Las bacterias ahora evolucionan en cuestión de meses debido al cambio climático

Aunque normalmente se piensa que la evolución ocurre durante millones de años, investigadores han descubierto que las bacterias pueden evolucionar en respuesta al cambio climático en 18 meses.

En un estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, biólogos de la Universidad de California en Irvine (UCI) descubrieron que la evolución es una forma en que los microbios del suelo podrían lidiar con el calentamiento global.

Los microbiomas del suelo —la colección de bacterias y otros microbios en el suelo— son un motor crítico del ciclo global del carbono; los microbios descomponen el material vegetal muerto para reciclar los nutrientes de vuelta al ecosistema y liberar carbono a la atmósfera.

Múltiples factores ambientales influyen en la composición y el funcionamiento de los microbiomas del suelo, pero estas respuestas generalmente se estudian desde una perspectiva ecológica, preguntando qué especies microbianas aumentan o disminuyen en abundancia a medida que cambian las condiciones ambientales. En el estudio actual, el equipo de la UCI investigó si las especies bacterianas en el suelo también evolucionan cuando cambia su entorno.

“Sabemos que la evolución puede ocurrir muy rápidamente en las bacterias, como en respuesta a los antibióticos, pero no sabemos qué tan importante podría ser la evolución para las bacterias en el medio ambiente con el cambio climático en curso”, dijo en un comunicado el doctor Alex Chase, autor principal de la estudio y ex estudiante de posgrado en la UCI.

Varias características inherentes deberían permitir que los microbios del suelo se adapten rápidamente a las nuevas condiciones climáticas. Los microbios son abundantes y pueden reproducirse en solo unas horas, por lo que una mutación genética rara que permite la adaptación a las nuevas condiciones climáticas podría ocurrir por casualidad en un corto período de tiempo.

Sin embargo, la mayor parte de lo que se sabe sobre la evolución bacteriana proviene de experimentos de laboratorio controlados, donde las bacterias se cultivan en frascos con alimentos artificiales. No estaba claro si la evolución ocurre lo suficientemente rápido en los suelos como para ser relevante para los efectos de las tasas actuales de cambio climático.

“Las predicciones actuales sobre cómo el cambio climático afectará a los microbiomas suponen que las especies microbianas son estáticas. Por lo tanto, queríamos probar si las bacterias pueden evolucionar rápidamente en entornos naturales como el suelo”, explicó Chase.

Experimentos

Para medir la evolución en un entorno natural, los investigadores desplegaron un primer experimento de evolución bacteriana en el campo, utilizando una bacteria del suelo llamada Curtobacterium. Los investigadores utilizaron 125 “jaulas microbianas” llenas de alimento microbiano compuesto de material vegetal muerto. (Las jaulas permiten el transporte de agua, pero no de otros microbios).

Luego, las jaulas expusieron a las bacterias a una variedad de condiciones climáticas a través de un gradiente de elevación en el sur de California. El equipo realizó dos experimentos paralelos durante 18 meses midiendo las respuestas ecológicas y evolutivas en las bacterias.

“Las jaulas microbianas nos permitieron controlar los tipos de bacterias que estaban presentes, mientras las exponíamos a diferentes condiciones ambientales en diferentes sitios. Luego pudimos probar, por ejemplo, cómo las condiciones cálidas y áridas del sitio desértico afectaban la diversidad genética de una sola especie de Curtobacterium “, dijo Chase.

Después de 18 meses, los científicos secuenciaron el ADN bacteriano de las jaulas microbianas de los experimentos.

En el primer experimento que contenía un microbioma de suelo diverso, cambió la abundancia de diferentes especies de Curtobacterium, una respuesta ecológica esperada. En el segundo experimento durante el mismo período de tiempo, se centraron en analizar una sola bacteria Curtobacterium. Detectaron una serie mutaciones que le permitieron adaptarse, lo cual reveló una respuesta evolutiva a estas condiciones ambientales.

Los autores concluyen que tanto los procesos ecológicos como los evolutivos tienen el potencial de contribuir a cómo un microbioma del suelo responde a las condiciones climáticas cambiantes.

“El estudio muestra que podemos observar una rápida evolución en los microbios del suelo, y este es un logro emocionante. Nuestro próximo objetivo es comprender la importancia de la adaptación evolutiva de los ecosistemas del suelo bajo el cambio climático futuro”, dijo la coautora Jennifer Martiny, profesora de ecología y biología evolutiva que codirige la Iniciativa del Microbioma de la UCI.