Bagaimana Manusia Bisa Berjalan Tegak?

PANGGUL sering disebut sebagai kunci gerak tegak. Lebih dari bagian tubuh bawah lainnya, panggul telah berubah secara radikal selama jutaan tahun. perubahan ini memungkinkan nenek moyang menjadi berkaki dua (biped) yang menjelajahi dan menetap di seluruh Bumi.

Namun bagaimana evolusi mencapai perubahan ekstrem tersebut sejauh ini masih menjadi misteri. Namun sebuah studi baru di jurnal Nature yang dipimpin oleh para ilmuwan Harvard mengungkap dua perubahan genetik kunci yang merombak pelvis dan memungkinkan kebiasaan aneh kita berjalan dengan dua kaki.

“Apa yang kami lakukan di sini menunjukkan bahwa dalam evolusi manusia terdapat pergeseran mekanistik yang menyeluruh,” kata Terence Capellini, profesor dan ketua Departemen Biologi Evolusi Manusia sekaligus penulis utama makalah tersebut, seperti dilaporkan The Harvard Gazette.

“Tidak ada padanannya pada primata lain. Evolusi yang baru transisi dari sirip menjadi anggota badan atau perkembangan sayap kelelawar dari jari sering kali melibatkan perubahan besar dalam cara pertumbuhan perkembangan terjadi. Di sini kita melihat manusia melakukan hal yang sama, tetapi untuk pelvis mereka,” tambahnya.

Para ahli anatomi telah lama mengetahui bahwa pelvis manusia unik di antara primata. Tulang pinggul atas, atau ilia, simpanse, bonobo, dan gorilla kerabat terdekat kita tinggi, sempit, dan rata dari depan ke belakang. Dari samping, tulang-tulang tersebut tampak seperti bilah-bilah tipis. Geometri pelvis kera menopang otot-otot besar untuk memanjat.

Pada manusia, tulang pinggul telah berputar ke samping membentuk mangkuk (sebenarnya, kata “pelvis” berasal dari kata Latin yang berarti baskom). Tulang pinggul manusia yang melebar menyediakan tempat bagi otot-otot yang memungkinkan kita menjaga keseimbangan saat memindahkan berat badan dari satu kaki ke kaki lainnya saat berjalan dan berlari.

Dalam makalah terbaru mereka, tim peneliti internasional mengidentifikasi beberapa pergeseran genetik dan perkembangan kunci yang secara radikal mengubah pelvis kera berkaki empat menjadi bipedal.

“Yang kami coba lakukan adalah mengintegrasikan berbagai pendekatan untuk mendapatkan gambaran lengkap tentang bagaimana pelvis berkembang seiring waktu,” kata Gayani Senevirathne, seorang peneliti pascadoktoral di laboratorium Capellini dan penulis utama studi ini.

Senevirathne menganalisis 128 sampel jaringan embrionik dari manusia dan hampir dua lusin spesies primata lainnya dari museum-museum di AS dan Eropa. Koleksi-koleksi ini mencakup spesimen berusia seabad yang dipasang pada slide kaca atau diawetkan dalam stoples.

Para peneliti juga mempelajari jaringan embrionik manusia yang dikumpulkan oleh Laboratorium Penelitian Cacat Kelahiran di Universitas Washington. Mereka melakukan pemindaian CT dan menganalisis histologi (struktur mikroskopis jaringan) untuk mengungkap anatomi panggul selama tahap awal perkembangan.

“Pekerjaan yang dilakukan Gayani sungguh luar biasa,” kata Capellini. “Ini seperti lima proyek dalam satu,” ungkapnya.

Para peneliti menemukan bahwa evolusi membentuk kembali panggul manusia dalam dua langkah utama. Pertama, ia menggeser lempeng pertumbuhan sebesar 90 derajat sehingga ilium manusia melebar, alih-alih tinggi. Kemudian, pergeseran lain mengubah alur waktu pembentukan tulang embrionik.

Sebagian besar tulang di tubuh bagian bawah terbentuk melalui proses yang dimulai ketika sel-sel tulang rawan terbentuk pada lempeng pertumbuhan yang sejajar dengan sumbu panjang tulang yang sedang tumbuh. Tulang rawan ini kemudian mengeras menjadi tulang dalam proses yang disebut osifikasi.

Pada tahap awal perkembangan, lempeng pertumbuhan iliaka manusia terbentuk dengan pertumbuhan yang sejajar dari kepala ke ekor, sama seperti yang terjadi pada primata lainnya. Namun pada hari ke-53, lempeng pertumbuhan pada manusia berevolusi untuk bergeser secara radikal tegak lurus dari sumbu aslinya sehingga memperpendek dan melebarkan tulang pinggul.

“Melihat panggul, hal itu tidak terpikirkan oleh saya,” kata Capellini. “Saya mengharapkan perkembangan bertahap untuk memperpendek dan kemudian melebarkannya. Namun, histologi benar-benar mengungkapkan bahwa panggul ternyata terbalik 90 derajat membuatnya pendek dan lebar secara bersamaan,” terangnya.

Para penulis berpendapat bahwa perubahan ini dimulai dengan reorientasi lempeng pertumbuhan sekitar waktu nenek moyang bercabang dari kera Afrika, yang diperkirakan antara 5 juta dan 8 juta tahun yang lalu.

Pada manusia, ilia melakukan sesuatu yang sangat berbeda.  Osifikasi dimulai di bagian belakang sakrum dan menyebar secara radial. Mineralisasi ini tetap terbatas pada lapisan perifer dan osifikasi bagian dalam tertunda 16 minggu dibandingkan dengan primata lain memungkinkan tulang mempertahankan bentuknya saat tumbuh dan secara fundamental mengubah geometrinya.

“Secara embrionik, pada usia 10 minggu Anda memiliki pelvis,” kata Capellini sambil membuat sketsa di papan tulis. “Kelihatannya seperti ini berbentuk cekungan,” paparnya.

Untuk mengidentifikasi kekuatan molekuler yang mendorong pergeseran ini, Senevirathne menggunakan teknik seperti multiomik sel tunggal dan transkriptomik spasial. Tim tersebut mengidentifikasi lebih dari 300 gen yang berperan, termasuk tiga gen dengan peran yang sangat besar  SOX9 dan PTH1R (mengendalikan pergeseran lempeng pertumbuhan), dan RUNX2 (mengendalikan perubahan osifikasi).

Pentingnya gen-gen ini ditegaskan dalam penyakit yang disebabkan oleh malfungsi mereka. Misalnya, mutasi pada SOX9 menyebabkan displasia kampomelik, suatu kelainan yang menyebabkan tulang pinggul menyempit secara abnormal dan tidak melebar secara lateral. Serupa dengan itu, mutasi pada PTH1R menyebabkan tulang pinggul menyempit secara abnormal dan penyakit rangka lainnya.

Para penulis berpendapat bahwa perubahan ini dimulai dengan reorientasi lempeng pertumbuhan sekitar waktu nenek moyang kita bercabang dari kera Afrika, diperkirakan antara 5 juta dan 8 juta tahun yang lalu. Mereka percaya bahwa panggul tetap menjadi pusat perubahan evolusi selama jutaan tahun.

Seiring otak membesar, panggul berada di bawah tekanan selektif lain yang dikenal sebagai “dilema obstetrik” pilihan antara panggul yang sempit (menguntungkan untuk lokomosi yang efisien) dan panggul yang lebar (memfasilitasi kelahiran bayi berotak besar).

Mereka berpendapat bahwa osifikasi yang tertunda kemungkinan terjadi dalam 2 juta tahun terakhir. Pelvis tertua dalam catatan fosil adalah Ardipithecus berusia 4,4 juta tahun dari Etiopia (hibrida pejalan kaki tegak dan pemanjat pohon dengan jari kaki yang mencengkeram), dan menunjukkan tanda-tanda fitur mirip manusia pada pelvis.

Kerangka Lucy berusia 3,2 juta tahun yang terkenal, juga dari Etiopia, mencakup pelvis yang menunjukkan perkembangan lebih lanjut dari ciri-ciri bipedal seperti bilah pinggul yang melebar untuk otot-otot bipedal.

Capellini yakin studi baru ini akan mendorong para ilmuwan untuk memikirkan kembali beberapa asumsi dasar tentang evolusi manusia. “Semua hominid fosil sejak saat itu mengembangkan pelvis secara berbeda dari primata lain yang ada sebelumnya,” kata Capellini.

“Peningkatan ukuran otak yang terjadi kemudian tidak boleh ditafsirkan dalam model pertumbuhan seperti simpanse dan primata lainnya. Modelnya haruslah apa yang terjadi pada manusia dan hominin. Pertumbuhan ukuran kepala janin selanjutnya terjadi dengan latar belakang cara baru dalam pembentukan pelvis,” lanjutnya. hay