E. coli, el escalador ciego y la Venganza de Moctezuma

La genética de poblaciones dice que la capacidad de adaptación, el fitness evolutivo, es como un escalador ciego que siempre es capaz de subir hasta lo más alto pero una vez en la cumbre no sabe bajar.

Esquema de un paisaje adaptativo. Las flechas indican el flujo preferente de una población en el paisaje; los puntos A, B y C son óptimos locales. La bola roja indica una población que se mueve desde una aptitud muy baja hasta lo alto de un pico. Ilustración de C.O. Wilke, 2001.

 Esta metáfora tiene mucha miga. Una especie, por ejemplo de bacterias, tiene un acervo genético que puede mutar y puede adquirir genes de otras especies. A pesar de la “fluidez” de cambio genético que tienen las bacterias las especies se mantienen sin prácticamente cambios genéticos si su hábitat no cambia. Por eso se dice que es un escalador ciego, porque no puede ver que a lo mejor hay otras cumbres más altas en la cercanía. La capacidad de adaptación mejora mediante la selección natural hasta un punto en el que no es posible mejorar más. Se mantiene entonces en lo que se llama estasis evolutiva. La palabra estasis significa parada. De hecho si vas de viaje a Grecia verás que las paradas de autobús se llamán “estasis” (στάσις). Podemos concluir que el mundo de las bacterias siempre ha estado condicionado por el estado de su hábitat.

Cuando explico la mutación en las bacterias o su asombrosa capacidad para adquirir genes de otras bacterias parece que están intercambiando genes y que estos mutan sin ton ni son. Cuando un cambio es desfavorable, ya sea un cambio por mutación o por adquisición de nuevos genes, la selección natural va eliminando esos cambios de la población. Pero veamos un ejemplo de la inmensa capacidad de mutación de una bacteria por ejemplo, como no, Escherichia coli, que alcanza valores enormes por causa de su altísima capacidad de reproducción y altísimo número.


E. coli vive en los intestinos de los humanos y mamíferos. Los humanos descargamos unos 200 gramos de heces de media diariamente. Las heces humanas tienen una cantidad de E. coli sorprendentemente constante: alrededor de 100 millones de célular por gramo, de modo que una sola persona produce 20.000 millones de E. coli diariamente. Hoy en día hay 7500 millones de personas en el mundo eso nos da un número de E. coli diario de 150 trillones (1.5 * 10²¹ al día).


Si una E. coli normal tiene 4000 genes y la tasa normal de mutación genética en E. coli es de una mutación por cada 100.000 a una por cada 1000 millones de descendientes, digamos que por redondear, una frecuencia de 1 mutación nueva por cada 10 millones de desdencientes, entonces tenemos que cada gen del acervo genético de E. coli en el mundo muta diariamente 3750 millones de veces diarias. Y sin embargo los genes de E. coli no cambian de un año a otro. Existe una estabilidad genética originada por la selección natural que favorece a las más adaptadas a un hábitat dado.

Pero volvamos al gráfico. Según Sewall Wright, uno de los padres de la genética evolutiva, los organismos procuran ocupar óptimos locales o picos adaptativos. Para evolucionar a otro pico más alto, las especies tendrán primero que pasar por un valle de estadios intermedios menos adaptativos. Este concepto aplicado a las enterobacterias (las bacterias del intestino) vendría a ser el caso de un turista que se va de vacaciones a un destino con una gastronomía diferente y con una higiene deficiente. Ahora la mayoría de las bacterias que estaban adaptadas a la dieta de siempre se van a encontrar con pequeñas poblaciones de bacterias autóctonas que se van a dividir mejor en este nuevo contexto gastronómico y al cabo de unas semanas se van a hacer con todo el ecosistema. La falta de adaptación de las bacterias a la nueva dieta se manifestará en diarreas y todos los síntomas de la Venganza de Moctezuma como se llama a esta molestia cuando ocurre en México. Tiene otros nombres "Maldición del Faraón", "Diarrea del viajero"... Si hubiera algún flujo de genes entre las poblaciones, estas adaptaciones podrían expandirse al resto de la especie. Por lo tanto, el modelo ilustra cómo la selección natural conduciría a la población a escalar el pico más cercano.

http://www.youtube.com/watch?v=oRymkrBQBiU

Fotografía de microscopía electrónica de barrido de una bacteria intestinal sobre el epitelio del intestino. El color está simulado por ordenador