28 QUARK (60) (60) QUARK 29

ROMPICAPO Uno dei fossili più stranidel Cambriano, ritrovato nel sitocanadese di Burgess Shale, è l’Hallucigenia, un intrico di aculei senzacapo né coda. Ci vollero anni di studi per dargli una ricostruzione attendibile(nel disegno a sinistra). Hallucigeniaè una delle tante bizzarre forme di vitaemerse durante l’esplosione cambriana.

el periodo Cambriano, all’incir-ca 530 milioni di anni fa, il regnoanimale cambiò faccia. Gli stu-diosi definiscono questo evento“Esplosione cambriana”, o BigBang della vita. Prima che si ve-

rificasse gli animali erano tutti inverte-brati a corpo molle, simili a vermi, ederano così da almeno 300 milioni d’an-ni. Poi, in meno di 5 milioni di anni, unbatter d’occhio in scala geologica,quasi tutti i principali gruppi animalioggi presenti sulla Terra si svilupparo-no, si dotarono di parti dure, scheletri ecorazze, si vestirono di luci e colori. Lagrande domanda è: perché? Che cosaha innescato la miccia? La light switch theory, la teoria dell’in-terruttore della luce, ritiene che respon-sabile principale di questo evento siastata l’evoluzione di un organo moltoparticolare: l’occhio. Fino ad allora ilmondo era praticamente cieco. L’evo-luzione di un predatore capace di vede-re le sue prede avrebbe innescato una

N

>>

La vita in unbatter d’occhio

Scienza Il Big Bang dell’evoluzione

Quando arriva la vista il destino degli animali cambia: è la svolta epocaleche porterà fino a noi. Un biologo raccontaperché potrebbeessere andata cosìD I A N D R E W P A R K E R Biologo marino-ricercatore della Royal Society a Oxford

(60) QUARK 31

S C I E N Z A I L B I G B A N G D E L L ’ E V O L U Z I O N E

>>

serie di pressioni selettive capaci inbreve tempo di rivoluzionare l’aspettodei mari (dove allora era confinata la vi-ta) e mettere le basi per ogni successi-vo sviluppo.

UN BUCO DA RIEMPIREI fossili ci dicono che 540 milioni di annifa un animale sviluppò occhi che forma-vano immagini. Il caso volle che fosseun trilobite, lontano parente dei ragni edei gamberi. Presto avrebbe sviluppatoanche l’abilità di nuotare, zampe e ap-parato boccale forti e prensili, diventan-do così un predatore attivo. Il primo pre-datore attivo sulla Terra capace di vede-re. Per gli animali si accendeva final-

mente la luce (prima di questo evento laluce del sole poteva essere percepitada semplici fotorecettori, ma non pote-va essere usata dagli animali per ritro-varsi o riconoscersi). Ebbene, secondola “teoria dell’interruttore della luce”:l’arrivo della visione ha scatenato l’e-splosione del Cambriano.La reazione delle prede a un simile po-tentissimo predatore infatti sarebbestata la più varia e immediata, pena lasopravvivenza. Si svilupparono coraz-ze, armi di difesa, nuovi comportamen-ti, colori mimetici e di avvertimento,nuove strutture, nuovi piani anatomici.Da 3 phyla animali allora esistenti (legrandi famiglie in cui viene suddiviso il

forniscono una foto pietrificata dellacomunità vivente dell’epoca, con tuttigli stili di vita a portata d’inquadratura.Ma “quell’epoca” erano 515 milioni dianni fa ovvero circa 15 milioni di annidopo l’arrivo della visione. Un bucotemporale troppo lungo per stabilireuna netta relazione causa/effetto tra l’e-splosione della vita e il primo sguardosul mondo.

LA PROVA CINESEPer rafforzare la “light switch theory”,quel buco doveva essere colmato e ini-ziò così la ricerca di nuovi fossili. Fossilipiù antichi di quelli di Burgess Shale eche mostrassero già i segni dell’Esplo-

con quelli di Burgess Shale anche per lavarietà di forme viventi. Forniscono in-fatti un’ulteriore istantanea della vita delCambriano, datata questa volta 525milioni di anni fa. Ora sappiamo che l’E-splosione cambriana è avvenuta appe-na dopo l’introduzione della visione.Era la prova che cercavamo.

UN INSOLITO ZOOQuali animali sono rappresentati neifossili di Chengjiang? Organismi tal-mente particolari e strani da non poteressere, a volte, classificati in nessunodei gruppi di viventi che esistono oggi.Appaiono come le forme di vita più biz-zarre che ci si possa immaginare. La

30 QUARK (60)

SUPERPREDATOREUno dei cacciatori più terribilidell’esplosione cambriana fu senz’altro l’Anomalocaris,lungo fino a un metro. I suoi restifossili sono stati trovati aBurgess Shale, ma ci è voluto un po’ di tempo per rimetterliinsieme nel modo corretto. Le appendici boccali capaci di afferrare le prede (a sinistra)sono state a lungo credute una nuova specie di gamberisenza testa. In realtà si inserivano nella parte frontaledel corpo (in basso), che eradotato di una vigorosa coda peragevolare il nuoto. Anomalocarisera anche dotato di occhi bensviluppati, le appendici lateralinella parte destra del fossile.

sione cambriana. Finalmente, proprioquest’anno un gruppo di paleontologibritannici, cinesi e svedesi ha pubblica-to una relazione congiunta su diversespedizioni effettuate nel Sud-Ovestdella Cina, nelle colline e nei laghi dellaprovincia dello Yunnan, la regione in cuisono stati trovati i fossili di Chengjiang.I fossili di Chengjiang rivaleggiano conquelli di Burgess Shale fin dal rinveni-mento del primo esemplare avvenutonel 1984 per il fatto che sono altrettantoben conservati, al punto da rivelare an-che le spine più fini, sottili come aghi, dialcuni animali. Ora i lavori degli studiosibritannici, cinesi e svedesi mostranoche questi reperti reggono il confronto

mondo animali in base alla organizza-zione interna degli organismi come peresempio artropodi, molluschi, corda-ti...),si passò a 38, lo stesso numero deiphyla oggi presenti sulla Terra.Ma quali prove abbiamo che questo siadavvero successo? E quanto tempoesattamente è passato tra l’emergeredell’occhio e il Big bang dell’evoluzio-ne? Solo i fossili possono dare una ri-sposta a questo quesito. E a darci man-forte ci sono da tempo i famosi fossili diBurgess Shale. Questi fossili, scoperticirca cento anni fa sulle Montagne roc-ciose canadesi, rappresentano un’inte-ra comunità di animali del Cambriano.Sepolti in gruppo da una frana di fango, >>

SCAVI IN CINA Operai al lavoronel sito fossilifero di Chengjiang,la località nella provincia dello Yunnan dove è emersa unastraordinaria serie di fossili di 525 milioni di anni fa, la provache lega l’esplosione cambrianaalla comparsa dell’occhio e alla capacità di vedere. Alcunianimali di Chengjiang sonoidentici a quelli di Burgess Shale,altri appartengono a speciesconosciute fino alla scopertadel sito, avvenuta nel 1984. Lo Jianfengia, ad esempio (in alto a sinistra), lungo appena1,5 cm, era dotato di una batteriadi zampe e, vicino alla bocca, di appendici per catturare il cibo.Il Mitrodictyon (in alto a destra),lungo 2,5 cm, era dotato di novescudi cornei ovali disposti lungoil corpo. La loro funzione restaassolutamente misteriosa.

>>

(60) QUARK 3332 QUARK (60)

■ Il Big Bang della vita che siverificò nel Cambriano, intorno a 530 -520 milioni di anni fa, fu davvero un fatto eccezionale, se si pensa alla lunga storia precedente, in cui per miliardi di anni la vita stentò a decollare. Le prime tracce fossilidella presenza di forme viventi sullaTerra risalgono a circa 3,5 miliardi di anni e appartengono a lunghifilamenti di batteri. Allora l’atmosferaera completamente diversa da quellaattuale, ma alcuni di questi batteri, in grado di assorbire anidridecarbonica e produrre ossigeno,cominciarono poco a poco a modificarla.

■ Ma gli albori del pianeta furonoanche tempi di grandi cambiamentigeologici e climatici, caratterizzati da lunghi periodi di clima molto freddo e continue glaciazioni. Soltanto 1miliardo di anni fa cominciarono quindi a comparire forme di vita più

complesse, multicellulari e organizzate. I primi esempi noti sonoquelli della cosiddetta fauna diEdiacara, fossili di animali molli, simili a lumache, che frugavano il fondo degli oceani in cerca di nutrimento.

■ Questi animali si differenziarono dai batteri tra 1 miliardo e 800 milioni di anni fa, come è stato dimostrato da studi su materiale genetico comunea tutte le cellule viventi. Quegli antichi,primitivi animali conducevano però una vita a basso dispendio di energia,poco attiva, finché improvvisamentenon si verificò l’esplosione Cambriana.La tavola mostra (in rosso) le specie piùrappresentative ricostruite dai fossilicanadesi di Burgess Shale, da quellicinesi di Chengjiang e dai ritrovamentifatti in Groenlandia nel sito di SiriusPasset, scoperto nel 1984, dopo le tappe principali dello sviluppo della vita sul nostro pianeta (in giallo).

Riccardo Oldani

PIKAIA Cordatotrovato a BurgessShale, progenitore di pesci, rettili e mammiferi; 3,8 cm.

ODONTOGRIPHUSLungo 6 cm, non è stato classificato in nessun gruppo noto di animali.

BURGESSOCHAETAUn anellide, parente dei lombrichi; 2,5 cm.

FACIVERMISNon classificato; era lungo 2,5 cm.

ANOMALOCARISForse era un artropode.Lungo fino a 1 m.

KERYGMACHELAForse un artropode, dalla Groenlandia; 17 cm.

BRACHIOPODIAncora presentinegli oceani; da 1 a 10 cm.

HALKIERIA Similia lumache con due conchiglie.Uno dei fossili del sito di Sirius Passet inGroenlandia; 5 cm.

MULTICELLULARITra 1 miliardo e 600 milioni di anni fa la vita si sviluppa semprepiù in formemulticellulari. Ma rimaneconfinata a dimensionimolto ridotte.

GLI OCEANI4,6 miliardi di annifa la Terra si raffredda e gli oceanicominciano acondensarsi.

LA VITATra i 3,9 e i 3,5miliardi di annifa compaiono leprime, sempliciforme di vitaunicellulari.

I BATTERIIntorno a 2,5miliardi di anni fail mondo è dominato dai batteri.

L’OSSIGENO Da 2,1 a 1,9 miliardidi anni fa l’azionedei batteri modifical’atmosfera e laarricchisce diossigeno.

SPUGNE Trovate sia a Burgess Shale sia in Cina. Ancorapresenti negli oceani.

540 MILIONI DI ANNI FAInizio del Cambriano

OPABINIANon classificato;lungo 6,3 cm

AYSHEAIAForse unartropode; lungo 5 cm.

SANCTACARISArtropode,progenitore deiragni; 10 cm.

1 MILIARDO DI ANNI FA

2 MILIARDI DI ANNI FA

3 MILIARDI DI ANNI FA

4 MILIARDI DI ANNI FA

TRILOBITEArtropode;lungo fino a 70 cm.

CANADASPISUno dei primicrostacei; 7,6 cm.

HYOLITE Forse un mollusco; 3,8 cm

ELDONIA Potrebbe essereun echinoderma, parentedei ricci di mare; 10 cm.

AMISKWIA Trovato a Burgess Shale; lungo2 cm. Forse era un verme, ma la suaclassificazine è incerta.

OTTOIA Un vermepriapulide lungo 7,6 cm. Suoi parentivivono ancora oggi sui fondali marini.

WIWAXIA Forse unverme polichete, forseun mollusco; 4,5 cm.

DINOMISCHUSNon classificato;

da 2 10 cm.

FAUNA DI EDIACARAI primi esseri viventi complessi.

XIANGUANGIACina, nonclassificato.

S C I E N Z A I L B I G B A N G D E L L ’ E V O L U Z I O N E

Dai batteri fino alla svolta decisivaLa lunga lotta della vita per la sopravvivere

(60) QUARK 3534 QUARK (60)

Choia è una spugna, ma sembra un mi-nuscolo cappello tradizionale cinesecon aghi che irradiano dai bordi. Il Xian-guangia è un parente della medusa edei coralli d’oggi, ma assomiglia a unpolpo che sta fisso a testa in giù con itentacoli che ondeggiano sopra. Il Mi-crodictyon, un “verme di velluto”, ap-pare come un bruco che cammina sulunghe gambe con file di scudi che gliproteggono il corpo dagli attacchi dal-l’alto.Gli artropodi, a cui appartengonocrostacei e insetti, sono ben rappresen-tati nei fossili di Chengjiang. Alcuni han-no la forma di caschi da ciclista. Ma ilpiù inconsueto è forse l’Occacaris, chepuò essere descritto solo come unaspecie di granchio con un paio d’occhia goccia, strane antenne a forma di cor-na, “mani” antropomorfe e una coda dipesce sporgente dal guscio. Esistono anche esemplari enigmatici,tanto insoliti da rendere impossibile in-dovinare a quale gruppo animale po-tessero appartenere. C’è un fossile chepare semplicemente una palla di spine,un altro fatto come un disco con attac-cata una penna, un mezzo verme emezzo calamaro e ancora un pennac-chio con una lingua di camaleonte (siveda la tavola nelle pagine precedenti).

L’Anomalocaris, uno degli animali piùstrani, si presenta come una seppia co-razzata, con due arti appuntiti, ed è in-solito anche per le dimensioni. A diffe-renza della maggior parte dei suoi vici-ni, che misuravano soli pochi stentaticentimetri, questo animale cresceva fi-no a oltre un metro. Con i suoi i grandiocchi e la forma idrodinamica che dàun’idea di velocità era probabilmenteuno dei più temibili predatori del Cam-briano. C’è invece un animale, il Myllo-

kunmingia che può essere posizionatosenza problemi in un gruppo animaleconosciuto e anche molto vicino a noi: icordati. In effetti è il primo cordato (cioèil primo animale dotato di spina dorsa-le), il primo antenato noto dell’uomo. Un suo cugino di 10 milioni di anni piùtardi, Pikaia, un fossile di Burgess Sha-le, è protagonista del finale del famosolibro di Stephen Jay Gould, La vita me-ravigliosa. Se questo animale non fossesopravvissuto al Cambriano e nonavesse dato vita a un nuovo ramo evo-lutivo oggi non saremmo certamentequi a esaminarne i fossili.

ADAMO? ERA UN TRILOBITEIn quanto prodotto diretto dell’Esplo-sione cambriana, i fossili di Chengjiangci dicono esattamente quando questoevento si è verificato. Adesso sappia-mo che l’unico animale con parti dureantecedente il Big Bang della vita è il tri-lobite, proprio il trilobite dotato di occhi,i primi occhi della vita. E adesso, forti diuna nuova e più accurata datazione,sappiamo che questo trilobite ha pre-ceduto di appena 5 milioni di anni l’e-splosione finale del Big Bang della vita.Insomma possiamo dire che l’Esplosio-ne cambriana è durata 5 milioni di anni,

>>

@ Link &Libri

il tempo necessario ai vermi per dotarsidi uno scheletro o di una corazza. Ed ecco che improvvisamente le partidure che si sono evolute durante quellontano Big Bang della vita ci appaionocome semplici adattamenti a un nuovomondo in cui domina la capacità discrutare e di vedere l’ambiente. Alcunianimali svilupparono gusci e spine,probabilmente con colori brillanti persegnalare visivamente la loro nuova co-razza. Altri assunsero forme affusolatee pinne per chiarire ai trilobiti che percatturarli avrebbero dovuto faticare nonpoco. A partire dal Cambriano il donodella vista ha cominciato a dominare leleggi della vita. Oggi oltre il 95% di tuttigli animali multicellulari possiede occhi.Camminate in un campo pieno di ani-mali e ne vedrete pochissimi: la vita si èadattata all’avvistamento. Agli occhicapaci di vederti e riconoscerti e non aisemplici recettori di luce che esisteva-no anche prima del Cambriano ma nonconsentivano di formare un’immagine.La capacità di vedere è alla base dellecatene alimentari di oggi. Se non ci fos-se, non esisterebbe alcuna predazione. Fin dall’uscita del mio libro In un batterd’occhio, molti ricercatori mi hannoscritto interessanti integrazioni e com-

menti, ma nessuno ha ancora trovatoun argomento ragionevole per confuta-re la light switch theory. Stephen JayGould è stato tra quelli che l’anno mag-giormente appoggiata. Ci sono però ri-cercatori che suggeriscono che a farscattare l’interruttore non fu solo la vi-sta, ma anche lo svilupparsi di altri sen-si. Oggi viviamo in un mondo pieno d’a-dattamenti alla visione, ma gli animaliattuali sono anche ben adattati al gu-sto, all’odorato, all’udito e al tatto. Ma mentre tutti gli altri sensi sono com-parsi un po’ qua e un po’ là nella storiadella vita, soltanto la visione ha fatto ilsuo ingresso in un unico, preciso mo-mento e si è trovata nella situazioneideale per far scattare un evento esplo-sivo. Quel momento combaciò propriocon l’inizio del Big Bang evolutivo.

SMACCO ALLA GENETICAUn parere critico è stato espresso daTimothy Gawne dell’Università dell’Ala-bama. Gawne ha messo in discussionealcune idee che spiegano perché l’oc-chio avrebbe dovuto evolversi (e in par-ticolare perché un paio di occhi). Ma al-lo stesso tempo riconosce che «è moltopotente l’idea che tutti gli animali ab-biano dovuto adattarsi dopo che il pri-

mo acquistò la capacità di vedere». Lenuove prove cinesi mostrano che si so-no adattati eccome, e anche subito. Francis Crick, uno dei due scopritoridella struttura del Dna ha scritto, dopoaver letto In un batter d’occhio : «Per co-me la vedo io un predatore (un trilobite)ha sviluppato per primo un sistema visi-vo efficiente e ha avuto tanto successoche gli altri organismi hanno dovuto pro-teggersi per sopravvivere; è questo cheha portato alla cosiddetta Esplosionecambriana». E l’anno scorso ha aggiun-to: «Le tue argomentazioni mi sembranomolto plausibili. Anche se ero convintoche sarebbero stati gli studi di geneticaa risolvere la questione». Q

S C I E N Z A I L B I G B A N G D E L L ’ E V O L U Z I O N E

PRESENTE E PASSATO Quattroonicofori intrecciano i loro corpi sinuosi.Questi animali, simili a vermi, vivono nei terreni umidi di boschi tropicali.Sono i diretti discendenti di specievissute nel Cambriano, come Aysheaia(nella pagina a fianco), uno degli straordinari fossili di Chengjiang.

■ In un batter d’occhio, di Andrew Parker, Zanichelli, 306 pp., 28 euro.■ La vita meravigliosa, di Stephen Jay Gould, Feltrinelli, 240 pp., 10,33 euro.

L’evoluzione del Cambriano ha aggiunto ai corpile parti dure di protezione.Il progetto internodell’organismo c’era già.

Andrew Parker