Sezione 1 · Evoluzione
Se potessimo tornare indietro nel tempo, il mondo ci sembrerebbe sempre meno familiare. Tutto cambia e si evolve, compreso il nostro pianeta e le specie che lo abitano. Come disse l'antico filosofo greco Eraclito di Efeso (535-475 a.C.): "tutto scorre" (panta rhei) - e il cambiamento è l'unica costante.
In questa sezione, esamineremo la linea temporale dell'evoluzione della vita sulla terra dai suoi umili inizi fino ad oggi.
Il nostro pianeta, e il nostro sistema solare, si sono formati circa 4,5 miliardi di anni fa (Ga) - l'universo aveva 9,3 miliardi di anni a quel tempo.
La scala temporale geologica è ampiamente divisa in quattro cosiddetti eoni. Il primo eone, l'Adeano, prende il nome dal dio greco degli inferi Ade, a causa delle condizioni infernali di questo periodo, che durò da 4,5 a 4 Ga. La terra era infuocata, calda e caotica - complessivamente ostile alla vita.
All'inizio dell'eone successivo, l'Archeano, la crosta terrestre si era raffreddata abbastanza da permettere la formazione di continenti e oceani. Le prime prove di vita possono essere datate a questo periodo, intorno a 4-3,7 Ga, probabilmente come singole cellule procariotiche auto-replicanti molto semplici (cioè batteri e archei) che si formarono negli oceani.
Non è sorprendente che la vita sulla terra sia iniziata così rapidamente dopo che le condizioni lo hanno permesso?
L'Archeano è durato fino a circa 2,5 Ga. L'atmosfera era praticamente priva di ossigeno fino a quando alcuni organismi, i cosiddetti cianobatteri, svilupparono per la prima volta la fotosintesi, come mezzo per utilizzare l'energia del sole per costruire carboidrati dall'anidride carbonica (CO₂) e dall'acqua (H₂O), rilasciando ossigeno (O₂) come prodotto di scarto. Tuttavia, i livelli di ossigeno rimasero ancora molto bassi per molto tempo e solo lentamente iniziarono ad aumentare considerevolmente durante l'eone successivo, il Proterozoico.
Molte pietre miliari per la vita sulla terra sono accadute durante il Proterozoico, che è durato da 2,5 a circa 0,55 Ga. I primi eucarioti, grandi cellule con nuclei, emersero circa 2 Ga, probabilmente come singole cellule flagellate che sono simili agli odierni protozoi/protisti (ad esempio euglena e paramecium).
Poco dopo, si sono sviluppati i primi eucarioti pluricellulari, probabilmente iniziando come protisti che formano colonie. Molto probabilmente, questi erano simili a specie come l'alga verde sferica Volvox che esiste ancora oggi.
Verso la fine del Proterozoico, emersero le prime piante e animali primitivi, così come i funghi. Si pensa che i primi animali siano stati simili alle spugne di oggi, cioè sessili e privi di cellule muscolari o nervose o altre strutture complesse degli animali moderni. Le piante si sono evolute dalle alghe verdi, che oltre ad avere mitocondri come tutti gli eucarioti, contengono cloroplasti. Questi organelli si sono probabilmente evoluti da cianobatteri incorporati, mentre i mitocondri hanno avuto origine da altri procarioti "ingoiati".
Il quarto eone, il Fanerozoico, che va da 550 milioni di anni fa (Ma) ad oggi, è segnato da un enorme aumento e accelerazione della biodiversità, accompagnato da un marcato aumento dei livelli di ossigeno. Considerando che ci sono voluti più di due miliardi di anni per passare dai procarioti unicellulari agli eucarioti multicellulari e poi un altro miliardo per la comparsa di piante e animali, quest'ultimo periodo molto più breve ha visto un ritmo mozzafiato nell'innovazione evolutiva. Questo eone è stato annunciato dall'"esplosione cambriana".
Fanerozoico significa "età della vita visibile", e infatti la vita divenne molto evidente sulla terra. La prima e più lunga delle tre ere dell'eone Fanerozoico è il Paleozoico (550-250 Ma), che inizia con il periodo Cambriano (550-500 Ma). L'esplosione cambriana fu una radiazione evolutiva molto rapida, cioè un vasto aumento della biodiversità. Tutti i principali gruppi filogenetici che esistono oggi si trovano nella documentazione fossile di quel periodo. Tuttavia, in questo primo periodo una distinta fauna cambriana (vita animale) dominò, ma poi declinò e alla fine scomparve.
La fauna cambriana conteneva specie "primitive" di ampi gruppi filogenetici che sono presenti ancora oggi, come artropodi, molluschi o cordati, anche se ora rappresentati da specie molto diverse. I trilobiti, da tempo estinti, erano molto importanti nel primo Paleozoico, e sono imparentati con gli attuali crostacei, insetti, chelicerati (per esempio i ragni) e miriapodi. Emersero anche alcuni dei primi cordati come la Metaspriggina - predecessori dei moderni cordati/vertebrati, inclusi pesci, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi.
Mentre i semi per i gruppi molto ampi di animali furono gettati durante il Cambriano, i periodi successivi del Paleozoico, che continuarono con i periodi Ordoviciano, Siluriano, Devoniano, Carbonifero e Permiano, generarono le loro faune distinte e molto diversificate. I primi pesci ossei emersero negli oceani circa 420 Ma (Siluriano), separandosi dai pesci cartilaginei, che includono squali e razze. I pesci ossei cominciarono poi a diversificarsi in pesci con pinne a raggiera e pesci con pinne a lobo con pinne carnose.
I pesci con le pinne lobate hanno infine dato origine ai primi vertebrati conquistatori della terra, di cui il primo rappresentante conosciuto è Tiktaalik, vissuto circa 380 Ma (Devoniano). Questo anello evolutivo tra i pesci e i tetrapodi (animali con quattro arti) aveva sia branchie che polmoni, polsi snodati e un collo mobile. I pesci polmonati di oggi assomigliano in qualche modo a queste antiche specie. Prima di Tiktaalik però, gli artropodi avevano già conquistato la terra 430 Ma (Siluriano), mentre le prime piante terrestri emersero 470 Ma (Ordoviciano).
Dopo aver conquistato la terra, i tetrapodi iniziarono a diversificarsi. Il periodo Carbonifero (360-300 Ma) che seguì il Devoniano fu l'"età degli anfibi", che furono allora gli animali terrestri dominanti. Nel periodo successivo, il Permiano (300-250 Ma) emergono e si separano i primi gruppi che daranno origine ai mammiferi (sinapsidi) da un lato e ai rettili e agli uccelli (sauropsidi) dall'altro.
L'eone fanerozoico è stato testimone di cinque estinzioni di massa, causate da cambiamenti ambientali drastici e diffusi, ad esempio la diminuzione dell'ossigeno atmosferico, l'aumento dei livelli di anidride carbonica o l'acidificazione degli oceani. Ma l'evento di estinzione più grave avvenne al passaggio dal paleozoico al mesozoico. È conosciuto come la Grande Moria, in cui il 90% delle specie marine e il 70% delle specie di vertebrati terrestri, tra le altre, furono spazzate via. Tuttavia, la vita si è sempre ripresa ed è tornata più numerosa e diversificata.
Il mesozoico è diviso in tre periodi, il triassico, il giurassico e il cretaceo. Il triassico (250-200 Ma) vide una grande diversificazione, tra sinapsidi e sauropsidi e molti altri gruppi, e terminò con un'altra estinzione di massa. Durante il triassico, emersero i primi mammiferi, come piccoli animali simili a roditori (225 Ma). Il giurassico (200-145 Ma) e il cretaceo (145-66 Ma) furono dominati da sauropsidi/rettili, in particolare dai dinosauri. I piccoli e poco appariscenti mammiferi sono esistiti nella loro ombra per tutto il tempo.
I dinosauri hanno dominato il mondo per più di 130 milioni di anni e hanno contribuito notevolmente alla biodiversità della terra. Nomi come Stegosaurus, Brachiosaurus, Allosaurus, Velociraptor e Triceratops sono ben noti in tutto il mondo e hanno catturato l'immaginazione dell'umanità per molti decenni e persino secoli. Il famoso Tyrannosaurus rex fu tra gli ultimi dinosauri, che si estinsero a causa dell'impatto di un massiccio asteroide 66 Ma, insieme al 75% delle specie vegetali e animali della terra. Il regno dei dinosauri ebbe una fine improvvisa.
Il Cenozoico, che si divide in Paleogene (66-23 Ma), Neogene (23-2,5 Ma) e Quaternario (2,5 Ma - presente), è diventato "l'età dei mammiferi" dopo che sono usciti dall'ombra dei dinosauri estinti, si sono diversificati e sono diventati dominanti sulla terra. Ma i dinosauri non sono davvero scomparsi. Gli uccelli rappresentano un grande gruppo di successo di dinosauri piumati, che hanno avuto origine nel periodo giurassico. Inoltre, rettili e anfibi contribuiscono ulteriormente alla moderna fauna di vertebrati sulla terraferma.
Il periodo più recente, il Quaternario (2,5-0 Ma), ha visto l'evoluzione degli esseri umani, 4 miliardi di anni dopo l'inizio della vita sulla Terra. La nostra specie, Homo sapiens, si è evoluta circa 300.000 anni fa. Per metterlo in prospettiva: se la Terra avesse 24 ore, gli esseri umani si sarebbero evoluti meno di 6 secondi fa.
Nella prossima sezione impareremo come l'enorme numero di specie che vivono oggi sono ordinate e classificate secondo la loro storia evolutiva.
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