Un experimento evolutivo con levadura que dura diez años consigue agregados que ya se ven a simple vista.
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Es la oscuridad que no cesa, la superstición que impide el progreso humano y que trata de impedirnos pensar libremente. No podemos desfallecer en la lucha porque los magufos no descansan. Ahora que la India se quiere prohibir la enseñanza de la evolución en las escuelas no está de más relatar un bello experimento evolutivo.
Si no nos basta con la evolución de bacterias resistentes a los antibióticos, que ya matan a miles de personas en el mundo o de la escabechina que provocará la inevitable evolución del virus de la gripe aviar en el momento que sea transmisible entre humanos, podemos hacer experimentos directamente.
Realizar experimentos en el campo de la evolución es complicado. Si tenemos que esperar a que una especie de ballena se reproduzca y las sucesivas generaciones nos indiquen la evolución de la especie tendremos que esperar mucho tiempo. Sin embargo, si se trata de bacteria o de levaduras, tendremos que esperar menos. En un laboratorio en Atlanta, en concreto uno del Instituto de Tecnología de Georgia, se viene realizando un experimento evolutivo con levadura desde hace aproximadamente una década y ya nos proporciona pistas sobre algunos secretos de la evolución.
Se dio un gran salto en el pasado de la evolución de la vida sobre la Tierra: de algún modo, las células eucariotas se organizaron para formar seres multicelulares. Esto llevó muchos millones de años, pero se cree que la multicelularidad ha evolucionado al menos 20 veces en la historia de la vida en la Tierra. Sin embargo, no se sabe muy bien cómo sucedió esto, pues todos los linajes multicelulares actuales que conocemos evolucionaron hace cientos de millones de años e hicieron esa transición hace mucho tiempo, por lo que quedan pocas pistas. Por tanto, no se tiene mucha información sobre cómo las células individuales forman agregados y finalmente cuerpos.
Pues bien, se puede usar este experimento con levaduras para investigar sobre el origen de la multicelularidad. Las levaduras son normalmente unicelulares, pero pueden unirse unas a otras si eso supone alguna ventaja adaptativa.
En los viales de este experimento miles de células de levadura luchan por sus vidas todos los días. Las que sobreviven crecen más rápido, se reproducen más rápido y forman los grupos más grandes. Durante estos diez años, las células han evolucionado para unirse unas de otras, formando estructuras ramificadas con forma de cristales de nieve (ver foto de cabecera) o «copos de nieve».
Estas estructuras ofrecen información sobre cómo la vida en la Tierra hizo la transición de organismos unicelulares a organismos multicelulares hace cientos de millones de años. Ese proceso, sin embargo, generó al cabo de un tiempo organismos difíciles, complicados, extraños y maravillosos como pelícanos, linces o humanos.
En un artículo publicado hace unos días en la revista Nature, los autores revelan una pista sobre cómo las células podrían haber comenzado a formar seres pluricelulares.
Los investigadores implicados que obtuvieron estas levaduras copo de nieve descubrieron que, durante 3000 generaciones, estos agregados de levadura crecieron tanto que podían verse a simple vista. En el camino, evolucionaron desde una sustancia blanda a algo con la dureza de la madera.
Will Ratcliff, comenzó con los experimentos con levadura inspirado por Richard Lenski (Universidad Estatal de Michigan) y su equipo, que han estado cultivado E. coli a lo largo de más de 75 000 generaciones, documentando desde 1988 cómo han evolucionado sus poblaciones.
Ratcliff se preguntó si se podría hacer algo similar para estudiar el orígen de la multicelularidad. El experimento que se le ocurrió era simple. Todos los días removía células de levadura en un tubo de ensayo y absorbía las que se hundían más rápido hasta el fondo. Esto constituía la presión de selección. Las que lo hacían más eran más pesadas y lo eran más si formaban agregados de algún tipo. Luego usaba estas células para cultivar la población de levadura al día siguiente. Con esto había un incentivo para que las células de levadura desarrollaran una forma de mantenerse unidas y así ser más pesadas.
Al cabo de solo 60 días apareció la levadura de copo de nieve. Gracias a una mutación, cuando estas levaduras se dividían no se separan completamente unas de otras, sino que formaban estructuras ramificadas de células genéticamente idénticas. De algún modo, la levadura se había vuelto multicelular.
Sin embargo, estos copos de nieve nunca parecían volverse muy grandes y permanecían microscópicos. Ahí es cuando a Ozan Bozdag, un investigador del grupo, se le ocurrió usar la falta de oxígeno como acicate.
Los investigadores dieron oxígeno a algunas levaduras en el experimento y cultivaron otras que tenían una mutación que les impedía usarlo. En el transcurso de 600 transferencias encontraron que las levaduras que no usaban oxígeno aumentaron en tamaño. Los agregados crecieron y finalmente se hicieron visibles a simple vista. En este caso, las células de levadura eran mucho más largas de lo normal y las ramas se habían enredado permitiendo un grupo celular denso.
En el caso anterior el problema era que había otra presión de selección que impedía que crecieran los agregados, simplemente no llegaba bien el oxígeno cuando se densificaban mucho. Mientras los agregados se mantenían pequeños, todas células tenían generalmente el mismo acceso al oxígeno. Pero para agregados grande y densos, las células del interior no tenían acceso al oxígeno.
La levadura que no podía usar oxígeno, pues su metabolismo se basaba exclusivamente en la vía fermentativa anaeróbica, no tenía nada que perder agregándose y los copos de nieve podían crecer en tamaño sin problemas y densificarse hasta tal punto que la energía necesaria para romper los agregados aumentó en un factor de un millón.
Según Ratcliff, la clave para otro paso en el desarrollo de la multicelularidad sería la aparición de un sistema circulatorio que ayude a las células del interior a tener acceso a los nutrientes. Para ello se necesitan estructuras fuertes que permitan el flujo de algún fluido.
El equipo ahora está explorando si los grupos densos de levadura pueden desarrollar formas de llevar nutrientes a las células más internas. Si es así, esto nos podría decir algo sobre lo que sucedió cuando nuestros ancestros remotos comenzaron a construir cuerpos a partir de células.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Foto: Instituto de Tecnología de Georgia.