El secreto mejor guardado de la evolución

Siempre nos preguntamos cómo es posible que los seres vivos puedan evolucionar de “golpe” hacia fisiologías muy alejadas de la forma original. Normalmente los cambios evolutivos suceden poco a poco pero un equipo de científicos americano ha publicado un estudio donde explican el mecanismo que tiene la vida para adaptarse a las condiciones imperantes con saltos más abruptos, como por ejemplo, el caso de un insecto que pase de tener dos alas a disponer de tres. Los secretos que permiten este milagro son dos: lenguaje proteico no genético y penetración parcial.

Cuando observamos la naturaleza nos preguntamos cómo han evolucionado las especies, si progresivamente o dando saltos abruptos para pasar de un estadio fisiológico a otro que estén separados por una gran distancia morfológica. Existe gran debate entre los científicos con este tema, pero cuando intentan relacionarlo con los seres humanos, se encuentran con que la escala temporal es demasiado larga como para poder estudiar los efectos evolutivos sobre el hombre. Sin embargo, las bacterias pueden solucionar el problema y darnos pistas sobre cómo suceden los cambios en las formas de vida inferiores.

Hay que tener en cuenta que estos seres vivos la secuencia vital es muy rápida y se pueden investigar muchísimas generaciones de individuos y observar los cambios que se producen en sus genes. La protagonista de los estudios se llama Bacillus subtilis, ni más ni menos que la responsable de la pelusilla que le sale al pan cuando se ha estropeado con el paso del tiempo. Esta bacteria se ha adoptado como organismo modelo para estudios de laboratorio, sobre todo de esporulación (reproducción asexual mediante esporas), que es un ejemplo simplificado de la diferenciación celular.

Existen dos factores fundamentales que hacen posible que se produzcan estos cambios cualitativos: variaciones no genéticas y un fenómeno conocido como penetración parcial (no es lo que creéis, malpensados). 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 penetración 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.

El equipo de científicos del prestigioso Instituto Tecnológico de California (Caltech) se preguntaba qué sucede cuando los cambios evolutivos no se producen de modo progresivo (el caso de una jirafa que tiene el cuello cada vez más largo) sino a saltos, como por ejemplo, el hecho de que un insecto pase de tener dos alas a tener tres.  Para averiguar cómo se producen los cambios bruscos en las generaciones de seres vivos, decidieron estudiar a nuestra verdosa protagonista que es capaz de generar un mecanismo de supervivencia en situaciones difíciles que permite estudiar el comportamiento genético de sus individuos.  En estas situaciones adversas, 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 Bacillus 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 Bacillus Subtilis y su espora se produce claramente mediante flujo de proteínas. 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 entre la célula madre y las esporas, probaron a incrementarla, consiguieron aumentar el porcentaje de bacterias que creaban esporas gemelas en hasta un 40%.

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.