Come le grandi estinzioni di massa favoriscono l’evoluzione della vita

Le grandi estinzioni di massa non sono sempre da vedere come un evento catastrofico per la vita sulla Terra, esse stesse hanno giocato un ruolo fondamentale nell’evoluzione di tutte le specie terrestri. Di norma la percentuale delle specie estinte si aggira tra il 60% ed il 90%. Tuttavia, una percentuale di organismi è sempre sopravvissuta e si è addirittura ritrovata ad occupare nuove nicchie ecologiche prima occupate da altri organismi. Questo ha permesso l’evoluzione di nuove specie.

Di norma l’intervallo temporale tra una estinzione e la successiva è di alcune decine di milioni di anni, anche se alcune si sono separate da centinaia di milioni di anni. Questo implica che in tutto quell’arco di tempo, gli organismi “non adatti” si sono estinti mentre quelli “adatti” hanno prolificato. Una domanda che però sorge spontanea è: “quali sono i fattori che possono alterare rapidamente le condizioni climatiche?”.

Meteorite — *Figura 1 – Rappresentazione artistica di un impatto meteorico*

Instabilità Climatica

L’instabilità climatica può avvenire a causa di diversi fattori che influenzano l’andamento del clima, tra questi: esplosioni stellari, collisioni con asteroidi, eruzioni vulcaniche, ecc. Tra le esplosioni stellari si prendono in considerazione le supernove ed i raggi gamma galattici. L’esplosione di una supernova potrebbe avere effetti catastrofici se avviene a distanze abbastanza prossime dalla Terra. Le conseguenze delle radiazioni ionizzanti emesse dall’esplosione stellare riguarderebbero sicuramente l’atmosfera. Lo strato di ozono verrebbe distrutto e la ionosfera potrebbe portarsi a livello del suolo. La vita si troverebbe improvvisamente esposta alle radiazioni ionizzanti. In uno scenario ancora peggiore, l’esplosione della supernova comprimerebbe l’eliopausa (interfaccia tra vento solare e mezzo interstellare) esponendo direttamente la Terra agli effetti della supernova stessa.

Le supernove posso veramente essere state una causa delle grandi estinzioni di massa sul nostro pianeta? Per capirlo bisogna calcolare la frequenza di esplosione entro una data distanza. Stime ottenute in questo modo indicano che una esplosione potenzialmente dannosa potrebbe avvenire ogni 3×10⁸ anni. È quindi possibile che una grande estinzione di massa possa essere stata causata da un evento simile tenendo conto che dal Precambriano ad oggi sono passati circa 5.4×10⁸ anni. I lampi di raggi gamma galattici (GRB) sono invece fenomeni ancora più rari ma molto più energetici rispetto alle supernove.

L’esplosione nei GRB viene convogliata in un fascio di cono collimato. Qualunque pianeta si dovesse trovare a distanze prossime ed entro tale cono subirebbe effetti distruttivi del tutto simili a quelli di una supernova. Perdita dello strato di ozono ed aumento della radiazione di superficie. Il pianeta andrebbe incontro a raffreddamento causato dalla precipitazione di nitrati dall’atmosfera con conseguente diminuzione della luce visibile al suolo. Probabilmente un fenomeno simile è avvenuto anche sulla Terra, nello specifico, nella transizione tra Ordoviciano e Siluriano.

Collisione con Corpi Minori

Il caso invece della collisione con corpi minori sembra più probabile che avvenga. Gli impatti di meteoriti di grandi dimensioni sulla Terra possono produrre alterazioni momentanee del clima globale. L’intensità dell’effetto (energia cinetica) prodotto sul pianeta e sulla vita dipende dalle dimensioni del meteorite, quindi del suo diametro D, dalla sua densità media e dalla velocità con cui impatta sulla Terra.

L’unità di misura di questo fenomento è il megatone, ossia 1megaton=4.184×10¹⁵ J equivalente all’energia liberata da 10⁶ tonnellate di tritolo. La caduta di un meteorite di qualche kilometro di diametro potrebbe alzare una nube in grado di oscurare il sole facendo così crollare gli organismi fotosintetici che si trovano alla base della catena alimentare di molti eterotrofi. Un impatto di questo tipo potrebbe essere successo durante l’estinzione KT del Cretaceo. La dimostrazione di questo fenomeno risale ad uno strato ricco di iridio rinvenuto in svariati siti terrestri ed attribuito alla deposizione di polvere di origine meteorica. Il cratere di 100 Km di diametro e di 65 milioni di anni è stato localizzato nella zona del Messico, secondo alcuni autori potrebbe essere lo stesso Golfo del Messico. In ogni caso, per quanto riguarda l’estinzione avvenuta nel Cretaceo non si possono escludere altre cause.

Nello stesso periodo hanno avuto luogo numerose eruzioni vulcaniche estremamente intense le quali potrebbero aver contribuito in maniera significativa alle alterazioni climatiche che hanno spazzato via i dinosauri. Una stima indiretta della frequenza delle collisioni catastrofiche può essere ottenuta studiando i crateri di impatto sulla superficie della Luna. Circa 800 e 109 milioni di anni fa sono avvenuti sulla superficie lunare degli impatti abbastanza potenti da creare crateri con diametri nell’ordine dei 100 Km. Quindi, fenomeni catastrofici di questa entità; possono avvenire anche sulla Terra con una frequenza dell’ordine delle centinaia di milioni di anni. Per inciso, la Luna diminuisce il tasso di collisioni con la Terra catturando una frazione di corpi minori vaganti per lo spazio.

Trilobite — *Figura 2 – Trilobiti fossili, esempio di organismi estinti*

L’evoluzione

L’evoluzione della vita sulla terra offre alcuni insegnamenti di validità generale che possono essere applicati al tipo di evoluzione che può avvenire in ambienti abitabili dell’universo. Il meccanismo di selezione naturale è indipendente dall’esatto tipo di processo che crea la diversità genetica a livello molecolare. È ragionevole aspettarsi che la selezione naturale sia valida universalmente anche per le forme di vita che si servono di una chimica diversa da quella del carbonio a cui siamo abituati.

L’unico requisito fondamentale è che le molecole che contengono l’informazione genetica possano subire mutazioni e che queste possano essere tramandate. In condizioni favorevoli le mutazioni che portano tratti biologici utili per l’adattamento devono fissarsi nel patrimonio genetico. L’accumulo di queste mutazioni porta alla formazione di nuove specie. Una volta che la vita si forma in qualunque punto dell’universo, essa deve tendere poi ad evolvere mediante il processo di selezione naturale.

La convergenza evolutiva

Inoltre, sulla Terra si è osservato il fenomeno definito come convergenza evolutiva, questo riveste una notevole importanza in astrobiologia. Specie diverse sono dette convergenti nel momento in cui spinte dalle stesse pressioni ambientali, si evolvono per selezione naturale sviluppando strutture ed abilità simili. La similitudine deve essere sia di carattere morfologico che genetico.

Esistono molti esempi di convergenza evolutiva sulla Terra; la pressione ambientale ha portato, ad esempio, ad acquistare la capacità di volare e quindi allo sviluppo di ali.

Esistono percorsi evolutivamente indipendenti che hanno portato diverse specie e generi a sviluppare le ali, si vedano infatti gli insetti, gli uccelli ed i mammiferi volanti come i pipistrelli. Percorsi evolutivi differenti hanno portato a sviluppare la stessa funzione.

Un altro esempio potrebbe essere quello degli Euteri e dei Marsupiali. Il processo di radiazione adattiva che nel corso del Paleocene ha portato i mammiferi ad occupare le diverse nicchie ecologiche lasciate libere dall’estinzione dei dinosauri, ha prodotto notevoli somiglianze tra i mammiferi placentati evolutisi all’interno di specifiche nicchie in varie zone dell’Eurasia, dell’America, e dell’Africa, ed i corrispettivi marsupiali, evolutisi, invece, in modo del tutto indipendente in Australia.

Analogamente, gli squali appartenenti alla classe dei pesci cartilaginei, i delfini della classe dei mammiferi e gli ittiosauri della classe dei rettili, sotto la pressione dell’ambiente acquatico che li circonda si sono evoluti assumendo una morfologia idrodinamica complessivamente molto simile.

Anche tra le specie vegetali si assiste a fenomeni di convergenza evolutiva: si veda, ad esempio, il caso di alcune specie di Cactacee e di Euphorbiaceae adattate agli ambienti desertici.

La convergenza evolutiva ci dice quindi che, nonostante la componente aleatoria, intrinseca ai mutamenti biologici, l’evoluzione può portare a risultati in qualche misura definibili come deterministici. È ragionevole aspettarsi quindi che eventuali forme di vita evolutesi in ambienti extra-terrestri potrebbero aver sviluppato strutture ed abilità simili a quelle degli organismi terrestri sotto la pressione della selezione naturale.

Il fatto che il nostro meccanismo di visione sia perfettamente adatto alla finestra di lunghezze d’onda della luce visibile è conseguenza della presenza di una finestra di trasparenza atmosferica in tale banda di lunghezze d’onda, dove è anche massima l’emissione dello spettro solare. È ragionevole credere che in un ambiente con una atmosfera con uno spettro di emissione diverso dal nostro, illuminata da un campo di radiazione stellare con distribuzione spettrale diversa da quella solare, gli organi della vista di eventuali organismi viventi troverebbero il modo di adattarsi ad una banda di lunghezze d’onda diversa da quella a cui siamo qui abituati.

Considerazioni

Ancora una volta, è interessante notare che, i cambiamenti climatici accelerano il tasso di evoluzione. Date alcune determinate condizioni ambientali esistono valori ottimali delle variabili biologiche che permettono l’adattamento a queste condizioni. Ad esempio, ad un dato valore di temperatura ambientale, esiste un valore ottimale nello spessore della pelliccia di un animale. In condizioni ambientali stabili il valore ottimale della variabile biologica non varia, mentre se le condizioni sono variabili il valore ottimale si sposta e si adatta in maniera opportuna. Quindi, si può riassumere il tutto dicendo che condizioni ambientali stabili non portano a cambiamenti evolutivi e il tasso di evoluzione biologica sarà correlato positivamente con la variabilità delle condizioni ambientali.