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Las bacterias fuerón las primeras que aprendieron a
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La mayor parte de los virus son predadores de
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El origen de las especies que Darwin nunca vió
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El origen de las especies que Darwin nunca vió

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El origen de las especies que Darwin nunca vió

  1. 1. El origen de las especies que Darwin nunca vió
  2. 2. Las bacterias fuerón las primeras que aprendieron a “reciclar” el polvo de estrellas del que estamos hechos: CHONPS, y gracias a esto cambiaron el destino del planeta
  3. 3. ? ¿Qué sabemos del proceso de especiación de la mayor parte de la vida? Darwin
  4. 4. Aislamiento geográfico Adaptaciones locales Aislamiento reproductivo La nueva síntesis evolutiva (1936- 1947) afina la teoría de Darwin e incluye la genética Fisher, Haldane y Wrigth si que eran listos
  5. 5. Para entender la microevolución bacteriana requerimos, igual que Darwin: • Continuidad en el tiempo • Un sitio aislado • Adaptaciones locales • En el caso de las bacterias y archaeas además se requiere de la inhibición de la transferencia horizontal de genes: aislamiento reproductivo
  6. 6. Cuatro Ciénegas Un sitio único para entender el pasado de la vida y , tal vez, entender su futuro
  7. 7. Continuidad en el tiempo
  8. 8. Total sample Souza et al., 2006, PNAS. 50% de las clonas de ADN ambiental usando el gen 16S reportaron una similitud mas alta con un microorganismo de origen marino 1 solo gen, 120 criaturas
  9. 9. B. Coahuilensis genoma muy divergente, pequeño y marino, una criatura, 3000 genes que nos cuentan la misma historia Luis Alcaraz et al., 2008, PNAS
  10. 10. Tenemos que en Cuatro Ciénegas los virus también se acuerdan de su pasado marino y esto es extraordinario
  11. 11. La mayor parte de los virus son predadores de bacterias y reconocen a sus víctimas por su membrana. Son letales al perder la célula toda sus funciones http://www.cellsalive.com fago Por lo que su señal genética nos habla de sus victimas, son “lobos disfrazados de corderos”
  12. 12. En el triásico casi no había México, solo había un pedazo de Coahuila
  13. 13. El mar Somero persistió desde el inicio del Jurásico hasta el Cretácico hace 95 millones de años, cuando hubo una gran inundación y se formaron los mares internos del norte de Europa.
  14. 14. Cuatro Ciénegas Un sitio único para entender el pasado de la vida y , tal vez, entender su futuro
  15. 15. The whole ecosystem survived and adapted to low nutrients of the microbial mat diet El ecosistema completo sobrevivió la formación de México, el aislamiento y el cambio de condiciones ambientales, creemos que esto ocurrió porque Cuatro Ciénegas nunca fue sepultada por sedimentos mas recientes
  16. 16. Por otra parte, con los datos del metagenoma de Yucatán encontramos que el ciclo del nitrógeno está desacoplado en el océano Bonilla et al., en preparación Venter et al., 2004, Science Rush et al., 2007 PLOS
  17. 17. Mientras que en Cuatro Ciénegas los ciclos biogeoquímicos están completos en los tapetes microbianos y en los estromatolitos... como hace miles de millones de años
  18. 18. Cuatro Ciénegas es el parque Jurásico
  19. 19. Que además “recuerda” por sus condiciones ambientales, pobres en nutrientes tiempos aún mas remotos de cuando las bacterias tenían todo bajo control.
  20. 20. Aislamiento en el espacio
  21. 21. Everything is everywhere and the environment selects (Baas-Becking 1933, Finlay y Clark 1999, Finlay 2002).
  22. 22. Si las bacterias “vuelan” y “llueven” en los ambientes, no hay aislamiento geográfico...y la guerra bacteriologica sería fácil ¿Pero está Cuatro Ciénegas realmente aislado por las sierras y el desierto? antrax
  23. 23. En las pozas de CCC hay mucha diferencia de la comunidad entre pozas, una alta beta.
  24. 24. Bacillus coahuilensis Bacillus cuatrocienegensis Rene Cerritos et al., acceptado con correciones Casi todo lo que encontramos es nuevo. muchas especies y aún géneros nuevos. La divergencia de estos con los grupos conocidos es consistente con un aislamiento muy antiguo.
  25. 25. Tal vez Finlay (2002) generalizó para un grupo demasiado diverso. Tal vez las bacterias tienen diferentes ecologías al igual que los pájaros.
  26. 26. Cuatro Ciénegas es entonces: 1.Un lugar antiguo y 2.Sus bacterias, al igual que casi todos los organismos, tienen una estructura geográfica: hay aislamiento por distancia
  27. 27. Adaptaciones locales
  28. 28. Darwin pensó en que la selección natural moldeó la diversidad biológica a través de la adaptación al medio, ya que los padres mejor adaptados tienen mas hijos exitosos. Un ejemplo es la adaptación a comer diferentes frutos que tienen estos pinzones de las diferentes islas de las Galápagos
  29. 29. Manantial Laguna intermedia Laguna grande 1 2 3 4 5 6 7 10 9 Churince: ecosistema rico en sulfato de calcio con gradientes ambientales importantes. Respuesta al ambiente de la comunidad de bacterias termoresistentes cultivables en medio marino 8 2
  30. 30. Bacterial genomeHGT perdida de genes En un lugar sin fósforo, el costo de la replicación aumentará la señal adaptativa de los genes que entran ya que el tamaño del genoma se tiene que mantener al mínimo. No hay lujos de un genoma flexible. El genoma como herramienta para detectar adaptación Ho: 3
  31. 31. Rodopsina sensorial de una Cianobacteria funcional en Bacillus coahuilensis
  32. 32. Sulfolipidos en lugar de fosofolipidos en B. coahuilensis
  33. 33. Genes adaptativos adquiridos por transferencia sulfolipidos constitutivos extrema pérdida de genes en el metabolismo de Carbono y nitrógeno.
  34. 34. Cuatro Ciénegas es entonces: 1.Un lugar antiguo y 2.Sus bacterias, al igual que casi todos los organismos, tienen una estructura geográfica: hay aislamiento por distancia. 3.Que presentan extraordinarias adaptaciones a un ambiente sin fósforo
  35. 35. Aislamiento reproductivo Poca transferencia de genes
  36. 36. ¿Será que su sexualidad las hace organismos de excepción? Herencia horizontal NO CLONAL Herencia vertical CLONAL
  37. 37. Como consecuencia esta el problema conceptual de definir que es una especie bacteriana. ¿cuáles son sus límites?
  38. 38. Clonal Promiscuas •Ambiente rico en nutrientes no hay selección contra la mezcla de genes •El genoma flexible permite el establecimiento de poblaciones grandes capaces de migrar •Poza genica extrensa, HGT fuerza coesiva •Virus capaces de transducción abundantes en el medio. •Virus capaces de transducción son raros. •Baja oportunidad de encuentro. •DNA como fuentes de nutrientes. •Selección periodica o deriva genica •Clonas adaptadas localmente Limite “poroso” Hipótesis
  39. 39. Split decomposition putP RED: Señal de intercambio de genes en una población
  40. 40. Pseudomona sp del Churince tiene una estructura clonal en todas sus especies
  41. 41. •En el ambiente extremadamente pobre en nutrientes las densidades son bajas tanto en bacterias (103/ml) como de virus. Por lo que las probabilidades de encuentro para intercambiar genes son bajas. El ADN libre es comida no información •Los 8 taxa estudiados presentan una fuerte estructura clonal.
  42. 42. Low P Increased scavenging of free DNA Low DNA life time Low transformation Low cell density Rare physical contact Low conjugation Rare viral encounters Low transduction Low viral production Selection for P conservation and competitive ability Purging of most genes acquired via HGT (small genome size) HGT High diversification due to development of clonal ecotypes via local adaptation Sulfolipid or P scavenging strategies via adaptive HGT Souza et al., 2008 Nature Review in Microbiology
  43. 43. Comparative genomics to untangle the evolutionary forces of speciation in the Bacilli group of CCC, as well as with their sister species from the Pacific and Atacama Bacillus-CNJ842 Bacillus-MSU1910 P10 m3-9 12BCh 15BCh 14BCh B.aquaTF-12 B-vietnamesis R5-1 108BCh R5-3 B.marisTF-11 R5-2 113BCh m2-35 m2-40 m2-33 m2-43 m2-38 m2-36 m2-39 m2-29 m3-18 m2-32 m2-37 B-subtilis B-licheniformis Bacillus cereus str. QD232 EF488087 m4-4A p1-1-43 m2-6 m2-9 B-endophyticus m3-13 B-horikoshii B-okhensis B-hwajinpoensis Exiguobacterium marinum 2 strains of Kocuria sp (Actino) B. aquimaris corea sea B. marisflavi japan sea B. sp. nov m2-38 Churince B. Coahuilensis Ch. B. sp. nov. p15.4 Charcos salados mezquite B. Cereus Ch. B. subtilis Ch. B. sp. nov. 80M Pozas azules (met) Exiguobacterium E.sp.nov. Pozas rojas mezquites E.sp.nov. Poza rojas hundidos (metag) E.sp.nov. Andes lake B. sp. nov. Ch. From the indian ocean. ¿Porque hay tantas especies en un lugar sin nutrientes? Comparación de 14 genomas de CCC y sus parientes fuera de México nos va a ayudar a entender la diversificación en CCC. Queremos saber: •Cuando ocurrio (reloj molecular) •Como ocurrio (evolución molecular)
  44. 44. Exiguobacterium del agua de lagos a 5000 mt en los Andes donde hay estromatolitos Bacillus, Exiguobacterium, Kokuria de CCC, agua tapetes y estromatolitos Bacillus del mar de Corea Bacillus de salinas en India
  45. 45. Bacillus-CNJ842 Bacillus-MSU1910 P10 m3-9 12BCh 15BCh 14BCh B.aquaTF-12 B-vietnamesis R5-1 108BCh R5-3 B.marisTF-11 R5-2 113BCh m2-35 m2-40 m2-33 m2-43 m2-38 m2-36 m2-39 m2-29 m3-18 m2-32 m2-37 B-subtilis B-licheniformis Bacillus cereus str. QD232 EF488087 m4-4A p1-1-43 m2-6 m2-9 B-endophyticus m3-13 B-horikoshii B-okhensis B-hwajinpoensis Exiguobacterium marinum B. aquimaris corea sea B. marisflavi japan sea B. sp. nov m2-38 Churince B. Coahuilensis Ch. B. sp. nov. p15.4 Charcos salados mezquite B. Cereus Ch. B. subtilis Ch. B. sp. nov. 80M Pozas azules (met) Exiguobacterium B. sp. nov. Ch. From the indian ocean. Distribución Geográfica de las cepas dentro de CCC
  46. 46. Bacillus-CNJ842 Bacillus-MSU1910 P10 m3-9 12BCh 15BCh 14BCh B.aquaTF-12 B-vietnamesis R5-1 108BCh R5-3 B.marisTF-11 R5-2 113BCh m2-35 m2-40 m2-33 m2-43 m2-38 m2-36 m2-39 m2-29 m3-18 m2-32 m2-37 B-subtilis B-licheniformis Bacillus cereus str. QD232 EF488087 m4-4A p1-1-43 m2-6 m2-9 B-endophyticus m3-13 B-horikoshii B-okhensis B-hwajinpoensis Exiguobacterium marinum B. aquimaris corea sea B. Marisflavi corea sea B. sp. nov m2-38 Churince B. Coahuilensis Ch. B. sp. nov. p15.4 Charcos salados mezquite B. Cereus Ch. B. subtilis Ch. B. sp. nov. 80M Pozas azules (met) Exiguobacterium B. sp. nov. Ch. From the india Historia hipotética de la la razón de la distribución cosmopolita de los parientes mas cercanos de las cepas de CCC.
  47. 47. 230 mya 130 mya 080 mya ¿ Por qué hay tantas especies en diversos linajes de bacterias de CCC? H1: CCC es un cunero: radiación adaptativa reciente con raros eventos de HGT H2: CCC un lugar de retiro para linajes ancianos marinos donde las especies se mantienen cohesivas por HGT intra-especie.
  48. 48. Cuatro Ciénegas es entonces: 1.Un lugar antiguo donde, 2.Sus bacterias, al igual que casi todos los organismos, tienen una estructura geográfica: hay aislamiento por distancia. 3.Que al mismo tiempo presentan extraordinarias adaptaciones a un ambiente sin fósforo. 4.Y que debido a esta falta de nutrientes presentan aislamiento reproductivo que permite una gran tasa de especiación.
  49. 49. La escala del tiempo Era Aphebiano Ripheano Eon Haedano Archaeano Millones de años hace Proterozoico Faner ozoico 4000 3900 3000 2600 2000 1200 1000 580 0 Origen de la Tierra Rocas más antiguas Estromatolitos más antiguos y fósiles de procariontes Fósiles de protistas más antiguos Fósiles de animales más antiguos Fósiles de plantas y hongos más antiguos Millones de años 580- 500 500- 440 440- 400 400- 345 345- 290 290- 245 245- 195 195- 138 138- 66 66-2 Periodo Cam- brico Ordo- vicico Silu- rico Devo -nico Car- bo- nifero Permi- co Triasi- co Jura- sico Cretaci -co Terciario Cuater nario Era Paleozoico Mesozoico Cenozoico oxígeno Metano, CO2, S P
  50. 50. No solo estamos aprendiendo sobre como se diversificó la mayor parte de la vida en la tierra, sino que también creemos que el ecosistema microbiano nos puede ayudar a entender el futuro al plantear cual es el costo de diversos escenarios de cambio climático global sobre lo que no nos podemos dar el lujo de perder: los ciclos biogeoquímicos globales ¿?¿?
  51. 51. Hace 15,000 años los primeros pobladores caminaron en el barro húmedo del valle y dejaron sus huellas
  52. 52. Vieron el valle y sus montañas y las consideraron mágicas por su extrema belleza
  53. 53. Verano del 2006, bajo el manto freático del valle 5 mt. en solo 4 meses, debido a la sobreexplotación del manto freático
  54. 54. Hay un conflicto de intereses entre la agricultura no sustentable de alfalfa en el desierto y el ecosistema Centro de la Laguna grande verano 2008
  55. 55. Falla Atalaya-El GranizoFalla San Marcos Falla La Becerra
  56. 56. Manantial Laguna intermedia Laguna grande 1 2 3 4 5 6 7 10 9 Ca Mg Na Cl 440 54 140 108 307 373 262 588 Mg/Kg 8
  57. 57. Los humanos del valle tienen que coexistir con el ecosistema. Estamos tratando de educar al gobierno y al Norte a cambiar su visión del agua en el desierto. En 2007 175 acuíferos sin ley iniciaron el proceso de veda.
  58. 58. Falla Atalaya-El GranizoFalla San Marcos Falla La Becerra Reserva de recursos naturales de Cuatro Ciénegas Sitio WWF, RAMSAR, CONABIO y UNESCO
  59. 59. VIVA, YA ganamos!!! 350 millones MN para salvar a CCC ¿¿¿¿Y la lana donde está ???
  60. 60. Queremos un sitio prístino y verdaderamente sustentable donde las criaturas grandes y pequeñas tengan futuro.
  61. 61. La educación ambiental a través del arte es una herramienta fundamental para cambiar el destino de los niños Instituto mex. de recursos nat. renovables concentrarte y fundación LALA
  62. 62. Conservar con pobreza no es fácil, necesitamos cambiar el destino de estos niños haciendo de Ciénegas un ejemplo de desarrollo sustentable
  63. 63. Mi grupo de trabajo le apuesta a Biotech for the people una revolución virtuosa para salvar a Cuatro Cienegas.
  64. 64. Metagenómica aplicada al desarrollo sustentable • Entender gen por gen la diversidad y función del ecosistema • Descubrimiento de enzimas y bio-procesos • Cultivar candidatos para bio-remediación o procesos industriales y mejorar sus funciones por evolución experimental. • Los inventores ponen todo sus ingresos de la patente a educación, las universidades ponen infraestructura para la educación y los inversionistas apoyan con becas y salud
  65. 65. transferencia de conocimiento y tecnología a la preparatoria
  66. 66. ¿Cómo se “construye” la complejidad? ¿Que tan sensible es a los cambios? 1.La entrada de nutrientes disminuye la diversidad 2.En el suelo la desecación hace mucho mas lento el proceso de sucesión
  67. 67. Existen pocos lugares extremos en el mundo con las características de aislamiento y belleza de Cuatro Ciénegas. Este es el único que como no fue sepultado nos explica nuestro pasado y nos puede proteger del futuro. Estamos dispuestos a perderlo?
  68. 68. GRACIAS $$NASA, Semarnat, CONACyT Luis Eguiarte y Valeria Souza Visión general del Proyecto, Evolución molecular y experimental. Luisa Falcón Julia Dominguez y Yslem Beltran Los consorcios microbianos en CCC con énfasis en cianobacterias Rene Cerritos, Morena Avitia, Eria Rebollar y Antonio Cruz Comunidades formadoras de esporas Luis Alcaraz, Gabriela Olmedo y Luis Herrera Estrella El genoma de 2 especies de Bacillus y secuenciacion del metagenoma. Ana M. Noguez, Esmeralda López y Felipe García Oliva Una visión funcional de la comunidad del suelo Laura Espinosa, Las comunidades de Cuatro Ciénegas son el mar? Ana Escalante Jeiri Toribio, Gloria Soberon Genética de poblaciones de Pseudomona en CCC y biosulfactantes Lorenzo Segovia Xavier Soberon, Sergio Revah y German Bonilla Metagenoma y la compartamelización de los ciclos biogeoquímicos en el sistema acuático de CCC. busqueda de genes nuevos. US Janet Siefer y Mya Breithard Metagenomica, genomica HGT, virus. Mike Travisano, Brendan Bohanan, Jim Elser David Hollander Nutrientes y evolución en ecosistemas oligotróficos UNAM CINVESTAV UAM/I Rice, USF, UM, ASU, UCI, UO

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