Evolución, en vivo y en directo

Grandes momentos de la evolución. Fuente de la imagen

Hace unos años tuve la oportunidad de asistir a un seminario del profesor Richard Lenski. Allí nos explicó su experimento sobre Evolución utilizando bacterias. En 1989, Lenski tomó del congelador de -80º C un vial que contenía una cepa de Escherichia coli. A partir de esa cepa estableció doce cultivos de 10 mililitros de medio DM suplementado con glucosa y los puso a crecer a 37º C. En esas condiciones las bacterias crecían hasta acabar con la glucosa y entonces paraban su crecimiento por llegar a la fase estacionaria. Al día siguiente, volvía a propagar cada uno de los cultivos diluyendo 0,1 ml del cultivo crecido en 9,9 ml de medio fresco estéril y volviéndolos a poner a 37º C. Y así todos los días. Cada 75 días se tomaba una muestra y se congelaba. En esos 75 días habían transcurrido 500 generaciones desde el comienzo del experimento. La pregunta era ¿Hay alguna diferencia entre la cepa original y sus descendientes?

Para hacernos una idea, en términos humanos y asumiendo que hay una generación cada 20 años, 500 generaciones es como comparar a un españolito de hoy en día con uno de hace 10.000 años. Esa es la ventaja de utilizar microorganismos para los estudios evolutivos: son pequeños, se reproducen rápidamente y lo mejor de todo, podemos congelar a los ancestros. Porque eso es lo que hizo Lenski, comparar los descendientes de esas 500 generaciones con la bacteria original congelada. Como era de esperar no encontró muchas diferencias. Pero ¿y si continuamos el experimento? Eso es lo que el grupo de Lenski sigue haciendo. Cada día se diluyen los cultivos y cada 75 días se congela una muestra de los mismos. Y ya han pasado 19 años y más de 40.000 generaciones. En términos humanos estaríamos hablando de compararnos con el Homo antecessor.

Tras 10.000 generaciones las bacterias ya tenían bastantes diferencias con su ancestro. Las bacterias evolucionadas eran más grandes y se dividían mucho más rápidamente en medio DM que la cepa original. Se habían adaptado a las condiciones del experimento. Pero lo mejor de todo es que Lenski dispone de un "registro fosil" en su congelador de -80ºC de lo que ha pasado cada 500 generaciones.

Los resultados de Lenski propiciaron que se establecieran otros experimentos parecidos pero con diferentes condiciones: temperatura, otras fuentes de carbono, presencia de antibióticos; o con diferentes microorganismos: Pseudomonas fluorescens, Myxococcus xanthus, icluso levaduras. Y en todos ellos se encontraban resultados parecidos. Los microorganismos cambiaban, evolucionaban y se adaptaban a las condiciones del cultivo.

Sin embargo había un resultado que aun no se había obtenido: no se había detectado ningún cambio drástico. Todos los cambios parecían graduales y acumulativos. Volviendo a la comparación con los humanos. Si tomamos un Homo sapiens del Paleolítico medio y lo comparamos con un Homo sapiens actual encontraremos diferencias pero no tantas como para decir que ambos son especies biológicas distintas. Si realizamos la comparación con un Homo antecessor veremos que ya hay diferencias más significativas. Y si la realizamos con un Australopithecus, las diferencias ya son enormes. ¿Cómo han ocurrido esos cambios?

Eso es lo que parecen haber encontrado Lenski y sus colaboradores. En la generación 31.500 de uno de los 12 cultivos se había producido un "cambio evolutivo". Habían crecido muchas más bacterias. El medio DM es lo que en microbiología conocemos como medio mínimo o pobre. Lleva fosfato, amonio, sulfato y citrato. Pero la única fuente de carbono que puede utilizar E. coli es la glucosa que se le añade. El citrato es una molécula tan oxidada que E. coli no es capaz de usarla. De hecho es una de las pruebas de diagnóstico que se usan rutinariamente para distinguir E. coli de otras enterobacterias como Enterobacter o Klebsiella. E. coli es citrato negativa (Cit- para abreviar) y las otras son citrato positivas (Cit+). El "cambio evolutivo" consistió en que las bacterias de uno de los cultivos comenzaron a metabolizar el citrato por lo que aprovechaban mucho mejor el medio DM y por eso crecían más. Las E. coli de ese cultivo eran mutantes Cit+.

Prueba del citrato

Gracias a que tienen congelados a los ancestros se ha podido determinar que tipo de "cambio" había sucedido. La primera pregunta es: Si cogemos a los ancestros anteriores a la generación 31.500 del cultivo que metaboliza el citrato, ¿desarrollarán dicha capacidad otra vez? La respuesta es sí, siempre que el ancestro pertenezca a la generación 20.000 o mayor. Es decir, algo pasó en la generación 20.000 que permitió el cambio en la generación 31.500. El grupo de Lenski está intentado identificar que tipo de cambio ha hecho posible que la mutación Cit+ se produzca 10.000 generaciones después.

En segundo lugar se preguntaron ¿La mutación Cit+ aparecerá en todos los ancestros posteriores al número 20.000 y anteriores al 31.500? La respuesta es que no sucede en todos, pero es mucho más probable cuanto más cerca está el ancestro del número 31.500. Algo sucedió en la generación 20.000, pero eso no asegura que la población se vuelva Cit+ en la generación 31.500. Lo que indica ese resultado es que la evolución del fenotipo Cit+ es una contingencia particular de esa población.

En tercer lugar se preguntaron ¿Podrá alguno de los otros 12 cultivos evolucionar y ser capaces de metabolizar el citrato? Por ahora la respuesta es no. Las bacterias presentes en los otros 11 cultivos no han desarrollado esa capacidad lo que parece indicar que un evento fortuito puede a veces abrir una puerta evolutiva para una población que permanece cerrada para otras. Y ese evento ha permitido que aparezcan innovaciones clave que no han surgido mediante selección gradual y acumulativa. Esto es una prueba de que la Evolución no siempre conduce a la mejor de las soluciones.

Quizás algún día veamos completo el proceso de especiación en el laboratorio.

Audio 1 y Audio-2 en "El podcast del microbio"
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