Paleontologia - MONDI PERDUTI

Dall'Archeano al Proterozoico ovvero da un mondo senza vita ai primi viventi.

di Antonella Cinzia Marra

Da questo numero di Helios Magazine inizia un viaggio attraverso la storia della vita sulla Terra. Incontreremo mondi perduti popolati animali e piante ormai scomparsi, che riaffiorano dalle rocce per mostrarci le tante facce assunte dal nostro Pianeta nel corso di milioni di anni. Avventuriamoci dunque nel primo dei mondi perduti, tanto lontano nel tempo da non essere popolato se non da elementi chimici, un mondo in cui ancora non esisteva alcun essere vivente.
Nel tempo l'aspetto della Terra, i suoi paesaggi, i suoi ambienti sono mutati, ospitando forme di vita diverse, ecosistemi completamente diversi da quelli che attualmente caratterizzano il Pianeta. Ma c'è stato un periodo in cui la Terra era davvero tutt'altra cosa non solo rispetto ad oggi ma anche rispetto ai mondi perduti dei Trilobiti e dei Dinosauri. Per vederla occorre andare in un tempo incommensurabilmente lontano, oltre i quattro miliardi di anni fa.
Il Pianeta azzurro, dopo la sua nascita, era piuttosto un inferno, probabilmente più tendente al rosso: una volta stratificatasi in nucleo, mantello e crosta, la Terra impiegò un certo tempo a raffreddarsi. La crosta in via di raffreddamento era ancora piuttosto "agitata", numerosissimi erano i vulcani che eruttavano lava ed emettevano gas in un'atmosfera primordiale composta principalmente da ammoniaca, metano, idrogeno, anidride solforosa, acido cianidrico e vapore acqueo.
Con il procedere del raffreddamento, le grandi masse di vapore acqueo prima sospese nell'atmosfera si condensarono e andarono a formare gli oceani. Oceani caldi, torbidi, scuri, un pò folkloristicamente chiamati "brodo primordiale". Fu in questo strano ambiente formato da masse d'acqua calda contenente un miscuglio di molecole ed elementi chimici e da un'atmosfera densa e venefica che accadde quell'avvenimento che innescherà la storia della vita sulla Terra.
La paleontologia non può dare prove documentate delle fasi che portarono alla nascita della vita innanzitutto perchè molecole e aggregati di molecole non fossilizzano (si potrebbe trovare solo una traccia di attività chimica) e inoltre perché le rocce sedimentarie (dove si possono trovare i fossili) di quel periodo sono ormai andate perdute, sono state modificate.
La scienza dei fossili è però capace di fornire informazioni sulle prime attività biologiche. L'individuazione di queste attività è molto difficile ed infatti ha avuto un grande sviluppo in tempi moderni, seguenti il 1950-'60, quando cioè l'affinarsi delle strumentazioni ed in particolare lo sviluppo della microscopia elettronica hanno consentito di andare più a fondo nell'indagine e nell'analisi delle rocce. In effetti una cellula non può fossilizzare, essendo costituita da sostanze deteriorabili e non avendo alcuna parte dura mineralizzata, quindi si può soltanto sperare di trovare impronte e tracce della sua attività, pur con l'enorme difficoltà data da una ricerca sulle rare rocce vecchie miliardi di anni di anni che, mi si consenta l'espressione, ne "hanno passate di tutti i colori".
Fino al 1950, dunque, la storia della vita cominciava con il Cambriano, il primo periodo del Paleozoico, l'Era della Vita Antica, popolata da invertebrati. Il Precambriano accoglieva quel mondo fumoso da cui emersero le faune paleozoiche. Seppure la nascita della vita rimanga tuttora nel campo delle teorie, la progressione delle ricerche con le nuove tecniche ha permesso di fare luce su quelle prime forme di vita affacciatasi sulla Terra: i nostri autentici progenitori.
Il tempo precambriano è suddiviso tre Eoni: Ardeano (da 4,8 a 4 miliardi di anni fa), Archeano (da 4 a 2,5 miliardi di anni fa) e Proterozoico (da 2,5 a 0,57 miliardi di anni fa). Ciascun Eone è a sua volta suddiviso in Ere (si veda la fig. 1).
Archeano
La documentazione paleontologica comincia con l'Archeano, anche se appare molto incerta. Le tracce la cui attribuzione è più accreditata risalgono a 3,5 e 2,8 miliardi di anni fa. Nelle rocce sono state rinvenute stromatoliti e tracce carboniose sferoidali e filamentose riconducibili a batteri o alghe azzurre.
Le stromatoliti sono strutture molto interessanti in quanto non sono fossili di organismi, ma piuttosto sono prodotti da un peculiare meccanismo di crescita di particolari microrganismi filamentosi capaci di fotosintesi. I microrganismi filamentosi intrappolano con la loro mucillagine piccoli grani di sedimento e si dispongono orizzontalmente a formare un letto. Successivamente lo strato di granelli e filamenti si stabilizza e i microrganismi sono pronti a costruire un nuovo strato. Il riconoscimento delle stromatoliti fossili deriva dunque più che altro dalla peculiare struttura a straterelli molto fini (vedi fig.2), poichè è difficile individuare tracce dei microrganismi che li hanno prodotti. Probabilmente le stromatoliti hanno potuto prosperare negli ambienti precambriani non soltanto a causa della disponibilità di spazi adeguati e per la scarsa competizione ma anche per l'assenza di organismi capaci di turbare i fondali con la loro attività e con i loro movimenti. Tra l'altro l'erosione delle terre emerse non aveva ancora prodotto molti sedimenti di diverse granulometrie ed i fondali erano per lo più fangosi. A riprova di ciò, attualmente le stromatoliti sono molto rare e si trovano in ambienti marini con scarsa corrente o in ambienti lagunari ad alta salinità dove la presenza di altri organismi è molto limitata; in ogni caso si trovano in sedimenti molto fini.
Le altre tracce di organismi viventi trovate nelle rocce sono costituite da pellicole carboniose e da particolari concentrazioni di composti riferibili ad attività biologica. In questa fase le cellule non erano di tipo eucariotico, piuttosto erano estremamente primitive senza un nucleo vero e proprio e senza organuli ben definiti. Cominciavano i primi tentativi d vita coloniale: organismi procarioti si riunirono in filamenti o in forme globulari racchiuse in pellicole. Ulteriori informazioni sono state fornite dall'analisi chimica dei carbonati, che ha rivelato una proporzione degli isotopi del carbonio ¹²C e ¹³C correlabile ad attività biologica. Dall'attenta analisi delle tracce e della composizione delle rocce, ci si è fatti l'idea che nell'Archeano gli organismi procarioti, seppure così semplici, fossero organizzati in un ecosistema abbastanza complesso.
L'ambiente in cui queste forme di vita si muovevano era ancora povero di ossigeno ma l'avvio della fotosintesi, capace di produrre ossigeno dall'anidride carbonica, stava contribuendo a cambiare definitivamente la composizione dell'atmosfera terrestre.
Era un mondo tanto estremo da non corrispondere neppure alla nostra idea di inferno, scosso da scariche elettriche nell'aria, terremoti e vulcani in eruzione e abitato da terrestri microscopici capaci di vivere senza ossigeno, che stavano dando il via alla grande ed entusiasmante avventura della vita!
Proterozoico
La documentazione fossile del Proterozoico risente anch'essa dei "vizi" dell'Archeano: scarse rocce disponibili e indagini incerte e difficili. Alcuni ritrovamenti sono stati smentiti, ma altri hanno potuto fornire un quadro che, seppure incompleto, riflette un ecosistema più complesso, con una maggiore diffusione e differenziazione dei Procarioti. Le forme cominciarono ad essere più complesse e alle morfologie filamentose e sferoidali si aggiunsero filamenti ramificati e strutture stellate.
La maggior parte dei microrganismi ritrovati conducevano vita bentonica, vale a dire sui fondali, ma sono state identificate anche numerose specie a vita planctonica. Insomma, i Procarioti si erano notevolmente diffusi e vivevano negli oceani primordiali, sia sul fondo che liberi nelle acque.
Dal Proterozoico medio, cioè a partire da 1,6 miliardi di anni fa la vita compì un'importante acquisizione evolutiva: comparvero gli organismi Eucarioti, che si organizzeranno successivamente nei primi organismi pluricellulari.
Emergono da quel tempo così lontano gli Acritarchi (Fig.3). Erano microrganismi sferoidali di dimensioni maggiori rispetto ai Procarioti. Essi erano costituiti da un'unica cellula eucariotica, con un nucleo ben definito ed organuli completi con specifiche funzioni. Sotto il nome di Acritarchi è elencata una serie di organismi molto vari. La parte più esterna della cellula era particolarmente spessa, seppure non mineralizzata, ed aveva varie ornamentazioni. Erano probabilmente fotosintetizzanti e si trovano diffusi in rocce di varie aree del mondo. Cìò dimostra che erano forme planctoniche, vivevano cioè in sospensione nelle acque oceaniche e da queste sono state distribuite in varie parti degli oceani. 800 milioni di anni fa questo gruppo raggiunse il massimo della diffusione e della differenziazione, ma 600 milioni di anni fa andò in crisi, per riesplodere poi nel Cambriano.
I Procarioti erano anch'essi molto diffusi e differenziati durante il Proterozoico, occupando diverse nicchie ecologiche. Nelle rocce sono stati rinvenuti anche strani microfossili planctonici a forma di vaso: può darsi che si tratti di pellicole resistenti prodotte dai microrganismi durante periodi di difficoltà ambientale. Attualmente molti microrganismi adoperano questo espediente durante periodi di siccità o per diffondersi: secernono una pellicola molto resistente al disseccamento e dentro vi conducono una sorta di esistenza "sospesa" finchè non si raggiungono condizioni ottimali.
Se già l'avvento degli organismi unicellulari fosse già un grande avvenimento, nel Proterozoico l'evoluzione compì un altro passo avanti poichè conquistò la pluricellularità. Le colonie cui varie volte si è accennato, infatti, non sono da considerarsi organismi unicellulari, ma piuttosto un passo verso queste forme di vita più complesse. Le cellule componenti una colonia mantengono la loro indipendenza, non sono specializzate e potrebbero condurre vita a sé stante; le cellule di un organismo pluricellulare contribuiscono alla vita di tutte le altre e si specializzano fino a formare tessuti e organi. I primi organismi pluricellulari sono molto semplici e la loro organizzazione è più complessa di quella di una colonia.
Le prime a comparire furono le alghe pluricellulari, definite Metafite primitive. Alcuni reperti eccezionalmente conservati hanno mostrato i tessuti organizzati in una parte corticale, esterna., ed in una parte medullare, interna, con gruppi di cellule più grandi, deputate a particolari funzioni.
In un periodo tra 620 e 550 milioni di anni fa, a ridosso del Paleozoico, comparvero i primi animali pluricellulari. Sono noti con il nome di "Fauna di Ediacara" (fig. 4) perchè sono stati scoperti nella collina di Ediacara, nell'Australia sud-occidentale. Gli animali di Ediacara avevano corpo molle e le loro impronte e tracce sono eccezionalmente conservati in un sedimento molto fine. Alcune impronte rinvenute nelle rocce di Ediacara hanno una forma circolare, con simmetria radiale, altre forme circolari presentano tentacoli e sembrano simili a meduse. Alcuni di questi animali avevano diversi tipi di appendici su un corpo sferoidale, altri avevano forma ovoidale o allungata. Alcune forme ovali presentano segmentazione radiale; forme a scudo potevano presentare creste rilevate.
L'eccezionale conservazione di questi organismi dà un panorama diverso della fine del Proterozoico. Ci appare un mondo con piante e animali che, per quanto primitivi, facevano parte di un ecosistema complesso e diversificato. Era un mondo silenzioso, subacqueo, in cui la vita, la nutrizione, la riproduzione e la morte regolavano i ritmi. Forme leggere, forse trasparenti e gelatinose, nei remoti mari compivano la fotosintesi, si muovevano sul fondo, si lasciavano trasportare dalle correnti. Quel mondo vivente che fino a poco tempo prima si poteva concentrare in una sola goccia d'acqua scoprì corpi complessi, forme nuove, forse anche colori nuovi.
La fauna di Ediacara esercita un grande fascino sugli studiosi perchè, oltre all'eccezionalità dei reperti, serba anche il mistero della prima grande estinzione della storia della vita. Infatti i rappresentanti di tale fauna erano destinati a scomparire nel Cambriano. Alcuni studiosi credono che in realtà molti rappresentati di questa fauna si siano evoluti verso alcune di quelle forme presenti nel Cambriano; secondo altri invece si tratterebbe di una estinzione vera e propria, causata probabilmente dalla comparsa di predatori attivi che hanno facilmente predato questi animali probabilmente erbivori e sospensivori, del tutto impreparati a difendersi.
Oltre alla fauna di Ediacara, in rocce del Vendiano, l'ultima "porzione" del Proterozoico, sono stati ritrovati resti di parti dure di microfossili: alcuni reperti sono attribuibili ad una sorta di tubuli in cui viveva l'organismo; altri forse erano parti di strutture più complesse.
Si fanno sempre più presenti nelle rocce le bioturbazioni, ossia particolari strutture riconoscibili nei sedimenti, causate dagli organismi che scavavano gallerie e si muovevano dentro e sopra il sedimento.
Alcuni studiosi hanno definito queste ultime fasi del Proterozoico "la fine del paradiso" perchè il mondo biologico, già regolato dalla selezione operata dall'ambiente, si regolò anche sulle leggi della predazione e della prevalenza del più forte. La continua ricerca nel buio di un passato così lontano ha aperto il sipario su scenari inimmaginabili fino a pochi decenni fa. La complessità della vita esplose ad un certo momento. Le teorie sono ancora molte e nessuna può essere suffragata da prove inequivocabili, ma quello che è certo è che durante una di quelle asfittiche giornate di tre miliardi e mezzo di anni fa alcune molecole organiche si unirono a costituire quell'insieme meraviglioso che è la vita. Tutto il mondo vivente, umanità compresa, deriva da quel composto miracoloso, nato in uno strano miscuglio.


EONE	ERA	MILIONI DI ANNI
PROTEROZOICO	Neoproterozoico Mesoproterooico Paleoproterozoico	da 1000 a 570 da 1650 a 1000 da 2500 a 1000
ARCHEANO	Superiore Medio Inferiore	da 3000 a 2500 da 3500 a 3000 da 4000 a 3500
ARDEANO		da 4800 a 4000

Fig. 1 Cronologia del Precambriano. Il Paleozoico comincia 570 milioni di anni fa con il Cambriano.

HELIOS Magazine ANNO II - n.5

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