Membayangkan Dunia Tanpa Spesies

 

Bahkan Charles Darwin, penulis "The Origin of Species," memiliki masalah dengan spesies.

"Saya sangat terkesan betapa samar dan sewenang-wenangnya perbedaan antara spesies dan varietas," tulis Darwin dalam karyanya 1859.

Mengkategorikan spesies bisa menjadi sangat kabur pada skala mikroba kecil. Bagaimanapun, definisi klasik spesies sebagai perkawinan silang tidak berlaku untuk organisme aseksual. Memeriksa DNA tidak banyak membantu: misalnya bakteri E. coli hanya memiliki 20 persen gen yang sama. Proses klasifikasi semakin rumit karena banyak mikroba bekerja sangat erat sehingga tidak jelas apa yang harus memanggil organisme terpisah, apalagi spesies yang terpisah.

Kesulitan klasifikasi menghasilkan debat perdebatan dalam komunitas biologi. Tapi, untuk rekan postdoctoral Mikhail Tikhonov, perdebatan-perdebatan dalam satu bidang adalah arena bermain teoritis yang lain. Dalam penelitian baru, dia bertanya: Mungkinkah interaksi organisme digambarkan tanpa menyebutkan spesies sama sekali?

"Pertanyaan spesies adalah tantangan yang menarik untuk fisika teoritis," kata Tikhonov, yang baru-baru ini meninggalkan Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) untuk posisi di Stanford University. "Secara intuitif, memperkenalkan beberapa klasifikasi sepertinya tidak dapat dihindari, dan alternatifnya sulit untuk dibayangkan. Tetapi, fisika teoritis benar-benar mahir dalam menggunakan matematika untuk melampaui apa yang tampak intuitif."

Tikhonov menguraikan kerangka kerja untuk memikirkan kembali bahasa klasifikasi spesies. Model biologi klasik dimulai dari asumsi bahwa perbedaan antara spesies didefinisikan secara jelas.

Tikhonov mengambil pendekatan sebaliknya yang dimulai dengan kelainan total dan secara bertahap menambahkan sejumlah kecil struktur.

"Alih-alih memikirkan spesies, bagaimana jika kita membayangkan komunitas mikroba sebagai sup organisme bebas untuk semua dan menambahkan struktur sedikit demi sedikit - seperti gen ini cenderung berasosiasi dengan gen itu," kata Tikhonov. "Dengan melakukan itu, kita dapat mengajukan pertanyaan tentang dinamika sistem secara keseluruhan. Kita dapat bertanya, bagaimana evolusi bertindak berdasarkan struktur di dalam sebuah komunitas, dan bukan pada spesies?"

Pertanyaan ini tidak hanya menarik pada tingkat teoritis, namun bisa saja memiliki implikasi nyata dalam memahami dan mengobati penyakit manusia. Sementara beberapa penyakit (seperti pneumonia atau meningitis) memiliki penyebab khusus, sedangkan banyak lainnya (seperti obesitas atau diabetes tipe II) tampaknya terkait dengan disfungsi tingkat komunitas mikrobioma kita - komunitas bakteri yang sangat beragam yang hidup dan di dalam tubuh kita. Untuk memahami penyakit ini, peneliti harus mengerti bagaimana sistem kerjanya secara keseluruhan.

Masih ada jalan yang panjang, namun fisika teoritis dan matematika terapan bisa berperan dalam menyelesaikan perdebatan biologis yang sudah berlangsung lama ini. Dalam beberapa hal, kehidupan mikroba seperti dunia kuantum fisika partikel: keduanya tidak dapat langsung dipahami oleh indera kita, dan karenanya keduanya tidak sesuai dengan intuisi yang berasal dari pengalaman kita sehari-hari. Saat intuisi gagal, matematika menunjukkan jalannya.