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| Richard Lenski (izqda) y Zachary Blount con las placas del experimento. (Imagen: Science) |
En el laboratorio de Richard Lenski, en la Universidad Estatal de Michigan, hay seis frigoríficos que contienen 58.000 generaciones de bacterias. Su experimento comenzó en el año 1988 con doce cultivos idénticos de Escherichia coli y, después de 25 años, las bacterias han seguido reproduciéndose y evolucionando. En el mantenimiento de estos cultivos, y las siguientes generaciones, se han invertido más de 4 millones de dólares y han participado un centenar de personas que han alimentado y cuidado a estos microorganismos día y noche, fines de semana incluidos. Cada poco tiempo las bacterias se multiplican y se coloca otra generación de E. coli en una nueva placa, en condiciones idénticas a las anteriores. Se calcula que se han reproducido a un ritmo de 6,6 generaciones nuevas cada día, el equivalente - si nos reprodujéramos al mismo ritmo - a un millón de años de evolución humana.
¿Y con qué motivo desarrollaría un experimento tan largo y tan costoso? Para observar, en tiempo real, si la evolución se detiene en algún momento. Para entenderlo mejor, hay que tener en cuenta la primera idea de Lenski. Si mantenía durante el tiempo los doce cultivos de bacterias en condiciones idénticas, pensó, cada grupo se adaptaría a su entorno paulatinamente hasta alcanzar un nivel de adaptación óptimo a partir del cual no podrían mejorar y la evolución, por decirlo de alguna manera, habría llegado a un límite. Pero no podía estar más equivocado.
Aparte de las bacterias que están reproduciéndose en tiempo real, en los estantes de los seis frigoríficos del laboratorio uno puede encontrar muestras de distintos momentos evolutivos de las bacterias (congelaban una placa cada 75 días). De este modo, uno puede escoger entre los 4.000 viales y retroceder hasta el punto del tiempo evolutivo que desee: a la generación 10.000, a la 20.000 o a la de hace solo un año. Y se puede saber qué grupo de E. coli ha conseguido mejores adaptaciones y está más "evolucionado" mediante una sencilla prueba: se descongela una muestra antigua, se pone al lado de una actual y se comprueba cuál se reproduce más rápido. Aquellas que se reproducen antes tendrán más opciones de sobrevivir, de modo que están mejor adaptadas. "Podemos poner a competir a organismos que vivieron en diferentes momentos del tiempo", asegura Lenski, "de modo que las bacterias evolucionadas pueden competir cara a cara con sus ancestros".
Lo que han observado los científicos es que, pese a las sospechas iniciales de Lenski, la evolución es un proceso imparable que nunca se detiene, incluso cuando el ambiente permanece inalterado. Durante los 25 años del experimento, la adaptación de las bacterias ha mejorado en una media del 70%. Las nuevas generaciones de bacterias se reproducen 1,7 veces en el tiempo en que las bacterias originales se reproducen una vez, cuentan en Science. Durante las primeras pruebas, recuerda Lenski en NPR, las bacterias doblaban su población en alrededor de una hora. Pasadas 50.000 generaciones, las bacterias doblan su número en apenas 40 minutos. Y los científicos creen que las futuras generaciones lo harán incluso más rápido. "En alrededor de un millón de años", sostiene Lenski, "el ritmo con el que se multiplican por dos estará en torno a los 20 minutos".
El proceso, sin embargo, no es lineal. Las mejoras se producían al principio muy rápido y con el tiempo se han ralentizado, porque cada vez resulta más difícil mejorar. Además, algunas de las descendientes de las 12 cepas originales empezaron a progresar más rápido que otras y tomaron caminos evolutivos diferentes. Seis líneas, por ejemplo, desarrollaron un defecto en la reparación del ADN, pero en lugar de morir, el proceso dio lugar a un ritmo más rápido de mutaciones que el de sus compañeras. Hacia la generación 6.500, unos tres años después de empezar el experimento, dentro de uno de los frascos aparecieron dos tipos de E. coli diferentes: uno que formaba pequeñas colonias con células más pequeñas y otro que formaba colonias más grandes con bacterias más grandes. Los científicos esperaban que una acabara imponiéndose a la otra pero, para su sorpresa, ambas cepas han sobrevivido creando un ecosistema en el que la interacción entre ambas hace posible que ambas sigan adelante. "[Lenski] ha creado sus propias islas Galápagos", asegura Christopher Marx, microbiólogo de la Universidad de Harvard y uno de los investigadores que cuidó del experimento.
En otra ocasión, otra de las placas con E. coli se puso turbia debido a una acumulación inusualmente alta de bacterias y Lenski sospechó que se trataba de algún tipo de contaminación de la muestra. Tomaron del congelador un vial anterior de esa misma cepa y la reiniciaron desde otro punto, pero al cabo de tres semanas la placa se volvió a poner turbia. Cuando estudiaron la cepa Ara 3 - que así la habían bautizado - descubrieron que en lugar de alimentarse de glucosa, como las E. coli originales, habían evolucionado para alimentarse de citratos, un metabolismo que les permitía un ritmo de reproducción aún más alto.
"Este fue el suceso más importante de todo el experimento con E. coli", asegura el físico Christoph Adami. "Tener una nueva función compleja desarrollada aparentemente de la nada es muy destacable". Para ver qué había pasado volvieron a cultivar cepas anteriores y vieron que la adaptación para consumir citratos aparecía en 4 de los 72 cultivos. Finalmente, encontraron el minúsculo cambio genético que provocaba la aparición de las nuevas bacterias y que ponía encima de la mesa otra cuestión: cómo se forma una nueva especie. En biología, la definición de especie sigue sin estar muy clara, pero se considera que la prueba de fuego es que las dos especies no puedan tener descendencia común. Como esto no sucede con la reproducción asexual de las bacterias, la cosa se complica, y a lo más que han llegado es a mezclar los genomas y observar que se produce un nuevo tipo de bacteria menos adaptada.
En cualquier caso, como destacan en Science, el experimento de Lenski y las 12 cepas de E. coli ha servido para conocer mejor la evolución en tiempos más parecidos a los que ésta maneja: centenares de miles de generaciones. Estas primeras observaciones no son más que los primeros escarceos con el conocimiento de lo que sucede a nivel genético y un impulso, quizá, para que se pongan en marcha, y se mantengan, otros experimentos a largo plazo.
Referencias: The man who bottled evolution (Science) | Bacterial Competition In Lab Shows Evolution Never Stops (NPR)
Te puede interesar: En busca de las bacterias perdidas (Fogonazos)
ORIGINAL: Fogonazos
¿Y con qué motivo desarrollaría un experimento tan largo y tan costoso? Para observar, en tiempo real, si la evolución se detiene en algún momento. Para entenderlo mejor, hay que tener en cuenta la primera idea de Lenski. Si mantenía durante el tiempo los doce cultivos de bacterias en condiciones idénticas, pensó, cada grupo se adaptaría a su entorno paulatinamente hasta alcanzar un nivel de adaptación óptimo a partir del cual no podrían mejorar y la evolución, por decirlo de alguna manera, habría llegado a un límite. Pero no podía estar más equivocado.
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| Datos del experimento. Ilustración: Science |
Aparte de las bacterias que están reproduciéndose en tiempo real, en los estantes de los seis frigoríficos del laboratorio uno puede encontrar muestras de distintos momentos evolutivos de las bacterias (congelaban una placa cada 75 días). De este modo, uno puede escoger entre los 4.000 viales y retroceder hasta el punto del tiempo evolutivo que desee: a la generación 10.000, a la 20.000 o a la de hace solo un año. Y se puede saber qué grupo de E. coli ha conseguido mejores adaptaciones y está más "evolucionado" mediante una sencilla prueba: se descongela una muestra antigua, se pone al lado de una actual y se comprueba cuál se reproduce más rápido. Aquellas que se reproducen antes tendrán más opciones de sobrevivir, de modo que están mejor adaptadas. "Podemos poner a competir a organismos que vivieron en diferentes momentos del tiempo", asegura Lenski, "de modo que las bacterias evolucionadas pueden competir cara a cara con sus ancestros".
Lo que han observado los científicos es que, pese a las sospechas iniciales de Lenski, la evolución es un proceso imparable que nunca se detiene, incluso cuando el ambiente permanece inalterado. Durante los 25 años del experimento, la adaptación de las bacterias ha mejorado en una media del 70%. Las nuevas generaciones de bacterias se reproducen 1,7 veces en el tiempo en que las bacterias originales se reproducen una vez, cuentan en Science. Durante las primeras pruebas, recuerda Lenski en NPR, las bacterias doblaban su población en alrededor de una hora. Pasadas 50.000 generaciones, las bacterias doblan su número en apenas 40 minutos. Y los científicos creen que las futuras generaciones lo harán incluso más rápido. "En alrededor de un millón de años", sostiene Lenski, "el ritmo con el que se multiplican por dos estará en torno a los 20 minutos".
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| Dos cepas de bacterias E. coli compiten en una placa. Imagen: Michael Wiser. |
El proceso, sin embargo, no es lineal. Las mejoras se producían al principio muy rápido y con el tiempo se han ralentizado, porque cada vez resulta más difícil mejorar. Además, algunas de las descendientes de las 12 cepas originales empezaron a progresar más rápido que otras y tomaron caminos evolutivos diferentes. Seis líneas, por ejemplo, desarrollaron un defecto en la reparación del ADN, pero en lugar de morir, el proceso dio lugar a un ritmo más rápido de mutaciones que el de sus compañeras. Hacia la generación 6.500, unos tres años después de empezar el experimento, dentro de uno de los frascos aparecieron dos tipos de E. coli diferentes: uno que formaba pequeñas colonias con células más pequeñas y otro que formaba colonias más grandes con bacterias más grandes. Los científicos esperaban que una acabara imponiéndose a la otra pero, para su sorpresa, ambas cepas han sobrevivido creando un ecosistema en el que la interacción entre ambas hace posible que ambas sigan adelante. "[Lenski] ha creado sus propias islas Galápagos", asegura Christopher Marx, microbiólogo de la Universidad de Harvard y uno de los investigadores que cuidó del experimento.
En otra ocasión, otra de las placas con E. coli se puso turbia debido a una acumulación inusualmente alta de bacterias y Lenski sospechó que se trataba de algún tipo de contaminación de la muestra. Tomaron del congelador un vial anterior de esa misma cepa y la reiniciaron desde otro punto, pero al cabo de tres semanas la placa se volvió a poner turbia. Cuando estudiaron la cepa Ara 3 - que así la habían bautizado - descubrieron que en lugar de alimentarse de glucosa, como las E. coli originales, habían evolucionado para alimentarse de citratos, un metabolismo que les permitía un ritmo de reproducción aún más alto.
"Este fue el suceso más importante de todo el experimento con E. coli", asegura el físico Christoph Adami. "Tener una nueva función compleja desarrollada aparentemente de la nada es muy destacable". Para ver qué había pasado volvieron a cultivar cepas anteriores y vieron que la adaptación para consumir citratos aparecía en 4 de los 72 cultivos. Finalmente, encontraron el minúsculo cambio genético que provocaba la aparición de las nuevas bacterias y que ponía encima de la mesa otra cuestión: cómo se forma una nueva especie. En biología, la definición de especie sigue sin estar muy clara, pero se considera que la prueba de fuego es que las dos especies no puedan tener descendencia común. Como esto no sucede con la reproducción asexual de las bacterias, la cosa se complica, y a lo más que han llegado es a mezclar los genomas y observar que se produce un nuevo tipo de bacteria menos adaptada.
En cualquier caso, como destacan en Science, el experimento de Lenski y las 12 cepas de E. coli ha servido para conocer mejor la evolución en tiempos más parecidos a los que ésta maneja: centenares de miles de generaciones. Estas primeras observaciones no son más que los primeros escarceos con el conocimiento de lo que sucede a nivel genético y un impulso, quizá, para que se pongan en marcha, y se mantengan, otros experimentos a largo plazo.
Referencias: The man who bottled evolution (Science) | Bacterial Competition In Lab Shows Evolution Never Stops (NPR)
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ORIGINAL: Fogonazos
17 noviembre 2013
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