¿Se puede observar la evolución en tiempo real?

El proceso evolutivo se concibe normalmente como un fenómeno demasiado lento y paulatino como para ver resultados en el transcurso de una vida. Pero si se observa al ser vivo adecuado, es posible conseguirlo… en mucho menos tiempo.

 

Se acepta normalmente que la evolución biológica, es decir, el proceso de acumulación de cambios en una población de seres vivos a lo largo del tiempo es un proceso demasiado lento como para que una persona pueda llegar a apreciarlo a lo largo de su vida.

Por supuesto, podemos analizar las pruebas que el proceso evolutivo deja en los seres vivos, tanto en el registro fósil como en términos filogenéticos, y gracias a esas observaciones y a las herramientas que nos proporciona la genética, podemos reconstruir los árboles genealógicos de cualquier grupo. Pero, en general, los cambios evolutivos en las poblaciones requieren de decenas, cientos e incluso miles de generaciones para llegar a ser observables; los cambios que suceden en un tiempo más corto pasarían desapercibidos.

Sin embargo, el término clave para poder observar el proceso evolutivo no está en lo lento o rápido que sea, sino en cómo se mide. Y es que no se mide en años, sino en generaciones. Y si bien, las generaciones humanas duran décadas, hay organismos cuyas generaciones duran años, meses, días o incluso minutos. Y, por lo tanto, los cambios evolutivos en sus poblaciones se pueden producir en rangos temporales suficientemente cortos como para que los investigadores puedan observarlos en tiempo real.

Las bacterias de Lenski

En el año 1988, un equipo liderado por el profesor de microbiología y genética molecular Richard E. Lenski, de la Universidad Estatal de Michigan, comenzó un experimento que actualmente aún sigue en marcha. Los investigadores obtuvieron una cepa de la bacteria Escherichia coli y sembraron doce poblaciones en sus respectivos medios de cultivo. Cada día —que se estima que la población experimenta unas 6,64 generaciones—, el 1 % de la población es extraída y transferida a un nuevo medio de cultivo, y cada 500 generaciones (75 días) se criopreserva una muestra del linaje, congelándola en glicerol, para disponer de muestras históricas con las que comparar ancestros con descendientes.

Desde el inicio, se han registrado ya decenas de miles de generaciones de bacterias en el experimento de Lenski —50 000 se registraron en una publicación científica en Journal of Bacteriology de abril de 2021—. En este tiempo se han observado múltiples cambios evolutivos significativos.

Entre otros, destaca una innovación metabólica: la capacidad de utilizar citrato como fuente de carbono. Esta novedad evolutiva tuvo lugar en un linaje —que recibe el nombre de Ara-3— que, durante más de 30 000 generaciones, tuvo a su disposición ese recurso, sin aprovecharlo. La capacidad fue observada en una población en torno a la generación 31 500. El gran retraso de la aparición de la ventaja evolutiva, y que solo apareciera en un linaje, indicó a los investigadores que se trataba de una mutación extraordinariamente rara.

Los 12 linajes de las bacterias de Lenski; la central (Ara-3) es turbia porque metaboliza el citrato (Baer & Hajela CC BY-SA 3.0)
Los 12 linajes de las bacterias de Lenski; la central (Ara-3) es turbia porque metaboliza el citrato (Baer & Hajela CC BY-SA 3.0)

Otros cambios evolutivos que se han observado en el dilatado experimento de Lenski y sus bacterias incluyen un aumento del tamaño en algunos linajes, o la adquisición de resistencia a antibióticos.

El video de la evolución

En el año 2016, y sabiendo que el proceso evolutivo que da lugar a la adquisición de resistencia a antibióticos es uno de los más fáciles de observar, un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard decidió intentar algo aún más impresionante que el experimento de Lenski. Trataron de grabar el proceso evolutivo en vídeo.

El planteamiento era el siguiente. En una placa enorme de 120 × 60 cm pusieron un medio de cultivo de agar sólido impregnado en tinta negra y lo dividieron en nueve bandas transversales. Las dos bandas del extremo las dejaron sin alterar. Las dos siguientes las impregnaron con una concentración del antibiótico trimetoprima tres veces superior a la concentración mínima inhibitoria —es decir, el triple de la dosis a partir de la cual la bacteria ya no puede crecer—, o lo que es equivalente, la dosis que se considera letal para la bacteria. Las siguientes bandas, hacia el centro, se impregnaron con una concentración de 10 veces la dosis letal, 100 y 1000. Sobre este medio de cultivo colocaron una fina capa de agar ligero que permitiera el crecimiento y movimiento de las bacterias.

En cada banda exterior, donde no había antibiótico, sembraron seis poblaciones de bacterias sensibles al antibiótico, encendieron la cámara de vídeo, y dejaron a las bacterias crecer con la intención de capturar en vídeo el proceso evolutivo de adquisición de resistencia a trimetoprima de las bacterias.

Y lo consiguieron.

La placa del experimento de la evolución en vivo de Harvard (Baym et al., 2016)
La placa del experimento de la evolución en vivo de Harvard (Baym et al., 2016)

Las bacterias colonizaron la última banda en 264 horas. El vídeo en tiempo real reveló cómo crecían y se distribuían por la placa las distintas colonias bacterianas y pudieron observar dónde se producían las innovaciones evolutivas; además, fueron capaces de tomar muestras en distintos puntos y analizarlas, desarrollando así el árbol evolutivo de las bacterias. El vídeo, en su versión acelerada, puede verse en youtube.

¿Por qué siguen siendo bacterias?

Algunas personas niegan que el proceso evolutivo sea real, a pesar de que es un fenómeno ampliamente observado, como ilustran los experimentos mostrados. A pesar de ello, esas personas rechazan las pruebas alegando que las bacterias siguen siendo bacterias, y no han pasado a ser otra cosa.

Ese argumento falla en la base, al sostenerse en una idea falsa de lo que la evolución es y cómo funciona. En el proceso evolutivo se dan cambios paulatinos y acumulativos en las poblaciones, en función de la presión ambiental, pero no llega a cambiar el grupo filogenético al que pertenece la población. Es decir, las bacterias, independientemente de la cantidad de cambios evolutivos que sufran, seguirán siendo bacterias, del mismo modo que los seres humanos seguimos siendo primates, seguimos siendo mamíferos, y seguimos siendo animales, independientemente de los cambios sufridos durante nuestro proceso evolutivo.

Todo organismo que desciende de un ancestro, pertenece al mismo grupo que su ancestro; esto se denomina monofiletismo, y es algo que la evolución siempre conserva. Y aunque puedan surgir nuevas especies que formen grupos nuevos, seguirán perteneciendo, todos ellos, al mismo grupo ancestral.

Por ese mismo motivo, las aves siguen siendo dinosaurios. Porque su ancestro, aquel animal emplumado del Jurásico, con dientes y cola larga, era un dinosaurio. Y no importa cuántas especies nuevas de aves surjan, cuántos nuevos grupos se formen, cuantos linajes evolucionen y cuántas formas adquieran. Seguirán siendo aves, y seguirán siendo siempre dinosaurios.

Y por ese motivo, las bacterias de Lenski, por mucho que evolucionen, seguirán siendo bacterias. Porque así funciona el proceso evolutivo.

Referencias:

Baym, M. et al. 2016. Spatiotemporal microbial evolution on antibiotic landscapes.

Science, 353(6304), 1147-1151. DOI: 10.1126/science.aag0822 Blount, Z. D. et al. 2008. Historical contingency and the evolution of a key innovation in an experimental population of Escherichia coli. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105(23), 7899-7906. DOI: 10.1073/pnas.0803151105

Grant, N. A. et al. 2021. Changes in Cell Size and Shape during 50,000 Generations of Experimental Evolution with Escherichia coli. Journal of Bacteriology, 203(10). DOI: 10.1128/JB.00469-20

Harvard Medical School. 2016, septiembre 9. The Evolution of Bacteria on a “Mega-Plate” Petri Dish (Kishony Lab).

Jordan, J. A. et al. 2022. Idiosyncratic Fitness Costs of Ampicillin-Resistant Mutants Derived from a Long-Term Experiment with Escherichia coli. Antibiotics, 11(3), 347. DOI: 10.3390/antibiotics11030347

Vary (Álvaro Bayón)

Vary (Álvaro Bayón)

Soy doctor en biología, especializado en especies invasoras. Intento divulgar sobre ciencia y naturaleza mientras lucho férreamente contra las pseudociencias y el pensamiento mágico. Cuando me queda tiempo, cazo pokémon y hago artesanía. Además, soy (un poco) adicto al twitter.

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