Copertina
Autore J. William Schopf
Titolo La culla della vita
SottotitoloLa scoperta dei più antichi fossili terrestri
EdizioneAdelphi, Milano, 2003, Biblioteca Scientifica 34 , pag. 502, cop.fle., dim. 140x220x35 mm , Isbn 88-459-1754-1
OriginaleCradle of Life. The Discovery of Earth's Earliest Fossils
EdizionePrinceton University Press, Princeton, 1999
TraduttorePatrizia Messeri
LettoreRenato di Stefano, 2003
Classe biologia , vita , scienze naturali , scienze della terra , geologia
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Indice

    Prologo                                  11
    Ringraziamenti                           17
LA CULLA DELLA VITA
1. IL DILEMMA DI DARWIN 21 La conquista dei primordi 21 La natura del tempo geologico 22 La storia della vita in poche parole 31 Il dilemma di Darwin 35 Epilogo 59 2. LA NASCITA DI UN NUOVO CAMPO DI INDAGINE 61 Si schiudono le porte 61 Entrano in scena personaggi illustri 77 Scende in campo un giovincello 83 Le porte si spalancano 96 3. I FOSSILI PIŲ ANTICHI E IL LORO SIGNIFICATO 107 «Fidati ma controlla» 107 «I problemi del mondo reale» nella ricerca della vita dei primordi 108 Domande e risposte sui più antichi documenti della vita 113 I più antichi fossili conosciuti 145 4. COM'Č INIZIATA LA VITA? 147 Le basi della biologia 147 I costituenti universali della vita 154 Come sono comparsi i monomeri contenenti CHON sulla Terra priva di vita? 157 Il realismo incontra il surrealismo 162 Monomeri organici extraterrestri 186 In che modo i monomeri si unirono per formare i polimeri? 190 Dai monomeri ai polimeri, verso la vita 194 5. TRACCE METABOLICHE DELLE PRIME CELLULE 197 Come si originarono le cellule? 197 I capisaldi della vita 203 Il primo modo in cui gli organismi si sono procurati l'energia vitale 211 Aria e luce: una nuova fonte di glucosio218 Perché respiriamo ossigeno? 223 L'evoluzione del moderno metabolismo 226 6. COSĖ LONTANO, COSĖ IN FRETTA, COSĖ PRESTO? 231 Quanto è antico l'ecosistema moderno? 231 Quando ebbe inizio la vita? 234 Com'è possibile che al suo esordio l'evoluzione sia stata così rapida? 237 Paleobiologia: fossili, geologia e geochimica 239 Tracce isotopiche di antichi metabolismi245 Paleobiologia: prove dirette dell'evoluzione primordiale 254 7. LE STROMATOLITI: I PRIMI CONDOMĖNI A PIŲ PIANI DELLA TERRA 257 La natura non è divisa in compartimenti 257 Le stromatoliti: i primi condomìni a più piani della Terra 259 Le stromatoliti del remoto passato 272 A che servono le stromatoliti? 279 8. I CIANOBATTERI: I «FOSSILI VIVENTI» PIŲ ANTICHI DELLA TERRA 289 Ritmi e modi dell'evoluzione della vita 289 L'evoluzione dello status quo nei cianobatteri 297 I generalisti ecologici di maggior successo evolutivo 316 9. COMPAIONO, FINALMENTE, CELLULE COME LE NOSTRE 323 Gli organismi simili a noi hanno cellule come le nostre 323 La chiave del successo degli eucarioti: DNA e sviluppo 325 Quanto sono antichi gli eucarioti? 329 Gli eucarioti perfezionano l'arte della donazione 333 Un nuovo stile di vita foriero di importanti cambiamenti: la sessualità 336 Ascesa e caduta degli acritarchi precambriani 343 Preludio al Fanerozoico 353 10. LA SOLUZIONE DELL'ENIGMA DI DARWIN 359 L'avventura della scienza 359 La soluzione dell'enigma di Darwin 367 EPILOGO. AFFERMAZIONI STRAORDINARIE! PROVE STRAORDINARIE? 379 11. FOSSILI, FISSAZIONI E FRODI 381 Trovare la risposta «giusta» 381 «Uomo testimone del Diluvio» 383 Le pietre mendaci di Beringer 394 Teorie sulla natura dei fossili 403 La stele di Rosetta 407 12. A CACCIA DELLA VITA SU MARTE 409 Indizi di un'antica vita su Marte? 409 La NASA mette in scena una conferenza stampa 411 Meteoriti da Marte 417 Alla ricerca della prova inconfutabile 422 Morale 436 Glossario 441 Bibliografia 471 Indici 481 Indice delle unità geologiche e dei generi e specie 483 Indice analitico 487  

 

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PROLOGO



Quella che segue è la cronaca di una scoperta che ha rivoluzionato la biologia e la geologia: il ritrovamento di una serie fossile ricca, antica e finora sconosciuta, che fa affondare le radici della vita nel più remoto passato geologico. Finalmente, dopo un secolo di ricerche infruttuose, il primo 85 per cento di storia della vita sulla Terra è stato svelato, modificando radicalmente le nostre conoscenze su come opera l'evoluzione.

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IL DILEMMA DI DARWIN



LA CONQUISTA DEI PRIMORDI
Negli ultimi trent'anni, in seguito alla scoperta di un'immensa serie di antichi fossili sconosciuti e ritenuti inconoscibili, l'albero filogenetico si è allungato di ben sette volte. Finalmente sappiamo con certezza che la vita ha avuto origine, si è sviluppata e ha raggiunto un fiorente successo durante l'infanzia del pianeta Terra. Attorno a 3,5 miliardi di anni fa, appena 400 milioni scarsi da quando il pianeta era diventato abitabile, la vita era già alquanto progredita.

Prima di questa rivelazione:

1) nessuno aveva previsto che i primordi della vita affondassero in tempi così remoti;

2) nessuno aveva ipotizzato che gli unici abitanti della Terra, per tutti i primi quattro quinti della sua esistenza, siano state forme di vita di dimensioni microscopiche;

3) nessuno aveva immaginato che il mondo attuale (la fauna e la flora a noi note, dove c'è chi respira e chi produce ossigeno, chi mangia e chi viene mangiato) non fosse altro che una versione ingrandita di un serraglio microbico vecchio miliardi di anni;

4) nessuno aveva subodorato che nel corso del tempo geologico l'evoluzione stessa si fosse evoluta, e che le regole della lotta darwiniana per l'esistenza avessero subìto cambiamenti radicali durante il progredire della storia della vita.

Sono tutte acquisizioni nuove, risultato degli ultimi trent'anni di ricerca. Le radici di tali scoperte affondano però in domande sollevate per la prima volta molti anni fa. Anzi, l'enigma della mancanza di una serie fossile iniziale, quel buco nella storia della vita che secondo alcuni sembrava minare i fondamenti stessi della teoria di Darwin, era già stato ampiamente individuato alla metà dell'Ottocento.

Il tentativo di riempirlo ha avuto una storia tormentata di false partenze ed errori imbarazzanti. Ma per meglio apprezzare questa saga dobbiamo prima conoscere la natura del tempo geologico e lo sviluppo storico della scala temporale in geologia.

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Gli articoli del 1965 su Gunflint e su Bitter Springs diedero il via a un nuovo corso, dimostrando per la prima volta le possibilità di successo di una strategia di ricerca mirata sulle peculiarità della rassegna fossile precambriana. I quattro punti chiave della strategia erano: 1) cercare fossili microscopici in 2) selci nere, 3) a grana fine e 4) associate a strutture di tipo Cryptozoon. Ogni punto era fondamentale.

1. Oggi sappiamo che gli animali e le piante pluricelullari del Fanerozoico sono comparsi soltanto poco prima dell'inizio del Cambriano. Salvo che negli strati immediatamente subcambriani, la caccia a fossili macroscopici in depositi precambriani era destinata a fallire in partenza!

2. Il colore nero della selce è di solito un buon indicatore del suo contenuto in carbonio organico sotto forma di carbone. Al pari dei depositi carboniferi, che sono ricchissimi di fossili, le selci ricche di microfossili pietrificati a pareti organiche sono normalmente color nero antracite.

3. La dimensione fine dei granuli di quarzo che compongono la selce fornisce un ulteriore indizio della potenziale presenza di fossili. Selci sottoposte a calore e pressione intensi, tipici di un episodio orogenetico, sono composte di granuli grossi, che conferiscono loro un aspetto zuccherino, mentre le selci sfuggite ai processi che distruggono i fossili sono fatte di granuli minuscoli e hanno una lucentezza cerosa simile a vetro.

4. Oggi sappiamo che le strutture di tipo Cryptozoon (stromatoliti) sono state prodotte da comunità microbiche ecologicamente localizzate di organismi microscopici che vivevano insieme, strato su strato. Se in una serie rocciosa si trovano tali strutture stratificate a forma di cavolo, soprattutto se composte di selci nere a grana fine, probabilmente conterranno resti fossilizzati dei microrganismi che le hanno costruite.

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L'origine biologica di presunti fossili archeani può essere accettata se sono 1) composti di materiale organico carbonioso; 2) a struttura cellulare sufficientemente complessa da escludere una possibile origine abiotica; 3) rappresentati da numerosi esemplari (se un fossile ha potuto conservarsi, dovrebbero averlo fatto anche altri). Inoltre, al pari di fossili più recenti e di microbi viventi, devono 4) appartenere a una popolazione di specie un tempo esistite; 5) occupare un ambiente vivibile; 6) crescere e riprodursi mediante i processi biologici di divisione cellulare; 7), se fotosintetici, mostrare l'impronta della fotosintesi negli isotopi del carbonio.

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9. Che tipo di organismi sono e perché sono importanti?

Tutti i fossili di Apex sono resti di microbi cellulari filamentosi noti come procarioti, un tipo di microrganismi evolutosi precocemente nel quale il materiale ereditario (DNA) è un semplice filamento situato all'interno della cellula, e non contenuto in un nucleo cellulare come nelle forme di vita più progredite (eucarioti). Fra i procarioti, i fossili di Apex rientrano tutti nel dominio dei Batteri (comprendenti, oltre a tipi batterici più primitivi, i cianobatteri) e non in quello degli Archei, l'altra divisione dei procarioti (un ramo dell'albero della vita descritto recentemente e comprendente microbi che spesso vivono in condizioni estreme di temperatura e acidità).

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Se tale parentela è corretta, la presenza di cianobatteri in questa comunità antica quasi 3,5 miliardi di anni testimonia che all'inizio l'evoluzione è arrivata in fretta molto lontano. Tutti i cianobatteri sono in grado di svolgere il tipo di fotosintesi che rilascia ossigeno e, come gli animali e le piante superiori, possono inalare ossigeno (mediante il processo noto come respirazione aerobica). Fotosintesi e respirazione aerobica sono, però, entrambi processi vitali progrediti, evolutisi da altri più primitivi nei quali l'ossigeno non svolgeva alcun ruolo. Se in tempi così remoti esistevano cianobatteri, dovevano essere già presenti anche i processi evolutisi in precedenza; dovevano aver già fatto parte del mondo vivente sia organismi fotosintetici che non rilasciano ossigeno (fotosintetizzatori batterici) oltre a quelli che lo rilasciano (cianobatteri), sia microbi capaci di vivere in assenza di ossigeno (anaerobi) oltre a quelli che respirano (aerobi). Sono proprio questi i processi che alimentano l'attuale mondo vivente. Se tra i fossili di Apex troviamo anche i cianobatteri, ne dobbiamo necessariamente concludere che i fondamenti dell'ecosistema mondiale si erano già affermati in queste primissime fasi della storia della Terra.

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I PIŲ ANTICHI FOSSILI CONOSCIUTI



Anche se la ricerca delle più antiche testimonianze della vita ha compiuto soltanto i primi passi, pochi ed esitanti, il cammino è incoraggiante, spronato dallo sviluppo di cinque regole per distinguere i fatti autentici da quelli fasulli: 1) la fonte della roccia fossilifera deve essere accertata al di là di ogni dubbio, di norma tramite replica del campionamento, e 2) l'antichità della roccia dev'essere ben documentata, possibilmente mediante datazione con zirconi U-Pb ad alta risoluzione. Lo studio delle sezioni sottili deve dimostrare che gli oggetti a forma di fossile 3) fanno parte della roccia e non sono contaminanti, e 4) sono rimasti inclusi al momento della formazione della roccia stessa; infine, 5) deve essere dimostrato, in modo inconfutabile, che gli oggetti hanno origine biologica e non sono minerali o altri pseudofossili «con faccia da fossile».

I più antichi reperti che rispondono a questi requisiti sono undici tipi di microbi filamentosi a struttura cellulare rimasti pietrificati nella selce di Apex, antica 3,465 miliardi di anni, nell'estremità nordoccidentale dell'Australia. La scoperta necessita di ulteriori studi, ma appare chiaro fin d'ora che si tratta comunque di procarioti appartenenti al dominio dei Batteri. Il dato più notevole è che tra essi vi sono dei cianobatteri produttori di ossigeno e aerobi, organismi non solo estremamente antichi, ma anche sorprendentemente evoluti, i quali suggeriscono che l'evoluzione, nella sua primissima fase, sia stata molto più rapida e imponente di quanto mai ci saremmo aspettati.

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Confrontando le sequenze delle basi azotate degli rRNA nei membri attuali dei principali gruppi di viventi si ottiene una chiara indicazione di quanto strette o lontane siano le parentele fra gli organismi che ne fanno parte. L'albero risultante (basato su un tipo di rRNA detto «16S»), costruito in modo tale che la lunghezza di ciascun ramo corrisponda al numero di cambiamenti nella sequenza delle basi intervenuti da quando i due rami si sono divaricati dal vicino più prossimo, dimostra fondamentalmente quattro cose:

1. Piante e animali, sebbene siano le forme di vita più conosciute, sono semplicemente due dei venti e più rami evolutivi principali.

2. L'albero della vita è fatto in grandissima parte di organismi microscopici; dei più di venti rami, soltanto tre (vegetali, funghi e animali) contengono forme abbastanza grandi da poter essere viste a occhio nudo, e ciascuno contiene anche forme visibili solo al microscopio.

3. Ogni organismo attuale appartiene all'uno o all'altro di tre gruppi (formalmente noti come domìni): 1) Eucarya, gli eucarioti (dotati di cellule nelle quali i cromosomi sono contenuti, come in un sacchetto, all'interno di un nucleo); 2) Archaea, gli archei (microbi privi di nucleo comprendenti i soli organismi produttori di metano e molti «estremofili», che prosperano in condizioni di acidità o temperatura estreme); e 3) Bacteria (il dominio che comprende i cianobatteri produttori di ossigeno e tutti i vari tipi di batteri).

4. Gli eucarioti sono più strettamente imparentati con gli archei che con i batteri, e l'ultimo antenato comune di tutte le forme attuali - la radice

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