Esplosione cambriana: la comparsa dei primi animali

ESPLOSIONE DEL CAMBRIANO

A partire da 543 milioni di anni fa si verifica sulla Terra un evento straordinario: l’esplosione cambriana. Nel giro di pochi milioni di anni si assiste ad una vera e propria esplosione della biodiversità: gli oceani brulicavano di vita come mai prima di allora. Tra i fossili del Cambriano (543-490 milioni di anni fa) è infatti possibile trovare rappresentanti di tutti i phyla animali odierni, e anche gruppi di animali che si sono estinti senza lasciare discendenti. I giacimenti fossili più famosi, e cioè quelli di Burgess, Chengjiang e Sirius Passet, mostrano che le acque poco profonde dei mari del Cambriano erano popolate soprattutto da artropodi, molluschi e spugne.

L’esplosione del Cambriano porta allo sviluppo di organismi molto diversi da quelli che oggi abitano il nostro pianeta. Un esempio è costituito dagli anomalocaridi, artropodi predatori che fecero la loro comparsa 505 milioni di anni fa e che potevano raggiungere 1 metro di lunghezza. La loro bocca, circolare e non articolata, era affiancata da due appendici raptatorie segmentate che permettevano loro di catturare le prede e di avvicinarle alla cavità orale. Tra queste vi erano forse i trilobiti, artropodi che fecero la loro comparsa 521 milioni di anni fa. Nei mari del Cambriano nuotava anche Pikaia gracilens, un cordato vagamente simile a un pesce: si tratta, probabilmente, di un nostro lontanissimo antenato! L’animale era infatti percorso, per tutta la sua lunghezza, da una struttura dorsale che sembra essere una notocorda.

FAUNA DI EDIACARA

Prima dell’esplosione cambriana gli oceani non erano spogli di vita, ma abitati da organismi dalle caratteristiche quasi aliene. Gli oceani dell’Ediacarano (634-543 milioni di anni fa), il periodo geologico che precede il Cambriano, erano infatti abitati da creature molto particolari. Queste si erano differenziate circa 575 milioni di anni fa in seguito a un’altra importante radiazione evolutiva, meno conosciuta: l’esplosione di Avalon. La fauna di Ediacara comprendeva organismi la cui collocazione all’interno dell’albero della vita è misteriosa e molto dibattuta. Non si è neanche sicuri che fossero tutti animali! Molti di questi, infatti, presentavano caratteristiche uniche: Tribrachidium, per esempio, mostrava una simmetria triradiale, come il simbolo della Sicilia!

Ma allora, se la vita era diffusa negli oceani anche prima di 543 milioni di anni fa, perché parlare di “esplosione del Cambriano”? In primo luogo perché la scoperta di fossili risalenti all’Ediacarano è avvenuta soltanto in tempi relativamente recenti. È solo dal 1956, infatti, che questi cominciano ad essere studiati con interesse dalla comunità scientifica. Prima della loro scoperta si pensava che nel Precambriano non si fossero ancora sviluppate forme di vita pluricellulare complessa. Va aggiunto inoltre che è con l’esplosione cambriana che si assiste alla comparsa di tutti i moderni phyla animali; gran parte della fauna di Ediacara sembra invece non aver prodotto discendenti.

CAUSE DELL’ESPLOSIONE DEL CAMBRIANO

Non è ancora chiaro cosa abbia scatenato l’esplosione cambriana: probabilmente alla base di questa radiazione evolutiva vi furono diverse cause. Si può però affermare con certezza che la comparsa della bilateria giocò un ruolo fondamentale nel determinare il successo evolutivo di questi organismi sulla fauna di Ediacara. La simmetria bilaterale è particolarmente vantaggiosa per gli animali, in quanto costituisce il presupposto per un successivo processo di cefalizzazione. La formazione del capo e la concentrazione degli stimoli nervosi verso una direzione preferenziale comporta una maggiore possibilità di specializzazione e, di conseguenza, maggiori capacità adattative. Oggi la simmetria bilaterale è molto comune nel mondo animale; rimangono esclusi soltanto spugne e cnidari (come polipi e meduse), che presentano invece una simmetria radiale.

Le altre cause dell’esplosione cambriana possono essere divise in due categorie principali. Alcune sono da ricercare nella variazione di determinate condizioni ambientali, come l’innalzamento del livello del mare o la variazione delle temperature medie globali. Questi cambiamenti esercitarono sugli animali un’importante pressione evolutiva: alcuni organismi si estinsero, altri riuscirono ad adattarsi e si differenziarono per riempire le nicchie ecologiche libere. Altre cause dell’esplosione del Cambriano, invece, hanno a che vedere con importanti cambiamenti negli ecosistemi: per esempio, la comparsa della predazione e l’acquisizione, da parte di alcuni animali, di abitudini fossorie.

Variazione delle condizioni ambientali

Alcuni studi suggeriscono che l’innalzamento del livello del mare e l’erosione delle spiagge abbiano comportato la liberazione in acqua di grandi quantità di calcio e fosforo. Questo avrebbe permesso l’avvento della biomineralizzazione, che fece la sua comparsa proprio con l’esplosione del Cambriano. I processi di biomineralizzazione permisero agli animali del tempo di costruire strutture anatomiche con funzione di sostegno e protezione: le conchiglie, per esempio. Questo fu probabilmente reso possibile anche da un aumento della concentrazione di ossigeno nell’atmosfera. Una maggiore presenza di ossigeno avrebbe infatti permesso l’adozione di stili di vita più dispendiosi dal punto di vista energetico (come la biocostruzione di una conchiglia).

Un’altra teoria, quella della Snowball Earth, suggerisce che l’esplosione del Cambriano sia stata promossa da una glaciazione avvenuta nell’Ediacarano superiore, appena prima dell’inizio del Cambriano. Questa, la glaciazione baykonuriana, sarebbe stata l’ultima di una serie di glaciazioni che colpirono la Terra durante il Precambriano. Secondo questa teoria la glaciazione in questione avrebbe esercitato una fortissima pressione evolutiva sugli organismi che abitavano negli oceani dell’Ediacarano, portando così all’esplosione cambriana.

Cambiamenti negli ecosistemi

La maggiore concentrazione di ossigeno e l’innalzamento delle temperature alla fine della glaciazione resero possibile per gli animali l’adozione di stili di vita più dispendiosi dal punto di vista energetico. Questo determinò conseguenze importantissime nella struttura degli ecosistemi, che diventarono molto più dinamici e complessi. Un evento di importanza fondamentale per l’esplosione del Cambriano è la comparsa della predazione. La fauna di Ediacara, a differenza di quella cambriana, si nutriva in maniera passiva, assorbendo le sostanze organiche dall’acqua circostante. La comparsa della vita e poi dei primi predatori ebbe come conseguenza la nascita della biomineralizzazione, che permise ad alcuni animali di dotarsi di strutture di protezione.

Altri animali, invece, acquisirono abitudini fossorie, e scatenarono la rivoluzione agronomica, o rivoluzione del substrato cambriano. La bioturbazione del fondale oceanico, e cioè l’interazione degli animali con i sedimenti, portò alla ridistribuzione dei sedimenti stessi e delle sostanze nutritive nel fondale. Prima dell’esplosione cambriana gli organismi viventi abitavano su un tappeto microbico e gli ecosistemi si basavano su un’interfaccia bidimensionale acqua-sedimento. La rivoluzione agronomica e la comparsa della predazione determinarono l’apertura di nuove nicchie ecologiche e lo sviluppo di ecosistemi più complessi rispetto a quelli precedenti.