Komunikasi Pada Sel-Sel Syaraf

Bayangkan bahwa Anda berjalan bertelanjang kaki di dapur dan menginjak sekeping beling. Rentang waktu yang dibutuhkan antara saat Anda menginjak beling dan merasakan sakit di otak Anda hanyalah seperribuan detik. Jangka aktu itu sangat singkat hingga Anda tak menyadarinya, namun di dalam masa itu, sebuah pesan disampaikan dari jari kaki ke otak Anda. Komunikasi yang cepat dan sempurna ini dikelola oleh sel-sel syaraf atau, sebagaimana sebutannya dalam biologi, neuron.

1. Brain 2. Spinal cord 3. Brachial plexus (to arm) 4. Thoracic nerves (to trunk) 5. Lumbar plexus 6. Sacral plexus (to leg and pelvis) 7. Femoral nerve 8. Sciatic nerve 9. Tibial nerve 10. Common peroneal nerve

Karena sel-sel syaraf yang membungkus tubuh itu seperti sebuah jaring, pesan dari otak mencapai bagian terjauh di dalam tubuh dengan kecepatan tinggi. Kecepatan ini dicapai karena rancangan tanpa cacat sistem syaraf.

Lihatlah ke sekeliling: segala yang kita lihat dirancang untuk sebuah tujuan tertentu. Misalnya, sebuah telepon dengan perangkat -perangkat plastik dan elektroniknya, tombol, kabel dan komponen lainnya, telah dirancang untuk menjalin komunikasi dengan orang lain. Demikian juga, alasan penciptaan neuron nampak pada pengamatan pertama. (Tentunya, ini membutuhkan pengamatan dengan mikroskop canggih.) Yang pertama Anda amati, selain organel-organel lain di dalam sel, adalah adanya rentangan-rentangan pada neuron yang mirip dengan lengan yang menjulur dari tubuh; ini disebut akson dan dendrit. Kita dapat membandingkan sebah neuron dengan pusat telepon berteknologi canggih. Ukuran pusat telepon seluler ini hanya antara 0,004 dan 0,1 milimeter, namun mekanisme komunikasinya tak terbandingkan di dunia saat ini. Akson dan dendrit yang disebutkan di atas menjadi jalur yang memerantarai komunikasi dengan neuron lain.

Garis tengah neuron rata-rata 10 mikron. (1 mikron sama dengan seperseribu milimeter). Jika kita dapat merangkai 100 milyar neuron di otak manusia sambung-menyambung membentuk garis, panjang garis itu (berukuran 10 mikron dan terlalu kecil untuk terlihat mata telanjang) sekitar 1000 kilometer. Keberadaan jaringan komunikasi ini di dalam otak berbobot 1400 gram sangat menakjubkan.

Pertimbangkan hal-hal ini lebih cermat lagi. Neuron sangat kecil sehingga 50 buah neuron berukuran rata-rata dapat masuk ke titik di akhir kalimat ini.62 Karena itu, sebagian besar pengetahuan tentang neuron diperoleh secara tak langsung.

Saat mengamati rentangan komunikasi pada sel-sel syaraf, kita melihat bahwa pada setiap neuron ada banyak dendrit yang menyalurkan komunikasi dari neuron lain ke tubuh sel. Sering kali, fungsi suatu akson adalah menyampaikan pesan yang diterimanya dari tubuh sel lewat terminal-terminal dan rentangan-rentangan itu.

Di sini, kita harus mencermati rancangan khusus akson. Sebuah lapisan khusus yang dikenal dengan "selaput myelin" membungkus akson. Rangsangan-rangsangan syaraf disebarkan pada titik-titik tertentu sepanjang selaput myelin. Titik-titik ini disebut "simpul Ranvier". Penelitian menunjukkan bahwa isyarat yang melompat dari simpul ke simpul bergerak ratusan kali lebih cepat daripada yang bergerak sepanjang permukaan akson.63 Selaput dan "simpul" pada akson ini memungkinkan penyaluran isyarat dengan cara yang paling tepat dan cepat

Neuron memerantarai komunikasi di dalam tubuh kita dengan cara unik yang terdiri dari proses-proses rumit elektronik dan kimiawi yang luar biasa, sehingga memastikan pengelolaan tanpa cela di dalam otak serta antara otak dan organ-organ lainnya. Saat Anda melakukan sebuah gerakan sederhana seperti memegang buku di tangan, membuka halaman-halamannya, atau menggerakkan mata menelusuri kalimat-kalimatnya, terjadilah lalu lintas komunikasi yang sangat padat di dalam sel-sel syaraf tubuh Anda. Mengamati secara cermat neuron-neuron yang membentuk jaringan komunikasi luar biasa ini akan membantu kita lebih memahami betapa ajaibnya penciptaan neuron.

Rancangan pada Sinapsis

Ratusan juta panggilan telepon dapat dilakukan setiap saat ke seluruh dunia. Meskipun demikian, pada otak seseorang satu kuadrilyun (1.000.000.000.000.000) komunikasi dapat terjadi secara bersamaan.

Komunikasi antara dua neuron terjadi antara titik-titik penghubung bernama "sinapsis" yang terletak di ujung terminal akson. Sebagaimana pusat telepon menyebabkan manusia saling berkomunikasi, demikian juga sebuah neuron dapat berkomunikasi dengan beberapa neuron lainnya melalui sinapsis. Ratusan juta percakapan telepon dapat terjadi di dunia pada saat yang sama. Bandingkan dengan ini, diperkirakan sekitar 1 kuadriliyun sinapsis ada di dalam otak manusia, sehingga ada 1000 trilyun percakapan.64 Komunikasi luar biasa ini adalah faktor penting yang menyebabkan para ilmuwan menyebut otak sebagai "susunan paling rumit yang di jagat raya".65

Kita dapat mengatakan dengan cara lain: sebuah sel syaraf biasa di dalam otak manusia, misalnya, memiliki 10 ribu sinapsis.66 Berarti, pada saat yang sama, satu neuron dapat berhubungan dengan 10 ribu sel syaraf yang berbeda. Bayangkan kesulitan yang akan Anda hadapi jika pada saat yang sama berbicara di dua telepon; kemampuan sebuah sel syaraf melakukan puluhan ribu hubungan secara bersamaan adalah sebuah contoh penciptaan yang mengagumkan.

Profesör Eric Kandel

Hingga baru-baru ini, persimpangan komunikasi pada neuron dikira mantap, namun sekali lagi para ilmuwan terkejut oleh kenyataan bahwa bentuk sinapsis berubah sesuai dengan susunan kurir kimianya. Profesor Eric Kandel menerima Hadiah Nobel pada tahun 2000 untuk penemuan ini. Rancangan yang piawai ini dapat disimpulkan sebagai berikut: ada suatu mekanisme pada sinapsis yang mengubah bentuknya menurut kekuatan rangsangan. Saat menerima rangsangan yang kuat, sinapsis membuat rangsangan itu dapat disalurkan ke sel lain, tanpa melemah, dan dengan cara yang paling produktif. Hal penting yang harus ditekankan adalah bahwa sistem ini dipahami setelah percobaan-percobaan pada siput laut. Profesor Kandel sendiri mengakui bahwa sistem syaraf pada manusia dan mamalia terlalu rumit untuk sepenuhnya dipahami lewat penelitian.67

Komunikasi Kimiawi pada Neuron

1.Dendrite 2. Cell body 3. Axon 4. Synaptic endings 5. Synaptic vesicles 6. Mitochondrion 7. Synaptic cleft 8. Synaptic vesiclesr	9. Neurotransmitter 10. Ion channel 11. Resynaptic membrane 12. Postsynaptic membrane 13. Presynaptic membrane 14. Postsynaptic membrane 15. Synaptic cleft
Gambar ini menunjukkan komunikasi antara dua neuron. Elemen terpenting dalam komunikasi ini adalah molekul kurir yang dikenal dengan “pemancar syaraf.”

Sebagian besar manusia mengira bahwa hubungan antarneuron dibangun hanya dengan isyarat-isyarat listrik. Ini tidak benar, sebab komunikasi kimiawi adalah bagian penting di dalam proses ini. Saat mengamati komunikasi antara dua neuron, kita lebih memahami unsur-unsur ajaib dalam komunikasi kimiawi.

Komunikasi kimiawi melibatkan molekul-molekul kurir bernama "pemancar syaraf". Molekul ini dihasilkan di dalam tubuh oleh sel-sel syaraf, dibawa sepanjang akson, dan disimpan dalam vesikel-vesikel kecil di terminal akson. Di setiap vesikel, ada sekitar 5 ribu pemancar.68 Penelitian baru-baru ini menunjukkan bahwa neuron bak sebuah pabrik kimia yang menghasilkan kurir-kurir yang akan digunakan dalam komunikasi.69

Neuron yang mengirimkan isyarat adalah "neuron pemancar" dan yang menerima disebut "neuron penerima". Neuron pemancar dan penerima bertemu pada sinapsis, yang berukuran 0,03 mikron.70 Isyarat listrik tertentu membangkitkan kurir di terminal akson di dalam sel syaraf pengirim. Ujung sinapsis yang dipenuhi dengan kurir kimia menyatu dengan membran sel dan melepaskan molekul-molekul di dalamnya ke ruang sinapsis. Pesan yang dibawa oleh kurir dikirimkan ke reseptor pada membran neuron penerima. Reseptor yang berbeda berhubungan dengan molekul kurir yang berbeda. Pesan yang dibawa oleh molekul kurir kimia lalu dimengerti oleh neuron penerima.

Menambahkan satu peranti ke sebuah komputer membutuhkan perhitungan teknik yang rumit jika tak ingin keseluruhan komputer kacau. Tentunya, sebuah sistem penggabungan yang serasi dengan membran sel, yang jauh lebih rumit daripada komputer, tak mungkin tak sengaja terjadi. Allah menciptakan penggabungan ini.

Kami hanya menggambarkan sistem ini secara kasar, dan setiap tahapnya dipenuhi berbagai proses yang belum benar-benar dimengerti oleh para ilmuwan. Kenyataannya, para ilmuwan baru memiliki gambaran buram sejumlah kejadian yang berhubungan dengan komunikasi ini.71

Bayangkan penggabungan ujung sinapsis dengan membran sel. Proses yang digambarkan dengan kata "fusi" adalah penggabungan sangat khusus yang serupa dengan penggabungan sebuah peranti moduler ke sebuah komputer yang sangat canggih. Hubungan antara satu peranti dan sebuah komputer bergantung kepada suatu perhitungan teknik yang rumit. Jika tidak, peranti itu tak akan cocok dengan komputer, bahkan komputer mungkin bisa rusak. Sebuah sel jauh lebih rumit daripada sebuah komputer, dan suatu penyatuan yang selaras antara sebuah pemancar syaraf dan sebuah membran sel tak terjadi secara acak. Seluruh proses rumit yang terjadi setiap saat ini ada di bawah kendali Allah Yang menciptakannya.

Perencanaan dan Pengaturan Waktu pada Molekul-Molekul Kurir

1. Endorphin-containing neuron 2. Pain impulse 3. Pain-transmitting Neuron 4. Endorphins 5. Opiate receptor sites	6. Mitochondrion 7. Vesicles containing substance P 8. Synapse 9. Receptor sites for substance P 10. Receiving neuron in spinal cord
Jika kita terluka di satu bagian tubuh, otak dikabari tentang rasa sakit ini lewat sebuah pesan. Sebagai tanggapan atas pesan ini, neuron khusus yang terletak di otak dan rongga tulang belakang mengurangi rasa sakit dengan melepaskan endorfin.

Kepadatan dan kapan kurir-kurir kimia berada di ruang sinapsis secara langsung mempengaruhi komunikasi antara dua neuron. Ada mekanisme tersendiri bagi setiap kurir kimia. Sebagian kurir menyebar setelah menyampaikan pesannya. Sebagian lain diuraikan oleh enzim khusus setelah melakukan fungsinya. Misalnya, molekul- molekul kurir yang disebut "asetilkolin" diubah oleh enzim khusus menjadi kolin dan asetat.

Ada satu lagi mekanisme hebat di dalam sel-sel syaraf: kurir-kurir yang menyampaikan pesan ke sel reseptor dikumpulkan kembali di sel pemancar dan disimpan untuk digunakan pada pesan berikutnya. Proses ini dilakukan oleh sejumlah molekul khusus. Kegiatan molekul-molekul dopamin dan serotonin diatur dengan cara ini. Jika kita membayangkan betapa sulitnya mendaur ulang suatu produk, sebaiknya kita memahami keefektifan mekanisme dalam sel syaraf ini.

Setiap tahap komunikasi kimiawi terjadi dengan keseimbangan yang sangat teliti. Setiap molekul kurir yang digunakan pada setiap komunikasi, dan setiap protein dan enzim yang menjalankan suatu fungsi pada berbagai tahap harus dirancang. Jumlah molekul kurir yang akan disimpan, berapa lama sel-sel penerima akan dirangsang, waktu pemisahan atau penyatuan kembali, adalah bagian-bagian penting keseimbangan komunikasi. Selain itu, sejumlah rincian penting yang terkait dengan keseimbangan komunikasi yang masih belum diketahui.

Penyakit Parkinson adalah suatu keadaan di mana kerusakan penyelarasan otot membuat orang sulit bergerak, dan menyebabkan gemetaran. Penyebab penyakit ini adalah rusaknya keseimbangan antara molekul kurir dopamin dan asetilkolin. Ketika sejumlah sel-sel syaraf di dalam otak menghasilkan dopamin kurang daripada yang dibutuhkan, hasilnya adalah hilangnya kendali otot. Kenyataan ini diketahui baru-baru ini saja (Profesor Arvid Carlsson dianugerahi Hadiah Nobel atas penemuannya ini).

Keseimbangan yang teliti dan mekanisme rumit ini tidak terbentuk dari serangkaian kejadian acak. Dia Yang menciptakan semua itu, memelihara dengan kekuatanNya, memberi untuk melayani manusia, dan mengambilnya saat menghendakinya, adalah Allah, Yang memiliki kekuatan dan pengetahuan yang kekal.

Komunikasi Listrik AntarNeuron

Pada foto ini, tampak seorang pasien penderita penyakit Parkinson sedang berlatih bersama dokternya. Dalam usaha menemukan obat bagi penyakit Parkinson, para ilmuwan terus melakukan penelitian atas penyakit ini.

Setiap saat, setiap sel syaraf mengalami perubahan rumit. Komunikasi lewat neuron adalah sebuah operasi yang terjadi ketika kurir elektro-kimia atau kimia menghasilkan isyarat listrik.

Untuk memahami komunikasi listrik ini, pertama-tama kita harus memikirkan mekanisme keseimbangan lainnya; keseimbangan menakjubkan yang dibentuk muatan-muatan listrik dalam sel-sel syaraf, yakni ion. Ion menjalankan suatu fungsi penting dalam neuron; ada ion natrium dan kalium bermuatan positif satu, ion kalsium bermuatan positif dua dan ion klorida bermuatan positif satu. Selain itu, ada juga sejumlah molekul protein bermuatan negatif.

Pada keadaan istirahat, neuron bermuatan negatif. Pada keadaan ini, protein-protein dan berbagai ion bermuatan negatif berada di dalam sel syaraf. Dibandingkan denan jumlah di luar, lebih banyak ion kalium serta lebih sedikit ion klorida dan natrium di dalam neuron.72 Ini tidak ditata acak, dan perbandingan ini ditentukan dan secara khusus dipertahankan.

Sebuah pesan yang ditinggalkan pada reseptor di membran neuron memulai serangkaian reaksi di dalam sel yang mirip dengan runtuhnya sederet kartu domino.

Pesan yang tertinggal pada reseptor-reseptor membran di dalam sel-sel syaraf memulai sebuah rangkaian proses dalam sel yang mengingatkan kita akan efek domino. Selama proses yang belum diketahui secara rinci ini, ratusan protein diperkirakan menjalankan satu fungsi. Proses ini terjadi berurutan dan dalam urutan yang sempurna, menyebabkan saluran-saluran ion tertentu pada membran sel terbuka. Akibatnya, ion natrium yang dibawa ke dalam sel menetralkan sel yang sebelumnya bermuatan negatif (-70 milivolt). Pemindahan ion antara bagian dalam dan luar sel menghasilkan isyarat listrik. Proses yang kami gambarkan di sini dengan cara yang paling sederhana dimulai dan berakhir kurang dari satu milidetik.

Isyarat yang dihasilkan bergerak cepat sepanjang akson dan memulai proses kimia yang akan membawa pesan ke sel lain di titik sinapsis di ujung terminal. Kecepatan rata-rata isyarat sepanjang akson adalah 120 meter per detik.73 Sebuah perhitungan sederhana akan menunjukkan kepada kita bahwa kecepatan ini sama dengan 432 kilometer per jam.

Sel-sel syaraf yang menyampaikan pesan menyelesaikan tugasnya dan kembali ke keadaan istirahat. Pemulihan ini berlangsung dengan terbuka dan tertutupnya saluran natrium dan kalium dalam masa kurang dari satu milidetik. Tanpa jam yang dihasilkan oleh teknologi tinggi, Anda tak dapat mengukur satu milidetik. Bayangkan seakan Anda memiliki jam seperti itu; Anda masih belum dapat mengatur pembukaan dan penutupan saluran ion dengan satu sel syaraf. Jika Anda mencoba memulai jutaan proses yang setiap saat berlangsung, suatu kesalahan yang terjadi dalam jangka waktu hanya satu milidetik akan melencengkan proses-proses ini.

1. Sodium channel 2. Extracellular fluid	3. Cytoplasm 4. Potassium channel
Ion ber fungsi penting di dalam neuron. Ada ion natrium positif satu, ion kalium positif satu, ion kalsium positif dua, dan ion klorida negatif satu. Jumlah kalium di dalam neuron lebih besar daripada di luarnya, sementara perbandingan klorida dan natrium lebih rendah. Apa yang kita mesti perhatikan di sini adalah pengaturan ini harus dirancang khusus dan dipelihara agar keseimbangan-keseimbangan ini berada pada kadar yang tetap; pengaturan ini tak dapat terjadi secara tak sengaja.

Sebuah Kenyataan yang Menyolok

Neuron-neuron membentuk ribuan hubungan satu sama lain.

Ada satu sifat lain yang membedakan neuron dari sel-sel kita lainnya. Sel-sel lain tubuh kita terus-menerus diperbaharui, namun neuron tak berubah. Dengan bertambahnya usia, jumlahnya menurun, namun sel-sel syaraf yang ada pada masa tua seseorang sama dengan yang dimilikinya di masa muda. Apa yang telah digambarkan sejauh ini adalah cerita yang amat disederhanakan dari sistem komunikasi di dalam neuron yang berfungsi sepanjang hidup manusia. Bahkan orang cerdas dan berilmu akan sulit memahami hal ini; sel dan hormon telah sangat berhasil menjalani fungsi-fungsi ini tanpa kesalahan pada jutaan manusia yang hidup di dunia sejak awal zaman.

Bagaimanakah sistem yang sangat rumit dalam setiap sel syaraf kita ini terbentuk? Bagaimanakah keselarasan mengagumkan pada ratusan juta sel di dalam tubuh kita terjadi? Bagaimanakah sistem komunikasi yang sangat hebat ini terjamin tanpa timbul kebingungan? Bagaimanakah sistem yang bergantung pada keseimbangan dan penjadwalan yang teliti ini bekerja tanpa membuat kesalahan?

Sangat wajar jika ratusan pertanyaan tentang "mengapa" memenuhi benak manusia. Meskipun ada kenyataan-kenyataan ini, sejumlah ilmuwan mencoba mati-matian membela pernyataan evolusionis bahwa sistem tanpa cela ini sepenuhnya terbentuk karena murni kebetulan. 'Tak mungkin' bukanlah ungkapan yang cukup kuat untuk menggambarkan upaya-upaya para evolusionis yang mencoba menghubungkan asal-usul kehidupan dengan sebuah "sel purba" khayali yang muncul secara tak sengaja; mereka tak memiliki jawaban pertanyaan-pertanyaan di atas.

Satu hal di dalam artikel-artikel yang ditulis oleh para evolusionis menarik minat kita; tiada penjelasan ilmiah tentang cara evolusi terjadi. Malah, mereka mengatakan bahwa molekul dan protein yang berfungsi di dalam komunikasi muncul pada suatu tahap dalam apa yang karenanya disebut evolusi, dan tak berubah susunannya hingga zaman kita. Tentunya, pernyataan seperti ini, yang bahkan tak sedikit pun memiliki bukti, adalah dusta besar. Berkedok ilmu pengetahuan, mereka bermain kata-kata yang ditujukan untuk menolak penciptaan.

Tiada keraguan bahwa hanya ada satu penjelasan mengapa mekanisme yang begitu memukau ini terjadi: Allah, Tuhan semesta alam, menciptakan sel dari ketiadaan. Dialah Tuhan kita, Pencipta kita semua, Yang merancang sistem komunikasi yang sangat rumit dan saling terkait di dalam sel dengan sangat rinci. Dialah Allah, Yang membuat atom, molekul, dan protein yang tak pernah beristirahat, demi melayani kita; dan hanya Dia Yang berhak disembah dan dipuja.