi lagi.
Baca Juga: Kucing Kecil Ini Ternyata Spesies Baru, Terungkap Setelah DNA-nya Diteliti
Bisa Jadi Inspirasi Otot Buatan Super Cepat
Kemampuan Spirostomum untuk melakukan kontraksi berulang menjadi bagian yang sangat menarik bagi penelitian berikutnya.
Secara teori, reaksi yang dipicu kalsium diperkirakan hanya akan berlangsung sekali. Namun, organisme ini mampu mengulanginya berkali-kali.
"We would expect calcium-triggered reactions to be 'one shot,' but Spirostomum can do it repeatedly," Elting says. "Understanding those aspects of its motion are the keys to building a fast-moving, ATP-independent artificial muscle."
Jika para peneliti berhasil memahami bagaimana mekanisme tersebut dimulai dan diatur ulang, prinsipnya mungkin dapat diterapkan pada teknologi buatan manusia.
Dari Organisme Mikroskopis ke Teknologi
Penemuan ini berpotensi memberikan inspirasi bagi pengembangan otot buatan yang tidak bergantung pada ATP dan dapat menghasilkan gerakan sangat cepat.
Teknologi semacam itu masih berada pada tahap penelitian. Para ilmuwan perlu memahami lebih jauh bagaimana sinyal kalsium muncul, bagaimana kontraksi dikendalikan, serta bagaimana sistem tersebut dapat dipulihkan setelah satu kontraksi selesai.
Penelitian mengenai mekanisme ini telah dipublikasikan dalam jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences. Tim peneliti berasal dari sejumlah institusi, termasuk North Carolina State University, University of Chicago, Drake University, University of Colorado Boulder, Georgia Institute of Technology, dan University of California San Francisco.
Pada akhirnya, makhluk bersel satu ini menunjukkan bahwa ukuran bukanlah batas bagi kemampuan biologis. Di balik tubuh mikroskopis Spirostomum ambiguum, terdapat sistem kontraksi yang begitu cepat hingga mampu memberi petunjuk baru bagi pengembangan teknologi gerak di masa depan.
(Silva Yudia Azizah, Magang Universitas Negeri Surabaya)
Editor : Tim Content Writer Radar LawuSumber : Science Daily