LONDON – Meskipun memiliki kesamaan genetik 99,7 persen dengan Homo sapiens, Neanderthal memiliki ciri fisik yang sangat berbeda, khususnya pada struktur wajah yang lebih robust dengan hidung besar, tonjolan alis yang menonjol, dan rahang yang kuat serta berukuran besar.
Penelitian terbaru mengungkap bahwa perbedaan signifikan dalam penampilan fisik ini disebabkan oleh modifikasi minimal pada region genom yang dikenal sebagai “dark genome” atau DNA non-coding.
**Peran DNA Non-Coding dalam Regulasi Genetik**
Dark genome, yang sering disalahpahami sebagai “junk DNA”, merupakan sekuens genetik yang tidak mengkode protein namun berfungsi sebagai regulatory elements. Region ini berisi instruksi untuk mengatur, mengontrol, dan mengaktivasi gen-gen aktif, mencakup sekitar 98 persen dari keseluruhan DNA manusia.
Dr. Hannah Long, penulis utama studi, menjelaskan: “Genom Neanderthal 99,7 persen identik dengan genom manusia modern dan perbedaan antara spesies kemungkinan bertanggung jawab untuk mengubah penampilan.”
**Enhancer Cluster 1.45 dan Gen SOX9**
Tim peneliti menginvestigasi wilayah dark DNA spesifik yang disebut enhancer cluster 1.45 (EC 1.45), yang berfungsi mengregulasi gen SOX9. Gen ini memiliki peran crucial dalam perkembangan kraniofasial dan formation struktur wajah.
Mutasi pada EC 1.45 diketahui dapat menyebabkan Pierre Robin sequence, kondisi kongenital yang ditandai dengan underdevelopment mandibula. Hal ini mendorong peneliti untuk menyelidiki apakah variasi pada region enhancer ini berkontribusi terhadap perbedaan morfologi wajah antara kedua spesies.
**Analisis Komparatif Single Nucleotide Variants**
Perbandingan antara versi EC 1.45 milik Neanderthal dan manusia modern menunjukkan perbedaan minimal hanya pada tiga single nucleotide variants (SNV). Meskipun perubahan genetik yang sangat terbatas, dampak functional-nya ternyata signifikan terhadap expression patterns gen target.
Untuk mengevaluasi impact biologis dari variasi tersebut, tim peneliti melakukan experimental analysis menggunakan zebrafish embryos sebagai model organism, memasukkan kedua versi EC 1.45 dan mengobservasi aktivitasnya dengan fluorescent markers.
**Enhanced Activity dan Overexpression Effects**
“Yang mengejutkan, meskipun hanya berbeda tiga SNV (varian nukleotida tunggal), EC1.45 Neanderthal menunjukkan peningkatan aktivitas selama perkembangan kraniofasial awal,” tulis para peneliti.
Neanderthal enhancer variant menunjukkan aktivitas yang significantly higher dibanding modern human counterpart, menghasilkan elevated SOX9 gene expression levels selama critical developmental stages.
**Experimental Validation dengan Model Zebrafish**
Penelitian lebih lanjut menggunakan zebrafish embryos yang diberi additional SOX9 gene copies mendemonstrasikan enlargement rahang yang konsisten dengan phenotype yang diamati. Hasil ini mengkonfirmasi bahwa increased SOX9 expression directly contributes kepada development larger, more robust jaw structures.
“Kami menemukan enhancer aktif dalam populasi sel progenitor wajah yang menarik, yang berkontribusi pada pembentukan rahang,” explained Long. “Meningkatkan aktivitasnya mungkin telah memengaruhi ekspresi gen target SOX9 selama perkembangan, mungkin berkontribusi pada beberapa perbedaan bentuk rahang yang terlihat antara manusia modern saat ini dan sisa-sisa fosil dari Neanderthal.”
**Implikasi Evolutionary dan Adaptive Significance**
Enhanced jaw development pada Neanderthals kemungkinan merepresentasikan adaptive response terhadap environmental pressures yang berbeda dari yang dihadapi early modern humans. Robust craniofacial features mungkin memberikan advantages dalam processing tough foods atau withstanding mechanical stresses.
Differential expression patterns SOX9 gene menunjukkan bagaimana minute genetic changes dapat menghasilkan dramatic phenotypic differences antara closely related species, demonstrating sensitivity developmental pathways terhadap regulatory modifications.
**Clinical Implications dan Medical Applications**
Discovery ini memiliki potential applications dalam clinical settings, particularly untuk understanding craniofacial developmental disorders. Long berharap findings dapat “memberikan pemahaman kita tentang perubahan urutan pada orang dengan kondisi wajah dan menginformasikan diagnosis.”
Understanding regulatory mechanisms yang control SOX9 expression dapat inform therapeutic approaches untuk treating congenital craniofacial anomalies, providing insights into normal dan abnormal developmental processes.
**Methodological Innovations dalam Comparative Genomics**
Study ini demonstrates effectiveness menggunakan model organisms untuk investigating evolutionary differences between extinct dan extant species. Zebrafish system provides accessible platform untuk functional analysis regulatory elements yang tidak dapat directly studied dalam human subjects.
Integration ancient DNA analysis dengan contemporary molecular biology techniques enables detailed investigation evolutionary mechanisms yang shaped human diversity dan species divergence.
**Broader Implications untuk Human Evolution Research**
Findings highlight importance non-coding DNA regions dalam driving evolutionary changes dan species differentiation. Traditionally overlooked “junk DNA” regions ternyata harbor critical regulatory information yang shapes organism development dan phenotypic diversity.
Research demonstrates bahwa major morphological differences antara related species dapat result dari minimal genetic changes dalam regulatory regions rather than modifications dalam protein-coding sequences themselves.
**Future Research Directions**
Continued investigation dark genome regions may reveal additional factors contributing kepada human-Neanderthal differences dalam other anatomical features. Comparative analysis other enhancer regions could identify additional developmental pathways yang diverged between species.
Advanced genomic techniques enable increasingly detailed analysis evolutionary mechanisms, potentially revealing how small genetic changes produce major phenotypic consequences across evolutionary timescales.
**Conservation Implications dan Genetic Diversity**
Understanding genetic basis morphological diversity provides insights into importance maintaining genetic variation within populations. Regulatory diversity dalam non-coding regions may represent crucial reservoir evolutionary potential untuk adapting future environmental challenges.
Research emphasizes potential consequences genetic bottlenecks yang reduce regulatory diversity, potentially limiting adaptive capacity populations facing environmental changes.
Sumber: Kompas.com
Buku Terkait:
Seri Nat Geo: Mengapa Tidak? 1.111 Jawaban Beraneka Pertanyaan