NASA, Semarnat, CONACyT

1. El origen de
las especies
que Darwin
nunca vió

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. ?
¿Qué sabemos del proceso de especiación de la mayor parte de la vida?
Darwin

5. 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

6. 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

7. Cuatro Ciénegas
Un sitio único para
entender el pasado de la
vida y , tal vez, entender
su futuro

8. Continuidad en el tiempo

9. 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

10. B. Coahuilensis
genoma muy divergente, pequeño y marino, una
criatura, 3000 genes que nos cuentan la misma historia
Luis Alcaraz et al., 2008,
PNAS

11. Tenemos que en Cuatro Ciénegas los virus también se
acuerdan de su pasado marino y esto es extraordinario

12. 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”

13. En el triásico casi no había México,
solo había un pedazo de Coahuila

14. 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.

15. Cuatro Ciénegas
Un sitio único para
entender el pasado de la
vida y , tal vez, entender
su futuro

16. 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

17. 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

18. 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

19. Cuatro Ciénegas
es el parque
Jurásico

20. Que además “recuerda” por sus condiciones ambientales,
pobres en nutrientes tiempos aún mas remotos de cuando
las bacterias tenían todo bajo control.

21. Aislamiento en el espacio

23. Everything is everywhere
and the environment
selects
(Baas-Becking 1933, Finlay
y Clark 1999, Finlay 2002).

24. 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

25. En las pozas de CCC hay mucha diferencia de la comunidad entre
pozas, una alta beta.

26. 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.

27. Tal vez Finlay (2002) generalizó
para un grupo demasiado diverso.
Tal vez las bacterias tienen
diferentes ecologías al igual que
los pájaros.

28. 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

29. Adaptaciones locales

30. 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

32. 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

33. 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

34. Rodopsina sensorial de una Cianobacteria
funcional en Bacillus coahuilensis

35. Sulfolipidos en lugar de fosofolipidos en B. coahuilensis

36. Genes
adaptativos
adquiridos por
transferencia
sulfolipidos
constitutivos
extrema pérdida
de genes en el
metabolismo de
Carbono y
nitrógeno.

37. 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

38. Aislamiento reproductivo
Poca transferencia de genes

39. ¿Será que su sexualidad las hace
organismos de excepción?
Herencia
horizontal
NO
CLONAL
Herencia
vertical
CLONAL

41. Como consecuencia esta
el problema conceptual de
definir que es una especie
bacteriana. ¿cuáles son
sus límites?

42. 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

43. Split decomposition putP
RED: Señal de intercambio de genes en una población

44. Pseudomona sp del Churince tiene una estructura
clonal en todas sus especies

45. •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.

46. 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

47. 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)

48. 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

49. 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

50. 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.

51. 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.

53. 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.

54. 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

56. 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
¿?¿?

57. Hace 15,000
años los
primeros
pobladores
caminaron en
el barro
húmedo del
valle y
dejaron sus
huellas

58. Vieron el valle y sus montañas y las consideraron
mágicas por su extrema belleza

59. Verano del 2006, bajo el manto
freático del valle 5 mt. en solo 4
meses, debido a la sobreexplotación
del manto freático

60. 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

61. Falla Atalaya-El
GranizoFalla San Marcos
Falla La Becerra

62. 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

65. 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.

66. Falla Atalaya-El
GranizoFalla San Marcos
Falla La Becerra
Reserva de recursos naturales de Cuatro Ciénegas
Sitio WWF, RAMSAR, CONABIO y UNESCO

67. VIVA, YA ganamos!!!
350 millones MN para
salvar a CCC
¿¿¿¿Y la
lana donde
está ???

68. Queremos un sitio prístino y verdaderamente sustentable
donde las criaturas grandes y pequeñas tengan futuro.

69. 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

70. Conservar con pobreza no es fácil, necesitamos
cambiar el destino de estos niños haciendo de
Ciénegas un ejemplo de desarrollo sustentable

71. Mi grupo de
trabajo le
apuesta a
Biotech for
the people
una
revolución
virtuosa
para salvar
a Cuatro
Cienegas.

72. 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

73. transferencia de conocimiento y
tecnología a la preparatoria

74. ¿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

75. 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?

76. 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