viernes, 15 de noviembre de 2013

Evolución congelada

Para ver la evolución en acción se necesita una vista panorámica de miles de generaciones. Por eso, si uno quiere hacer experimentos para observar aspectos generales de la evolución, le conviene usar organismos que se reproduzcan muy rápido, como las bacterias Escherichia coli. 

En 1988 Richard Lenski puso a cultivar 12 muestras idénticas de Escherichia coli y se sentó a esperar, metafóricamente hablando, porque en realidad estaba muy activo. Quería estudiar la velocidad de la evolución y si esa velocidad cambia a lo largo de las generaciones; si los cambios evolutivos de una población se pueden repetir en otra; cómo se relacionan los cambios en los genes con los cambios observables externamente.

Los genes en una población cambian porque siempre hay errores al replicarse el ADN de una generación a la siguiente. Estos errores de copiado se llaman mutaciones y ocurren al azar. Las bacterias de Lenski no mezclan sus genes con los de otros linajes, es decir, no practican el sexo, ¡las pobrecitas! Eso simplifica las cosas para Lenski y sus colaboradores porque las mutaciones se pueden rastrear más fácilmente que cuando ocurre la mezcla de genomas que caracteriza a la reproducción sexual. Por supuesto, esto también limita el alcance de las conclusiones, pero eso es inevitable en cualquier experimento.

Hasta hoy ya varias generaciones de estudiantes de posgrado han colaborado con Lenski, pero no tantas como las generaciones de bacterias, que ya rondan las 60,000.

Desde 1988 Lenski y sus colaboradores han seguido un estricto protocolo: todos los días se extrae una muestra de cada cultivo y se pone en un nuevo cultivo. Cada 500 generaciones (más o menos 75 días) se extrae una muestra grande de cada linaje y se congela a 80 grados bajo cero. Las bacterias no se mueren, sólo quedan inactivas, o sea que en cualquier momento se pueden descongelar y reactivar. Es como tener copias pasadas del disco duro de tu computadora. O mejor aún: como tener un registro fósil perfecto y reanimable. Imagínense poder revivir dinosaurios para estudiarlos (me informan que eso ya se le ocurrió a alguien, pero no era científico, sino novelista). Cada tanto, Lenski y amigos comparan las poblaciones nuevas con las antiguas para medir cambios en la capacidad de reproducirse y estudian cualquier suceso interesante que pueda ocurrir...

Para hoy, con cerca de 60,000 duplicaciones de población y 100 millones de millones de bacterias en el experimento, la probabilidad dice que toda mutación posible en el genoma de la E. coli (estrictamente, toda mutación consistente en cambiar una sola letra del genoma) ya debe de haber ocurrido varias veces, o sea que las poblaciones de Lenski han tenido oportunidad de explorar todas las variantes posibles. Como las mutaciones ocurren al azar, lo más probable es que sean nocivas o neutras; menos probable es que sean favorables, pero ya deberían de haber ocurrido también muchas de éstas.

Y en efecto, así es: todas las poblaciones, en estas condiciones de estabilidad y alimento inagotable, han desarrollado bacterias más grandes y todas se han vuelto especialistas en consumir glucosa, el alimento que les da Lenski. También se han vuelto malas consumidoras de otros nutrientes que sus antepasadas consumían sin remilgos. Algunas de las poblaciones han desarrollado defectos en el sistema que repara daños en la información genética, lo que facilita las mutaciones y acelera el ritmo de exploración de posibilidades (es decir, de cambio evolutivo).

Pero lo más asombroso que han hecho las bacterias de Lenski ocurrió en la generación 33,127. Lenski y sus estudiantes vieron que uno de los cultivos estaba muy turbio, señal de que las bacterias habían proliferado más de lo normal. Por medio de experimentos laboriosos realizados por el estudiante Zachary Blount, el equipo se dio cuenta de que las bacterias de esa población estaban consumiendo ácido cítrico, sustancia presente en el cultivo, pero que a las otras poblaciones no les servía de alimento. Lenski y Blount recurrieron a su registro fósil congelado y descubrieron que los primeros ejemplares de esa variante aparecieron entre las generaciones 31,000 y 31,500 (es decir, la característica tardó unas 2000 generaciones en cundir). Luego tomaron 72 muestras de poblaciones anteriores, cuatro de las cuales volvieron a desarrollar la capacidad de consumir ácido cítrico. Pero, dato revelador, el hallazgo no se repitió en ninguna población de antes de la generación 20,000. A Lenski y sus colaboradores esto les sugiere que ciertas adaptaciones requieren adaptaciones previas que las potencien.

En la investigación más reciente de este fértil experimento, el equipo analizó la capacidad reproductiva de los 12 linajes en 41 puntos de su historia. Esperaban que, en el entorno estable y rico que el experimento ofrece a las bacterias, esta capacidad fuera aumentando en los primeros años, pero luego se estabilizara en un máximo. En efecto, se esperaría que si el medio ambiente no cambia, las especies alcancen un máximo de adaptación y no lo rebasen. Pero Lenski y sus colaboradores observan que, aunque la habilidad para reproducirse de las generaciones sucesivas ya no aumenta tan rápido, sigue cambiando. Esto sugiere que la evolución no para ni siquiera en condiciones estables.

El experimento de Lenski ha producido más de 50 artículos de investigación y muchos posgraduados. Y pensar que el investigador estuvo a punto de abandonarlo hace 15 años.

5 comentarios:

José María Hdz dijo...

Wow, qué interesante Sergio. Gracias por compartirlo. Dos mil generaciones representa mas o menos 40 mil años, en la especie humana, o me equivoco? Claro con reproducción sexual debe de ser más rápido el proceso, por eso de ser mas factibles los errores en las copias. Aun así, con los menos de 10 mil años que tenemos de historia documentada, pues difícil será convencer a los incrédulos de la teoría de la evolución. (dije tonterías en mi comentario? si sí, sean condescendientes)

Sergio de Régules dijo...

Pues no, no dijiste ninguna que yo pueda detectar (falta que vengan por aquí los expertos en estas cosas...).
Parece que las generaciones de Lenski equivaldrían a más o menos un millón de años de evolución humana. ¿Te imaginas?
Lo más divertido, however, es la controversia con un antievolucionista y la respuesta tan elegante que le dio Lenski. Aquí te la pongo para que le eches un ojo:
http://scienceblogs.com/pharyngula/2008/06/24/lenski-gives-conservapdia-a-le/

Luis Martin Baltazar Ochoa dijo...

Muy interesante, Sergio. Una duda: cuando Europa sufrió durante siglos el azote de las epidemias, morian a miles las personas allá. Pero no todos. Algunos, me imagino, se hicieron mas resistentes a esas pestes.

Cuando vinieron Cortés y el proceso de la conquista al imperio azteca, es una idea muy aceptada que mucho de la derrota de lso aztecas se debió a que arrasaron en ellos la viruela negra, que los mató en enorme medida. Pero no se reporta equivalente mortandad en españoles. Y no hay diferencia alguna por tratamienos médicos, pues lso españoles no trataban de manera ninguna la viruela... ¿se puede hablar de un cambio evolutivo en la especie humana, en europa, y que la seleccion natural haya permitido vivir solo a los mas resistentes ejemplares contra la virutela, y con esto hacerlos casi inmunes a esta enfermedad? porque es un hecho que expuestos a ella estuvieron unos y otros, pero la mortandad fue tremenda en el bando indigena... ¿podria ser un ejemplo de evolucion?
Saludos.

Luis Martin Baltazar Ochoa dijo...
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
Marcos Valadez dijo...

Recién termine de leer “¡Qué científica es la ciencia! Y quiero darte las gracias, primeramente por aterrizar esos conceptos con una forma tan amena, humana y simpática. Gracias, por divulgar el conocimiento que va juntando el hombre.