EVOLUZIONE DELLA VITA SULLA TERRA

Secondo le moderne teorie, il nostro Universo  ha avuto inizio da un’enorme esplosione, il Big Bang. Si ritiene che, prima di questo evento, tutta l’energia e tutta la materia dell’attuale Universo fossero compresse in un punto infinitamente piccolo; con il Big Bang si ebbe la liberazione di questa energia, a seguito della quale tutte le particelle di materia iniziarono a formarsi e ad allontanarsi rapidamente le une dalle altre.
Subito dopo l’esplosione, che sarebbe avvenuta intorno a 13,7 miliardi di anni fa, la temperatura era di circa 100 miliardi di gradi Celsius (°C). La materia era presente sotto forma di particelle con carica positiva, chiamati protoni, oppure prive di carica, i neutroni; a causa dell’elevata energia, queste particelle si scontravano tra loro aggregandosi e formando così quelli che sarebbero divenuti i primi nuclei atomici. Successivamente, quando l’Universo raggiunse una temperatura di circa 2500 °C, i protoni presenti nei nuclei cominciarono ad attrarre piccole particelle con carica negativa, detti elettroni, che resero possibile la formazione dei primi atomi. A partire da questi atomi, col passare del tempo, si sono originati tutti i pianeti e le stelle del nostro Universo, compresi la Terra e il Sole.
Origine dell sistema solare. Gli studiosi di cosmologia pensano che il Sole sia nato circa 5 miliardi di anni fa e, come le altre stelle, abbia avuto origine da un ammasso di polvere e di gas (idrogeno ed elio) che ruotavano nello spazio. L’immensa nube che sarebbe diventata il Sole si condensò gradualmente a mano a mano che gli atomi di idrogeno venivano attratti dalla forza di gravità verso il centro della nube stessa. Questa attrazione, insieme con l’aumento della temperatura, portò gli atomi di idrogeno a scontrarsi con tale forza che i nuclei si fondevano tra loro, formando altri atomi di elio e liberando energia nucleare; tali reazioni, dette termonucleari, si svolgono tuttora all’interno del Sole e sono la fonte dell’energia che si irradia dalla sua superficie.
Secondo le attuali teorie, i pianeti si formarono da gas e polvere in movimento intorno alla stella appena nata. All’inizio le particelle si ammassavano a caso, mentre in seguito furono gli ammassi diventati più grossi ad attrarre per gravità le altre particelle e quindi a dare origine ai pianeti. L’orbita più vicina al Sole fu percorsa da Mercurio, quella successiva da Venere, la terza dalla Terra, la quarta da Marte e così via fino a Urano e Nettuno, i pianeti più distanti. Si calcola che i pianeti, compresa la Terra, si siano formati circa 4,6 miliardi di anni fa.

L’evoluzione del pianeta Terra

È probabile che sulla Terra l’atmosfera primitiva fosse costituita dai gas sprigionati dai vulcani e quindi  differente da quella attuale. L’acqua che fuoriusciva dai geyser in forma gassosa arricchì l’atmosfera di  vapore acqueo e, al diminuire della temperatura, queste nubi di vapore si sarebbero condensate e le piogge avrebbero formato i primi oceani, caldi e poco profondi. Fu proprio in questo tipo di ambiente che ebbero origine le prime molecole e le prime cellule.

Teorie evolutive

La prima teoria riguardo all’origine della vita venne elaborata dal biochimico russo A.I. Oparin (1894-1980). Secondo questo scienziato, la comparsa della vita sulla Terra fu preceduta da una lunga serie di eventi che prende il nome di evoluzione chimica. L’ambiente primitivo in cui si svolsero questi eventi aveva due caratteristiche importanti: 1) l’ossigeno  era quasi del tutto assente nell’atmosfera, mentre era ancora abbondante l’idrogeno; 2) i quattro elementi chimici (idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto), che oggi costituiscono più del 95% dei tessuti degli organismi viventi, erano già disponibili nell’atmosfera e nelle acque.

coacervati

Oltre a questi materiali di base, sul nostro pianeta c’era moltissima energia che si manifestava sotto forma di calore, scariche elettriche, radioattività e radiazioni provenienti dal Sole. Oparin ipotizzò che, in tali condizioni, dai gas dell’atmosfera si sarebbero potute formare grandi quantità di molecole complesse, che in seguito si sarebbero raccolte nei mari e nei laghi del pianeta dando origine a un «brodo primitivo». Col passare del tempo queste molecole sarebbero diventate via via più numerose e sempre più vicine; a causa della maggiore concentrazione, si sarebbero poi combinate dando luogo a piccoli aggregati più complessi. A questo punto, all’evoluzione chimica avrebbe fatto seguito una nuova fase del processo, che Oparin chiamò evoluzione prebiologica, con la formazione di piccoli sistemi primitivi, detti coacervati, che si possono ritenere il punto di partenza di tutto il mondo vivente. Oparin pubblicò questa ipotesi nel 1922, ma la comunità scientifica non gli diede molto credito. Verso la metà del secolo scorso, però, l’ipotesi di Oparin sull’evoluzione chimica venne sottoposta a verifica sperimentale e fu confermata da Stanley Miller, un giovane laureato dell’Università di Chicago, e dal suo professore Harold Urey; essi simularono in laboratorio le condizioni ambientali della Terra primitiva e dimostrarono che si potevano formare spontaneamente alcune semplici biomolecole, cioè particolari composti chimici, come gli amminoacidi, che sono i componenti di base di tutti gli organismi viventi.
Negli oceani si formarono poi anche zuccheri e proteine ed infine, come abbiamo detto,  i  coacervati costituiti da una membrana che li separava dal mondo esterno, con all'interno gli acidi nucleici che li resero in grado di autoriprodursi. Questa organizzazione ricorda gli odierni batteri.
È andata proprio così?
Non lo sappiamo con precisione però su questa teoria vi sono molti consensi. Quello che invece è certo è che 3 miliardi e mezzo di anni fa gli oceani pullulavano di microscopici esseri viventi unicellulari: organismi che fermentatori che si nutrivano  e si riproducevano.
Però tutti sappiamo che nonostante l’abbondanza di cibo una popolazione di individui non può crescere indefinitamente; prima o poi le scorte si esauriscono e si verifica una crisi. La natura doveva quindi imboccare nuove strade evolutive, cercare nuove risorse.

La fotosintesi clorofilliana

fotosintesi

Alcune specie di questi antichi microorganismi fermentatori, invece che cercare il proprio cibo, trovano la maniera di fabbricarselo in proprio. Infatti, grazie ad un pigmento verde chiamato clorofilla (che si ritiene sia stato incorporato all'interno della cellula casualmente), la cellula cattura l’energia del Sole e grazie a questa energia riesce a scomporre la molecola dell’acqua (H2O), per estrarre l’idrogeno, e la molecola dell’anidride carbonica (CO2, disciolta nell’acqua), per estrarre il carbonio e  potersi costruire autonomamente i propri alimenti.
Questo meccanismo, noto sotto il nome di fotosintesi clorofilliana,   presenta un importantissimo effetto collaterale: dopo la scomposizione dell’acqua e dell’anidride carbonica viene prodotto e rilasciato l’ossigeno, il quale è a tutti gli effetti un prodotto di scarto.
Di conseguenza, con il passare dei millenni, la concentrazione di ossigeno negli oceani, e successivamente nell’atmosfera, aumenterà sempre di più e comincerà a formarsi lo strato di ozono in grado di arrestare la componente dannosa delle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole; la vita sarà così libera di risalire verso la superficie del mare e poi di trasferirsi sulla terraferma.

La nascita della respirazione

Siamo arrivati a un miliardo e 400 milioni di anni fa e l’ossigeno ha ormai raggiunto percentuali considerevoli.

respirazione cellulare

Alcuni microorganismi, che una volta erano semplici fermentatori, ora sono in grado di utilizzare l’ossigeno per ossidare i resti della fermentazione. In questo modo, a partire dagli scarti organici, queste nuove cellule riescono a ottenere fino a diciotto volte più energia di quella ottenibile con la pura fermentazione: siamo quindi agli albori della respirazione, un meccanismo che si rivelerà di fondamentale importanza per il futuro della vita.

In quest’epoca si vanno così delineando tre grandi categorie di esseri viventi che si distinguono per il loro rapporto con l’ossigeno: 

– organismi che, grazie alla fotosintesi, riescono a costruirsi in proprio il cibo e che sono anche produttori di ossigeno

– organismi consumatori di ossigeno, i quali sono costretti a cercarsi il cibo 

– organismi fermentatori puri 

Queste categorie sono presenti ancora oggi: nel primo gruppo rientrano le piante, nel secondo gli animali e nel terzo funghi e batteri.

La vita rimarrà confinata nei mari e negli oceani sottoforma di semplici microorganismi unicellulari ancora per molto tempo; infatti i primi organismi complessi, spugne e meduse, apparvero circa 700 milioni di anni fa. A partire da questo momento l’evoluzione della vita subisce una brusca accelerazione: dopo più di tre miliardi di anni trascorsi sottoforma di organismi unicellulari la vita conosce una vera e propria esplosione di forme e strutture. 

La conquista della terraferma

Dopo miliardi di anni di fotosintesi clorofilliana l’ossigeno e l’ozono nell’atmosfera raggiunsero percentuali paragonabili a quelle attuali e tutto è pronto per lo sbarco della vita sulla terraferma.

I primi organismi a lasciare l’acqua furono i vegetali, circa 400 milioni di anni fa, seguiti a ruota dagli animali, circa 380 milioni di anni fa. 

Fondamentale è stato il ruolo  giocato dalle maree. 

Le maree, come noto, sono dei periodici innalzamenti ed abbassamenti della superficie dei mari e degli oceani per effetto dell’attrazione gravitazionale combinata della Luna e del Sole. Per effetto delle maree vi sono zone della superficie terrestre che vengono a trovarsi alternativamente al di sopra e al di sotto della superficie marina; è quindi probabile che organismi i quali siano nati e si siano sviluppati in queste zone abbiano sviluppato degli organi per potere sopravvivere temporaneamente fuori dall’acqua ( dei primitivi polmoni). Con il passare dei millenni questi organi si sarebbero evoluti fino a rendere questi organismi completamente indipendenti dall’acqua.

A questo punto davanti agli occhi dei primi colonizzatori si presenta un nuovo mondo tutto da scoprire e da esplorare.

Le grandi estinzioni di massa

Durante la fine del periodo geologico denominato Permiano, circa 250 milioni di anni fa, avvenne qualcosa di catastrofico poiché quasi tutte le forme viventi del pianeta si estinsero; questa estinzione di massa non fu l’unica della storia del pianeta (ne sono state identificate una dozzina) ma fu sicuramente quella più terribile poiché più del 90% di tutte le specie viventi presenti sulla Terra sparì senza lasciare traccia e la vita rischiò seriamente di scomparire definitivamente. 

Quali furono le cause di questo disastro?

Non è ancora chiaro; si parla dell’impatto di una cometa o di un asteroide oppure dell’esplosione di una supernova molto vicina  oppure ancora di una o più eruzioni vulcaniche su scala planetaria.

Sta di fatto che a questo punto si chiude un’epoca e se ne apre un’altra; la vita molto lentamente si riprese e cominciarono a comparire e ad evolversi coloro che per più di 150 milioni di anni domineranno il pianeta: i grandi rettili, comunemente noti come dinosauri. 

Il regno dei dinosauri si concluse bruscamente 65 milioni di anni fa con un’altra grande estinzione di massa.

In questo caso le idee sono molto più chiare; infatti è quasi universalmente accettato che il disastro fu provocato dall’impatto con la superficie terrestre di un asteroide o di una cometa del diametro di circa 10 chilometri; ciò che resta l’antico cratere è stato individuato nel 1991 nella penisola dello Yucatan. 

E da questo momento, dopo la scomparsa dei grandi rettili, la strada è ormai spianata per l’ascesa dei mammiferi il cui rappresentante più illustre e significativo è sicuramente l’Uomo.

Epilogo

Viene spontaneo chiedersi se esistono altre forme di vita nell’universo. Non lo sappiamo; per ora l’unica forma di vita conosciuta è quella terrestre. 

Secondo semplici considerazioni statistiche la vita dovrebbe essere un fenomeno molto diffuso nell’universo; infatti oggi si conoscono circa 10 miliardi di galassie ognuna delle quali può contenere centinaia di miliardi di stelle e quindi il numero di pianeti virtualmente disponibile è altissimo.

Queste ottimistiche considerazioni non sono condivise da tutti. Secondo alcuni la vita, soprattutto quella intelligente, sarebbe un fenomeno assai raro se non addiritura unico.

Alcune sorprese però potrebbero arrivare da una direzione del tutto inaspettata. Infatti recenti analisi effettuate su un campione di roccia marziana giunto sulla Terra sottoforma di meteorite circa 13.000 anni fa e scoperto in Antartide rivelano (i risultati sono però molto controversi) l’azione di antichi batteri.

Inoltre sappiamo ormai da molto tempo che sotto la superficie ghiacciata di Europa, uno dei satelliti di Giove, c’è acqua allo stato liquido; nei prossimi anni è previsto l’invio di una sonda automatica che dovrebbe effettuare dei veri e propri carotaggi per potere analizzare campioni di quest’acqua.

Non è quindi escluso che tracce di vita, passata o presente, possano essere scoperte molto più vicino di quanto si pensi.