Poniéndonos en el papel de Dios: la evolución experimental
Si le preguntas sobre su mayor deseo a un biólogo interesado en la evolución, casi con seguridad que su respuesta incluya la expresión «máquina del tiempo». La evolución biológica es un proceso lento. Las líneas evolutivas del chimpancé y el humano no se bifurcaron hace unos miles de años, sino hace millones de años atrás. La materia prima que necesita la evolución para actuar es el tiempo... mucho tiempo. No es sencillo tomar dimensión de esas cantidades, al contrario: nos abruma.
El mismísimo Charles Darwin, como otros tantos científicos avocados al tema, inferían de qué modo actuaba la evolución a partir de la observación del entorno. Charles, por ejemplo, a lo largo de su travesía en el Beagle capturó un sinfín de muestras biológicas, las cuales analizó como un todo para luego proponer sus revolucionarias ideas.
Hoy la evolución se puede observar. A partir de organismos con tiempos generacionales cortos, como el caso de virus, bacterias o incluso insectos, se pueden emular micromundos controlados en los que el investigador puede seguir su evolución. Estamos hablando de un campo relativamente nuevo: la evolución experimental. Veamos de que se trata.
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Evolución en tiempo real
Como ya mencionamos, la materia prima para que un sistema evolucione es el tiempo, pero... ¿por qué es tan importante? Principalmente porque los cambios que sufren los organismos ( mutaciones) son muy raros. Además, la mayoría de estos cambios son neutrales o perjudiciales y muy pocos beneficiosos.
El principal organismo empleado en el campo son las bacterias, en particular, la conocida y mimada por los investigadores: Escherichia coli. En promedio, estas bacterias se dividen luego de unas pocas decenas de minutos, lo cual da cuenta de lo sencillo que es obtener nuevas generaciones y, lo que es más importante, potenciales nuevas mutaciones. El «Santo Grial» de la evolución experimental es descubrir adaptaciones adquiridas por los individuos y, a su vez, las bases genéticas que las subyacen. Si hablamos de adaptación entonces hacemos referencia a algún tipo de ventaja.
Aquellas mutaciones adaptativas son aquellas que le confiere ventaja al individuo que la posee sobre aquellos que no la tienen. Del mismo modo, si hablamos que un individuo tiene ventaja sobre otro, generalmente nos referimos a que posee una probabilidad mayor de dejar descendencia. A este concepto los biólogo evolutivos lo llaman fitness o aptitud darwiniana.
Ya planteado el escenario, sumerjámonos en el experimento más emblemático de este campo: el « Escherichia coli long-term evolution experiment». En 1988 a un grupo de científicos norteamericanos se les ocurrió cultivar 12 poblaciones provenientes de dos cepas de bacterias bajo las mismas condiciones ambientales y monitorearlas en el tiempo. En este momento, un becario doctoral debe estar controlando los descendientes de aquellas bacterias. Así es: el experimento sigue en su curso. A lo largo de los 27 años ya transcurridos, las diferentes poblaciones ya superaron las 60 000 generaciones.
Los investigadores obtuvieron resultados muy interesantes. Por ejemplo, el tamaño celular aumentó progresivamente en todas las poblaciones bacterianas, dejando de lado a sus versiones ancestrales más pequeñas. Los científicos no se conformaron y fueron más allá, buscaron la causa del fenómeno: fue una mutación puntual que alteró la expresión de una proteína ya conocida ( penicillin-binding protein). Precisamente a esto nos referíamos con indagar las bases genéticas detrás de los cambios observados.
Su mayor descubrimiento fue reportado en el 2008. Una de las 12 colonias adquirió una novedosa adaptación: la capacidad de metabolizar citrato y utilizarlo como alimento, lo cual es impensado en esta especie de bacterias. Los científicos estaban eufóricos: habían presenciado un cambio evolutivo de gran magnitud. Sin quedarse con los brazos cruzados, se preguntaron por qué esa población en particular y no las otras sufrieron ese cambio. Para ello, secuenciaron el ADN de diferentes generaciones de la población de interés, esto es relativamente sencillo puesto que la longitud del ADN bacteriano es corta en comparación a otras especies. Finalmente, encontraron que la duplicación genética de un gen involucrado en el transporte del citrato era el protagonista del hecho.
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El poder explicativo de la evolución experimental
Si de evolución se trata, la polémica no se hace esperar. Los escépticos creen que la magnitud de las mutaciones que ocurren en este tipo de experimentos no son importantes: no se forman nuevas «especies». Por otro lado, creen que hay una brecha muy grande entre estudiar a una bacteria y a un humano.
Aquellos con esa mirada probablemente no sepan que la mayoría de los descubrimientos biológicos se los debemos a organismos modelos, como las moscas de la fruta ( Drosophila melanogaster) o la querida Escherichia coli. Años de investigación nos enseñó que, si bien una mosca y un hombre tienen innumerables diferencias observables, son una gran primera aproximación para entender un fenómeno biológico.
Como hemos discutido en otras entradas, dentro de la célula los seres vivos somos todos muy parecidos. Los mecanismos evolutivos son universales y someten a todos los organismos de manera semejante, de ahí que podemos proponer los resultados que nos ofrece la evolución experimental como mecanismos plausibles para comprender mejor la evolución.
La biología evolutiva se nutre de otras ramas de la ciencia y avanza progresivamente. La evolución experimental es una herramienta poderosa, que permite estudiar adaptaciones y su costado genético. Mientras tanto, crucemos los dedos para que los físicos comprendan mejor la naturaleza del tiempo, para viajar por él y vivir en carne propia la historia de la vida.
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