Richard Lenski: Evolución en el Laboratorio

Felipe Aizpun

Richard E. Lenski es un conocido científico norteamericano experto en biología evolutiva. Su contribución más popular es el llamado experimento a largo plazo sobre la evolución de la bacteria Escherichia coli. Concebido como un experimento de laboratorio para observar y estudiar la evolución en acción, la E. coli fue escogida para este trabajo por su ciclo vital especialmente corto que permite observar una gran cantidad de eventos reproductivos en un breve espacio de tiempo, además al tratarse de un organismo que se reproduce de forma asexual. Las observaciones se centrarían en la capacidad para la innovación biológica fruto de las mutaciones fortuitas acaecidas a lo largo del tiempo. El experimento se basa en el estudio de la evolución comparada de 12 poblaciones inicialmente idénticas de E. Coli, puesto en marcha en Febrero de 1988 y que en 2010 había superado ya el número nada despreciable de 50.000 generaciones. El objetivo es identificar las variaciones experimentadas por las distintas poblaciones y en particular observar la capacidad para el cambio y la emergencia de novedosas funciones biológicas. De esta manera, podríamos observar en directo y confirmar la validez de los conceptos de la biología evolutiva predominantes en la biología teórica de acuerdo con el paradigma dominante.

Distintos resultados han sido reportados como fruto del devenir del experimento. Por ejemplo, todas las poblaciones parecen haber coincidido en una tendencia al incremento del tamaño de los organismos unicelulares protagonistas y una reducción de la densidad poblacional así como han desarrollado la capacidad para vivir en glucosa. Cuatro de las poblaciones han generado en el tiempo defectos en los mecanismos de reparación del ADN y aunque se calcula que en general han experimentado cientos de millones de mutaciones, apenas entre 10 y 20 mutaciones se habrían extendido y generalizado en las diferentes poblaciones. En 2008, el equipo de investigadores dio cuenta de lo que hasta entonces se consideró la variación más significativa, el desarrollo en una de las poblaciones de la capacidad para la utilización de ácido cítrico como fuente de energía, una sustancia que en las poblaciones salvajes de E. coli no puede ser transportada a través de la membrana celular de la bacteria hasta su interior.

Estos experimentos han podido ser seguidos por los especialistas a lo largo de los años y suponen un interesante material de estudio sobre el que no pocos han ido analizando los resultados y apuntando algunas conclusiones. Uno de los que han seguido de cerca los resultados y ha ido comentando sus impresiones al respecto es el microbiólogo de la Universidad de Lehigh (Pensilvania) Michael Behe, autor como sabemos de dos libros esenciales: “Darwin´s Black Box” y “The Edge of Evolution”. Es precisamente en este segundo libro en el que Behe se refiere de manera expresa al experimento de Lenski. Para Behe las observaciones al cabo de más de 30.000 generaciones y unos 10 trillones (10^13) de organismos generados (el libro está escrito en 2006) permiten afirmar que los cambios observados son irrelevantes desde el punto de vista de la generación de novedades biológicas significativas; no se han observado nuevas interacciones entre proteínas ni menos aún la generación de nuevas maquinarias moleculares. Algunas de las mutaciones que podrían considerarse beneficiosas se deberían a eventos tales como la pérdida de la capacidad de los organismos para producir un azúcar denominada ribosa y al trastorno funcional de un gen regulador llamado spoT que afectó al funcionamiento de otros 59 genes. Los resultados a la fecha invitan a Behe concluir que, en concordancia con la tesis de su libro, los mecanismos darwinistas de evolución sólo permiten aventurar cambios de poco alcance en el seno de límites bien definidos que no pueden ser traspasados.

El seguimiento de las observaciones por parte de Behe le llevó a escribir recientemente un nuevo artículo (peer-reviewed) más exhaustivo y específico sobre los trabajos del equipo de Lenski, en la Quarterly Review of Biology, titulado “Experimental evolution, loss-of-function mutations, and “The first rule of adaptive evolution””. Las conclusiones de Behe en este artículo siguen el camino ya apuntado en el libro y vienen a proponer que la inmensa mayoría de los cambios adaptativos observados como consecuencias de mutaciones acaecidas en los organismos objeto de estudio son consecuencia de eventos que llevan aparejada una pérdida de información funcional o de la modificación de una función biológica previamente existente en el organismo. Recordemos que su libro “The Edge of Evolution” desarrolla precisamente este mismo argumento sobre la base de un estudio concienzudo en torno al parásito causante de la malaria y el hecho de que la inmunidad a tal parásito ha sido desarrollada por algunos organismos sobre la base de la pérdida de información genética que lleva consigo otro trastorno funcional.

Sus conclusiones le han llevado a Behe a formular lo que él ha denominado “La primera regla de la Evolución Adaptativa”, y que resalta la capacidad de generar un beneficio funcional neto como consecuencia de la ruptura o la mitigación del carácter funcional de otros elementos codificados en el genoma. Según Behe, esta fórmula debe de entenderse como la más probable y dominante para explicar las eventuales ganancias adaptativas de cualquier proceso evolutivo y ello incluyendo todo tipo de organismos desde los unicelulares más elementales hasta los organismos pluricelulares más complejos.

La remarcable capacidad de algunas de las poblaciones para procesar el citrato que antes hemos mencionado ha sido reivindicada por algunos autores como una muestra de la capacidad de la evolución por mecanismos darwinistas para generar nueva información prescriptiva. Sin embargo, también en este ejemplo hay fuertes reparos que oponer a dicha conclusión; el artículo de Behe revela la poca trascendencia de este hallazgo debido a que la bacteria E. coli ya dispone de la maquinaria molecular utilizada para procesar el citrato como fuente de energía por lo que el hecho de que tal novedad funcional se desencadene no implica tanto la creación de un novedoso sistema biológico sino la utilización inducida de sistemas existentes para un nuevo propósito.

Las apreciaciones de Behe son altamente relevantes para valorar la capacidad explicativa de los mecanismos darwinianos en relación a un hipotético proceso evolutivo. En efecto, si como él apunta, las mutaciones que generan ventajas adaptativas por pérdida de función son entre 100 y 1.000 veces superiores en frecuencia a las que pudieran generar ventajas funcionales netas de forma directa, entonces el proceso de cambio estaría sustentado sobre una pérdida neta progresiva de capacidad funcional en los organismos, por lo que difícilmente se podría explicar la permanente ganancia de complejidad especificada en los organismos vivos que nos muestra la historia de la vida en nuestro planeta.

Y es que, una vez más y como siempre, debemos de recordar que la capacidad para la variación y el cambio de muchas funciones biológicas es una cosa y el proceso evolutivo es algo bien diferente. La machacona insistencia en presentarnos cualquier variación experimentada por los seres vivos como prueba de la consistencia del paradigma darwinista es un abuso reiterado hasta la saciedad. El propio Richard Lenski es protagonista en este tipo de práctica, tal como podemos verificar en su reciente artículo publicado bajo el título “Chance and Necessity in the Evolution of a bacterial pathogen” en la revista Nature Genetics. En su resumen inicial Lenski nos dice:

La combinación de análisis genómicos, epidemiológicos y evolutivos, proporciona una poderosa herramienta para entender cómo organismos patógenos se adaptan a sus huéspedes humanos. Un nuevo estudio basado en la secuenciación de 112 genomas de “Burkholderia dolosa” de entre una muestra de pacientes con fibrosis cística documenta la evolución en acción e identifica un grupo de genes que contribuyeron a la adaptación del patógeno.

La identificación como hecho evolutivo de este tipo de observaciones se ha convertido en un lastre verdaderamente problemático para el avance del conocimiento científico. Si queremos verdaderamente entender el proceso de cambio capaz de explicar la generación y emergencia de las grandes innovaciones en la historia de la vida resultaría imprescindible que la comunidad científica se aviniera a establecer un auténtico criterio de demarcación que permitiera diferenciar los eventos puramente adaptativos, explicables en un contexto finalista como mecanismos de defensa y de supervivencia para mantener la identidad específica de los organismos, de aquellos que pudieran ser interpretados verdaderamente como eventos desencadenantes de una modificación esencial de la forma biológica del organismo.

Porque al fin y al cabo, las 50.000 generaciones producidas de E. coli en el experimento de Lenski no parecen desafiar las palabras de uno de los científicos más lúcidos del siglo XX, el zoólogo francés Pierre-Paul Grassé que nos dejara muy sensatas reflexiones sobre la evolución en su impagable “L´evolution du vivant”, cuando en su introducción nos decía en referencia a otro trabajo científico:

“… el texto sugiere que las modernas bacterias están evolucionando muy rápidamente gracias a sus innumerables mutaciones. Pues bien, eso no es verdad. Durante millones, incluso miles de millones de años, las bacterias no han sobrepasado el marco estructural dentro del cuál siempre han fluctuado y siguen haciéndolo. Es un hecho que los microbiólogos pueden ver en sus cultivos especies de bacterias oscilando alrededor de una forma intermedia, pero eso no quiere decir que dos fenómenos, que son muy diferentes, puedan ser confundidos; la variación del genoma debido a un error en la copia del ADN, y la evolución. Variar y evolucionar son dos cosas diferentes.”

Claro que a lo mejor Lenski no ha leído a Grassé…