Forme degli Animali GENESI: Strutture con cui il DNA domina la Terra

Di Roberto Bani

Ci si propone di spiegare le Forme degli Animali.
Usando anatomia e ecologia questo primo libro traccia la Genesi o formazione del corpo animale iniziando dagli eventi nel tempo, fossili e ere, poi la natura del plasma vivente, cellule e processi chimici, fino a individuare le vitali necessità che sono all’origine delle strutture viventi. Vedremo la fisica della terra dare nello spazio ambienti diversi che modellano le forme degli animali che strisciano, camminano, nuotano, volano. Zoo-strutturazione che culmina nell’evoluzione dell’intelligenza per cui vogliamo capire cosa gli animali pensano e come sono cresciuti nell’universo dei segnali fino a generare l’uomo. Vistosamente la vita è evento altamente complesso che nei milioni d’anni esplora tutti gli habitat e questi la selezionano verso coerenti forme ottimali, così consentendogli di realizzare la globale spinta al dominio del mondo. Nostro sommo interesse è capire come i fattori fisici hanno indirizzato l’evoluzione animale come eccezionale strutturarsi della materia in gran varietà di forme con cui il DNA si è sparso sulla Terra. Concluderemo parlando del significato di tali forme, di come il rigoglioso albero degli animali si è affermato e quali sono le finalità della vita.

• Lingua: Italiano
• Editore: Roberto Bani
• Data di uscita: 31 mag 2017
• ISBN: 9788826444321

Anteprima del libro

Fine

TEMPO  E  FOSSILI

Universo

Nacque col Big Bang circa 13 miliardi e 700 milioni di anni fa o maf. Immane spinta espansiva sparse un infinito oceano di particelle che raffreddandosi poterono unirsi fino a un oceano di atomi di idrogeno; che la forza di gravità tra loro attrasse creando innumerabili nuclei aggreganti come stelle in nascita, a loro volta raccolti in proto-galassie. La gravità darà una gerarchia di centri di aggregazione, sempre per gravità legati tra loro: ammassi galattici con dentro galassie con dentro ammassi stellari con all’interno stelle formate da uno o più soli incandescenti e corpi freddi minori o pianeti, satelliti, meteore, comete, polvere. Viceversa la rotazione tenderà a spanciare i corpi all’equatore fino alle forme piatte a spirale delle galassie e ai dischi di polvere e corpi minori gravitanti intorno ai soli in formazione. 

Alla periferia di una comune galassia, la Via Lattea, oggi del diametro di centomila anni luce e con cento miliardi di stelle, circa sette miliardi di anni fa una nube di gas e polvere prese a addensarsi dando inizio al sistema solare. Protosole fu il luogo dello spazio cosmico dove si concentrò gran quantità di idrogeno più tracce degli altri elementi chimici. E gravità fu la prima forza che agì concentrando tale  nube di idrogeno verso il suo centro in una forma sempre meglio definita e sferica. Ma tale protosole ruotava e la forza centrifuga prese a spandere dal suo equatore un disco di materia sempre più largo e piatto, disco con strato centrale di elementi più pesanti che si aggregano in polvere, meteore, asteroidi, e due strati, sopra e sotto, di materiali più leggeri come idrogeno, acqua, metano e altri gas ancora misti a polvere, che formeranno comete. Così dopo un miliardo di anni il disco intorno al protosole era ancora di polvere e gas ma sempre più ricco di asteroidi e comete: un disco caotico di corpi sempre più grandi ruotava e insieme si separava in anelli data la diversa velocità di rotazione delle sue zone intorno al sole che nasceva. Poi in ogni anello un corpo maggiore prese a crescere più dei vicini: prevaleva in attrazione e accumulava più frammenti, pioggia incessante di meteore, asteroidi e comete lo bombardava ma intanto lo ingrandiva e appesantiva. In un caos di pezzi gravitanti presero a prevalere i nuclei di aggregazione di tutti i futuri pianeti, a parte la fascia degli asteroidi che per l’influsso gravitazionale di Giove non si addenserà mai.

La  Terra

Genesi inizia circa 4,5 miliardi a.f. prendendo forma nel terzo anello intorno al sole, ma la cosa non fu poi così semplice. Perché la Luna ha densità minore della Terra, con piccolo nucleo di ferro e rocce affini a quelle della crosta e mantello terrestri; inoltre si allontana quattro centimetri ogni anno: che senso ha? Gli astronomi ci si sono impegnati e ne è nata la teoria di una spaventosa collisione.

La Terra in formazione compiva uno dei suoi tanti viaggi intorno al sole ma sulla stessa orbita, o vicina, ruotava il pianeta Theia grande circa come Marte e 4,5 miliardi a.f. i due si scontrano. Nel fracasso parte del mantello dei loro corpi si polverizza per poi in parte ricadere sulla Terra e parte restare in orbita dando l’anello che poi formerà la Luna, che infatti conserva il moto centrifugo. Forse gli impatti furono due perché il primo impatto, descritto, non avrebbe dato il materiale bastante per la massa lunare, ma formato un satellite basso che ricadendo avrebbe dato ulteriore materia all’anello da cui nascerà la Luna.

Per milioni d’anni, nei milioni di giri intorno al nascente sole, il pianeta come un solerte spazzino raccolse tante briciole e l’incessante pioggia di meteore, asteroidi e comete addensò la terra, ma fu tanto intensa da portare il neopianeta a migliaia di gradi. Tutto era fuso, anche le rocce più dure. La gravità che aveva unito quel caos fluido agì in modo differenziato: gli elementi pesanti presero a calare in basso, verso il centro, i più leggeri in alto, alla periferia. Così fluido il pianeta prese a stratificare dando strati concentrici dai più densi ai meno densi, intanto tutto il sistema si raffreddava e gli atomi reagirono in molecole e queste si aggregarono in corpi come rocce amorfe, cristalli, gocce, nuvole. Si era definita una palla più densa circondata da una atmosfera ricca di gas vari compreso il vapore acqueo che formava nubi anzi un’unica enorme nuvola intorno alla densa sfera rocciosa. La temperatura era alta, migliaia di gradi, ma il magma fluido già definiva strati tra cui, il più esterno, una pellicola solida però di continuo deformata, lacerata, forata da colate di lava che usciva. Un inferno: una landa rocciosa di vulcani e colate laviche sotto il cupo manto di una atmosfera opaca e soffocante di caldo; qualcosa di simile a Venere oggi. La caduta di corpi celesti stava diminuendo, perdendo calore si raffreddava dando un minor moto dei suoi frammenti e una più quieta definizione degli strati. 

Nel frattempo il proto-sole divenne sole ovvero si accese e col suo calore creò un tale impetuoso vento solare che scacciò gli spessi involucri gassosi dai pianeti interni, da Mercurio a Marte, mentre resteranno, data la distanza, a Giove e agli altri pianeti esterni. Resteranno pianeti piccoli la cui atmosfera si riformerà coi gas e vapori dall’interno emessi con attività vulcaniche. Tutti con nucleo caldo, un mantello di correnti convettive e oceani di lava come superficie che però si raffreddava in crosta basaltica, che rimarrà a mari della luna e fondali oceanici sulla terra, rotta da vulcani e spinta a accumularsi nelle prime catene di monti, da cui verranno le terre alte lunari e primi continenti terrestri. Guardando in una limpida notte il nostro satellite vediamo un museo naturale, un corpo com’era tre miliardi d’anni fa. Allora Terra e Luna si esibivano a palle rocciose butterate da innume-revoli crateri meteorici, con catene montuose, terre alte e terre basse, sul nostro pianeta riempite d’acqua: dovevano davvero somigliarsi.

Perse calore e quando la temperatura in superficie scese sotto i cento gradi non tutta l’acqua che cadeva dalle nuvole rievaporò sulle rocce roventi; molta si ma non tutta, e prese a scivolare sulle rocce più basse. Piovve per migliaia di anni e l’insistente fenomeno iniziò a creare rigagnoli, ruscelli e fiumiciattoli in un paesaggio desertico ancora caldo, dando negli avvallamenti i primi laghi sempre più estesi, i primi mari. Qualcosa del genere sembra sia avvenuto anche su Marte. Piovve: tanta la quantità di vapore concentrata nell’aria in densa nebbia, tanto e così a lungo piovve che trasbordò gran parte dell’acqua dal cielo alla terra. La totale continua nube che avvolgeva il pianeta si frammentò in migliaia di nuvole sempre più ridotte, diciamo normali per le nostre usualità, e l’umidità del cielo che si trasferiva sulla terra creò il nuovo strato dell’oceano. Un unico illimitato oceano avvolse la sfera di rocce che, inquieta, di continuo rimodellava coi primi eventi tettonici, coi corrugamenti e la fitta punteggiatura dei vulcani che presto emersero come isolette e isole. Poi nacquero i primi continenti.

Struttura in Strati, 4000 maf già paragonabili agli attuali.

Litosfera o sfera delle rocce è di gran lunga la più voluminosa parte planetaria che la gravità separa in strati. Al centro il Nucleo o NIFE formato dai pesanti elementi metallici tra cui nichel e ferro, denso 12 grammi ogni cm³, 12 Kg per litro o decimetro cubo, a temperatura di almeno 15000 °C. Intorno il Mantello o SIMA, magma di rocce ricche di silicio e magnesio denso 5,5 grammi al cm³, temperatura di 2-3000 °C, da cui vengono le colate laviche che creano i vulcani e le spinte che muovono i continenti e sollevano montagne. Su di lui galleggia la Crosta o SIAL di rocce leggere con prevalenza di silicio e alluminio, densa 2,5 gr/cm³ e temperatura normale, fredda: pelle solida ma deformabile della sfera delle rocce stesa tra fondo oceanico e continenti. 

Idrosfera o sfera d’acqua si distingue in solida o ghiaccio, in cima alle alte montagne e nelle calotte polari, liquida che si adatta in basso e può separarsi in acque interne ai continenti o dolci cioè ruscelli, fiumi, laghi, stagni, paludi, e in acque esterne o salate dei mari e oceani. Infine il vapore acqueo, disperso nell’aria trasparente o addensato nelle nuvole. Ne riparleremo a proposito dei climi.

Atmosfera che per il peso stratifica in troposfera, dal suolo fino a circa 10 Km di altitudine, poco sopra le più alte montagne, stratosfera fino a 50 Km, mesosfera fino a 80 Km e ionosfera che sfuma nello spazio a 100 Km di altezza.

Moti avvengono in tali materiali e causano numerosi importanti effetti. La terra è sempre soggetta a differenze termiche, tra interno e esterno, tra equatore e poli, eccetera, e ciò causa il comune fenomeno della Convezione: un fluido soggetto a differenza termica crea al suo interno dei moti ciclici detti correnti convettive. Il materiale vicino alla fonte di calore si scalda quindi si dilata aumentando di volume, così diminuisce di densità e diventa più leggero per cui tende a galleggiare originando una corrente ascensionale. Il materiale presso la zona fredda viene raffreddato per cui si restringe, diminuisce di volume e aumenta di densità diventando così più pesante rispetto al materiale intorno; perciò tende a sprofondare dando una corrente discendente. Tipicamente si crea un circolo o cella di quattro correnti: ascendente, orizzontale superiore, discendente, orizzontale inferiore, con effetto di portare calore dalla zona calda alla fredda; ma anche con altre importanti conseguenze.

Vuoi un esempio di fluido soggetto a differenza termica? Metti dell'acqua in una pentola su fornello acceso, vedrai meglio i moti usando una pentola trasparente o pirofila, e mettendo nell'acqua un po' di riso o pasta piccola o altro materiale facilmente trasportabile dalle correnti. Ma anche ritrovi la convezione nella circolazione atmosferica dei venti, dalle locali brezze agli enormi fiumi stratosferici delle correnti a getto, nel magmatico mantello dei pianeti rocciosi, nelle gigantesche atmosfere di Giove e pianeti maggiori, nella fotosfera del Sole. 

Mantello è il tipico fluido soggetto a dislivello termico: scaldato dal nucleo il magma dilata, sale e per spinta innalza il sottile fondo degli oceani dando le dorsali, che il suo calore dissemina di vulcani e magma raffreddato o basalto. Poi la corrente orizzontale scivola sotto la crosta che trascina a dare lo scorrimento del fondo oceanico e la deriva dei continenti. Quindi, ormai fredda, discende in subdu-zione creando gli stretti e ripidi sprofondamenti delle fosse oceaniche dove il fondo dell’oceano si accumula per grandi spessori o geosinclinali che, quando verranno fortemente strizzati, anche per arrivo di un continente, si solleveranno fino a sporgere dal mare prima come fila di isole presso il continente e poi in una nuova catena di montagne addossata-attaccata a questo. Questa dinamica divide la crosta planetaria in grandi placche o zolle (figura) come porzioni di fondo oceanico con sopra appoggiati i continenti, continuamente mosse le une rispetto alle altre dalle sottostanti correnti del mantello. Ai bordi nascono dorsali e fosse accompagnate da intensa attività vulcanica e tellurica, come pure arcipelaghi e catene montuose per accumulo e corrugamento delle rocce. Così la legge dei moti convettivi è causa della tettonica a zolle col suo, maestoso incessante rimodellamento geografico del pianeta Terra.

E gli umani se ne vanno da millenni nella miniera a estrarre il salgemma. Ma la miniera era, molto prima di loro, un giacimento seppellito da altre rocce e derivato da un accecante deserto di sale, che nacque da un lago salato come braccio di mare chiuso da un sollevamento montuoso. Perciò non solo oceani e continenti ma ogni pezzo, fino alla singola roccia e minerale, ha la sua piccola storia

inserita nella grande storia geologica della Terra.

Fossili  e  Ere

Mary Anning girava sulle scogliere presso la sua cittadina di Lyme Regis, Inghilterra, quando nel 1810 scoprì un fossile marino più tardi riconosciuto ittiosauro, presto seguito dai primi scheletri completi di ittiosauri e plesiosauri. Così questa ragazzina di undici anni inserì nello studio sui viventi la dimensione tempo, spingendo ai radicali mutamenti del pensiero scientifico riguardo alla storia della terra.

Rocce: archivio pietrificato, ricco scrigno di eventi remoti che ci porta a viaggiare nel tempo, per infine visualizzarci la storia del pianeta. Si usano due metodi per valutare l'età degli eventi li registrati. Il primo consiste nel confrontare l'ordine cronologico di due o più strati rocciosi: la stratigrafia è nucleo originario delle Scienze della Terra, enunciata da Stenone, Niels Stensen, fin da metà del ‘600. Il secondo metodo consente di misurare in modo assoluto l'età di una roccia, è molto più recente, 20° secolo: le rocce spesso contengono elementi instabili, isotopi radioattivi che in un intervallo di tempo costante e tipico per ognuno si trasformano in elementi stabili. Con tecniche particolari si possono contare quanti isotopi instabili sono rimasti da quando la roccia si è formata, potendo di conseguenza determinarne l'età. Così percorrendo a ritroso enormi intervalli di tempo detti eoni o ere o periodi prendiamo visione, come in una fantasmagorica macchina del tempo, degli eventi che hanno scandito la storia della Terra.

In proposito è di uso comune l'espressione era geologica: è improprio, ma non casuale. In effetti, prima che fossero individuate rocce più antiche delle paleozoiche, la scala dei tempi era divisa in ere a loro volta distinte in periodi: si studiavano i fossili dei Vertebrati ma giunti alla loro origine ci si fermava. Dopo si scoprì che i tempi del pianeta erano ben più lunghi e vasti lassi avevano precorso la già enorme era Paleozoica: nata per necessità, l’era che precede il Cambriano o Precambriano o Archeozoico fu divisa in periodi; ma la scala dei tempi geologici risultava sproporzionata e fu ridefinita introducendo gli eoni. Attualmente si articola il Precambriano nei tre lunghi eoni Adeano, Archeozoico, Proterozoico, cui segue l’eone Fanerozoico contenente le quattro ere già note. Con le recenti avanzate tecniche di analisi della spettrometria di massa e microscopia elettronica è possibile ricavare dati sulle epoche più remote; anche perché le rocce remote sovente hanno perso i caratteri originali per alterazioni, anche ripetute, dovute ad eventi geologici di orogenesi e erosione.

Cronostratigrafia o scala dei tempi geologici segue il principio di ordinare nel tempo gli eventi cercando di raggiungere i minimi dettagli, rappresenta pertanto un riassunto della storia della Terra. Eoni, ere, periodi e divisioni inferiori sono archi di tempo dai caratteri omogenei e separati tra loro per radicali eventi come estinzioni di massa o diffusioni di certi viventi. Particolari riconoscibili negli strati di rocce della stessa età come tracce fossili di viventi, condizioni dell'aria, acqua, suolo, clima, così potendo risalire alla genesi del pianeta nelle sue zone, litosfera, atmosfera, idrosfera, biosfera, e loro interazioni.

Citiamo i grandi eventi mentre i dettagli saranno esaminati coi singoli gruppi animali.

Adeano da 4,6 a 4 miliardi di anni fa

Nel più antico eone nasce il pianeta, con la prima crosta solida, la primitiva atmosfera e un’ampia idrosfera. Per 200 milioni di anni la materia di frammenti planetari si aggregò, circa 4,4 miliardi af la Terra acquisì le dimensioni definitive e cominciò a formarsi la sottile crosta di cui si è persa completamente traccia, probabilmente simile a quella che si trova oggi negli altopiani lunari. Era davvero sottile e rotta dalla intensa attività vulcanica ma il mantello fuso che si affacciava nelle fessure liberava pure gas che dettero un'atmosfera ben diversa dall’attuale formata principalmente da vapore, metano, anidride carbonica, elio, azoto; il raffreddamento crescente della superficie favorì poi il condensarsi del vapore fino a dare il mare primitivo. Molta altra acqua giunse con le comete e meteoriti che copiosamente bombardavano la terra: l'analisi del contenuto d'acqua di alcune meteoriti e ancora di più delle comete conferma che fu proprio questa la fonte prevalente dell’idrosfera. Si usa far terminare l’Adeano con l'età delle rocce più antiche.

Archeozoico da 4000 a 2500 milioni di anni fa o maf

Geologia la roccia più antica finora scoperta si trova in una zona del Canada: è una roccia metamorfica, uno gneiss, risalente a 3.962 maf; altre antichissime rocce, sempre metamorfiche e datate 3.824 maf, si trovano in Groenlandia mentre in Australia occidentale alcuni minerali tipici risalgono addirittura a 4.200 maf. Si ritiene pertanto che circa 4 miliardi di anni fa già fosse in atto il formarsi di una crosta continentale distinta dalla crosta basaltica sottostante che resta a fondo oceanico. Successivamente le rocce testimoni di tale basilare dinamica si fanno più frequenti: sempre in Australia ovest rocce di un lungo periodo, da 3600 a 2500 maf, suggeriscono come già allora piccoli blocchi di crosta continentale fossero in movimento su una crosta di tipo oceanico.

Biologia certo il sommo evento che colora l'eone è l’origine della vita. Tra i più antichi fossili descritti vi sono alcune forme filamentose o sferoidali interpretate come batteriche provenienti dalla formazione di Pilbara in Australia occidentale e dalla formazione di Fig Tree in Sud Africa, risalenti a 3500-3100 maf. Di enorme valore perché mostrano che già allora si era formata materia vivente. Vedremo nel capitolo Sostanza Vivente la suggestiva simulazione di come ciò sia potuto accadere a partire dai gas dell’atmosfera primordiale, svolta nel 1953 in laboratorio dai chimici statunitensi Stanley Miller e Harold C. Urey.

Proterozoico da 2500 a 570 milioni di anni fa o maf

Geologia le correnti del mantello presero a corrugare il fondo degli oceani in primeve catene mon-tuose: cumuli di rocce si stagliavano su lande deserte dominate da vento, pioggia e sbalzi termici che fessuraro-no fino a far crollare quegli antichi bastioni. Poco alla volta si disfecero, rotolarono in basso, trascinati da remoti fiumi dettero iniziali rocce sedimentarie e le prime pianure come deserti di sassi e sabbia: l’eone vede nascere gran parte delle rocce formanti i nuclei centrali o cratoni dei continenti attuali, in figura. Mentre nascevano le prime terre emerse già erano in deriva sul fluido mantello sottostante, più volte nei milioni di anni scontrandosi e separandosi. Tracce paleomagnetiche attestano