Terra!

Nel corso della storia della vita sulla Terra, la diversificazione degli organismi ha seguito percorsi sorprendenti, intrecciando evoluzione, adattamento e innovazione. Dinosauri, mammiferi e sauropsidi sono solo alcune delle tappe di questo affascinante viaggio, che ha visto la comparsa di meccanismi come l’endotermia e il continuo incremento della biodiversità. Il passaggio dagli ambienti acquatici a quelli terrestri ha segnato svolte cruciali, aprendo la strada a nuove forme di vita e strategie evolutive.

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Uscendo dall’acqua dopo una bella nuotata, ancor di più se ci si è immersi, anche di pochi metri, le sensazioni che si avvertono immediatamente sono tre: la gravità, che rende più arduo risalire i gradini della scogliera, l’evaporazione, con le gocce d’acqua che cadendo sulle rocce evaporano in breve tempo, e il calore del Sole.

La vita e il suo lunghissimo processo di evoluzione, compreso quello della mente, iniziarono nel mare, e ogni essere vivente ne porta una parte dentro, in ognuna delle sue cellule.

Il passaggio alle terre emerse fu una tappa epocale.

Qui, i comportamenti sono diversi: ciò che prima era facile diventa arduo, ma contemporaneamente alcune cose prima difficili si semplificano. La terraferma è una serra, abbellita di un numero enorme di forme vegetali. Quasi tutti gli esseri viventi dipendono dal Sole come fonte di energia, ma le piante terrestri – le angiosperme in particolare – hanno tassi di fotosintesi e rendimenti energetici che superano di gran lunga tutti quelli rilevati in mare, e gli ecosistemi dell’ambiente subaereo presentano flussi di energia molto rapidi. Usciti dall’acqua si ha subito l’impressione che il Sole ci colpisca con la sua energia: le terre emerse sono piene di promesse e possibilità. Se si riesce a sopravvivere si può fare moltissimo.

Opabinia, artropode stelo del Cambriano

I primi animali a strusciare verso il Sole furono gli artropodi ed è probabile che i pionieri non siano stati gli insetti ma forme affini ai ragni e ai millepiedi. Già agli inizi del Cambriano, circa 540 milioni di anni fa; ce ne sono tracce e, a quanto pare, coprirono questo ruolo in altre occasioni.

La terraferma è un ambiente difficile, e gli artropodi avevano le caratteristiche adatte ad affrontarla. L’evaporazione comincia non appena si emerge all’asciutto e lo scheletro esterno degli artropodi può diventare una protezione che trattiene l’umidità. Il movimento sulla terra è più difficile, ma gli artropodi erano generosamente dotati di arti; nella loro ricca gamma di appendici, quelle zampe conferivano un vantaggio – una marcia in più – per la vita all’asciutto.

I parenti di ragni e millepiedi avviarono il processo, ma fu soltanto un inizio. Gli artropodi si trasferirono sulla terre emerse qualcosa come sette volte distinte, forse di più. Rappresentanti di un loro ramo, una sorta di crostacei in senso lato, si avventurarono sulla terraferma diverse volte; una di tali sortite diede poi origine agli insetti – tra i 480 e i 465 milioni di anni fa - che, in questo nuovo habitat, andarono incontro a una colossale, inesauribile diversificazione. Oggigiorno la grande maggioranza di tutte le specie animali conosciute appartiene a quest’unico gruppo: esistono circa un milione di specie di insetti identificate, ma le stime suggeriscono che il numero reale sia molto più alto, tra i 5 e i 10 milioni, con alcuni che ipotizzano fino a 20 milioni di specie, rappresentando circa l'80% di tutte le specie animali conosciute, ma con molte ancora da scoprire (altrettanto numerose le specie che scompaiono di continuo).

Paesaggio del Carbonifero

Gli insetti sono perlopiù specialisti della terraferma, e gran parte della loro storia ne descrive la coevoluzione con le piante terrestri con un numero vastissimo di forme di cooperazione e conflitto. Le piante terrestri non sono antiche come si è portati a pensare, e si originarono dalle alghe verdi, unicellulari e coloniali, ovvero organismi fotosintetici, andando incontro alla loro esclusiva evoluzione verso forme pluricellulari. Probabilmente dopo il Cambriano alcune alghe modificate iniziarono l’avventura verso l’asciutto, e nel Carbonifero, - l’era degli insetti giganti - circa 350 milioni di anni fa, le piante sulla terraferma erano già contraddistinte e ben visibili come robuste strutture verdi. C’erano già felci, cicadi e conifere, e in seguito, all’epoca dei dinosauri, anche le angiosperme, le piante con i fiori. 

Come accennato le piante terrestri, le angiosperme soprattutto, utilizzano l’energia solare con un’intensità e un’efficienza che supera di gran lunga quella delle forme di vita marine. E gli insetti finirono con l’essere ben integrati in questo flusso di energia, come parte del processo di evoluzione: come consumatori ma soprattutto come impollinatori. 

A un certo punto di questo viaggio, forse 380 milioni di anni fa, salì a bordo della terraferma, un gruppo di animali differenti: il nostro, quello dei vertebrati. 

Quando si era trattato degli artropodi, ad aprirsi la strada verso una vita completamente terrestre furono diversi gruppi. La storia dei vertebrati andò diversamente. Semplificando, i vertebrati fecero quel passo epocale soltanto una volta: alcuni pesci appartenenti a un antico gruppo (sarcopterigi), che vuol dire “dalle pinne carnose”, diedero origine a molti tipi di vertebrati terrestri, con più sortite sulla terraferma in luoghi e tempi diversi, con incursioni nelle “terre di confine”, spesso solo parziali ma con almeno una spintasi più in profondità. Quei pesci avventurosi avviarono una radiazione ininterrotta di animali terrestri – compresi ciò che sarebbero poi stati i mammiferi e gli uccelli. E i dinosauri, ovviamente!

Un esemplare di Tiktaakik - ca. 375 milioni di anni fa

Un cambiamento difficile questo dei vertebrati. Gli artropodi partivano già facilitati da una generosa dotazione di zampe e attrezzi vari e con una protezione esterna: una via abbastanza ovvia. Per contro, osservando gli antenati dei vertebrati che iniziarono l’avventura sulla terraferma, non sembra così scontato che un pesce con le pinne possa cavarsela: c’è tutta una serie di ostacoli da superare, il primo dei quali è il doversi muovere schiacciati dalla gravità. Persino l’alimentazione era complicata, a cominciare dalla deglutizione. Un pesce ingoia insieme a parti della preda una certa quantità d’acqua e, grazie a densità simili, tutto si muove all’unisono e il boccone va giù. Sulla terraferma, quel movimento farebbe passare praticamente solo aria, molto meno densa della carne. C’è un pesce, il pescegatto anguilla, che addenta la propria preda sulla terraferma ma poi va in acqua per ingoiarla.

Perioftalmo o "saltatore di fango"

Ma il cambiamento più ovvio che consentì ai vertebrati di vivere perennemente sulla terraferma riguardò la forma corporea: il passaggio a «tetrapode», un corpo con quattro arti. È un errore immaginare che ai pesci spuntarono le strutture adatte al momento in cui tentarono di arrampicarsi su una spiaggia: fu piuttosto il contrario, strutture adatte, come pinne rinforzate, erano già presenti in un corpo adatto a strisciare o arrampicarsi in corsi d’acqua ostruiti dalla vegetazione o tra una pozza e l’altra, come accade ad alcune forme oggi viventi.

Per stare sulla terraferma occorrono anche i polmoni. Sacche simili, per galleggiare o a volte anche per respirare sott’acqua, erano già presenti in alcuni pesci da moltissimo tempo: molti di loro avevano già i polmoni prima che qualcuno si avventurasse sulla terraferma.

Un’altra difficoltà da affrontare fu l’inadeguatezza delle uova. Dopo un periodo di forme anfibie, un gruppo evolse un uovo che forniva agli embrioni uno «stagno in miniatura», consentendo di allentare altri legami con l’ambiente acquatico.

Subito dopo, ebbe luogo un’ulteriore ramificazione evolutiva avvenuta circa 312 milioni di anni fa e all’epoca insignificante, come del resto lo sono tutte: una specie di amnioti (quelli dell’uovo di poco fa, oggi lucertole, tartarughe, coccodrilli ecc.) si divise dando luogo a due linee evolutive: da quel momento in poi due rami di vertebrati tetrapodi diversi originarono da un lato il gruppo dei sinapsidi, e dall’altro i sauropsidi.

All’inizio il primo era più vasto, diversificato e numeroso per forme, ma fu duramente colpito dall’estinzione di massa di circa 252 milioni di anni fa (tra Permiano e Triassico, qui un quadro delle estinzioni di massa note): oltre il 70% delle specie terrestri fu cancellata, e il 90% di quelle marine. Prima della più famosa estinzione di massa, quella di 66 milioni di anni fa, dei dinosauri per capirci, i mammiferi erano decisamente il gruppo dominante.

L’altro ramo, quello dei sauropsidi, comprendeva i dinosauri, erbivori e carnivori, di varie taglie e dimensioni, andò incontro ad una diversificazione impressionante. Finché durò, e durò per oltre 160 milioni di anni. Anzi, dura ancora, visto che gli uccelli sono, a tutti gli effetti, dinosauri.

Il resto è storia (nota e complessa), ma non approfondiamo oltre.

A proposito di approfondimenti, c’è un altro aspetto importante con cui l’evoluzione dovette confrontarsi: la comparsa dell’endotermia. Ovvero la capacità di generare e mantenere la temperatura corporea interna. Non entriamo nei dettagli ma osserviamo che comunque, con l’endotermia, corpo e cervello diventano un sistema ad alta energia, che consuma più ossigeno. In mare è raramente presente, perché il controllo della temperatura è più facile sulla terraferma che in acqua, perché l’acqua allontana il calore molto più rapidamente di quanto faccia l’aria. Anche se la temperatura ambiente sulla terraferma è molto più variabile, tenersi caldi è più semplice.

Le terre emerse coprono un terzo della superficie terrestre, ma ospitano circa l’85% delle specie – se ci si limita agli organismi pluricellulari, meno chiaro è il quadro se si includono anche i microbi.

La svolta, il momento in cui l’ambiente subaereo prese il sopravvento in termini di diversità, si verificò circa 100 milioni di anni fa. Tempi abbastanza recenti se si pensa al tempo geologico, profondo.

Quindi, sebbene la vita abbia attraversato i suoi primi stadi in mare, una volta colonizzate le terre emerse l’evoluzione decollò in modo diverso. Dopo tutto, sulla terraferma, ci sono molte più cose da fare, molte più specializzazioni da trovare. Alcuni biologi sostengono che le terre emerse, rispetto al mare, siano sito di un’evoluzione più creativa: hanno prodotto più innovazioni ad alte prestazioni, il che potrebbe essere prevedibile, e forse la spiegazione sta negli elevati tassi di flusso di energia che aumenta la produttività della terraferma. Un’altra ragione è nel raggio d’azione, con un’attività subaerea meno vincolata di quanto lo sia nell’acqua, più densa e viscosa.

Secondo me entrambi gli ambienti offrono e hanno offerto siti di creatività innumerevoli. In mare ebbero luogo una gran quantità di innovazioni importantissime e necessariamente precoci: l’evoluzione degli animali e, contestualmente, dei corpi, dei sensi, degli arti, dei sistemi nervosi e dei cervelli loro propri. Il mare è il naturale scenario di questi stadi. Una volta stabilite le modalità di vita animale, il passaggio verso la terraferma è una possibilità che comporta l’adattamento al suo intenso flusso energetico. Poi, occorrono altri stadi di innovazione. I risultati comprendono le forme corporee di mammiferi e uccelli, lo stretto controllo della temperatura corporea, nuovi tipi di organizzazione sociale e nuove capacità di manipolare l’ambiente.

Dobbiamo agli stati acquatici dell’evoluzione i nervi e i cervelli che ci permettono questi intensi scambi di parole, come pure il corpo degli animali, compreso il nostro, e la stessa esperienza.

Il passaggio sulla terraferma ha aperto soltanto alcune porte.