Al igual que Bill Murray en la película “El día de la marmota”, las especies bacterianas de un lago de Wisconsin se encuentran en una especie de bucle sin fin del que no parecen poder librarse. Excepto que, en este caso, se parece más al Año de la Marmota. Según un estudio publicado en Nature Microbiology, los investigadores descubrieron que, en el transcurso de un año, la mayoría de las especies individuales de bacterias del lago Mendota evolucionan rápidamente, aparentemente en respuesta a los dramáticos cambios de estación.
Las variantes genéticas aumentarían y disminuirían a lo largo de las generaciones, pero cientos de especies separadas volverían, casi por completo, a ser copias casi exactas de lo que habían sido genéticamente antes de unas mil generaciones de presiones evolutivas. Los microbios individuales tienen una vida útil de sólo unos pocos días, no de estaciones enteras, por lo que el trabajo de los científicos consistió en comparar genomas bacterianos para examinar los cambios en las especies a lo largo del tiempo. Este mismo cambio estacional se repitió año tras año, como si la evolución fuera una película que se reproducía desde el principio cada vez y se repitiera una y otra vez, aparentemente sin llegar a ninguna parte.
“Me sorprendió que una porción tan grande de la comunidad bacteriana estuviera experimentando este tipo de cambio”, dijo Robin Rohwer, investigador postdoctoral en la Universidad de Texas en Austin en el laboratorio del coautor Brett Baker. “Esperaba observar solo un par de ejemplos interesantes, pero había literalmente cientos”.
Rohwer dirigió la investigación, primero como estudiante de doctorado trabajando con Trina McMahon en la Universidad de Wisconsin-Madison y luego en la UT. El lago Mendota cambia mucho de una estación a otra: durante el invierno, está cubierto de hielo y durante el verano, está cubierto de algas. Dentro de la misma especie bacteriana, las cepas que se adaptan mejor a un conjunto de condiciones ambientales superarán a otras cepas durante una temporada, mientras que otras cepas tendrán la oportunidad de brillar durante diferentes estaciones.
El equipo utilizó un archivo único de 471 muestras de agua recolectadas durante 20 años del lago Mendota por McMahon, Rohwer y otros investigadores de la UW-Madison como parte de proyectos de monitoreo a largo plazo. Para cada muestra de agua, ensamblaron un metagenoma, todas las secuencias genéticas de fragmentos de ADN dejados por bacterias y otros organismos. Esto dio como resultado la serie temporal de metagenomas más larga jamás recopilada de un sistema natural.
“Este estudio es un cambio radical en nuestra comprensión de cómo las comunidades microbianas cambian con el tiempo”, dijo Baker. “Esto es solo el comienzo de lo que estos datos nos dirán sobre la ecología y la evolución microbiana en la naturaleza”.
Este archivo también reveló cambios genéticos más duraderos. En 2012, el lago experimentó condiciones inusuales: la capa de hielo se derritió temprano, el verano fue más caluroso y seco de lo habitual, el flujo de agua de un río que alimenta el lago disminuyó y las algas, que son una fuente importante de nitrógeno orgánico para las bacterias, eran más escasas de lo habitual. Como descubrieron Rohwer y el equipo, muchas de las bacterias del lago ese año experimentaron un cambio importante en los genes relacionados con el metabolismo del nitrógeno, posiblemente debido a la escasez de algas.
“Pensé que, de entre cientos de bacterias, podría encontrar una o dos con un cambio a largo plazo”, dijo Rohwer. “Pero en cambio, una de cada cinco tuvo grandes cambios de secuencia que se desarrollaron a lo largo de los años. Sólo pudimos investigar en profundidad una especie, pero algunas de esas otras especies probablemente también tuvieron cambios genéticos importantes”.
Los científicos del clima predicen eventos climáticos más extremos, como el verano caluroso y seco experimentado en el lago Mendota en 2012, para el medio oeste de los EE. UU. durante los próximos años.
“El cambio climático está modificando lentamente las estaciones y las temperaturas promedio, pero también está causando eventos climáticos más abruptos y extremos”, dijo Rohwer. “No sabemos exactamente cómo responderán los microbios al cambio climático, pero nuestro estudio sugiere que evolucionarán en respuesta a estos cambios tanto graduales como abruptos”.
A diferencia de otro famoso experimento de evolución bacteriana en la UT, el Experimento de Evolución a Largo Plazo, el estudio de Rohwer y Baker involucró la evolución bacteriana en condiciones naturales complejas y en constante cambio. Los investigadores utilizaron los recursos de supercomputación del Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC) para reconstruir genomas bacterianos a partir de secuencias cortas de ADN en las muestras de agua. El mismo trabajo que llevó un par de meses en el TACC habría llevado 34 años con una computadora portátil, estimó Rohwer, involucrando más de 30.000 genomas de aproximadamente 2.800 especies diferentes.
“Imaginemos que el genoma de cada especie es un libro, y cada pequeño fragmento de ADN es una oración”, dijo Rohwer. “Cada muestra tiene cientos de libros, todos cortados en estas oraciones. Para volver a ensamblar cada libro, hay que averiguar de qué libro proviene cada oración y volver a colocarlos en orden”.
Otros coautores del nuevo estudio son Mark Kirkpatrick en UT; Sarahi Garcia de la Universidad Carl von Ossietzky de Oldenburg (Alemania) y la Universidad de Estocolmo; y Matthew Kellom del Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de EE. UU.
Este es uno de los dos artículos relacionados publicados en la revista. El artículo complementario se centra en la ecología y la evolución de los virus de las mismas muestras del lago.
Fuente: Phys.org.