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L'anello mancante dell'evoluzione
John Grotzinger ha dedicato la sua carriera alla risoluzione di uno dei misteri più dibattuti nella biologia evolutiva: ciò che accadde centinaia di milioni di anni fa per causare l'esplosione spontanea della vita che generò i primi antenati di tutti gli animali sulla terra oggi. È tornato al MIT nel gennaio 2002 dopo un anno trascorso in Medio Oriente, dove ha raccolto rocce contenenti fossili risalenti a questa cosiddetta esplosione cambriana. Sulla base di quei fossili, Grotzinger, un sedimentologo presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell'atmosfera e dei pianeti dell'Istituto, crede di aver trovato la risposta.
Secondo i reperti fossili, la vita sulla terra è sorta 3,5 miliardi di anni fa sotto forma di minuscoli batteri fotosintetici. Per quasi tre miliardi di anni, il pianeta è stato privo di qualsiasi cosa più grande di batteri, plancton e alghe microscopiche. Poi all'improvviso, circa 540 milioni di anni fa, nelle oscure profondità dell'oceano, nacque una ricca comunità di minuscoli animali. Da lunghi vermi spinosi a creature a cinque occhi con tubi flessibili al posto della bocca, hanno trasformato completamente il fondo dell'oceano circa 10 milioni di anni fa, in un batter d'occhio nel tempo dell'evoluzione. Questi furono i primi rappresentanti di quasi tutti i principali gruppi di animali sulla terra oggi e forse ancora di altri gruppi scomparsi molto tempo fa.
Gli scienziati hanno fornito varie spiegazioni per l'esplosione del Cambriano. Secondo una teoria, la comparsa dei predatori potrebbe aver innescato un periodo di rapida evoluzione: i primi animali da preda, nella loro lotta per adattarsi, hanno acquisito meccanismi di difesa come i gusci duri. Un'altra possibilità è che l'aumento dell'ossigeno atmosferico abbia alimentato l'evoluzione di strutture corporee più complesse: l'ossigeno è un requisito per lo sviluppo e la crescita scheletrica. Per chiarire cosa sia realmente accaduto, Grotzinger è andato in Oman nel gennaio 2001 per cercare fossili nelle rocce estratte dai giacimenti petroliferi a cinque chilometri sotto terra. Il vantaggio di questi fossili è che sono molto ben conservati, afferma Grotzinger.
Quando riportò i suoi campioni di roccia al MIT per l'analisi, Grotzinger rimase sbalordito da ciò che vide. Insieme a due suoi colleghi, il geocronologo Sam Bowring e il geobiologo Roger Summons, ha ricostruito in tre dimensioni come sarebbe stato il bacino oceanico prima del periodo Cambriano, il periodo geologico durante il quale si è verificata l'esplosione della vita. I fossili contenuti nelle rocce indicano che prima del periodo Cambriano, le barriere oceaniche ospitavano i primi prototipi di animali con conchiglie morbide- Cloudina , una creatura simile a un verme, e Namacalathus , un minuscolo animale a forma di calice da vino. Tuttavia, una volta iniziato il periodo Cambriano, questi organismi sono semplicemente scomparsi.
Studiando gli isotopi di carbonio nella roccia, Grotzinger e Bowring hanno determinato che poco prima dell'inizio del periodo Cambriano si è verificata una grave catastrofe ambientale: gli oceani hanno improvvisamente smesso di circolare. Questo evento ha portato alla massiccia estinzione di quei primi animali, forse attraverso un'ondata di gas serra come l'anidride carbonica e il metano, rilasciati dagli oceani nel momento in cui gli oceani hanno ricominciato a circolare. La scomparsa dei primi animali, sostiene Grotzinger, ha liberato il campo da gioco e ha permesso l'emergere di un nuovo gruppo di animali, più diversificato e meglio adattato.
Questo non era il risultato che Grotzinger pensava di trovare. La nostra teoria iniziale era che l'aspetto di tutta la variegata fauna del Cambriano fosse più il risultato dell'invenzione di gusci duri, che hanno permesso a questi organismi di essere improvvisamente preservati nei reperti fossili, dice. Non avevo idea che avremmo inventato una storia di estinzione.
All'inizio degli anni '90 Grotzinger aveva scoperto fossili precambriani di Cloudina e Namacalathus in Namibia. Ma i reperti fossili al confine tra il Precambriano e il Cambriano sono mal conservati e il destino delle prime creature è rimasto un enigma. Grotzinger ipotizzò che fossero semplicemente animali di transizione tra i primissimi animali prototipo e la variegata fauna del Cambriano. Ma sulla base dei suoi dati dall'Oman, crede che sia stata l'estinzione dei primi animali a stimolare l'esplosione del Cambriano. È una bella storia, ma contrariamente a quanto mi aspettavo, dice.
La scoperta di Grotzinger è davvero la pistola fumante, dice Andrew Knoll, un biologo evoluzionista dell'Università di Harvard che alcuni anni fa è stato tra i primi a proporre una teoria dell'estinzione per spiegare l'esplosione del Cambriano. E sebbene Knoll e molti altri scienziati abbiano trovato prove di un importante cambiamento ambientale al confine tra Precambriano e Cambriano, nessuno è stato in grado di correlare l'evento direttamente con la scomparsa dei primi prototipi di animali. I nuovi dati provenienti dall'Oman uniscono per la prima volta questi due eventi, rendendo la teoria dell'estinzione, afferma Grotzinger, un completo slam dunk.
Le nuove prove sono anche coerenti con i modelli di altre importanti estinzioni nella storia dell'evoluzione animale. Ad esempio, dinosauri e mammiferi coesistevano 150 milioni di anni fa. Tuttavia, in tutto questo tempo, i mammiferi non sono mai usciti dal tipo di scatola ecologica in cui sono stati confinati dai dinosauri, afferma Knoll. Invece, rimasero piccole cose simili a topi che svolazzavano tra gli alberi. Tuttavia, una teoria importante ora sostiene che quando una meteora ha colpito la terra 65 milioni di anni fa, spazzando via i dinosauri, i mammiferi sono sopravvissuti. In questo nuovo ambiente aperto, si sono rapidamente evoluti, sono cresciuti e hanno riempito nicchie ecologiche vuote. Varianti simili di mammiferi erano state probabilmente prodotte in precedenza attraverso mutazioni genetiche, ma sarebbero state eliminate dalla selezione naturale durante il regno dei dinosauri. Dopo l'estinzione dei dinosauri, i mammiferi più grandi sono sopravvissuti.
C'è sempre una tensione tra genetica e possibilità ambientali, dice Grotzinger, che è stato recentemente eletto alla National Academy of Sciences. Sebbene i geni dettino l'aspetto di un organismo, dice, le forze fisiche modellano il corso dell'evoluzione di una specie. E quando queste forze sono grandi, possono aprire la porta a forme di vita completamente nuove.
Per verificare i risultati dall'Oman, i ricercatori del MIT si sono ora spostati in Cina, dove hanno trovato rocce che risalgono al confine Precambriano-Cambriano. La Cina ha molte rocce dell'età giusta e la loro conservazione sembra essere spettacolare, dice Bowring. Nel prossimo anno produrremo molti dati interessanti. Altri fossili e tracce di ambienti antichi continueranno a far luce su come siano arrivate sulla terra quelle intriganti creature che prosperavano negli oceani del Cambriano centinaia di milioni di anni fa.