Quando la vita esplose

“Libera dalla schiavitù, la vita finalmente esplose”

 

Più di mezzo miliardo di anni fa la vita esplose. La biodiversità si fece largo sul pianeta come un bulldozer in una cava. Nel cambriano ebbero origine la maggior parte dei gruppi animali esistenti oggigiorno.

Da semplici microbi, le creature si evolsero in qualcosa di più grande (macroscopicamente) e più complesso (geneticamente). Tutto iniziò 570 milioni di anni fa; sono talmente tanti che forse persino il cervello umano ha difficoltà a contarli e a comprendere a fondo le miriadi di variazioni geologiche e paleontologiche che avvengono sul pianeta in questo lasso di tempo: mezzo miliardo di anni.

Incredibile!

Per tre miliardi di anni la Terra era stata popolata da organismi unicellulari e pluricellulari semplici; poi successe qualcosa, 700/800 milioni di anni fa il pianeta fu interessato da una serie di estese glaciazioni che portarono al fenomeno della Snowball Earth, ovvero la Terra a “Palla di Neve”. Dopo questo lunghissimo periodo freddo, circa 580 milioni di anni fa, queste glaciazioni terminarono; la fusione della gigantesca calotta di ghiaccio permise all’ossigeno di raggiungere una soglia critica tale da consentire lo sviluppo di organismi pluricellulari complessi.

La vita esplose.

Come ho scritto prima, le più antiche evidenze fossili risalgono a circa 570 milioni di anni fa. Tuttavia si tratta di datazioni per difetto sui registri fossili. Gli studi genetici sugli organismi viventi indicano che forme di vita complesse esistevano anche prima.

Snowball earth
Ricostruzione digitale della Snowball Earth.

Nel periodo geologico ediacarano avvenne la glaciazione di Gaskiers (molto breve, due milioni di anni circa, anche meno). L’ediacarano è ritenuto dai geologi un vero e proprio periodo misterioso. Molti organismi fossili sono conosciuti solo per l’impronta lasciata nei fanghi, o nelle ceneri vulcaniche; molti organismi dell’ediacarano non assomigliano nemmeno agli animali viventi oggi.

Sull’isola di Terranova, in America del nord, si trova un promontorio roccioso chiamato Mistaken Point (letteralmente Punto Sbagliato), a causa dei naufragi, infatti i capitani lo scambiavano per un altro punto, da cui il nome.

A Mistaken Point sono però emersi dettagli geologici e paleontologici davvero straordinari e meravigliosi. Il sito (non è l’unico dell’ediacarano) è studiato da decadi, eppure i paleontologi vi vedono chiaramente uno scenario nuovo e rivoluzionario.

Mistaken Point
Mistaken Point, sull’isola di Terranova.

Molti fossili scoperti a Mistaken Point non nuotavano, né strisciavano pur assomigliando, alcuni di loro, a scheletri di serpenti. Erano forme di vita diverse, la maggior parte delle persone ne ignora persino l’esistenza, per non parlare dei creazionisti (ma questa è un’altra storia). In quest’angolo flagellato dalle gelide onde oceaniche dell’Atlantico settentrionale è conservato questo antico fotogramma del pianeta, come una vecchia foto in bianco e nero, la scintilla della grande vita che sarebbe esplosa nei milioni di anni successivi.

Uno dei fossili dell’ediacarano di Mistaken Point.

“Qui, per la prima volta, la vita è diventata grande”. Dice il paleontologo Marc Laflamme, dell’Università di Toronto.

Per risolvere questo mistero bisogna però fare qualche passo indietro: nell’Australia del 1946, quando il geologo Reginald Sprigg scoprì degli strani fossili sulla collina di Ediacara (da cui il nome del periodo). Sprigg dapprincipio non sapeva che quei fossili risalissero a 550 milioni di anni fa, ovvero dieci milioni di anni prima dell’esplosione del cambriano.

Ci sono somiglianze con la fauna fossile dell’isola di Terranova: questi organismi erano molto simili tra loro, insomma erano connessi, in qualche maniera.

Australia Edicariano
Australia, strato guida dell’ediacarano marcato con un disco di bronzo.

I siti scoperti e attribuiti all’ediacarano sono 40 e sono sparsi in molteplici località del mondo, eccetto l’Antartide (solo perché coperto di ghiacci, ancora per poco tuttavia, stando al tasso di scioglimento dei ghiacci).

La domanda a questo punto è obbligatoria: che cosa, dopo miliardi di anni in cui il nostro pianeta fu popolato da soli microbi, consentì a questi organismi di diventare più grandi e di diffondersi in tutto il pianeta?

Prima che la fauna di Ediacara si diffondesse sulla Terra, l’evoluzione funzionava a scala perlopiù microscopica; ciò era dovuto anche alla carenza di ossigeno planetaria, che alimentava (e alimenta tuttora) il metabolismo animale.

Mar Bianco ediacarano
Mar Bianco, Russia. Uno dei 40 siti dell’ediacarano.

Nel 2016, sulla prestigiosa rivista Nature fu pubblicato un articolo che evidenziava come, nell’atmosfera terrestre, la percentuale di ossigeno richiedeva non meno di cento milioni di anni per incrementare dall’1% al 10%, innescando, così, l’esplosiva diffusione della vita.

Due miliardi di anni fa vi fu un primo incremento di ossigeno terrestre, grazie ai batteri marini che lo generavano con la fotosintesi. Tuttavia i livelli si mantennero bassi per un altro miliardo di anni. Tra i 717 e i 635 milioni di anni fa vi furono tre glaciazioni molto potenti che ricoprirono a intervalli l’intero pianeta (fenomeno Terra a Palla di Neve, come è conosciuto tra gli scienziati). Durante queste glaciazioni, i livelli di ossigeno aumentarono.

Australia, fossile dell'ediacarano.
Australia, fossile dell’ediacarano.

Queste tre glaciazioni (dalla più antica) furono la Sturtiana, la Marinoana e la Gaskiers. Durante la prima gli scienziati hanno scoperto che gli oceani era più ossigenati in superficie, ma non in profondità, dove si accumulò molto ferro. Durante la seconda glaciazione si nota la comparsa di invertebrati e un livello maggiore di ossigeno, ma è dopo l’ultima glaciazione che, con lo scioglimento dei ghiacci, in concomitanza di eruzioni vulcaniche, l’anidride carbonica fece da effetto serra, riscaldando l’atmosfera.

Fusione dei ghiacci, aumento dell’ossigeno ed evoluzione delle cellule più complesse consentirono agli organismi dell’ediacarano di prosperare?

Probabilmente.

Questi organismi avevano generalmente forme a fronda, un paleontologo tedesco li definì strutture biologiche a trapunta. La nutrizione doveva comunque essere un problema per queste creature, non essendo provviste di bocca, né di intestino, né di ano, né di testa e né di occhi.

Fauna edicariana
Ricostruzione digitale della fauna dell’ediacarano.

Molti di questi organismi presentavano una sorta di disco di ancoraggio, un rizoide che faceva presa sul fondo marino, permettendo a queste forme a fronda di muoversi nell’acqua, o fluttuare. Inoltre i fondali marini di mezzo miliardo di anni fa erano ricoperti di tappeti microbici. Tuttavia queste creature a fronda non erano piante, quindi non potevano sfruttare la fotosintesi, oltretutto vivevano a più di mille metri di profondità, dove non c’era luce (e tuttora non c’è).

Quindi come si nutrivano?

L’ipotesi più accreditata dagli scienziati è che questi organismi si nutrissero tramite osmotrofia, ovvero assorbivano le sostanze nutrienti dissolte nell’acqua tramite la superficie corporea. 

La fauna ediacarana si estinse circa 540 milioni di anni fa, all’inizio del Cambriano. Molti scienziati sono concordi sul fatto che si tratti di una sorta di esperimento evolutivo fallito di vita pluricellulare.

Perché?

Alcuni paleontologi canadesi hanno una loro teoria, in parte basata anche sui fossili rinvenuti in un sito ediacarano della Namibia. Sostanzialmente i vermi cominciarono ad avere strutture complesse che non li facevano limitare al solo strisciare sui fondali oceanici, come era sempre stato, ma potevano scavare i fanghi con lunghi tunnel, grazie all’evoluzione di una muscolatura complessa.

Namibia
Namibia. Sito geologico dell’ediacarano.

Inoltre ci furono cambiamenti anche nella chimica oceanica, gli scheletri dei fossili mostrano ricchezza di calcio. Questi fattori sembrano essere la chiave per questo mistero. L’ipotesi dei vermi e delle loro tracce sembra confermata soprattutto in un sito australiano, dove la roccia ricorda il formaggio svizzero, per come è tappezzata di tracce di vermi (icniti, in geologia).

“Lo sviluppo della muscolatura complessa in questi vermi segna l’inizio del Cambriano”. Dice il paleontologo australiano James Gehling.

In ultima analisi c’è un punto importantissimo, scoperto da un gruppo di paleontologi canadesi in Ontario. Costoro, sempre analizzando le icniti di molti siti, hanno individuato che questi vermi, oltre ad aver sviluppato una muscolatura atta a cambi di direzione nelle tre dimensioni, non tornavano in aree già battute dai vecchi tunnel: ciò indica capacità cerebrali superiori. Non cercavano il cibo a caso, girovagando senza meta, erano metodici! I ricercatori affermano che il cambriano corrisponde alla fase in cui il comportamento fu codificato nel genoma.

Cambriano
Ricostruzione di un mare del cambriano.

La fauna dell’ediacarano fu praticamente soppiantata da questi organismi più efficienti, che dettero la scintilla per l’esplosione della vita nel successivo mezzo miliardo di anni.

Qualcuno potrebbe chiedere: come si quantifica questa esplosione oggi?

Bene. Prendiamo la classe di animali dominante: gli artropodi. Questi sono composti dagli insetti, dagli aracnidi e dai crostacei. Al momento vi sono un milione duecentoquattordici mila e duecentonovantacinque specie di artropodi conosciuti. Sono davvero un esercito, rispetto a noi mammiferi.

ragno
I ragni fanno parte degli artropodi.

Gli artropodi hanno caratteristiche comuni tra di loro, come l’esoscheletro (ovvero esterno) resistente e il corpo segmentato in sezioni. Gamberi, insetti stecco, cavallette, granchi, stomatopodi, ragni, scorpioni ecc… E potrei continuare ancora, oltre un milione di specie, e probabilmente molte devono ancora essere scoperte.

Già nell’ordoviciano, circa 450 milioni di anni fa, gli artropodi erano ben diversificati, con la famigerate e stupende trilobiti (ormai estinte), che molti di voi avranno certamente visto. La proliferazione degli animali del cambriano si deve anche a un modo nuovo di alimentare il proprio corpo: nutrendosi di altri animali. I predatori sono il motore della vita, essi evolsero bocche per mangiare e le prede svilupparono esoscheletri più resistenti. Fu una vera e propria corsa agli armamenti quella che avvenne tra gli artropodi, e non solo.

trilobite
Trilobite del Marocco.

Il rapporto preda-predatore è sempre stato uno dei più forti motori evolutivi e macro-evolutivi in natura, come anche dimostrato dal prof. Douglas Emlen.

Gli artropodi non furono l’unica classe interessata all’esplosione della vita e dall’evoluzione negli ultimi 500 milioni di anni, anzi. Ecco un elenco con relativi numeri relativi alle specie moderne:

  • Cordati, comprendenti pesci, uccelli, rettili, mammiferi e anfibi. Attualmente si conoscono 68.045 specie.
  • Molluschi, 117.358 specie conosciute.
  • Cnidari, ovvero attinie, coralli e meduse. Attualmente si conoscono 10.303 specie.
  • Echinodermi, ovvero stelle marine e ricci di mare. Si conoscono 7.509 specie.
  • Poriferi, ovvero le spugne. 8716 specie
  • Platelminti. Vermi piatti. 29.285 specie.
  • Anellidi, ovvero i vermi metamerici. 17.210 specie conosciute.
  • Briozoi. 5.650 specie.
  • Nematodi. Sono i vermi cilindrici. 24.773 specie.

Poi ci sono altri Phylum (gruppo tassonomico) minori con poche specie.

Cordati
Esempi di cordati.

Tutto questo per capire come, da un punto di vista evolutivo, la vita nell’ultimo mezzo miliardo di anni è letteralmente esplosa, nonostante la Terra sia vecchia di quattro miliardi e mezzo di anni. I numeri come dicevo sono relativi alle specie moderne, quindi nel calderone andrebbero inseriti anche quelli relativi alle specie fossili, ormai estinte, di cui ovviamente di moltissime di loro non si ha proprio notizia della loro esistenza. Ciò è dovuto anche al processo di fossilizzazione, notevolmente complesso.

Ci sono specie che vivono sulla Terra da tento immemore, chissà se noi umani, comparsi solo in tempi recenti sul pianeta, riusciremo a sopravvivere…

Aaronne Colagrossi

 

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