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NO PLASTIC AT SEA

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Petizione OCEAN4FUTURE

Titolo : Impariamo a ridurre le plastiche in mare

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La nascita della vita negli oceani di Andrea Mucedola

livello elementare
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ARGOMENTO: PALEONTOLOGIA
PERIODO: NA
AREA: NA
parole chiave: oceani
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Le prime terre emerse in un oceano primordiale

Nell’Archeozoico (Archeano), il periodo che va da 3,8 miliardi a 1,6 miliardi di anni fa, si formarono le catene rocciose più antiche della Terra. Come abbiamo raccontato nel primo articolo, il pianeta Terra aveva già una crosta solida in cui si distinguevano ampie aree depresse occupate dagli oceani primordiali.

ere-geologiche

Oltre che in Australia e in Groenlandia, dove affiorano ancora i frammenti più antichi dei continenti attuali, si possono osservare rocce sedimentarie dai 3,4 ai 3 miliardi di anni in Sudafrica, in Africa, in Siberia e nel Sud america. Esse sono note come scudi o cratoni, e sono composte da complesse successioni di rocce metamorfiche in molti casi intruse da grandi corpi ignei. In alcuni scudi, compaiono le ofioliti o rocce verdi, resti di crosta oceanica testimonianze degli sconvolgimenti geologici derivanti come oggi dalla deriva dei continenti.

ofioliti

Ofioliti, sezioni di crosta oceanica e del sottostante mantello che sono state sollevate o sovrapposte alla crosta oceanica fino ad affiorare. Il nome ofiolite, dal greco ὄφις= serpente e λίθος = roccia, letteralmente roccia serpente, è dovuto alla loro caratteristica colorazione verdognola, che ricorda la pelle di molti rettili . 

Gli archeo-continenti
Dopo la loro nascita, i continenti cominciarono ad andare alla deriva sul mantello fluido sottostante. I dati paleo magnetici hanno permesso di ricostruire la posizione reciproca delle aree continentali. Nell’Archeano abbiamo indizi dell’esistenza di almeno tre supercontinenti formatisi e disgregatisi in continuazione, ecco i loro nomi:

  • Kenorlandia, fra 2,7 e 2,2 miliardi di anni fa che comprendeva la Laurentia (il nucleo di quello che oggi sono il Nord America e la Groenlandia), la Baltica (l’attuale Scandinavia e i paesi baltici), l’Australia occidentale e il Kalahari;
  • Columbia o Hudsonia, tra 1,8 ed 1,5 miliardi di anni fa, che comprendeva Laurentia, Baltica, Siberia, Ucraina, Amazzonia, Australia, il Nord della Cina e il Kalahari, e si estendeva per ben 13.000 km lungo l’asse nord-sud;
  • Rodinia (dal russo rodit, “generare”), tra 1,3 e un miliardo di anni fa, centrata probabilmente a sud dell’equatore e ricoperta da vaste calotte glaciali.

rodinia

Molte porzioni della crosta archeana racchiudono oggi importanti giacimenti minerari di ferro, nichel, rame, cromo, oro, argento e uranio. Questi giacimenti, di origine sedimentaria, si formarono al momento in cui fecero la comparsa i primi organismi in grado di realizzare la fotosintesi. In quel periodo cominciò infatti a formarsi ossigeno libero che, reagendo con il ferro in soluzione nelle acque, provocò la sua precipitazione sotto forma di ossido insolubile nel fondo dei mari. Solo quando la maggior parte del ferro presente in soluzione fu rimosso, cessò la formazione di tali giacimenti e cominciò ad aumentare la concentrazione di ossigeno libero nelle acque e quindi  nell’atmosfera. L’esistenza dei depositi di ferro  è pertanto  indice di un processo fotosintetico in atto, e quindi rappresenta una prova che al tempo della loro formazione la vita si era abbondantemente stabilita nelle acque.

E la vita comparve
L’evento più straordinario della storia del nostro pianeta avvenne nelle acque degli oceani circa 3 miliardi e 800 milioni di anni fa quando comparve il primo essere vivente unicellulare. Le copiose piogge trasportavano i composti dell’atmosfera primigenia (principalmente CO2, CH4 ed altri componenti) nei fiumi e quindi nel mare. In questo ambiente il brodo primordiale subiva scariche di energia dalle scariche elettriche dei fulmini.  Si formarono molecole più complesse, gli aminoacidi, ovvero le basi chimiche della vita. Con la formazione dell’RNA ed il DNA essi si aggregarono in una struttura complessa, il coacervato, un’aggregazione sferica di molecole lipidiche che formavano un’inclusione colloidale, con proprietà osmotiche e si formano spontaneamente in alcune soluzioni organiche diluite.

albero_genealogico_viventi

l’albero della vita

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Da lì si passò ai protobionti, organismi microscopici, forse simili ai batteri attuali, ed erano eterotrofi ovvero non in grado di sintetizzare in modo autonomo le sostanze nutritive organiche loro necessarie e quindi costretti ad assumerle direttamente dall’ambiente circostante. Tutto questo richiede che l’organismo eterotrofo sia immerso costantemente in acqua o almeno in un ambiente umido, indispensabile veicolo per far penetrare quelle sostanze in soluzione attraverso una primitiva specie di membrana.  In questo caso, la vita sarebbe nata in diversi punti della superficie terrestre e in diverse epoche indipendentemente l’una dall’altra. Le popolazioni separate potrebbero essersi mescolate, scambiandosi materiale genetico da diventare un’unica famiglia che alla fine è diventata l’antenato di tutti noi. In entrambi i casi, tutte le forme di vita sono probabilmente geneticamente correlate tra loro.

E se tutto fosse nato in fondo al mare?
Le teorie sono molte  e c’è chi pensa che l’origine della vita possa essere avvenuta  nelle oscure profondità marine, dove la luce del sole non giunge da miliardi di anni. Nel 1977 presso le isole Galapagos l’Alvin, osservò l’esistenza di forti sorgenti idrotermali battezzate fumarole nere o black smoker.

sorgenti-idortermail-sul-fondo-del-pacifico

black smoker, Pochi esseri viventi si trovano alle profondità e alle temperature delle fumarole. La luce solare è completamente assente, così molti organismi (come archea ed estremofili) devono trasformare il calore, il metano e i composti solforati in energia attraverso un processo detto chemiosintesi. Di questi organismi si cibano forme di vita più complesse, come “vermi tubicoli” (Riftia pachyptila) e molluschi. Alcuni batteri hanno sviluppato una simbiosi con tali vermi. Gli organismi alla base della catena alimentare inoltre depositano minerali alla base delle fumarole, completando così il ciclo vitale. Si scoprono continuamente specie nuove e insolite: ad esempio, il “verme di Pompei” (Alvinella pompejana) e, nel 2001, durante una spedizione nell’oceano Indiano, nel campo idrotermale di Kairei, un gasteropode corazzato, il Crysomallon squamiferum.

Esse si formano quando acqua a temperatura altissima (oltre i 400 °C) proveniente da sotto la crosta terrestre trova uno sbocco attraverso il fondo dell’oceano. L’acqua è ricca di minerali in soluzione (soprattutto solfuri, ferro, rame e zinco) che cristallizzano formando intorno alle sorgenti una struttura rocciosa simile ad un camino. Quando l’acqua surriscaldata viene a contatto con la freddissima acqua oceanica, molti minerali precipitano dando origine al caratteristico colore nero, da cui il nome. L’acqua emessa è estremamente acida ed il suo pH può scendere fino a 2,8. Nel novembre 2009 fu scoperta nei Caraibi la fumarola nera più profonda del mondo, che emette acqua bollente a ritmo continuo ad oltre 5.000 metri sotto la superficie marina nella fossa delle Cayman.

riftia

Riftia pachyptila

A dispetto della chimica le aree che circondano simili camini brulicano di vita, come la Riftia pachyptila, un verme gigante senza né bocca né intestino, che sopravvive grazie alla simbiosi con batteri in grado di consumare il velenoso acido solfidrico che esce dalle fumarole. Nell’Oceano Indiano è stato addirittura scoperto un gasteropode corazzato, il Crysomallum squamiferum, che possiede una corazza composta da solfuri di ferro (pirite) invece che da carbonati come gli altri gasteropodi. In habitat così estremi la luce solare è completamente assente, e gli organismi che vi vivono trasformano in energia il calore, il metano e i composti solforati attraverso un processo detto chemiosintesi.

fumarole-bianche

fumarole bianche

C’è da chiedersi se la vita  sia  nata proprio nelle vicinanze di queste fumarole. Nel dicembre del 2000 alle fumarole nere si sono aggiunte quelle bianche. Infatti una spedizione oceanografica, mappando una montagna sommersa sul fondo dell’Oceano Atlantico, nota come il  Massiccio di Atlantide,  a 800 metri di profondità, scoprì una colonna di roccia bianca alta come un palazzo di venti piani che si innalzava dal fondo del mare. Quella fu la prima di tantissime simili strutture. Ma le emissioni non risultarono acide bensì basiche, con un pH tra 9 e 11 simile a quello delle soluzioni di ammoniaca.

Snowball Earth
716,5 milioni di anni fa, si verificò la più forte glaciazione mai verificatasi in tutta la storia della Terra, detta glaciazione Sturtiana, che trasformò gli oceani  in una colossale banchisa e tutti i continenti in una coltre di ghiacci per 5 milioni di anni. I sostenitori della “Snowball Earth” sono a loro volta divisi tra quanti ritengono che essa abbia causato una terrificante estinzione di massa, la prima di una lunga serie, a scapito delle specie batteriche allora presenti nei mari terrestri, ed altri che ritengono siano esistite aree  sul pianeta  libere dai ghiacci, come suggerisce la sopravvivenza di organismi eucarioti. Le registrazioni fossili fanno ipotizzare che i maggiori gruppi eucarioti, con la possibile eccezione degli animali, esistevano già prima della glaciazione Sturtiana. Alcuni scienziati ritengono che questa glaciazione fu determinante per lo sviluppo e la diversificazione delle prime specie animali.

snowball

come doveva apparire dallo spazio la Snowball Earth

L’aumento dell’erosione e del dilavamento dalle terre emerse collegati alla “Snowball Earth” furono  i fattori che portarono all’accumulo di fosforo nell’oceano. Questo elemento fu il nutriente essenziale per lo sviluppo successivo della vita che avrebbe portato un aumento della percentuale di ossigeno attraverso la fotosintesi, ed al successivo accumulo in atmosfera. In pratica l’ossigeno favorì lo sviluppo delle specie animali e la loro diversificazione ecologica. Sebbene la vita rimase nei proto-oceani a livello poco più che unicellulare, nel periodo Archeozoico si svilupparono i primi batteri eucarioti. Essi possedevano una pellicola intorno al materiale genetico, un vero e proprio nucleo, oltre ai vacùoli di riserva; nell’evoluzione la loro protezione di lipidi si era ridotta ad una parete più sottile e permeabile. Da alcuni di essi derivarono specie più complesse molto simili alle Cianofite, particolari tipi di alghe azzurre i cui fossili sono stati ritrovati a Bitter Springs (Australia).

batteri-eucarioti-e-procarioti

Le cellule eucariote furono il preludio per la comparsa di nuove forme animali e di piante più complesse: infatti, a differenza di quanto avviene nei procarioti, negli eucarioti la forma di riproduzione comune è quella sessuale che, comportando uno scambio di materiale genetico, accresce la variabilità genetica delle popolazioni e crea pertanto un terreno molto favorevole all’evoluzione della vita. Altre cellule si evolsero senza clorofilla, con una membrana cellulare senza parete cellulosica: erano i primi Protozoi, cioè in definitiva i primissimi animali. La separazione di esseri viventi animali da quelli vegetali avvenne in un periodo compreso tra 1,5 ad un miliardo di anni fa.

stromatolite

Collenia, stromatolite

La vita fu
Comunque sia andata, dopo miliardi di anni in cui la Terra era stata popolata solo da organismi unicellulari, nel giro di poche centinaia di milioni di anni comparvero e si moltiplicarono gli organismi pluricellulari: una quantità enorme di invertebrati, differenziati in modo incredibile, si diffuse ovunque, alla conquista di ogni nicchia ecologica. Tra le alghe pluricellulari primitive, la Collenia produsse vere e proprie praterie sottomarine, ed a poco a poco si svilupparono Spugne (o Parazoi), Crinoidi, Echinodermi e Ctenofori. Secondo Casey Dunn, ricercatore della  Brown University  di Providence (Rhode Island, USA) il primo vero organismo pluricellulare fu un ctenoforo, un animale che ricorda vagamente una medusa.

Tribrachidium heraldicum, organismo problematico per il quale sono state proposte lontane parentele con gli Cnidari o con gli Echinodermi, proveniente dalle colline fossilifere precambriane a nord di Adelaide, nell’Australia sudoccidentale. Fu scoperta nel 1946 dal geologo minerario australiano Reginald C. Sprigg che trovò impronte di organismi molli sull’interfaccia quarzite-arenaria. Egli ritenne si trattasse di fossili del Cambriano, ma studi successivi stabilirono la loro appartenenza all’ultimo Precambriano (circa 600 milioni di anni), chiamato Vendiano dai geologi americani.

Erano esseri invertebrati, cioè privi di scheletro, simili agli attuali Anellidi marini ed in grado di scavare nel fondo sabbioso del mare. Essi diedero probabilmente origine ai proto-artropodi, di cui non si hanno testimonianze fossili, e successivamente ai Trilobiti. I primi invertebrati veri e propri furono millepiedi marini vissuti circa 630 milioni di anni fa. Le innumerevoli testimonianze fossili fanno ritenere che questi organismi fecero la prima comparsa prima della fine del Precambriano. Si trattava degli antenati degli attuali gasteropodi, abitanti in lunghe conchiglie di forma conica. Anche i primi cefalopodi e echinodermi comparvero verso la fine dell’Algonchiano. Con il termine di “piccola fauna dura” (o “piccoli fossili duri” 0 SSF ) si intende un gran numero di fossili mineralizzati, in genere di piccole dimensioni (pochi millimetri), con una distribuzione temporale quasi continua che va dalle ultime fasi dell’Ediacarano fino alla fine del Cambriano, ovvero (tra 548 e 500 milioni di anni fa). L’Ediacarano prende il nome da delle colline australiane (Ediacara) contenenti numerose forme di vita pluricellulare risalenti al Proterozoico superiore (tra 620 e 550 milioni di anni fa), i cui resti sono stati rinvenuti anche in varie parti del mondo. La maggior parte degli SSF si è conservata tramite un rapido seppellimento con sostanze fosfatiche. Una delle prime spiegazioni per la comparsa degli SSF nella documentazione fossile (e quindi dell’evoluzione degli scheletri mineralizzati) suggeriva un aumento improvviso della concentrazione di calcio negli oceani. Il fatto che molti SSF siano costituiti da altri minerali, come i silicati fa propendere che essi siano un passo evolutivo tra predatori e prede per sviluppare difese sempre più efficienti.

La teoria degli animali ossigenatori
Esiste un’interessante teoria per cui i primi animali apparsi sulla Terra possano aver avuto un ruolo nella creazione dell’atmosfera attuale  Per oltre 1,5 miliardi di anni prima che si evolvessero i primi animali, nelle acque superficiali oceaniche c’erano livelli di ossigeno relativamente elevati e l’evoluzione dei primi animali potrebbe aver giocato un ruolo chiave nella diffusione dell’ossigenazione degli oceani profondi ha facilitato l’evoluzione di forme animali più complesse e più mobili. Studi recenti hanno dimostrato che le prime spugne, che fecero la loro comparsa 750 milioni di anni fa, erano  in grado di prosperare anche con livelli ridotti di ossigeno. Secondo i modelli sviluppati dai ricercatori, la diffusione di questi animali filtratori avrebbe ridotto considerevolmente le quantità di residui organici finiti a maggiori profondità, dove di conseguenza si abbassò la necessità di ossigeno portando a un progressivo aumento dei suoi livelli. Alcuni fossili testimoniano l’esistenza di organismi pluricellulari che vivevano nei mari tra 700 e 580 milioni di anni fa , al confine tra l’Archeozoico ed il Paleozoico.

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Dickinsonia, con corpo piatto e lungo fino a un metro, e con venature che la fanno sembrare una foglia

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la Parvancorina che presentava uno scudo poco mineralizzato sul cranio, cinque paia di appendici posteriori e venti paia di anteriori, meno robuste

Questi organismi furono trovati a Ediacara,  una località dell’Australia meridionale  dove, nel 1946, Reginald Sprigg, un geologo australiano trovò per primo le loro impronte fossili. La fauna di Ediacara era divisa in due grandi categorie: animali marini a corpo molle (come le meduse) e delle strane creature prive di apparato digerente e di organi visibili di locomozione che furono chiamate Vendozoi. Tra di essi la Dickinsonia, la Parvancorina e la Spriggina, che sembra metà trilobite e metà anellide. Animali simili a quelli di Ediacara si ritrovarono in Namibia, Inghilterra, Russia e Ucraina, facendo pensare ad una diffusione su scala mondiale di questi organismi nel periodo Algonchiano. La loro non presenza negli strati geologici seguenti fa pensare che tutte le specie di questa fauna si estinsero circa 550 milioni di anni. Ma in quell’epoca, non c’era solo la fauna di Ediacara.

Nella riserva ecologica di Mistaken Point sull’isola di Terranova (Canada) nel 2012 avvenne una scoperta eccezionale: una “nursery” di piccoli animali dell’ordine dei rangeomorfi, vissuti 579 milioni di anni fa, miracolosamente preservati dalla cenere di un’eruzione vulcanica.

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i rangeoformi di Mistaken Point, isola di Terranova, Canada

Avevano un aspetto simile alle attuali penne marine (Pennatulacea), erano sciafili e potevano raggiungere i due metri di lunghezza. Questa scoperta potrebbe avvalorare l’ipotesi secondo cui gli animali iniziarono ad incrementare le proprie dimensioni proprio 580 milioni di anni fa. Infine, rappresentano un mistero alcuni fossili venuti alla luce nel sito di Doushantuo, in Cina, risalenti a 570 milioni di anni fa che si presentano come granelli di sabbia spezzati in due: ciascuna delle due parti sembra lo “stampo” di una cellula animale tanto da far interpretare i fossili come embrioni di antichi animali in fase di divisione.

embrioni-fossili

embrioni fossili di Doushantuo

Nel nostro viaggio nell’Archeozoico, siamo ora arrivati all’alba dell’Era Paleozoica  che nella storia della Terra copre un’intervallo di tempo che va dai 570 a 235 milioni di anni fa, ovvero fino alla comparsa dei progenitori dei dinosauri, i Tecodonti. ma di questo parleremo in un altro articolo.

Andrea Mucedola

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