La comparsa delle prime forme di vita

​di Pietro Spataro

Nello scorso articolo avevo cominciato la trattazione dei tempi geologici e degli step principali della storia del nostro pianeta proprio dall’inizio e cioè dall’origine della Terra stessa. Oggi invece faremo un salto in avanti e tratteremo di 2 eoni geologici: Archeano e Proterozoico.
La storia descritta oggi comprende la maggior parte del tempo di vita della Terra, cioè da 4 Ga (miliardi di anni) fino a 542 Ma (milioni di anni), basti ricordarsi che il nostro pianeta ha 4,6 Ga.
Archeano:
Inizia per convenzione dal momento in cui la Terra ha già avuto la sua differenziazione in nucleo, mantello e crosta e atmosfera. La crosta doveva essere molto diversa da quella attuale, ce la dobbiamo aspettare più fine ed instabile oltre che con temperature medie molto più elevate.
Durante l’Archeano compare il progenitore di tutti i viventi, cioè la prima e più semplice cellula da cui si origineranno in seguito tutti gli organismi. Come questa fosse fatta è ancora in discussione, noi comuni mortali possiamo comunque chiamarlo LUCA, acronimo che sta per Last Universal Common Ancestor.
Le rocce dell’Archeano sono molto rare e divise in 3 tipologie: Granuliti, Greenstone belts e Banded iron formations.
Le Granuliti sono rocce di alto grado metamorfico (Rocce che nella loro storia sono state soggette ad alte temperature ed alte pressioni); le Greenstone belts sono rocce sedimentarie originatesi dalla disgregazione delle prime; le Banded iron formations sono invece successioni di selci alternate a bande di ferro metallico, rivestono oggi una notevole importanza economica poiché da qui si possono estrarre grandi quantitativi di ferro. 

Esempio di una banded iron formations in cui gli strati rossi sono ossidi di ferro

Ricostruzione dell’esperimento effettuato da Miller e Urey

Sempre nell’Archeano abbiamo la comparsa delle prime forma di vita e come queste si siano generate è ancora un mistero! Esistono però due modelli che cercano di spiegarne l’origine: il modello biochimico ed il modello idrotermale.
Il modello biochimico venne descritto nel 1920 da Oparin e Haldane, i quali dissero che composti organici semplici si sarebbero potuti formare dall’aggregazione di elementi presenti in atmosfera primitiva e nel brodo primordiale ad opera di scariche elettriche o raggi ultravioletti e che questi composti si sarebbero a loro volta combinati insieme nel formare molecole complesse. Queste affermazioni vennero poi in parte confermate dall’esperimento di Miller (1953) che dimostrò come fosse possibile formare composti organici da elementi inorganici presenti in un’atmosfera riducente fatta di anidride carbonica, metano ed ammoniaca.

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Il modello idrotermale si basa su analisi in laboratorio dove corpuscoli sferici (alcuni dei quali mostrano processi di divisione o aggregazione) sono stati prodotti con il raffreddamento di liquidi ricchi di proteine. Partendo da queste osservazioni si è ipotizzato che lungo i condotti che connettono le camere magmatiche ai fondali oceanici, dove l’acqua si trova ad altissime temperature, si possano formazione dapprima composti semplici inorganici, poi organici, a seguire corpuscoli sferici ed infine cellule. In questo modello si ipotizza quindi che i primi organismi siano stati batteri ipertermofili come il Metanococcus jannaschii e che abbiano vissuto intorno a quelli che vengono definiti Black smokers.

immagine retativa ad un black smokers o fumarola nera dell’Oceano Atlantico

Le prime tracce di vita risalgono a 3,2 - 2,8 Ga, si tratta di Stromatoliti e cioè strutture costruite da cianobatteri (procarioti che compiono la fotosintesi). La loro comparsa ci dice che la fotosintesi ossigenica, quella cioè che usando l’acqua origina energia e ossigeno, comincia a diffondersi per il mondo e che il numero di questo tipo di organismi fotosintetici ha già superato quello dei fotosintetici che usano l’acido solfidrico.

Ambiente di formazione attuale di stromatoliti

Un esempio di snowball earth in cui rimangono visibili dallo spazio solo le catene montuose più alte

Proterozoico:
Il Proterozioico va da 2500 a 542 Ma ed è più simile al Fanerozoico (eone successivo ed attuale) rispetto all’Archeano; è in questa fase che si osservano i Great Oxygenation Event e cioè eventi di drastico aumento delle concentrazioni di ossigeno in atmosfera.
Sempre in questa fase abbiamo le prime testimonianze di glaciazioni (almeno 4), queste glaciazioni erano davvero molto estese e nell’ultima il ghiaccio arrivò a coprire quasi totalmente la superficie terrestre: è l’evento che i geologi chiamano “Snowball Earth”.

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Nel Paleoproterozoico (2500-1600Ma) abbiamo un aumento degli stromatoliti e una forte diversificazione dei procarioti.
Nel Mesoproterozoico (1600-1000Ma) abbiamo la comparsa degli eucarioti. Questi differiscono dai procarioti per la presenza di un nucleo, di mitocondri, di cloroplasti, per il maggior numero di geni e per le maggiori dimensioni (anche 60 micron contro i 20 dei procarioti). Una delle ipotesi più interessanti sull’origine degli eucarioti li vede come cellule procariote di grandi dimensioni che hanno inglobato piccoli batteri aerobi (nel caso dei mitocondri) e procarioti fotosintetici (nel caso dei cloroplasti). Quest’ipotesi ha avuto origine dallo studio della Pelomyxa palustris, un eucariote molto primitivo che vive in simbiosi con un batterio che ha funzione respiratoria.
Sempre nel Mesoproterozoico abbiamo la comparsa degli organismi multicellulari e della riproduzione sessuata; quest’ultima risulta essere stata fondamentale per la vita poiché permette il rimescolamento genetico ad ogni generazione, una maggior velocità evolutiva oltre che miglior adattamento e specializzazione.
La prima fauna compare nel Neoproterozoico (1000-542Ma), si tratta della fauna di Ediacara (600-550 Ma), una fauna dominata da organismi multicellulari scoperta in Australia meridionale: le specie ritrovate non hanno parti scheletriche e si sono conservate come impronte.

Un esempio iconico della fauna di Ediacara

Quasi in contemporanea in Cina appaiono dei resti di alghe multicellulari con un’età che oscilla tra 580 e 570 Ma. Proprio verso la fine del Neoproterozoico in Cina, Spagna, Oman e Brasile compare il primo organismo con parti mineralizzate chiamato Cloudina.
Finito il Proterozoico si assiste ad un forte aumento di diversità, complessità e dimensioni ma di questo parleremo nel prossimo articolo.

Immagini tratte da: 
Banded iron bed, da Wikipedia Italia, Di André Karwath aka Aka - Opera propria, CC BY-SA 2.5, voce "Banded iron bed"
Esperimento di Miller-Urey, da Wikipedia Italia, Di HeNRyKus - commons, Pubblico dominio, voce "Esperimento di Miller-Urey"
Black smokers, da Wikipedia Italia, Di P. Rona - NOAA Photo Library, Pubblico dominio, voce "Fumarola nera"
Stromatoliti, da Wikipedia Italia, Di Paul Harrison - Photograph taken by Paul Harrison (Reading, UK) using a Sony CyberShot DSC-H1 digital camera., CC BY-SA 3.0, voce "Stromatoliti"
Snowball earth, da Wikipedia Italia, Di XBrain130 - Celestia, Pubblico dominio, voce "Terra a palla di neve"
Fauna di Ediacara, da Wikipedia Inglese, By Verisimilus at English Wikipedia, CC BY 2.5, voce "Ediacaran biota"