E. Coli Ofrece Una Visión De La Evolución

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El experimento de dos décadas de richard lenski sobre e. Coli arroja nueva luz sobre los procesos evolutivos.

Este artículo de Detrás de las escenas se proporcionó a WordsSideKick.com en colaboración con la National Science Foundation.

El biólogo evolutivo Richard Lenski ocasionalmente piensa en sus 12 frascos originales de E. coli como el experimento que sigue dando.

Él y sus colegas han nutrido estas muestras y su progenie, 52,000 generaciones y contando, por más de 23 años, todos los días, sin tiempo libre para vacaciones o fines de semana.

En términos de generaciones, es el experimento de evolución de mayor duración en la historia, que proporciona innumerables ideas importantes sobre cómo las bacterias mutan y se adaptan con el tiempo.

"Ha tenido una vida propia", dijo Lenski sobre el estudio, que comenzó en febrero de 1988. "Es sorprendente lo complicado que se ha convertido este sistema supuestamente simple: siempre nos da sorpresas".

Las 12 poblaciones viven en una incubadora en el laboratorio de Lenski en la Universidad Estatal de Michigan, y cada una de las docenas de matraces produce unas siete nuevas generaciones cada 24 horas. Todos los días, los científicos toman el uno por ciento de cada población y lo transfieren a un frasco de glucosa fresca, un medio de crecimiento. También toman muestras cada 500 generaciones y las congelan para su estudio posterior.

"Lo bueno es que puedes revivirlos", dijo Lenski. "Ya que tenemos esta serie de tiempo congelada, podemos hacer muchas cosas diferentes. Podemos comparar directamente e incluso competir con bacterias de diferentes generaciones. Podemos medir directamente sus mejoras en la condición física. Podemos comparar organismos que vivieron en diferentes momentos. Es realmente me gusta viajar en el tiempo ".

El experimento fue diseñado para preguntar sobre la repetibilidad de la evolución. "Si observamos la tensión entre la aleatoriedad de la mutación y la previsibilidad de la selección natural, ¿cómo se desarrolla la evolución cuando se juntan las dos?" Dijo Lenski. "De eso se trata este experimento a largo plazo. A lo largo de estas décadas, hemos visto todo tipo de fenómenos interesantes".

Han podido ver cómo evoluciona la tasa de mutación, así como observar mejoras dramáticas en la capacidad competitiva de la bacteria.

Recientemente, por ejemplo, en un trabajo publicado en un número de Science a principios de este año, los investigadores encontraron que una línea de E. coli había producido dos genotipos dominantes después de 500 generaciones, uno de ellos claramente más robusto que el otro, y creció a un ritmo aproximadamente seis por ciento más rápido. Después de 1.000 generaciones, sin embargo, solo quedó un tipo.

Para sorpresa de los investigadores, no fue la tensión la que antes había sido la más fuerte de las dos, sino que la más débil inicialmente había prevalecido. ¿Qué había pasado durante esas generaciones intermedias? ¿Cómo se las arregló para ganar la cepa "menos apta"?

Los investigadores teorizaron que una de dos cosas había sucedido. O bien fue pura suerte para la variedad ganadora, "como si un jugador de póker no calificado recibiera una mano ganadora", dijo Lenski, o la variedad era más adaptable y había sufrido mutaciones beneficiosas que finalmente lo llevaron a una mejora a largo plazo.

La naturaleza de este experimento dio a los investigadores la capacidad de retroceder en el tiempo y reconstruir el proceso evolutivo. Los científicos descongelaron a algunos de los ganadores eventuales de la generación 500 y comenzaron 20 líneas nuevas. Hicieron lo mismo con los eventuales perdedores. Permitieron que todas las bacterias descongeladas se reprodujeran durante 883 generaciones para ver de nuevo quién ganaría; el resultado fue generalmente el mismo. La tortuga, menos apta a corto plazo, todavía le gana a la liebre.

"Habíamos secuenciado los genomas, sabíamos qué mutaciones finalmente se ganaban, por lo que queríamos repetir las historias de los linajes", dijo Lenski. "Resulta que nuestra segunda hipótesis resultó ser correcta. La tensión que eventualmente ganó, a pesar de que estaba menos en forma en este momento, tenía más potencial futuro, más evolvencia".

En 2008, informaron de otra importante adaptación. Una de sus 12 poblaciones había desarrollado la capacidad de usar una nueva fuente de carbono, el citrato, para obtener energía, un talento que su ancestro no tenía.

Tomó más de 30,000 generaciones para que una sola población pudiera usar citrato, lo cual es notable ya que "toda la especie de E. coli se ha definido como no poder usar esa fuente de carbono ", dijo Lenski. (El citrato ha sido durante mucho tiempo un ingrediente estándar en la" receta "del medio de crecimiento que se usa en el laboratorio de Lenski, aunque los organismos nunca lo habían usado antes).

"¿Fue una mutación rara que pudo haberle ocurrido a cualquiera de las 12 poblaciones y en algún momento? ¿O fue una acumulación de evento tras evento lo que hizo que esta población tuviera una trayectoria diferente de las otras 11?" Lenski pregunta. "Uno de mis estudiantes graduados, Zachary Blount, observó 10 billones de células ancestrales del ancestro original de las 12 poblaciones para ver si podían desarrollar esta capacidad de usar citrato. Ninguno de ellos lo hizo. Mostró que, desde el ancestro, usted no se pudo llegar, no se pudo hacer un tipo que use citrato, por una sola mutación.

Sin embargo, "se hizo posible en las generaciones posteriores, ya que el contexto genético había cambiado de una manera que permitía a esta población producir esta mutación", agrega Lenski. "La probabilidad de poder hacer esta transición cambió dramáticamente en el contexto de la historia de esta población.

ddd Otro estudiante graduado en el laboratorio, Brian Wade, ha comenzado un experimento de escisión para ver si las bacterias pueden evolucionar de una manera que las haga resistentes a secarse. Esto podría tener implicaciones importantes para el manejo de alimentos ya que la mayoría E. coli hoy "moriría bastante rápido sentado en un mostrador seco", dijo Lenski. "Ha sido capaz de demostrar que dentro de unos meses, puede seleccionar para E. coli que son mucho mejores para sobrevivir a este estrés que sus ancestros ".

A lo largo de los años, los matraces numerados en el experimento original a largo plazo han desarrollado sus propias "personalidades", dijo Lenski, y algunos tienen tasas de mutación más altas que otras que hacen que evolucionen de manera diferente. "La población de citrato es mucho más densa porque no solo obtienen glucosa, sino que también reciben una segunda ayuda".

Hace unos diez años, Lenski pensó en finalizar el experimento, pero sus colegas lo dejaron de lado. "Cuando estaba empezando a involucrarme en una investigación por computadora, me estaba cansando un poco de las bacterias", dijo. "El experimento interminable fue casi como un yugo alrededor de mi cuello. Pero mis colegas dijeron: 'no puedes renunciar'". Se había convertido en una institución demasiado grande. Ahora mi esperanza es que cuando me jubile, en 10, 15 o 20 años, pueda trabajar con un antiguo alumno o colaborador científico para pasar el experimento ".

El experimento ha soportado fallas eléctricas ocasionales, mal funcionamiento de la incubadora y matraz roto volcado.

"Cometemos errores, pero esa es la belleza de tener bacterias congeladas", dijo Lenski. "Cuando tenemos accidentes, volvemos a la última vez que los congelamos. Los congeladores también tienen copias de seguridad. Nunca perdimos un congelador. Tuvimos pocos problemas, pero las cosas siempre han funcionado".

Para obtener información adicional sobre el trabajo de Lenski, mire el siguiente video y lea el ensayo de Lenski, "Evolución: pasado, presente y futuro".

Nota del editor: Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencia (NSF), la agencia federal encargada de financiar la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Todas las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material son las del autor y no necesariamente reflejan los puntos de vista de la National Science Foundation. Ver el Detrás del archivo de escenas.


Suplemento De Vídeo: Respondiendo a Creacionistas de /La teoria FANTASTICA/.




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