Carbonifero: le grandi foreste e gli insetti volanti

di Antonella Cinzia Marra

I mondi del Carbonifero sono mondi tropicali.

Le terre emerese sono suddivise in tre masse continentali: il Continente Nord Atlantico, denominato Continente delle Arenarie Rosse Antiche durante il Devoniano; il Continente di Angara, ovvero l’Asia; il Continente di Gondwana, formato da Africa, Sud America, India, Antartide e Madagascar.

Questi tre grossi blocchi si vanno avvicinando fra loro per tutto il Carbonifero con conseguenti movimenti geologici che portano, tra l’altro, alla formazione di grosse catene montuose (orogenesi ercinica). Verso la fine del periodo, i tre continenti si uniscono nella Pangea, un unico supercontinente.

La maggior parte delle terre emerse viene a trovarsi nella fascia climatica equatoriale, dunque in un clima caldo e umido che favorisce un grande sviluppo delle piante. A questo si aggiunge l’instabilità tettonica, che porduce continui cambiamenti nelle linee di coste, con acque che avanzano sui margini continentali e si ritirano alternativamente. Le variazioni delle linee di costa producono ambienti di laguna, di palude e di estuario, particolarmente umidi.

Le grandi quantità di piante cresciute in queste aree paludose e spesso sommerse dal fango durante le variazioni delle linee di costa hanno prodotto i grossi giacimenti di carbon fossile che caratterizzano periodo al punto da avergli attribuito il nome di Carbonifero.

Nelle rigogliose foreste carbonifere si sviluppano giganteschi Lepidodendri ed Equisetali, si muovono gli Artropodi, alcuni dei quali si dotano di ali, si affermano gli Anfibi e nascono i primi Rettili.

LE FORESTE

Le grandi foreste del Carbonifero ospitano piante della classe delle Licopsidi che oggi noi conosciamo in forme erbacee e molto ridotte.

Lepidodendri e Equiseti hanno in questo periodo un aspetto maestoso e raggiungono i trenta metri di altezza. Le Pteridofite, tipo a cui appartengono i Lepidendri, gli Equiseti e le Felci, devono competere sulla terra emersa con le Briofite, che avevano già imparato a sfruttare le nuove risorse offerte dall'ambiente subaereo. Per farlo, però, le Briofite erano "scese a compromessi" rinunciando ad avere grandi dimensioni e rimanendo comunque legate a condizioni di abbondanza di acqua.

Le Pteridofite compiono un ulteriore passo avanti e nel corso della loro evoluzione cercano di adattarsi al meglio all'ambiente subaereo facendo fronte al più grosso problema, rappresentato dall'approvvigionamento dell'acqua. Il problema essenziale è dovuto al fatto che l'acqua e i sali minerali si trovano nel terreno, mentre la luce e l'anidride carbonica si trovano nell'aria. Questi elementi rappresentano il nutrimento per le piante e dunque le Pteridofite sviluppano strutture capaci di assorbirli al meglio: le radici infisse nel terreno assorbono acqua e sali minerali, il fusto li trasporta in tutta la pianta e anche alle foglie, dei veri e propri organi di assorbimento della luce e dell'anidride carbonica.

Ecco la novità: queste piante hanno radici, fusto e foglie, ciascuno dei quali costituito da tessuti specializzati. La riproduzione avviene per mezzo di spore, prodotte negli sporangi, appositi organi che si trovano nella faccia inferiore delle foglie. Quando sono mature, le spore, che contengono un corredo cromosomico completo, vengono rilasciate e, se cadono in un ambiente propizio, si sviluppano in un gametofito, più simile ad una Briofita che alla pianta che l'ha generato.

Il gametofito cresce e sviluppa gli anteridi, in cui vengono prodotti gameti maschili, ovvero cellule riproduttive con un corredo cromosomico dimezzato, e gli archegoni, in cui vengono prodotte cellule uovo, ovvero gameti femminili. I gameti maschili vengono rilasciati e si muovono nell'acqua (ne basta un sottile velo sul terreno) fino a raggiungere un archegonio in cui congiungersi ad una cellula uovo. Dall'embrione formatosi dall'unione di due gameti si svilupperà una pianta dotata di radici, fusto e foglie, che ricomincerà il ciclo producendo spore.

Seppure così imponenti e così evolute rispetto alle Briofite, le Pteridofite sono ancora legate ad una abbondante presenza d'acqua e molte delle loro spore e dei loro embrioni muoiono perchè non trovano adeguate condizioni ambientali. Il rischio di disseccamento impedisce a queste piante la colonizzazione di ambienti meno umidi.

Durante il Carbonifero, a causa del clima abbastanza caldo e umido, queste piante conoscono un grande rigoglio e sotto le enormi fronde degli Equiseti e dei Lepidodendri, sotto le grandi Felci arboree si muove una vita brulicante di invertebrati e vertebrati.

Ma, accanto a questi giganti, nascono timidamente, verso la fine del Carbonifero, le prime Pteridosperme, che portano una grossa novità nel mondo vegetale: il seme.

Il seme è strutturato in modo da proteggere l’embrione dalle condizioni ambientali avverse. Avvolto in una guaina protettiva e dotato di sostanze nutritive, l’embrione sta in una sorta di vita sospesa fino a quando l’ambiente non presenta le condizioni favorevoli alla sua crescita.

Questa innovazione è di grande importanza, perchè consentirà alle piante di procedere alla conquista delle terre emerse con una minore dipendenza dagli ambienti umidi.

ARTROPODI

Tra le Pteridofite prosperano gli Artropodi, che spesso raggiungono dimensioni considerevoli.

Gli acquitrini offrono un ambiente ideale agli Artropodi, che hanno uno stadio larvale acquatico ed uno stadio adulto subaereo. Alcuni Scorpioni e Millepiedi superano abbondantemente il metro di lunghezza e gli Insetti hanno una grandissima diffusione.

Tra gli Artropodi, gli Insetti conoscono un vero boom nel Carbonifero. Gli Insetti sono dotati di uno scheletro esterno (esoscheletro) chitinoso ed hanno il corpo suddiviso in testa, torace e addome.

La testa è costituita da sei parti fuse tra loro, di cui una porta due antenne adoperate come organi sensoriali, tre portano appendici che contribuiscono a formare l'apparato boccale, piuttosto complesso. Sulla testa si trovano due grandi occhi composti laterali e due occhi semplici frontali. Gli occhi composti sono costituiti da molti occhi semplici, in una sorta di struttura a mosaico.

Il torace è separato dalla testa per mezzo di un collo stretto e in esso si distinguono tre segmenti, ciascuno dei quali porta un paio di zampe. Le tre paia di zampe sono a loro volta costituiti da segmenti articolati fra loro e possono essere diversamente specializzate. In molti Insetti le tre paia di zampe sono diverse tra loro.

Una strozzatura più o meno accentuata segna il limite tra torace e addome, costituto in genere da undici segmenti di cui i primi sette non portano appendici, l'ottavo può avere appendici funzionali alla deposizione delle uova nella femmina e il nono porta gli organi riproduttivi nel maschio

Nel Carbonifero gli Insetti si differenziano notevolmente e sperimentano una novità destinata ad avere un grande successo: le ali. Queste sono nate come piccole protuberanze sul dorso della regione toracica e si sono poi sviluppate come sottili pieghe dello scheletro chitinoso percorse da venature ispessite piene d'aria. Probabilmente gli abbozzi di ali erano già funzionali per gli Insetti che li avevano ed hanno in seguito avuto successo, sviluppandosi e perfezionandosi. Gli Insetti hanno due paia di ali, uno sul secondo segmento toracico e uno sul terzo.

Le foreste del Carbonifero, come si è già detto, ospitano numerosi Insetti che vi trovano un habitat ideale e che si differenziano per occupare tutti gli spazi ecologici disponibili. Tra questi, la grande libellula Meganeura, con un'apertura alare di oltre settanta centimetri, occupa un posto di riguardo ed è l'insetto più grande finora conosciuto.

ANFIBI

I primi Anfibi del Devoniano si sviluppano in molte forme che trovano nelle foreste del Carbonifero un habitat accogliente.

Sono molte le specie simili a grosse salamandre e tritoni.Gli Anfibi sono i Vertebrati più diffusi sulle terre emerse durante il Carbonifero.

Le origini "acquatiche" degli Anfibi sono molto evidenti. Essi depongono le loro uova in acqua e da queste fuoriescono larve che trascorrono un periodo della loro vita in acqua. Le larve hanno una forma affusolata ed idrodinamica e una respirazione con branchie simile a quella di un pesce. Via via che si sviluppano, nel loro corpo si differenziano il capo e le zampe, prima quelle posteriori e poi quelle anteriori. A questi cambiamenti esteriori si accompagnano modificazioni degli organi interni: le branchie vengono assorbite e si sviluppano i polmoni, l'apparato circolatorio diviene più funzionale alla vita subaerea, come pure l'apparato tegumentario. La pelle, che ha bisogno di essere mantenuta umida, funge anche da importante coadiuvante nella respirazione, scambiando gas con l'acqua e con l'aria.

Gli Anfibi, dunque, rimangono legati all'ambiente acquatico, dal quale non si allontanano molto nemmeno da adulti. E' evidente che il loro successo evolutivo durante il Carbonifero è legato alla particolare condizione climatica che offriva a questi animali foreste lussureggianti e umide, percorse da numerosi corsi d'acqua e ricche di acquitrini.

RETTILI

Nonostante l’egemonia degli Anfibi, alla fine del Carbonifero compaiono i primi Rettili.

Questi Vertebrati compiono un ulteriore passo avanti nell’evoluzione e nella conquista delle terre emerse, adattandasi ad una vita francamente terrestre.

L'"invenzione evolutiva" che segna questa svolta è innanzitutto la riproduzione attraverso uova resistenti al disseccamento e che dunque non devono essere deposte in acqua. Questo passo importante si è potuto compiere dotando l'uovo di un guscio calcareo che ha la permeabilità necessaria alla vita dell'embrione, ma lo protegge dal disseccamento. All'interno dell'uovo si trovano l'amnio, un liquido che avvolge l'embrione mantenendolo umido; il sacco del tuorlo, che contiene sostanze nutritizie utili all'embrione e l'allantoide, che assorbe l'ossigeno dall'ambiente esterno e lo rende disponibile per l'embrione.

Accanto a questa novità che si rivelerà decisiva nei periodi a venire, i Rettili perfezionano il loro scheletro, ossificandolo in misura maggiore rispetto agli Anfibi e migliorandone struttura e funzionalità soprattutto a livello dei cinti scapolare e pelvico e degli arti. L'animale può in questo modo muoversi meglio in ambiente terrestre.

Gli organi interni si perfezionano per lo sfruttamento dell'ossigeno contenuto nell'aria e per utilizzare al meglio l'acqua. Il sistema tegumentario dispone di una pelle resistente al disseccamento, infatti i Rettili hanno polmoni molto funzionali e non hanno più bisogno di demandare all'apparato tegumentario gran parte dell'attività respiratoria.

Questi caratteri, che compaiono nei primi, timidi Rettili carboniferi consentiranno l’espansione verso ambienti meno umidi e più diversificati, determinando un notevole successo della classe dei Rettili.

Le foreste del Carbonifero ci hanno offerto un panorama in cui da una parte si consolidano "vecchie conoscenze", come le Petridofite e gli Anfibi, mentre compaiono "pionieri", come le piante con seme ed i Rettili che, con strategie piuttosto simili, costruiranno le basi per il loro futuro successo.