Una bacteria desvela uno de los secretos mejor guardados de la evolución

Un equipo de científicos del renombrado Instituto Tecnológico de California (Caltech) ha publicado recientemente un artículo en la revista Nature en el que se describe cómo se producen los saltos evolutivos más radicales.

Los resultados de investigaciones realizadas con la bacteria Bacillus subtilis han vertido algo de luz en una gran cuestión pendiente sobre la evolución: cómo actúa ésta para que una especie pase de un estado fisiológico concreto a otro. ¿Cómo pasa una especie de insectos de tener dos alas a tener tres, por ejemplo?

Cierto es que la mayoría de los cambios evolutivos se producen siguiendo incrementos casi imperceptibles: un elefante que crece un poco más que el resto o una jirafa con el cuello un poco más largo. Sin embargo, en la Naturaleza también se pueden contemplar saltos evolutivos más sorprendentes.

Dos factores influyentes

Según publica el Caltech en un comunicado, los investigadores de dicho instituto trabajaron en colaboración con Patrick Piggot y su equipo de la Temple University School of Medicine, para tratar de resolver el enigma.

Así llegaron a la siguiente conclusión: este tipo de cambios sería el resultado de la combinación de dos factores influyentes, al menos en las bacterias estudiadas: de variaciones no genéticas y un fenómeno conocido como penetrancia parcial

Con variaciones no genéticas los científicos se refieren a las fluctuaciones aleatorias de proteínas que determinan la comunicación intercelular. Esta comunicación, que también es denominada por los investigadores como “ruido”, puede provocar que células que comparten la misma información genética no se comporten ni sean exactamente iguales.

La penetrancia parcial es un término de la biología evolutiva que designa el grado de efectos diversos que una mutación genética determinada tiene en diferentes organismos de una misma población.

Depende de la frecuencia

Según Michael Elowitz, uno de los autores de la investigación, el trabajo realizado ha demostrado que tanto el ruido como la penetrancia parcial pueden jugar un papel en la evolución, al permitir que ésta se produzca gradualmente, desde un estado concreto a otro cualitativamente diferente.

Pero este proceso no se realizaría generando “formas intermedias”, sino que supondría en realidad cambios en la fracción de individuos dentro de una población que se desarrollan en una dirección o en otra.

Por ejemplo, si tomamos un conjunto de células y las hacemos crecer a todas en un entorno idéntico, serán genéticamente iguales, pero presentarán diferencias sustanciales en sus comportamientos.

Así, mientras algunas mutarán en función de las condiciones que dispongamos, otras se comportarán como una célula en estado “salvaje” o de cualquier otra forma. Es decir, que en una misma población desarrollada en condiciones muy similares, se darían comportamientos individuales distintos.

Esporulación diversificada

Los científicos estudiaron, concretamente, una especie de bacteria conocida como Bacillus subtilis. Esta bacteria, causante, por ejemplo, de la fibrosidad del pan estropeado, se ha adoptado mucho como organismo modelo para estudios de laboratorio, sobre todo de esporulación (reproducción asexual mediante esporas), que es un ejemplo simplificado de la diferenciación celular.

La B. subtilis genera un mecanismo de supervivencia en situaciones difíciles. Entonces, sus esporas son más pequeñas, y son clones inactivos de la llamada “célula madre”. Estas esporas se mantienen pegadas a su madre, pero en realidad son entidades separadas de ella, con su propio ADN. La B. subtilis “salvaje” siempre esporula de la misma forma: crea una sola espora con una copia exacta del cromosoma de la madre.

Para provocar una alteración de este proceso natural de esporulación, los científicos hicieron lo siguiente: en estado natural, la comunicación establecida entre la madre B. subtilis y su espora se produce claramente (mediante flujo de protéinas). Condicionando esta comunicación para que no fuera tan clara, sucedieron varias cosas.

Algunas bacterias esporularon normalmente, como en el estado natural; otras bacterias hicieron dos copias de su cromosoma en lugar de una, pero siguieron produciendo una sola espora; otras bacterias hicieron una sola copia del cromosoma pero crearon dos esporas en lugar de una; y, por último, algunas bacterias hicieron dos copias del cromosoma y produjeron dos esporas, cada una de ellas con un cromosoma.

Cuando los investigadores, en lugar de reducir la comunicación (mediante el flujo de proteínas) entre la célula madre y las esporas, probaron a incrementarla, consiguieron aumentar el porcentaje de bacterias que creaban esporas gemelas en hasta un 40%.

Cantidad es igual a implantación

Los científicos pronto se dieron cuenta de que esta diversidad de reacciones les ayudaría a comprender cómo la evolución da saltos de un fenotipo (o expresión del genotipo en un determinado ambiente) a otro.

Concretamente, los resultados proporcionaron un ejemplo de que los cambios cualitativos de una forma a otra en una especie se dan en función de la frecuencia con que se produzcan dichos cambios en un conjunto de individuos (del porcentaje de penetrancia parcial).

Según Elowitz, estos resultados proporcionan un ejemplo concreto de evolución en un entorno, e ilustran lo que podría ser el funcionamiento del desarrollo de los caracteres fisiológicos. Los cambios cualitativos de una forma a otra podrían darse dependiendo de los cambios en las frecuencias de aparición estas formas entre los individuos de una población –en función del grado de penetrancia parcial-.

En este proceso, Elowitz destaca la importancia del ruido o de la comunicación intercelular provocada por las fluctuaciones aleatorias de proteínas. Según él, ese ruido sería una parte clave del proceso, que haría posible que células genéticamente idénticas desempeñen funciones muy distintas. Además, señala el científico, el trabajo demuestra que el desarrollo bacteriano puede servir para estudiar más a fondo temas generales de la evolución.