El experimento de Richard Lenski con la Escherichia coli.

Las bacterias constituyen un regalo incalculable para el científico evolutivo. En algunos casos se pueden congelar durante un periodo de tiempo indefinido y después devolverlas a la vida, donde vuelven a reproducirse como si nada hubiera ocurrido. Esto significa que los investigadores pueden crear su propio «registro fósil vivo», como una instantánea del punto exacto que el proceso evolutivo ha alcanzado en un cierto instante. Es justamente esta cualidad de las bacterias (entre otras) la que ha aprovechado el bacteriólogo Richard Lenski y sus colegas de la Universidad Estatal de Michigan  en el experimento con Escherichia coli que trataré de explicar de la manera más sencilla posible, para que a modo de introducción les despierte el interés por adentrarse a fondo en este experimento y en otros similares.

Los 12 Matraces (6 ara- y 6 ara+)

La Escherichia coli es una bacteria común, hay cien billones de ellas en el planeta y unas mil millones se encuentran en nuestro intestino grueso ahora mismo. Se reproducen asexualmente por lo resulta fácil clonar una población enorme de individuos idénticos en un periodo corto de tiempo. El experimento comenzó en 1988. Se tomó una población de E. coli y se les distribuyo en 12 matraces con la idea de que formen cada una de ellas 12 líneas evolutivas independientes. Los matraces contenían exactamente el mismo caldo de cultivo, compuesto por glucosa (alimento) y otros compuestos que mencionaré más adelante. Las bacterias se alimentan a la vez que se reproducen. Una vez que se terminaba la comida, la población de bacterias dejaba de reproducirse y alcanzaba un límite de población (o meseta) que quedaba registrada por los experimentores. Se congelaba la muestra, para guardarla como registro, pero antes de eso se extraía exactamente la centésima parte de ella para infectar un siguiente matraz. Para que se entienda, podría decir que en un inicio habían matraces del 1 al 12 y luego habían 12 más por cada uno de los matraces originales. Y así sucesivamente. Durante todo el tiempo que lleva realizándose el experimento, se han infectado 12 matraces una vez al día. El experimento lleva más de 7 mil generaciones de matraz y más de 45 mil generaciones de bacterias. Si retrocediésemos esa cantidad de generaciones en nuestra linea evolutiva volveríamos atrás aproximadamente un millón de años, hasta cuando vivía el Homo erectus.

Teníamos entonces doce líneas evolutivas caminando por su propio equivalente acelerado del tiempo geológico, en paralelo, bajo las mismas condiciones de crecimiento y colapso periódicas. La cuestión interesante era: ¿se mantendrían igual que sus antepasados? ¿O evolucionarían? Y si evolucionaban, ¿lo harían las doce tribus de la misma forma o divergirían entre sí?

Figura 1.

Recordemos que las doce líneas o grupos se alimentaban de glucosa y que la cantidad de glucosa que había en el matraz determinaba el tamaño que alcanzaría la población en dicho matraz. La expectativa o predicción darwiniana era que si alguna mutación le permitía a las E. Coli aprovechar de mejor manera la glucosa que tenían al alcance, la selección natural las favorecería y la población de las generaciones más recientes, en ese grupo, comparadas con las anteriores, serían mayores. Es decir que a medida que pasaran las generaciones esas bacterias iban a tener ventaja para perdurar en la población y eliminar a las demás que carecían de dicha mutación. Eso es exactamente lo que sucedió, aumentaron su volumen de la manera en que se muestra en la figura 1. No lo hicieron en la misma medida. Observamos en el gráfico que todas alcanzaron un volumen distinto a través de un camino evolutivo distinto, como demuestra la dispersión de las curvas hiperbólicas que las representan. Eso quiere decir que una de las tribus evolucionó de manera más eficaz que las otras, seguramente porque fue beneficiada por una mejor mutación que a las demás. No voy a extenderme explicando porqué el aumento de tamaño representa una mejora evolutiva en ese medio donde en un inicio hay abundancia y luego escasez de glucosa, porque es otro tema, por el momento sólo diremos que se sabe que es así porque todas las líneas evolutivas "optaron" por ello.

Figura 2.

Hasta este punto del experimento se ha observado sólo que la evolución ha hecho que todas las líneas mejoren su "eficacia biológica" al aprovechar mejor la glucosa de la que se alimentan, variando sólo en la velocidad en la que perfecciona la selección natural esta cualidad necesaria de mejora.  Sin embargo, el experimento a largo plazo produjo una excepción espectacular. Observen la figura 2. En la generación 33 100 una de las doce líneas denominada ara-3 (el ARA es un gen que poseen las bacterias y que pueden ser + o –, identificables por coloración blanca o roja respectivamente provocado por un tinte químico llamado tetrazolina) se observó un aumento significativo en el DO (densidad óptica) o "nubosidad", que es el índice que mide la densidad de la población. Era como si al matraz le hubieran añadido una dosis extra de glucosa y la meseta habitual en este momento del recorrido evolutivo (que hasta entonces era similar en todas las líneas) hubiese aumentado más de lo débito. Pero eso no fue lo que había ocurrido, nadie sobrealimentó a las bacterias. Lo que ocurrió fue que las E. Coli del matraz ara-3, y sólo ellas de entre las 12, habían sido beneficiadas por una mutación (en realidad dos, una detrás de otra, como se descubriría después) que le permitía no sólo aprovechar como alimento la glucosa del caldo de cultivo, sino también el abundante citrato que había en el.

Richard Lenski

La investigación de Lenski muestra, en un microcosmos y en el laboratorio, de forma extremadamente acelerada para que pueda ocurrir delante de nuestros ojos, muchos de los componentes esenciales de la evolución por selección natural: mutación aleatoria seguida de selección natural no aleatoria; adaptación al mismo entorno independientemente por rutas separadas; acumulación de mutaciones sucesivas en los predecesores para producir un cambio evolutivo; dependencia de los genes, para sus efectos, de la presencia de otros genes. Y todo ocurriendo en una fracción del tiempo que normalmente tardaría la evolución.

Esta exitosa historia de esfuerzo científico tiene una secuela cómica: los creacionistas la odian. No sólo muestra la evolución en acción; no sólo muestra nueva información que penetra en los genomas sin la intervención de un diseñador; no sólo demuestra el poder de la selección natural para provocar combinaciones de genes que, por los cálculos triviales que tanto gustan a los creacionistas, deberían ser tanto como imposibles; también mina su dogma central de «complejidad irreducible». No es de extrañar, por tanto, que estén desconcertados con la investigación de Lenski y deseosos de encontrar un error en ella.