40.000 generaciones evolucionando en un tubo de ensayo

Hay experimentos que parecen ideados para convertirse en clásicos. Entre ellos -y por poner sólo ejemplos de la bioquímica- están el mítico experimento de Miller  para formar los “ladrillos de la vida” utilizando las posibles condiciones de la tierra antigua o el experimento de Meselson-Stahn para demostrar cómo se duplica el DNA. El que quiero comentar a continuación destaca tanto por su belleza y simpleza  como por la paciencia necesaria para llevarlo acabo, no en vano el experimento ha requerido de más de 20 años de trabajo diario ¡y probablemente no ha acabado todavía! Os invito a descubrirlo. 

Richard Lenski ideó en 1988 un experimento muy sencillo pero que requería una meticulosidad increíble. Consistía en inocular una cepa bacteriana en 12 frascos diferentes, creando 12 nuevos linajes, dejarlas crecer en el caldo de cultivo todo un día y diluir después una fracción en un nuevo caldo de cultivo. Este esquema de trabajo permite a las bacterias crecer en un cultivo con los nutrientes necesarios dividiéndose hasta que agotan el nutriente limitante (en este caso la glucosa), momento en el que el crecimiento se para, algo que ocurre antes de que pase el día, tras 6 o 7 divisiones o generaciones. Al día siguiente tras diluir una muestra o inóculo en el siguiente frasco con caldo de cultivo nuevo el ciclo se retoma (aquí puedes ver el esquema completo, [EN]). Así durante más de 20 años: unas 40.000 generaciones (365 días x 6 generaciones diarias x 20 años).

¿Qué es lo que Lenski esperaba observar? En principio todas las bacterias son iguales por lo que cada bacteria individual va a tener el mismo número de descendientes que serán distribuidos en la misma proporción que los descendientes del resto de bacterias en el siguiente frasco. Ahora imaginemos que una bacteria muta al producirse un error al replicar su DNA, es algo que ocurre al azar y no está determinado (Experimento de Luria-Delbrück). La mutación puede ser neutral (no afecta a nada relevante para su ciclo vital), ser negativa o ser positiva. Si es negativa los descendientes de esta bacteria se verán perjudicados en la competición por el alimento y tendrán menos descendientes y por tanto menos proporción pasará al siguiente frasco. Si es positiva justo lo contrario.  Lenski esperaba ver la supervivencia de los mejor adaptados: bacterias mucho más efectivas que sus antepasados en el aprovechamiento de los nutrientes. 

Aunque hay muchos resultados interesantes en este experimento, cabe destacar uno por su belleza. Aunque los 12 linajes encontraron soluciones similares en unos poco miles de generaciones para aprovechar la glucosa del medio de forma limitante algo muy curioso pasó con uno de los 12 linajes pasada la 30,000 generación: en los frascos inoculados con ese linaje se encontraban muchísimas más bacterias al día siguiente ¿Cómo era posible con la poca glucosa que tenían?. ¿Y por qué sólo en uno de los 12 linajes?  

 

 

Los 12 linajes tras 30,000 generaciones, el tercero por la izquierda (A-3) es el "supermutante", es mucho más turbio por contener más bacterias (Web de R. Lenski)

 

La solución de este lianaje había sido utilizar uno de los nutrientes del caldo de cultivo que normalmente no es metabolizado por estas bacterias, de esta forma las bacterias que podían asimilarlo contaban con casi el doble de alimento que las que no podían: una ventaja increíble que hizo que estás dominaran por completo los siguientes frascos. Esta nueva habilidad es, salvando las distancias, como si nosotros pudieramos digerir la celulosa de las plantas y,  como  podéis observar en el gráfico inferior, fue una revolución para el cultivo que permitió a este linaje producir muchos más descendientes por día. Ninguno de los otros 11 linajes “hermanos” podrían competir con el “supermutante” si los juntáramos después de estas 30,000 generaciones separados.

 

 

Densidad bacteriana al final de cada ciclo de crecimiento. Se puede observar el gran salto que se produce en sólo unas pocas generaciones

 

¿Por qué no en los otros frascos? La probabilidad de que una base en particular del genoma bacteriano mute es baja pero constante así que si la habilidad sólo se gana con una mutación específica es muy probable que  no se repita en los demás frascos incluso después de sólo 40,000 generaciones (creo que hay un 98.8% de posibilidades de que no ocurra, si queréis los cálculos os los paso). Aún así, experimentos paralelos indican que esta variación no puede deberse a una sola mutación sino que este linaje  “supermutante” debería tener al menos otra mutación antes de la que nosotros observamos. Observad la gráfica superior: sólo hay un salto, es decir, la primera mutación, que debió producirse antes del salto, no aumentó ni un poco el número de descendientes diarios. Es decir esa mutación o bien era útil para otro proceso o era neutra. Con este resultado el grupo de Lenski acababa de observar directamente una evidencia muy firme de algo que ha sido atacado por muchos antievolucionistas: la adquisición de habilidades o caracteristicas que requieren varios cambios, ninguno de ellos útil por si mismo, pero ventajosos cuando ocurren simultáneamente. En algún punto anterior a la generación 33,000 este linaje albergo una mutación cambiando el destino del linaje dejándolo “cargado” para que con sólo un cambio más pudiera aprovechar el nuevo nutriente. No hay ninguna voluntad de por medio, simplemente mutaciones al azar. Quien sabe, quizás ese linaje esté “cargado” para otros procesos y sólo necesite un paso más para dar otra sorpresa: Habrá que echarle un vistazo en otros 20 años.

Notas:

El grupo de Lenski, con su paciencia y meticulosidad ha aportado un prueba muy valiosa para la ya llena carpeta de la Teoría de la Evolución por selección natural, un experimento perfectamente controlado en el que podemos observar como se adquieren habilidades complejas a largo de muchas generaciones mediante mutaciones al azar. Aunque empecé a pensar en el post con el último artículo en el que ha colaborado Lenski, me decidí al leer The Greatest Show on Earth, de R. Dawkins, donde lo comenta mucho mejor que un servidor. El artículo original es:

Historical contingency and the evolution of a key innovation in an experimental population of Escherichia coliBlount ZD, Borland CZ, Lenski RE. Proc Natl Acad Sci U S A.10;105(23):7899-906.(2008)

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13 comentarios

Archivado bajo Science & Nature

13 Respuestas a “40.000 generaciones evolucionando en un tubo de ensayo

  1. Muy bueno el post (tb el libro de Dawkins) y cojonudamente explicado, estas pruebas “cortas” de evolución son cojonudas para estampárselas en la cara a los creacionistas ¡¡.

    Me gustaría ver la cantidubi de tubos que deben de seguir andando por el labo del dichoso experimento…de esos de no los tires por si acaso…

  2. tallcute

    creo que guardaban muestras cada 500 generaciones pero seguro que tienen algunas más de reserva. Lo que me flipa es que, aunque se alternen, todos los días alguien hacia “el ritual”

  3. Pingback: prueba de la seleccion natural actuando

  4. Ahhh, pero diosito hizo más y mejor esto… Y en sólo siete días.
    Evolucionistas loosers! :P

    • Tal vez asi sea (y no es que quisiera negarlo) pero igual ambas teorias creo que pudieran ser correctas.
      Sin embargo, el libro del génesis es metafórico y hablando estrictamente de un Dios, el tiempo sólo es creación humana para intentar comprender su realidad y dandole un valor subjetivo, por lo que para Dios 7 días pudo haber sido igual a millones de años a tan sólo segundos (Igual el tiempo a lo largo de la historia no se ha medido igual en todas las culturas y épocas).

      No hay duda de que la evolución existe y mediante ésta, la vida surgió, pero para que surgiera y viendo que la evolución es producto del “azar”, personalmente no creo en las coincidencias, lo cual daría sentido a ambas teorias, ¿no creen?

      Bueno, este es solo un punto de vista más :P
      !Saludos! y !felicitaciones al dueño de este blog!

  5. Txus

    Santa paciencia! Tanto por el experimento como por Rodion Romanov…

  6. ¡Fantástico! La evolución en vivo :D.

  7. Experimento simple a la vez que precioso

  8. Hermoso, los libros de historia están llenos de experimentos simples, sensillos y decidores.

    Gracias por el post, No conocía este trabajo

  9. Pingback: Los 10 saltos evolutivos más complejos « Tall & Cute

  10. Pingback: Los 10 pasos evolutivos más complejos « Tall & Cute

  11. Me ha impresionado mucho este artículo .Me ayuda a entender un mecanismo que explica el por qué de “contener” un conocimiento sin el estímulo de una gratificación inmediata

  12. Si mi reflexión no es incorrecta creo que “contener” y “cargado” serían sinónimos

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