Imágenes de la Ciencia y de la Naturaleza: Evolución en acción
Escherichia coli es la bacteria más conocida popularmente, y una de las más empleadas en la investigación dentro de campos muy dispares. La Biología Evolutiva no es una excepción, y nuestra querida enterobacteria juega esta semana un papel fundamental en la historia de esta disciplina: un equipo norteamericano de las universidades de Michigan, Texas y Calgary, acaba de publicar en la revista Nature el análisis genético detallado de cómo un nuevo carácter ha aparecido en una población de bacterias que han sido cultivadas durante más de 50.000 generaciones.
Richard Lenski, uno de los autores de la publicación, inició el experimento en 1988, manteniendo durante más de veinte años un cultivo de Escherichia coli, del cual ya se habían publicado previamente otros descubrimientos. Recientemente se dio a conocer la aparición de la capacidad de utilizar citrato en condiciones aeróbicas, un nuevo carácter que ahora es explicado por el equipo norteamericano mediante el análisis genético de las mutaciones producidas para su adquisición.
Sin duda alguna, los literalistas, creacionistas y toda la cohorte de alérgicos a la evolución gritarán a los cuatro vientos que no se trata más que de un pequeño cambio, mera «microevolución» que no demuestra nada. Sin embargo, tal y como afirma el propio Richard Lenski, este experimento «demuestra claramente que los denominados “cambios microevolutivos graduales” ocurren y que pueden producir innovaciones en el fenotipo. Según el autor, esto desarma uno de los argumentos más importantes esgrimidos por los creacionistas […] Hemos descubierto cómo puede surgir el cuerno de un unicornio«.
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Vale, ahora imaginemos, señores creacionistas, que en vez de 24 años (2012-1988), el experimento fuera de millones de años… Ah, coño, si el problema es que no saben imaginar qué significan millones de años y se creen que todo fue así, de repente. Pero, en cambio, sí son capaces de imaginar un señor que nos vigila desde alguna dimensión desconocida del Cosmos llamada cielo, que tiene barba -o no-, que está sentado vaya usted a saber dónde y además tiene unos cuantos hijos hippies a los que llamaron profetas.
Creo que me quedo con lo que dice la Ciencia, que probablemente es una interpretación de la realidad mucho más objetiva que cualquier embajador divino.
Saludos.
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Increible, y sólo en 24 años. Como bien dice KC, que no sucedería durante periodos de millones de años.
Creo que han encontrado una de las claves de la evolución.
Y tranquilos que si estos investigadores estuviesen cometiendo pecado, dios ya los habría castigado con un rayo fulminatorio, la lepra, o cualquiera de esas simpáticas bromas que abundan en su repertorio.
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El experimento de Lenski muestra algo muy interesante, que es una pauta que se establece en evolución: pequeñas variaciones puedes provocar cambios fenotípicos enormes. E. coli es incapaz de utilizar el citrato en presencia de oxígeno, pero sí lo hace cuando no hay oxígeno. La razón molecular de por qué ocurre esto hay que buscarla en aspectos de regulación. Existe un transportador de citrato (una proteína que permite que el citrato entre en la célula) que sólo se expresa cuando no hay oxígeno en el medio. Los mutantes obtenidos por Lenski poseen el gen que codifica el transportador regulado de otra forma: se ha producido una deleción de un fragmento y ahora ese gen queda bajo el control de un promotor lejano que no ve afectada su expresión por el oxígeno. Además se ha producido un aumento en el número de copias del gen que codifica el transportador, lo que incrementa la eficiencia de entrada de citrato en la célula.
En resumen, no se ha generado una nueva ruta de degradación, sino que con pequeñas variaciones se ha ganado una nueva capacidad. Este pequeño ejemplo ilustra que la evolución trabaja tomando los elementos que están disponibles (de ahí se observen tantas estructuras conservadas a lo largo del árbol evolutivo). Y hay que recordar que en este caso los elementos son más pobres que en la naturaleza, ya que al tener a las bacterias confinadas en un cultivo puro, con medios sintéticos y ambiente estable se pierde la variabilidad ambiental (que ocasiona respuesta epigenéticas importantes) y la de intercambio de DNA con bacterias de otras especies que podrían haber en el entorno (transferencias horizontales o verticales).
Además, ilustra la importancia de variaciones en las redes de regulación. Un pensamiento clásico (y anticuado) es el de pintar un escenario que imagina que la ganancia de función es fruto de la aparición de nuevos genes. Sin embargo en organismos más complejos que E. coli se está observando que variaciones en las redes de regulación durante distintos procesos del desarrollo puede provocar la aparición de estructuras nuevas. Permaneced atentos, porque los investigadores no paran, pese a los recortes presupuestarios 😉
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un buen artículo. por favor, J.M., sigue informando a medida que vayan ocurriendo cosas…
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Continuando con el comentario de Manuel en seres pluricelulares ahora se conoce que con una simple modificación en la regulación de un gen se pueden producir drásticos cambios fenotípicos en el organismo afectado. http://diario-de-un-ateo.blogspot.com
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De este experimento me surgen dos dudas y una certeza.
Certeza:
1) Existe por lo menos un mecanismo genético que hace que las bacterias se adapten al medio en un plazo «corto» de tiempo.
Dudas:
1) El cambio ha sido provocado por mutaciones al azar del genoma (mecanismo de la evolución darwinista) o son las propias bacterias las que disponen de mecanismos genéticos para adaptarse al medio (ya sean disparados por el entorno o por sus procesos internos), de modo similar a cómo el sistema inmunitario es capaz de crear anticuerpos.
Las implicaciones de una u otra respuesta son muy diferentes, sobre todo para los tiempos que necesitaría el cambio.
2) Este cambio hay que calificarlo de adaptación (cambio de un organismo que le dota de nuevas cualidades) o de evolución (transformación de un organismo en otro diferente), porque estos términos se emplean confusamente y estoy cansado de discusiones sobre semántica en vez de razonar sobre la realidad observable.
A ver si siguen con esta línea de investigación y reducen la evolución al azar («darwinismo») al mismo campo de juego que la evolución creacionista. Dios == azar == ignorancia.
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Tarupak, haces una serie de planteamientos interesantes, y dado que yo también estoy cansado de discusiones semánticas intentaré ser breve.
El cambio ha sido provocado por mutaciones al azar del genoma (mecanismo de la evolución darwinista) o son las propias bacterias las que disponen de mecanismos genéticos para adaptarse al medio (ya sean disparados por el entorno o por sus procesos internos), de modo similar a cómo el sistema inmunitario es capaz de crear anticuerpos.
Bien, quizás no se pueda responder a eso con una rotundidad del 100% porque hay aspectos moleculares que todavía no conocemos, pero los propios resultados de Lenski nos orientan la respuesta. Al hacer el seguimiento de las diversas cepas, y secuenciar el genoma de las mismas, no solamente de las que crecen, sino también las que no crecen en citrato, se puede observar que todas ellas han acumulado mutaciones en su genoma. A unas les ha servido para crecer en citrato, a otras no, pero todas han variado, todas han evolucionado. El sistema de variación existe (por ejemplo los genes mut incrementan la frecuencia de mutación en situación de estrés). Lo que no hay es ninguna evidencia de que esas mutaciones se hagan de forma dirigida, se han observado variaciones y acumulación de mutaciones en muchas partes diferentes del genoma bacteriano.
Además te recuerdo que no se observa ninguna direccionalidad en la producción de anticuerpos, nuestro sistema inmune produce ingente cantidad de combinaciones de cadenas (ligeras y pesadas) tras un complejo sistema de recombinación. De todos los producidos solamente se amplifican los clones de células que obtienen la combinación de anticuerpo que encuentra el antígeno/hapteno adecuado, el resto se descarta.
Este cambio hay que calificarlo de adaptación (cambio de un organismo que le dota de nuevas cualidades) o de evolución (transformación de un organismo en otro diferente), porque estos términos se emplean confusamente
No, me da la impresión de que tú estás usando confusamente estos términos. La evolución no implica la aparición de un organismo diferente. La evolución significa variaciones en el genoma a lo largo del tiempo. Eso puede permitirle sobrevivir en unas nuevas condiciones o no. La aparición de una capacidad génica que determina la resistencia a un metal pesado (cuando antes no existía) es evolución, y la pérdida de genes porque vive en un ambiente muy estable, y por tanto no los necesita también. La adaptación no tiene por qué implicar forzosamente variación génica. Los humanos nos hemos adaptado a vivir en todo tipo de climas sin necesidad de variaciones genéticas.
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Entonces, lo observado es que existe un “mecanismo interno” a la célula que le permite mutar cada vez que el medio le crea estrés y que se detiene cuando la combinación de mutaciones produce un efecto que disminuye el estrés.
Algo parecido, aunque no exactamente así: hay un gen (o grupo de genes) que se activa en situaciones de estrés ambiental. En esas condiciones la célula acumula más mutaciones de lo que hace en situaciones no estresantes.
¿Con “no dirigido” te refieres a que la célula no tendría una “capacidad” que la orienta a resolver el problema de forma óptima y sistemática, y que esas mutaciones serían sin control celular, al azar?
No. Cuando escribo no dirigido me refiero a que las mutaciones se dan por todas partes del genoma y no solamente en aquellos genes relacionados con una capacidad que la haría adaptarse a una nueva condición.
Por tanto, si se hace una revisión de la documentación de los resultados, únicamente de los resultados, de los diferentes experimentos aparecerán pruebas con muchas opciones diferentes que no resolverán el problema.
Mal ejemplo: los resultados negativos no se publican 😉
¿Cómo se probaría si ese mecanismo es o no dirigido atendiendo solo a los datos de los resultados?
¿Mantendría la evolución un sistema dirigido en el cual un elevado número de casos mueren (muchas de las variantes generadas no son viables)? Se me antojaría un sistema mal dirigido (o no dirigido).
Gracias por aclarar el término porque creo que para la mayoría de las personas con las que hablo especiación y evolución van unidos.
Es que ahora me dices una cosa completamente diferente. La especiación implica variaciones genotípicas. La generación de dos especies a partir de una de partida es un proceso evolutivo.
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Tarupak: «De acuerdo. Evolución, para ti, implica adaptación por cambio genético.».
Creo que se le ha pasado a Manuel. Evolución es el cambio en las frecuencias génicas de una población. Puede haber (de hecho la hay) evolución sin adaptación (p. ej., por deriva genética).
Saludos.
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Correcto Víctor. No tengo tiempo para responder extensamente a todos vuestros comentarios, pero a cambio tenemos la suerte de tener lectores a los que no se os escapa una 😉
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De acuerdo, ¿y la causa de esa acumulación de mutaciones está determinada? ¿Es la propia célula la que activa un sistema de prueba y error de creación de nuevos genes o simplemente desactiva el proceso de corrección de errores del genoma y que pase lo que tenga que pasar? Supongo que determinar el porqué de las mutaciones es el objetivo final de la investigación.
Para mi eso es lo que habría que esperar. Si no tengo claro que genes tengo que crear para resolver mi problema comienzo con pruebas en varios lugares, luego me quedo con los que funcionan y elimino los que no valían (¿sistema inmunitario?). La ubicación final de los genes relacionados con una capacidad la sabes una vez que ya existen, antes de esa mutación no había esa capacidad ni esos genes.
Pues pobre bacteria que le han sacado las vergüenzas a la luz y nos hemos enterado de sus intentos fallidos .
En el ejemplo no hablaba de «publicar» sino de «revisar la documentación». Y siempre me ha parecido un poco triste que no se publiquen las maneras de no hacer la cosas porque ahorrarían tiempo a otros equipos e incluso se podrían encontrar experimentos que no estaban «tan mal».
Si es el único del que dispones, pues toca lo que toca. Y estaría al mismo nivel de efectividad/peligro que el de mutaciones al azar, pero sería mucho más rápido, con lo que la adaptación se produciría a tiempo de que no desapareciese la población entera por el estrés del ambiente.
Mi definición era «transformación de un organismo en otro diferente» y creía que quedaba claro que la especiación iba implícita, aunque hablando desde el campo de la célula el sentido de especie puede ser bastante difuso. Pero creo que me ha quedado claro. Lo que defendéis Victor y tú es que evolución, grosso modo, es cualquier cambio en el material genético. Una definición con pocas restricciones.
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¡Zalamero! 🙂
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De acuerdo, ¿y la causa de esa acumulación de mutaciones está determinada?
Se conocen muchos de ellos y me imagino que todavía desconocemos otros muchos. Los primeros los podrás identificar dando un “paseo” por PubMed.
Y siempre me ha parecido un poco triste que no se publiquen las maneras de no hacer la cosas porque ahorrarían tiempo a otros equipos e incluso se podrían encontrar experimentos que no estaban “tan mal”.
Si, a mí también me gustaría ver publicados resultados negativos, ahorrarían mucho trabajo. Ahora sólo nos enteramos por el boca a boca con grupos de investigación con los que se interactúa. Pero es lo que hay, las revistas también son un negocio, y no deben ver rédito en eso de publicar resultados negativos.
Si es el único del que dispones, pues toca lo que toca. Y estaría al mismo nivel de efectividad/peligro que el de mutaciones al azar…
Es que hay de todo. Creo que con esto del azar/no azar estamos cerca de caer en las interminables charlas dialécticas. Intentaré ser gráfico: imaginemos a un proceso evolutivo/adaptativo representado como un botón que hay que apretar. El botón está camuflado y no lo vemos. Imagina que hay un mecanismo que interacciona con el DNA lanzando dardos al aire, sin saber exactamente donde caen (con lo que sólo sabremos que han dado al botón después de la interacción). Es un generador de dardos. En circunstancias normales se producen 10 lanzamiento, cuando hay estrés el número de lanzamientos pasa a 10000. Visto desde fuera no se puede predecir dónde caen los dardos, la caída de estos (mutaciones) es azarosa. Visto desde dentro, la célula tampoco parece tener un control de hacia donde van los dardos, van a todas partes para que quizás alguno impacte con el botón. ¿Es esto azar? El proceso de inicio parece no serlo, pero es que este es uno de los mecanismos de incremento de diversidad genética. Hay sustancias químicas y agentes físicos que también actúan como lanzadores de dardos en el genoma, y puede que accidentalmente presionen el botón. ¿Es eso azar?
Lo que defendéis Victor y tú es que evolución, grosso modo, es cualquier cambio en el material genético. Una definición con pocas restricciones.
Un cambio en el material genético es una mutación. Cuando ésta se conserva en el organismo podemos hablar de evolución.
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Si me permiten la intromisión, creo que es común el uso de frases nebulosas y que en definitiva llevan a confusión (porque tenemos tan en claro lo que decimos que nos entendemos a nosotros mismos aunque no expresemos mal). Por ejemplo: «Un cambio en el material genético es una mutación. Cuando ésta se conserva en el organismo podemos hablar de evolución».
Díganme si me confundo (y no pretendo con esto aleccionar a Manuel porque estoy seguro de que entiende el tema perfectamente) pero para hablar de evolución, ¿no deberíamos hablar de una población de una especie a lo largo del tiempo?
Si bien, al hablar de «organismo» podemos estar refiriéndonos a una especie, puede interpretarse también que estamos hablando solamente de un individuo de una especie. Y no tiene sentido hablar de evolución si estamos refiriéndonos a los cambios genéticos que sufre un sólo individuo (al menos, eso entiendo yo). Y puede parecer obvio que no es la interpretación correcta del término organismo en este caso, pero creo que realmente hay mucha gente que no podría distinguirlo (y que piensa que la mera ocurrencia de una mutación en un individuo es en sí misma un evento evolutivo).
Apuntando a lo que creo que quería expresar Tarupak, el cambio evolutivo no implica necesariamente la especiación, porque para que podamos hablar de especiación, el cambio tiene que ser significativo, y los cambios evolutivos pueden ser graduales. En ese caso, la especiación sería la consecuencia de la acumulación de pequeños cambios a través del tiempo, cuando quizás ninguno de esos cambios aisladamente justificaría hablar de una especie nueva.
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Cierto, guilleemas. A veces nos permitamos la licencia de emplear un lenguaje inexacto, y es posible que esto produzca confusión.
Siendo estrictos, la evolución consiste en el cambio que se produce en las poblaciones mediante la alteración de las frecuencias alélicas de las mismas y que puede conducir a la formación de nuevas especies. En principio, una mutación en un individuo no es evolución, sino mera mutación.
Lo que ocurre, como bien indicas, es que muchas veces generalizamos, y decimos por ejemplo: «cuando un individuo acumula varias mutaciones beneficiosas». Obviamente, esto no es posible en el individuo aislado. El proceso se da en una población donde se fijan a lo largo de generaciones varias mutaciones beneficiosas de forma que, al coger un individuo de esta población, observamos la acumulación de estas mutaciones en él, pero ha sido la población la que ha sufrido el proceso evolutivo.
Para que haya especiación, lo que debe darse es una diferenciación suficiente como para que entre las dos poblaciones hijas deje de existir flujo génético y, por lo tanto, comiencen a evolucionar por separado e independientemente.
Saludos.
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