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Concepción artística del ecosistema de silicio diseñado para albergar bacterias E Coli. Los microorganismos pueden pasar de una cámara a otra, en las cuales el ambiente es controlado a voluntad por los investigadores. Foto: Austin Group.

Las escalas de tiempo implicadas en la evolución de las especies hacen que sea difícil probar ciertos aspectos de la teoría evolutiva. Desde que Darwin propusiera la selección natural como sistema para adaptarse al ambiente los científicos han soñado con hacer experimentos directamente en este campo. La idea sería recrear la complejidad de los ecosistemas y poder manipularlos a voluntad bajo condiciones de laboratorio sin necesidad de poner en riesgo los ecosistemas naturales.
Ahora en la Universidad de Princeton un grupo de científicos ha encontrado una solución a este problema. Han recreado un ecosistema adaptable en un chip de silicio. El dispositivo es uno de las ambientes más extraños y pequeños nunca vistos, pero puede proporcionar un modelo válido que ayude a una mejor comprensión de cómo los organismos sobreviven en el mundo natural.
El ecosistema, muy espartano, consiste en una fila de 85 cámaras microscópicas conectadas mediante unos estrechos pasillos, pero posee muchas de las complejidades de un ambiente natural mucho mayor en tamaño. En ese hábitat en miniatura los organismos compiten por los recursos, luchan por nuevos territorios y se adaptan al medio.
Las criaturas elegidas para este ecosistema son bacterias E. Coli que los científicos pueden y saben manipular con facilidad. Éstas se adaptan y evolucionan para poder vivir en ese complejo mundo recreado para ellas.
Con el tiempo controlan su crecimiento en lugares con muchos nutrientes para evitar la superpoblación, y aprenden a crecer en lugares que son pobres en recursos pero espaciosos.
En un artículo publicado el Proceedings of the National Academy of Sciences los investigadores demuestran que este tipo de dispositivos ofrecen una ventana al mundo de la adaptación. Además la dinámica del hábitat podría permitir a los científicos desarrollar o seleccionar una bacteria con determinadas características deseadas.
El equipo de investigadores está formado principalmente por físicos que ahora aprenden a ser ecólogos. Los físicos están acostumbrados a estudiar cómo las partículas interaccionan entre sí bajo ciertas reglas e intentan modelizar su comportamiento en un ordenador. Aunque los físicos han desarrollado modelos simples de predador-presa la complejidad de los ecosistemas naturales ha sido resistente a su modelización.
El nuevo mundo está construido en silicio y la experiencia del equipo en nanotecnología y técnicas de microfabricación ha sido de gran ayuda. Cada una de las 85 cámaras mide 100 de lado por 30 micras de profundidad y proporciona cobijo a 10.000 bacterias como máximo.
Los nutrientes y desperdicios son introducidos y eliminados a través de unos canales demasiado estrechos como para que cuelen las bacterias. Cambiando el flujo de los canales los investigadores pueden hacer la vida más fácil o más difícil a sus habitantes.
También hay unos pasillos que conectan cámaras contiguas y que son lo suficientemente anchos como para permitir la emigración de las bacterias si las condiciones de su cámara son insatisfactorias, aunque a veces tengan que cruzar varias para poder encontrar una propicia a sus intereses.
Las bacterias serán seleccionadas y sus descendientes se adaptarán mejor a las condiciones de cada nicho, y todo bajo un sistema de ambiente controlado de laboratorio. Una gran variedad de nichos ecológicos existen para todas las especies en la naturaleza, desde las Galápagos al corazón de Nueva York.
La adaptación es el primer paso en el desarrollo de nuevas especies, pero observar la especiación en el mundo natural es muy difícil. Este sistema artificial, donde las generaciones se suceden de forma rápida, podría proporcionar una oportunidad de observar estos cambios al permitir a las bacterias que colonicen diferentes áreas en el transcurso del tiempo. Cuando las poblaciones de especies se adaptan a determinados nichos se limita el contacto con los individuos de otros nichos, y debido a que es difícil el paso de uno al otro se produce una diferenciación y especiación, como Darwin ya observó en las Galápagos. Este contacto limitado entre grupos de población en diferentes nichos parece crear las condiciones necesarias que fomentan la evolución.
Dos ambientes divergentes pueden crear dos poblaciones adaptadas a los mismos, pero si hay un pasillo que los conecte a través del cual puede viajar alguna célula el proceso se frustra.
El grupo no está seguro aún si los habitats que han diseñado han producido cambios evolutivos sobre las E. Coli o si las bacterias simplemente se han adaptado a los diferentes nichos. Encontrar una manera de investigar esta cuestión es una de sus metas futuras.
De momento han demostrado que la ecología bacteriana guarda muchos paralelismos con la ecología animal natural, observando comportamientos ya estudiados en animales grandes.
También exploran cómo conseguir variedades de bacterias útiles para la industria. Así por ejemplo, algunas bacterias emiten hidrógeno como subproducto de su actividad metabólica. Ésta podría ser una manera de obtener este gas como fuente de combustible. Este ecosistema de silicio podría por tanto utilizarse para seleccionar las bacterias que realicen esa función de manera más eficiente y empujar la evolución en una dirección acorde a nuestros intereses.
Al final va a resultar que efectivamente sí hay diseños inteligente, pero que prueban, una vez más, que la evolución existe.

Fuente: Universidad de Princeton.