---
title: "Organogenesis: Membangun Tungkai Tetrapoda"
book: "Biologi Universitas — Tahun 2"
subject: biology
language: id
chapter: 11
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/4/id/chapter/11-organogenesis-membangun-tungkai-tetrapoda
---

# Bab 11 — Organogenesis: Membangun Tungkai Tetrapoda

Tiga hari sesudah sebutir telur ayam diletakkan, sebuah benjolan sebesar kepala jarum muncul pada tiap sisi lembaganya. Empat hari kemudian ia menjadi sebuah sayap, dengan sebuah humerus, sebuah radius dan ulna, sebuah pergelangan, dan tiga jari, dalam urutan yang tepat, dengan panjang yang tepat, dengan otot yang melekat pada tulang yang tepat. Potonglah rabung kulit menebal pada tepi benjolannya dan sayapnya berhenti tumbuh; cangkokkan sekerat tepi belakangnya ke depannya dan ia menumbuhkan enam jari sebagai bayangan cermin. [Tunas tungkai](#def-b2-limb-organogenesis-bud) adalah kasus klasik *organogenesis* — pembangunan sebuah organ dari sebuah medan sel oleh isyarat yang mengatakan seberapa jauh ke luar, seberapa jauh ke depan, dan seberapa jauh ke atas letak tiap selnya — dan percobaan yang memecahkan sandinya termasuk yang terjernih dalam biologi. Bab ini mengikuti tunasnya dari pertumbuhan keluarnya sampai ke rangkanya.

## 11.1 Tunasnya dan ketiga sumbunya

**Definisi 11.1 (Tunas tungkai).**

*Tunas tungkai* adalah sebuah pembengkakan *mesoderm lempeng samping* yang terselubung ektoderm, yang muncul pada kedudukan tetap di sepanjang sisi tubuhnya (yaitu *medan tungkai*) tempat sandi Hox sumbu tubuhnya mengizinkannya; mesodermnya akan membuat tulang, rawan, tendon, dan dermisnya, sedangkan sel yang bermigrasi ke dalamnya dari somitnya akan membuat ototnya. Tunasnya memiliki tiga sumbu, yang masing-masing diatur sebuah pusat pengisyaratan. *Proksimo-distal* (bahu ke ujung jari): *rabung ektoderm apikal* (AER), yaitu sebuah jalur ektoderm menebal sepanjang ujungnya, menyekresikan [faktor pertumbuhan fibroblas](#prop-b2-limb-organogenesis-aer) (FGF) yang menjaga mesoderm di bawahnya tetap membelah dan tak terdiferensiasi. *Antero-posterior* (ibu jari ke kelingking): *zona aktivitas pengutuban* (ZPA), yaitu sebongkah mesoderm pada tepi belakangnya, menyekresikan morfogen *[Sonic hedgehog](#prop-b2-limb-organogenesis-zpa)* (Shh). *Dorso-ventral* (punggung tangan ke telapaknya): ektoderm punggungnya menyekresikan Wnt7a. Tunas tungkai depan dan belakangnya tampak serupa dan memakai isyarat yang sama; keduanya berbeda dalam sebuah faktor transkripsi yang diungkapkan sebelum tunasnya muncul (Tbx5 pada tungkai depan, Tbx4 pada tungkai belakang), dan itulah sebabnya sebuah sayap menjadi sayap.

![Tunas tungkai anak ayam dilihat dari atas, dengan ketiga pusat pengisyaratannya: AER di sepanjang ujungnya menggerakkan pertumbuhan keluarnya, ZPA pada tepi belakangnya memolakan jarinya, dan ektoderm punggungnya membedakan punggung dari telapaknya.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-limb-organogenesis/fig-76131e80139f.svg)

*[Tunas tungkai](#def-b2-limb-organogenesis-bud) anak ayam dilihat dari atas, dengan ketiga pusat pengisyaratannya: AER di sepanjang ujungnya menggerakkan pertumbuhan keluarnya, ZPA pada tepi belakangnya memolakan jarinya, dan ektoderm punggungnya membedakan punggung dari telapaknya.*

![Sebuah lembaga anak ayam di bawah mikroskop elektron payaran: deretan somit sepanjang batang tubuhnya dan, pada sisinya, tunas tungkai berbentuk dayung dengan rabung menebal sepanjang tepinya.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-limb-organogenesis/img-9fac94f50962.jpg)

*Sebuah lembaga anak ayam di bawah mikroskop elektron payaran: deretan somit sepanjang batang tubuhnya dan, pada sisinya, [tunas tungkai](#def-b2-limb-organogenesis-bud) berbentuk dayung dengan rabung menebal sepanjang tepinya.*

## 11.2 Pertumbuhan keluar: sumbu proksimo-distal

**Proposisi 11.2 (Rabung ektoderm apikal).**

AER dibutuhkan bagi pertumbuhan keluarnya dan FGF-nya sudah mencukupi: mesoderm di bawahnya, yaitu *[zona kemajuan](#prop-b2-limb-organogenesis-aer)*, membelah kira-kira tiap dua belas jam, dan sel yang meninggalkan zonanya sembari ujungnya maju berhenti membelah, memadat, lalu berdiferensiasi. Rangkanya terbentuk dalam urutan proksimo-distal — *stilopod* (humerus atau femur), *zeugopod* (radius dan ulna, tibia dan fibula), *autopod* (pergelangan dan jari) — dan tiap ruasnya ditetapkan bergiliran sembari tunasnya tumbuh, dan ruasnya bersesuaian dengan daerah bersarang pengungkapan gen Hox (Hoxa/d 9–10 pada stilopodnya, 11 pada zeugopodnya, 13 pada autopodnya). Sebuah [tunas tungkai](#def-b2-limb-organogenesis-bud) tumbuh kira-kira sepuluh kali lipat panjangnya dalam empat hari sedangkan jangkauan isyarat rabungnya tetap beberapa ratus mikrometer yang sama, sehingga rabungnya memolakan tungkainya bukan sekaligus melainkan sebagai sebuah muka yang bergerak, seperti sebuah pencetak meletakkan sehalaman baris demi baris.

**Bukti eksperimental.** Saunders (1948) membuang AER dari tunas sayap anak ayam pada tahap berturut-turut: dibuang dini, tunasnya hanya memberi sebuah tunggul humerus; dibuang sehari kemudian, humerus dan lengan bawah tetapi tanpa tangan; dibuang lebih lambat lagi, sebuah sayap yang nyaris lengkap — makin lambat operasinya, makin distal taraf pemenggalannya, sehingga rabungnya dibutuhkan bagi tiap ruasnya bergiliran. Mencangkokkan sebuah rabung kedua menghasilkan sebuah pertumbuhan keluar yang kedua; sebuah manik yang direndam FGF, yang ditaruh pada sebuah tunas yang rabungnya telah dibuang, memulihkan sebuah tungkai yang lengkap (Niswander, 1993), dan sebuah manik yang ditaruh pada sisi tubuh di antara medan tungkainya mengimbas sebuah tungkai tambahan. Mencit yang tidak memiliki FGF rabungnya tidak bertungkai. ∎

![Percobaan Saunders. Makin dini rabungnya dibuang, makin banyak bagian tungkainya yang hilang, dan selalu dari ujungnya: rabungnya dibutuhkan bagi tiap ruasnya selagi ruas itu sedang diletakkan.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-limb-organogenesis/fig-f0befb62f965.svg)

*Percobaan Saunders. Makin dini rabungnya dibuang, makin banyak bagian tungkainya yang hilang, dan selalu dari ujungnya: rabungnya dibutuhkan bagi tiap ruasnya selagi ruas itu sedang diletakkan.*

**Teorema 11.3 (Pertumbuhan lewat pembelahan).**

Sebuah tunas yang selnya membelah tiap $T$ jam mengalikan cacah selnya dengan $2^{t/T}$ dalam waktu $t$; empat hari daur dua belas jam memberi $2^{8} = 256$. Kalau volume tunasnya tumbuh seribu kali lipat dalam empat hari itu, pembelahannya memasok faktor 256 dan sisa faktor empat haruslah datang dari pembesaran sel dan matriks yang disekresikan sel rawan di sekelilingnya. Sebaliknya, sebuah ruas yang memakan satu daur sel untuk ditetapkan — kira-kira dua belas jam yang memisahkan taraf pemenggalan berturut-turut pada percobaan Saunders — bersesuaian dengan satu kali pelipatduaan [zona kemajuannya](#prop-b2-limb-organogenesis-aer).

**Bukti.** $N(t) = N_0 2^{t/T}$; dengan $t = 96\,\mathrm{h}$ dan $T = 12\,\mathrm{h}$, $t/T = 8$. Rasio faktor yang dibutuhkan terhadap faktor pembelahannya, $1000/256 \approx 4$, itulah yang harus disediakan pertumbuhan selain pembelahannya. ∎

## 11.3 Jari: sumbu antero-posterior

**Proposisi 11.4 (Zona aktivitas pengutuban).**

ZPA menetapkan jari mana yang terbentuk di mana. Selnya menyekresikan [Sonic hedgehog](#prop-b2-limb-organogenesis-zpa), yang menyebar melintasi tunasnya dari tepi belakangnya, dan sel mesodermnya membaca kepekatannya — dan lamanya mereka terpapar padanya — sebagai sebuah kedudukan: takaran tertingginya memberi jari yang paling belakang, takaran yang lebih rendah memberi jari yang lebih depan, dan di bawah sebuah ambang tidak ada jari sama sekali. Landaiannya berbentuk eksponensial seperti pada [Bab 10](https://one-course.com/books/biology/4/id/chapter/10-perkembangan-lembaga-vertebrata#ch-b2-vertebrate-development), dengan panjang peluruhan beberapa puluh mikrometer, dan ambangnya memotong tunasnya menjadi bakal jarinya: pada sayap anak ayam, dari belakang ke depan, jari 4, 3, dan 2. Sebuah sumber isyarat kedua pada tepi depannya menghasilkan sebuah perangkat kedua sebagai bayangan cermin; sumber yang lebih lemah, atau paparan yang lebih pendek, hanya menghasilkan jari depan perangkat tambahannya. Gen yang sama, dalam peran yang sama, memolakan jari tiap tetrapoda, dan sebuah [mutasi](https://one-course.com/books/biology/4/id/chapter/3-mutasi-dan-penganekaragaman-genom#def-b2-genome-diversification-mutation) yang menambahkan sebuah sumber Shh di depan memberi polidaktili pada kucing, ayam, mencit, dan manusia.

**Bukti eksperimental.** Saunders dan Gasseling (1968) mencangkokkan sebongkah mesoderm tepi belakang dari satu tunas sayap anak ayam ke tepi depan tunas lainnya: inangnya menumbuhkan sebuah sayap berjari enam dalam urutan 4-3-2-2-3-4, yaitu sebuah bayangan cermin terhadap tengahnya. Tickle (1975) menunjukkan bahwa cacah jari tambahannya bergantung pada cacah sel yang dicangkokkan — yaitu sebuah takaran. Riddle dan Tabin (1993) mendapati bahwa jaringan yang dicangkokkan mengungkapkan gen *[Sonic hedgehog](#prop-b2-limb-organogenesis-zpa)*, bahwa gennya tidak diungkapkan di tempat lain mana pun di dalam tunasnya, dan bahwa sel yang direkayasa untuk mengungkapkannya, yang dicangkokkan di depan, menirukan penggandaan cerminnya; sebuah manik proteinnya melakukan hal yang sama. Ayam mutan dengan sebuah bercak Shh salah tempat di depannya memiliki jari depan tambahan. ∎

![Daerah pengutubannya. Kiri: Shh menyebar dari tepi belakangnya dan kepekatannya yang menurun menetapkan jari 4, 3, dan 2. Kanan: sebuah ZPA kedua yang dicangkokkan ke tepi depannya membuat sebuah landaian kedua dan sebuah perangkat jari bayangan cermin.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-limb-organogenesis/fig-a7ce72b7b73c.svg)

*Daerah pengutubannya. Kiri: Shh menyebar dari tepi belakangnya dan kepekatannya yang menurun menetapkan jari 4, 3, dan 2. Kanan: sebuah ZPA kedua yang dicangkokkan ke tepi depannya membuat sebuah landaian kedua dan sebuah perangkat jari bayangan cermin.*

**Teorema 11.5 (Batas jari dari landaiannya).**

Dengan Shh berkepekatan $c_0$ pada tepi belakangnya dan panjang peluruhan $\lambda$, batas wilayah sebuah jari yang ambangnya $T_i$ terletak pada $x_i = \lambda\ln(c_0/T_i)$ dari tepinya. Dengan $\lambda = 50\,\text{µ}\mathrm{m}$ dan ambang $0.6$, $0.25$, dan $0.08$ dari $c_0$ bagi jari 4, 3, dan 2, wilayahnya adalah $0$–$26$, $26$–$69$, dan $69$–$126$ mikrometer, dan jaringan di luar $126\,\text{µ}\mathrm{m}$ tidak membentuk jari. Melipatduakan sumbernya menggeser tiap batasnya ke luar sejauh $\lambda\ln 2 = 35\,\text{µ}\mathrm{m}$ — cukup, pada sebuah tunas beberapa ratus mikrometer, untuk menambahkan sebuah jari pada tepi depannya; sebuah sumber kedua pada tepi depannya meletakkan wilayah yang sama secara terbalik.

**Bukti.** Dari $c(x) = c_0 e^{-x/\lambda}$, $c = T_i$ pada $x_i = \lambda
\ln(c_0/T_i)$: $50\ln(1/0.6) = 25.5$, $50\ln 4 = 69$, $50\ln 12.5 =
126$. Mengganti $c_0$ dengan $2c_0$ menambahkan $\lambda\ln 2$ pada tiap $x_i$. ∎

![Satu rancangan, empat tungkai: tungkai depan manusia, kucing, paus, dan kelelawar berbagi tulang yang sama dalam urutan yang sama — satu stilopod, dua tulang zeugopod, pergelangan, jari — yang dibangun pusat pengisyaratan yang sama dan berbeda dalam pertumbuhannya.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-limb-organogenesis/img-9ff65e3daf25.jpg)

*Satu rancangan, empat tungkai: tungkai depan manusia, kucing, paus, dan kelelawar berbagi tulang yang sama dalam urutan yang sama — satu stilopod, dua tulang zeugopod, pergelangan, jari — yang dibangun pusat pengisyaratan yang sama dan berbeda dalam pertumbuhannya.*

## 11.4 Pemaduan dan pemahatan

**Proposisi 11.6 (Sumbunya saling berbicara).**

Pusatnya saling mempertahankan: FGF dari rabungnya menjaga ZPA tetap mengungkapkan Shh, dan Shh, lewat sebuah penyambung di dalam mesodermnya, menjaga rabungnya tetap mengungkapkan FGF; buanglah salah satunya dan yang lain memudar dalam sehari. Wnt7a dari ektoderm punggungnya juga dibutuhkan bagi pengungkapan Shh sepenuhnya, dan ia menggerakkan nasib punggung mesodermnya (seekor mencit tanpanya memiliki dua telapak). Saling kebergantungan ini adalah sebuah *gelung umpan balik positif* yang mengunci ketiga sumbunya bersama-sama: tungkainya hanya tumbuh di tempat ia sedang dipolakan, dan hanya dipolakan di tempat ia sedang tumbuh, sehingga sebuah tunas tidak pernah membuat sebuah tangan tanpa sebuah lengan atau jari yang keliru macamnya. Ketika pertumbuhan keluarnya selesai, gelungnya diputus — mesodermnya berhenti menyambung, Shh-nya berhenti, rabungnya menyusut — dan tungkainya berhenti tumbuh pada ukurannya yang tepat.

**Proposisi 11.7 (Dari pola ke tulang).**

Begitu ditetapkan, sel mesoderm yang meninggalkan [zona kemajuannya](#prop-b2-limb-organogenesis-aer) *memadat* menjadi tongkat dan lempeng seperti bentuk bakal tulangnya, berdiferensiasi menjadi sel rawan yang menyekresikan sebuah matriks yang kaya kolagen dan proteoglikan, lalu meletakkan sebuah model rawan tiap unsur rangkanya; sendinya terbentuk di tempat sepanjang pita sel diberi tahu agar tidak menjadi rawan; pembuluh darahnya menyerbu modelnya dan tulang menggantikan rawannya dari pusatnya ke luar, sambil meninggalkan lempeng tumbuh pada ujungnya yang menjaga tulangnya tetap memanjang sampai dewasa (*pengosifikasian endokondral*). Bakal ototnya dari somitnya bermigrasi masuk, membelah, lalu melebur menjadi serabut ([Bab 12](https://one-course.com/books/biology/4/id/chapter/12-diferensiasi-sel-sel-otot-rangka#ch-b2-cell-differentiation)) dan melekat lewat tendon yang dibuat mesoderm tungkainya sendiri. Di antara jari-jarinya, jaringannya dibuang lewat kematian sel terprogram: sel selaput antarjarinya, yang diberi tahu sebuah isyarat protein morfogenetik tulang (BMP), mengaktifkan pemusnahan dirinya sendiri lalu dibersihkan dalam sehari, dan itulah yang memisahkan jarinya. Seekor bebek mempertahankan selaputnya karena sebuah penghambat BMP diungkapkan di dalam jaringan antarjarinya; seekor anak ayam yang diberi penghambat yang sama pada sebuah manik menumbuhkan kaki berselaput.

**Bukti eksperimental.** Mesoderm antarjari yang dipotong dari tunas kaki anak ayam lalu dicangkokkan ke tempat lain mati sesuai jadwal — kematiannya intrinsik, diputuskan sebelum jaringannya dibuang; jaringan yang sama dari seekor bebek bertahan hidup. Manik BMP yang ditaruh di antara jari seekor bebek membuat selaputnya mati; manik penghambat gremlin yang ditaruh di antara jari seekor anak ayam menyelamatkannya. Seekor mencit yang tidak memiliki reseptor BMP di tungkainya mempertahankan selaputnya. ∎

![Memahat tangannya: jari rawan memadat di dalam dayungnya, sel di antaranya mati (merah), dan jari yang terbebas mengeras menjadi tulang.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-limb-organogenesis/fig-1154a10f38bb.svg)

*Memahat tangannya: jari rawan memadat di dalam dayungnya, sel di antaranya mati (merah), dan jari yang terbebas mengeras menjadi tulang.*

**Contoh 11.8 (Tungkai yang sama, ditumbuhkan berbeda).**

Sayap kelelawar adalah sebuah tangan yang jari 2 sampai 5-nya tumbuh beberapa kali lebih panjang daripada jari mencit — sebuah penguat sebuah gen tungkai, yang dipindahkan dari kelelawar ke mencit, memanjangkan tulang tungkai depan mencitnya — dan yang jaringan antarjarinya bertahan hidup, karena selaputnya mengungkapkan penghambat BMP yang dipakai bebeknya. Sirip paus adalah sebuah tangan dengan ruas jari tambahan dan tanpa kematian antarjari. Kaki kuda adalah satu jari tunggal dengan jari lainnya menyusut menjadi bilah. Ular tidak memiliki tungkai karena sisi tubuhnya tidak pernah mengungkapkan isyarat yang memulai sebuah tunas. Dan sirip ikan, yang tidak memiliki autopod, dibangun AER dan ZPA yang sama tetapi menghentikan program Hox-nya sebelum fase akhir yang membuat jari; fosil *Tiktaalik* (berumur 375 juta tahun) memperlihatkan pergelangan yang muncul di dalam sebuah sirip. Evolusi tungkai sebagian besar adalah pemodulasian sebuah program yang lestari — berapa lama tiap fasenya berjalan, seberapa jauh tiap isyaratnya menjangkau, sel mana yang mati.

## 11.5 Latihan

**Latihan 11.1 ★.**

Sebutkan ketiga sumbu [tunas tungkainya](#def-b2-limb-organogenesis-bud) dan, bagi masing-masingnya, pusat pengisyaratannya, kedudukannya, dan isyaratnya.

**Solusi Latihan 11.1.**

Proksimo-distal: [rabung ektoderm apikal](#def-b2-limb-organogenesis-bud) di sepanjang ujungnya, FGF. Antero-posterior: [zona aktivitas pengutuban](#def-b2-limb-organogenesis-bud) pada tepi belakangnya, [Sonic hedgehog](#prop-b2-limb-organogenesis-zpa). Dorso-ventral: ektoderm punggungnya, Wnt7a.

**Latihan 11.2 ★.**

Berikan ketiga ruas rangka tungkainya dan tulang tiap ruasnya pada lengan dan kaki manusia. Gen Hox mana yang menandainya?

**Solusi Latihan 11.2.**

Stilopod: humerus, femur (Hoxa/d 9–10). Zeugopod: radius dan ulna, tibia dan fibula (Hox 11). Autopod: pergelangan dan tangan, pergelangan kaki dan kaki (Hox 13).

**Latihan 11.3 ★.**

Daftarkan, menurut urutannya, langkah dari sebercak mesoderm lempeng samping sampai ke sebuah jari beserta tulang, sendi, dan ototnya.

**Solusi Latihan 11.3.**

Medan tungkainya ditetapkan (Tbx5); tunasnya tumbuh keluar di bawah FGF rabungnya; ZPA dan ektoderm punggungnya memolakannya; sel yang meninggalkan [zona kemajuannya](#prop-b2-limb-organogenesis-aer) memadat menjadi jari-jari; rawannya berdiferensiasi; sendinya terbentuk di tempat rawannya ditekan; pembuluh darahnya menyerbu dan tulang menggantikan rawannya; sel antarjarinya mati; bakal otot dari somitnya bermigrasi masuk, melebur, lalu melekat lewat tendon.

**Latihan 11.4 ★.**

Tungkainya tampak seperti apa kalau AER-nya dibuang (a) begitu tunasnya muncul, (b) sesudah lengan bawahnya ditetapkan, (c) sama sekali tidak dibuang melainkan digantikan sebuah manik FGF?

**Solusi Latihan 11.4.**

(a) Sebuah tunggul dengan sedikit atau tanpa humerus; (b) humerus, radius, dan ulna tetapi tanpa tangan; (c) sebuah tungkai yang lengkap — FGF menggantikan rabungnya.

**Latihan 11.5 ★★.**

Dengan $\lambda = 40\,\text{µ}\mathrm{m}$ dan ambang $0.5$, $0.2$, dan $0.05$ dari kepekatan sumbernya bagi jari 4, 3, dan 2, hitunglah ketiga batasnya dan lebar tiap wilayah jarinya.

**Solusi Latihan 11.5.**

$x = 40\ln 2 = 28\,\text{µ}\mathrm{m}$, $40\ln 5 = 64\,\text{µ}\mathrm{m}$, $40\ln 20 = 120\,\text{µ}\mathrm{m}$: wilayah selebar 28, 36, dan $56\,\text{µ}\mathrm{m}$.

**Latihan 11.6 ★★.**

Ramalkanlah pola jari sebuah sayap anak ayam sesudah (a) sebuah ZPA penuh dicangkokkan ke tepi depannya, (b) sebuah cangkokan berisi seperempat cacah sel ZPA-nya, (c) sebuah manik Shh pada tepi depannya yang dibuang sesudah paparan yang pendek. Jelaskan masing-masingnya dari segi takaran dan waktunya.

**Solusi Latihan 11.6.**

(a) 4-3-2-2-3-4, yaitu sebuah perangkat cermin yang penuh. (b) Sumber yang lebih lemah memberi puncak yang lebih rendah, sehingga hanya jari berambang rendah yang ditambahkan: 2-2-3-4. (c) Paparan yang pendek juga hanya menetapkan jari tambahan yang paling depan: 2-2-3-4 — selnya mengintegralkan kepekatannya sepanjang waktu.

**Latihan 11.7 ★★.**

Sebuah [tunas tungkai](#def-b2-limb-organogenesis-bud) anak ayam memiliki $5000$ sel ketika rabungnya terbentuk dan selnya membelah tiap $12\,\mathrm{h}$. Berapa selnya sesudah empat hari? Kalau tungkainya pada tahap itu memiliki $4\times 10^{6}$ sel, apa yang pastilah benar tentang daur selnya atau tentang kematian selnya?

**Solusi Latihan 11.7.**

$5000\times 2^{8} = 1.3\times 10^{6}$. Mencapai $4\times 10^{6}$ menuntut $\log_2 800 = 9.6$ kali pelipatduaan, sehingga daurnya haruslah rata-rata kira-kira $10\,\mathrm{h}$, atau cacahnya haruslah mencakup bakal otot yang bermigrasi masuk dari somitnya; kematian sel akan memperburuk ketaksepadanannya, bukan memperbaikinya.

**Latihan 11.8 ★★.**

Jelaskan mengapa anak ayam berjari kaki bebas dan bebek berkaki selaput, serta apa yang dikerjakan sebuah manik penghambat BMP di antara jari kaki sebuah lembaga anak ayam. Apa yang dikatakan waktu intrinsik kematian antarjarinya (ia terjadi sesuai jadwal pada sebuah cangkokan) tentang bagaimana selnya diperintah?

**Solusi Latihan 11.8.**

Sel antarjari anak ayam menerima sebuah isyarat BMP lalu mati; sel antarjari bebek mengungkapkan sebuah penghambat BMP lalu bertahan hidup, sehingga selaputnya menetap. Penghambat pada sebuah manik menyelamatkan selaput anak ayamnya: yaitu sebuah kaki berselaput. Kematian sesuai jadwal pada sebuah cangkokan berarti selnya sudah diperintah sebelum dibuang — keputusannya dibuat dini lalu dijalankan kemudian, secara otonom.

**Latihan 11.9 ★★.**

Seekor mencit tidak memiliki Hoxa13 maupun Hoxd13; mencit lain tidak memiliki Hoxa11 maupun Hoxd11. Ramalkanlah rangka tungkai depan masing-masingnya lalu katakan apa yang ditunjukkan hasilnya tentang hubungan antara daerah Hox dan ruasnya.

**Solusi Latihan 11.9.**

Tanpa Hoxa13 dan Hoxd13: tanpa autopod — tungkai depannya berakhir pada pergelangannya. Tanpa Hoxa11 dan Hoxd11: radius dan ulna yang jauh memendek dengan sebuah tangan yang melekat nyaris langsung pada humerusnya. Tiap ruasnya membutuhkan pasangan Hox-nya sendiri; daerahnya bukan sekadar penanda melainkan perintah.

**Latihan 11.10 ★★★.**

Jelaskan umpan balik positif antara AER dan ZPA-nya, mengapa ia membuat tungkainya tegar, dan apa yang akan terjadi pada sebuah tunas yang Shh-nya tidak dapat mempertahankan FGF-nya. Pertentangkan dengan umpan balik positif persalinan pada [Bab 8](https://one-course.com/books/biology/4/id/chapter/8-perkembangbiakan-seksual-mamalia#ch-b2-mammal-reproduction): apa yang mengakhiri tiap gelungnya?

**Solusi Latihan 11.10.**

FGF dari rabungnya menjaga Shh tetap menyala di dalam ZPA-nya; Shh, lewat sebuah penyambung mesoderm, menjaga FGF tetap menyala di dalam rabungnya. Maka isyarat tiap pusatnya menyatakan bahwa yang lain sedang bekerja, sehingga sebuah tungkai tidak pernah tumbuh tanpa dipolakan maupun dipolakan tanpa tumbuh, dan kehilangan sementara salah satunya diperbaiki yang lain. Kalau Shh-nya tidak dapat mempertahankan FGF-nya, rabungnya akan menyusut dalam sehari dan pertumbuhan keluarnya akan berhenti pada ruas mana pun yang telah tercapai: sebuah tungkai yang terpenggal. Gelung persalinannya diakhiri peristiwa yang digerakkannya — kelahirannya membuang rangsangannya; gelung tungkainya diakhiri diferensiasinya — mesodermnya berhenti menyambung ketika tungkainya lengkap.

**Latihan 11.11 ★★★.**

Jari ketiga seekor kelelawar delapan kali lebih panjang daripada jari seekor mencit relatif terhadap ukuran tubuhnya. Kalau rawan jarinya memanjang secara eksponensial dengan laju $r$ tiap hari selama sebuah jendela pertumbuhan, dan jendela kelelawarnya empat hari lebih panjang daripada jendela mencitnya, $r$ berapa yang dibutuhkan? Berikan dua perubahan perkembangan (satu dalam pertumbuhannya, satu dalam kematian selnya) yang membuat sebuah sayap dari sebuah tangan.

**Solusi Latihan 11.11.**

$e^{4r} = 8$: $r = \ln 8/4 = 0.52\,\mathrm{d}^{-1}$. Pertumbuhannya: pembiakan rawan jarinya yang lebih lama dan lebih cepat (sebuah penguat tungkai yang menaikkan pengungkapan sebuah gen pertumbuhan di dalam jarinya). Kematiannya: bertahan hidupnya jaringan antarjarinya lewat pengungkapan sebuah penghambat BMP, yang mempertahankan selaputnya.

**Latihan 11.12 ★★★.**

[Sonic hedgehog](#prop-b2-limb-organogenesis-zpa) memolakan [tabung saraf](https://one-course.com/books/biology/4/id/chapter/10-perkembangan-lembaga-vertebrata#prop-b2-vertebrate-development-neurulation) dari lempeng lantainya ([Bab 10](https://one-course.com/books/biology/4/id/chapter/10-perkembangan-lembaga-vertebrata#ch-b2-vertebrate-development)) dan memolakan jari dari ZPA-nya. Bahaslah mengapa evolusi memakai ulang segelintir isyarat bagi banyak pekerjaan, bagaimana molekul yang sama dapat berarti berbeda di dalam jaringan yang berbeda, dan apa yang disiratkannya bagi pengaruh sebuah [mutasi](https://one-course.com/books/biology/4/id/chapter/3-mutasi-dan-penganekaragaman-genom#def-b2-genome-diversification-mutation) pada gen semacam itu.

**Solusi Latihan 11.12.**

Isyaratnya dipakai ulang karena sebuah modul reseptor–transduksi yang bekerja murah untuk dipasang ulang: yang berubah antarjaringan bukanlah isyaratnya melainkan perangkat gen yang selnya yang menerima berkompeten menyalakannya, sehingga tampang kepekatan yang sama berarti neuron motorik di satu tempat dan jari 4 di tempat lain. Maka sebuah [mutasi](https://one-course.com/books/biology/4/id/chapter/3-mutasi-dan-penganekaragaman-genom#def-b2-genome-diversification-mutation) pada gen semacam itu mengenai banyak organ sekaligus — [mutasi](https://one-course.com/books/biology/4/id/chapter/3-mutasi-dan-penganekaragaman-genom#def-b2-genome-diversification-mutation) Shh memberi holoprosensefali dan cacat tungkai bersama-sama — kecuali kalau ia terletak di dalam sebuah penguat yang khusus jaringan, dan dalam hal itu ia hanya mengubah satu organ, dan begitulah sebagian besar perubahan evolusi pada gen ini terjadi.

## 11.6 Soal: Sebuah Sayap yang Dibangun dalam Sepekan

**Soal 11.1.**

Soal akhir pekan — sayap anak ayam diikuti dari tunas sampai rangka: pertumbuhannya lewat pembelahan, pembuangan rabung Saunders diwaktui, landaian Shh-nya dihitung dan penggandaannya diramalkan, selaputnya dipahat dan sayapnya dibandingkan dengan sayap kelelawar, berakhir pada cacah pelipatduaannya, batas jarinya, dan lebar yang dibutuhkan sebuah tunas bagi sebuah penggandaan cermin

Sebuah tunas sayap anak ayam muncul pada 3 hari pengeraman dengan $2000$ sel mesoderm dan panjang $0.4\,\mathrm{mm}$; pada 7 hari sayapnya sepanjang $4\,\mathrm{mm}$ dan volumenya $1000$ kali volume tunasnya. Sel [zona kemajuannya](#prop-b2-limb-organogenesis-aer) membelah tiap $12\,\mathrm{h}$. Pembuangan rabungnya: pada 3,0 hari tungkainya sebuah tunggul; pada 3,5 hari hanya sebuah humerus; pada 4,0 hari humerus, radius, dan ulna; pada 4,5 hari sebuah sayap yang hanya kekurangan ujung jarinya. Shh: $D = 1 \times 10^{-12}\,\mathrm{m}^{2}/\mathrm{s}$, waktu paruh $29\,\mathrm{min}$; ambang $0.6$, $0.25$, $0.08$ dari $c_0$ bagi jari 4, 3, 2. Lebar tunasnya (belakang ke depan) $600\,\text{µ}\mathrm{m}$. Selaput antarjarinya: tiga daerah berukuran $300\,\text{µ}\mathrm{m}$$\times$$300\,\text{µ}\mathrm{m}$$\times$$200\,\text{µ}\mathrm{m}$, dengan sel berukuran $1000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$, yang dibersihkan dalam $24\,\mathrm{h}$.

**Bagian I — Pertumbuhannya.**

1. Berapa kali pelipatduaan yang terjadi dalam empat hari? Berapa sel yang diberikannya dari $2000$ ?
2. Bandingkan dengan kenaikan volume seribu kali lipatnya: faktor berapa yang harus disediakan pembesaran sel dan matriksnya?
3. Dengan faktor berapa panjangnya tumbuh? Kalau tunasnya tumbuh sebagai sebuah silinder berjari-jari tetap, faktor volume berapa yang akan diperolehnya, dan apa yang dikatakan perbedaannya tentang bentuknya?
4. FGF rabungnya menjangkau $300\,\text{µ}\mathrm{m}$ ke dalam mesodermnya. Berapa bagian tunasnya yang berada di bawah pengaruhnya pada 3 hari dan pada 7 hari?
5. Jelaskan mengapa sebuah isyarat berjangkauan tetap di dalam sebuah organ yang tumbuh menghasilkan sebuah urutan proksimo-distal.
6. Sebuah sel meninggalkan [zona kemajuannya](#prop-b2-limb-organogenesis-aer) pada 4 hari. Ruas mana yang dimasukinya?

**Bagian II — Mewaktui ruasnya.**

7. Dari deret pembuangannya, berikan waktu saat tiap ruasnya (stilopod, zeugopod, autopod) telah ditetapkan.
8. Berapa daur sel yang memisahkan penetapan ruas yang berturut-turut?
9. Jelaskan hasilnya dari segi [zona kemajuan](#prop-b2-limb-organogenesis-aer) dan daerah Hox-nya.
10. Sebuah manik FGF ditaruh pada sebuah tunas yang rabungnya dibuang pada 3,5 hari. Ramalkanlah tungkainya.
11. Sebuah rabung kedua dicangkokkan ke permukaan punggung sebuah tunas yang utuh pada 3,5 hari. Ramalkanlah.
12. Mengapa tunasnya berhenti tumbuh pada 7 hari alih-alih terus tumbuh tanpa batas?

**Bagian III — Landaiannya.**

13. Hitunglah $k$ dan $\lambda$ bagi Shh-nya.
14. Hitunglah ketiga batas jarinya dan lebar wilayahnya.
15. Seberapa lebar daerah depan yang tidak membentuk jari pada sebuah tunas $600\,\text{µ}\mathrm{m}$ ?
16. Sebuah [mutasi](https://one-course.com/books/biology/4/id/chapter/3-mutasi-dan-penganekaragaman-genom#def-b2-genome-diversification-mutation) melipatduakan keluaran Shh-nya. Hitunglah kembali batasnya lalu katakan apakah sebuah jari tambahan terbentuk dan jari yang mana.
17. Sebuah ZPA dicangkokkan ke tepi depannya. Lebar tunas minimal berapa yang memungkinkan sebuah perangkat cermin lengkap 4-3-2-2-3-4 tanpa tindihan kedua wilayah jari 2-nya? Apakah tunas anak ayamnya cukup lebar?
18. Ramalkanlah polanya kalau tunasnya hanya selebar $200\,\text{µ}\mathrm{m}$ .
19. Mengapa sebuah cangkokan berisi seperempat ZPA-nya hanya memberi 2-2-3-4?

**Bagian IV — Pemahatan dan evolusinya.**

20. Hitunglah cacah sel di dalam ketiga selaputnya dan laju kematian selnya selama pembersihannya, dalam sel tiap sekon.
21. Sel antarjari seekor bebek mengungkapkan sebuah penghambat BMP. Ramalkanlah pengaruh sebuah manik BMP di dalam selaput bebeknya dan pengaruh penghambatnya di dalam selaput anak ayamnya.
22. Rawan jari seekor kelelawar tumbuh empat hari tambahan pada laju eksponensial $0.5\,\mathrm{d}^{-1}$ . Dengan faktor berapa ia lebih panjang daripada rawan anak ayamnya? Sebutkan perubahan kedua yang membuat selaput sayapnya.
23. Sebuah tunas sirip ikan memiliki sebuah AER dan sebuah ZPA tetapi tidak berjari. Apa yang hilang, dan apa yang ditunjukkan *Tiktaalik* ?
24. Kalau sel selaputnya sebagai gantinya dihasilkan lewat pembelahan dari $1000$ pendiri pada $12\,\mathrm{h}$ tiap daurnya, berapa lama membuatnya? Bandingkan dengan sehari yang dibutuhkan untuk membuangnya.
25. Nyatakan hasilnya: cacah pelipatduaan dalam empat hari, ketiga batas jarinya, dan lebar minimal bagi sebuah penggandaan cermin.

**Solusi Soal 11.1.**

**1.** $96/12 = 8$ kali pelipatduaan: $2000\times 256 = 5.1\times 10^{5}$ sel. **2.** $1000/256 \approx 4$: pembesaran sel dan matriks rawannya. **3.** Panjangnya $\times 10$; sebuah silinder berjari-jari tetap akan memberi $\times 10$ pada volumenya; kelebihan seratus kali lipatnya berarti jari-jarinya juga tumbuh kira-kira sepuluh kali lipat — tunasnya melebar menjadi sebuah dayung sembari memanjang. **4.** Pada 3 hari $300/400 = 75\,\%$; pada 7 hari $300/4000 =
7.5\,\%$. **5.** Hanya ujungnya yang berada di bawah isyaratnya; sembari ujungnya maju, sel yang tertinggal di belakang meninggalkan zonanya dalam urutan pembuatannya, sehingga struktur proksimalnya ditetapkan lebih dahulu dan struktur distalnya paling akhir. **6.** Zeugopodnya (radius dan ulna), yang ditetapkan antara 3,5 dan 4 hari. **7.** Stilopodnya pada 3,5 hari, zeugopodnya pada 4,0 hari, autopodnya pada 4,5 hari (ujung jarinya lebih lambat). **8.** Setengah hari: satu daur sel. **9.** Tiap daur yang dihabiskan di dalam [zona kemajuannya](#prop-b2-limb-organogenesis-aer) memajukan sandi Hox-nya (9–10, lalu 11, lalu 13); sel yang pergi sesudah satu, dua, atau tiga daur mengusung sandi stilopod, zeugopod, atau autopodnya. **10.** Sebuah sayap yang lengkap: FGF-lah yang disediakan rabungnya. **11.** Sebuah pertumbuhan keluar kedua dari permukaan punggungnya: struktur distal yang terganda, yaitu sebuah tungkai tambahan. **12.** Mesodermnya berhenti menyambungkan Shh ke rabungnya, pengungkapan Shh-nya berakhir, rabungnya menyusut, dan selnya berdiferensiasi alih-alih membelah: gelung yang menopang pertumbuhannya telah putus. **13.** $k = \ln 2/1740 = 4.0 \times 10^{-4}\,\mathrm{s}^{-1}$; $\lambda =
\sqrt{10^{-12}/4\times 10^{-4}} = 50\,\text{µ}\mathrm{m}$. **14.** $x = 50\ln(1/0.6) = 26$, $50\ln 4 = 69$, $50\ln 12.5 =
126\,\text{µ}\mathrm{m}$: wilayah selebar 26, 43, dan $57\,\text{µ}\mathrm{m}$. **15.** $600 - 126 = 474\,\text{µ}\mathrm{m}$. **16.** Tiap batasnya bergerak ke luar sejauh $50\ln 2 = 35\,\text{µ}\mathrm{m}$: menjadi 61, 104, 161. Ketiga lebarnya adalah 61, 43, dan $57\,\text{µ}\mathrm{m}$: hanya wilayah jari 4 yang tumbuh, yang lain sekadar tergeser. Polanya bergeser ke depan alih-alih memperoleh sebuah jari, dan daerah depan tanpa jarinya menyusut dari 474 menjadi $439\,\text{µ}\mathrm{m}$. **17.** Tiap perangkatnya membutuhkan $126\,\text{µ}\mathrm{m}$: sedikitnya $252\,\text{µ}\mathrm{m}$; tunas $600\,\text{µ}\mathrm{m}$ memiliki ruang, dengan $348\,\text{µ}\mathrm{m}$ jaringan tanpa jari di tengahnya. **18.** Pada $200\,\text{µ}\mathrm{m}$ kedua landaiannya bertindih lalu menjumlah: sel tengahnya melihat cukup banyak bagi jari 3 dan wilayah jari 2-nya lenyap — 4-3-4 atau 4-3-3-4, yaitu jari yang lebih sedikit daripada sebuah perangkat cermin yang penuh. **19.** Seperempat selnya memberi $c_0/4$: tidak ada sel yang mencapai ambang jari 4 atau jari 3 ($0.25 c_0$ pada tepinya sendiri), dan ambang jari 2-nya terlewati sampai $50\ln(0.25/0.08) =
57\,\text{µ}\mathrm{m}$: yaitu satu jari 2 tambahan. **20.** $3\times 300\times 300\times 200 = 5.4\times 10^{7}$ $\text{µ}\mathrm{m}^{3}$: yaitu $5.4\times 10^{4}$ sel; sepanjang $86\,400\,\mathrm{s}$, yaitu $0.6$ sel tiap sekon. **21.** Manik BMP di dalam selaput bebeknya: selaputnya mati dan jari kakinya terpisah; penghambat di dalam selaput anak ayamnya: selaputnya bertahan hidup, yaitu sebuah kaki berselaput. **22.** $e^{0.5\times 4} = e^{2} = 7.4$. Perubahan keduanya adalah bertahan hidupnya selaput antarjarinya lewat sebuah penghambat BMP. **23.** Fase akhir pengungkapan Hox 13 yang menetapkan sebuah autopod, dan bertahannya rabungnya: lipatan ikannya membuat jari-jari sirip alih-alih jari. Sirip *Tiktaalik* memuat tulang mirip pergelangan — sebuah sirip yang mulai menjadi sebuah tungkai. **24.** $5.4\times 10^{4}/1000 = 54$: $\log_2 54 = 5.8$ kali pelipatduaan, yaitu kira-kira $69\,\mathrm{h}$, tiga hari untuk membuat apa yang dibuang dalam sehari. **25.** Delapan kali pelipatduaan; batas jarinya pada 26, 69, dan $126\,\text{µ}\mathrm{m}$; sebuah penggandaan cermin membutuhkan sedikitnya $252\,\text{µ}\mathrm{m}$.