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Cambiamenti climatici estremi e prima evoluzione animale

Un team internazionale di scienziati, che include geochimici dell’Università della California, Riverside, ha scoperto l’esistenza di un collegamento fra cambiamenti climatici estremi, comparsa dell’ossigeno ed evoluzione primordiale della vita sul nostro pianeta.

Ricercatori al lavoro sulla Formazione Doushantuo in Cina, nota per aver fornito dati scientifici di fondamentale rilevanza scientifica sulla vita nel Precambriano.

Una rilevante crescita dei livelli di ossigeno atmosferico è sempre stata ritenuta la spinta iniziale da cui avrebbe preso avvio l’evoluzione primordiale degli organismi animali.

Secondo l’opinione degli studiosi, circa 530 milioni di anni fa sarebbe avvenuta la cosiddetta “esplosione cambriana”, una sorta di comparsa realizzatasi in tempi brevi – geologicamente parlando – di molti phyla di animali complessi, evento che sarebbe stato accompagnato da una intensa e rapida diversificazione ed espansione di forme.

I resti fossili che testimoniano questo rapido passaggio segnerebbero una netta differenza tra le forme unicellulari vissute prima di questo evento e le forme pluricellulari che sarebbero seguite.

L’origine di questa “esplosione” di vita nel Cambriano andrebbe associata all’aumento di ossigeno nell’atmosfera terrestre quale conseguenza della fine della grande glaciazione che aveva trasformato la Terra in una sorta di palla di ghiaccio (Teoria della Snowball Earth).

Mentre le dirette relazioni di causa-effetto fra evoluzione dell’ambiente e vita animale rimangono al centro di un acceso dibattito, anche la relativa ricerca è stata finora resa difficile dalla mancanza di una prova evidente dell’aumento effettivo di ossigeno atmosferico da potersi correlare con la comparsa dei primi organismi animali.

Questo, fino ad oggi.

Sulla rivista Nature, il team di ricerca, guidato da scienziati dell’Università del Nevada, Las Vegas, parla della individuazione della prima prova di un diretto legame tra le tendenze nella diversificazione dei primi organismi animali e i cambiamenti avvenuti nei processi climatici del “sistema Terra”.

Il dato fossile riguarda un marcato incremento di forme animali e di alghe fossili attorno ai 635 milioni di anni fa. L’esame di rocce di origine organica nel Sud della Cina rivela un improvviso innalzamento nei livelli di ossigenazione degli oceani in concomitanza con la fine di una rilevante glaciazione.

Da dove veniva tutto questo ossigeno?

Una prima ipotesi aveva previsto che il livello di ossigeno atmosferico durante la fase glaciale sarebbe stato prima indotto e poi via via incrementato dall’azione dei vulcani che, con le loro continue emissioni di CO2 nell’aria, a causa dell’impossibilità di sciogliersi in soluzione per mancanza di acqua allo stato liquido, avrebbero favorito un graduale, lento e progressivo riscaldamento dell’atmosfera terrestre, avviando un concomitante effetto serra 350 volte maggiore di quello in atto al giorno d’oggi.

La formazione Doushantuo

La formazione di Doushantuo, in Cina, dal cui studio parte questa indagine, è uno dei letti fossili conosciuti come i più antichi e meglio conservati, con la presenza di miliardi di individui datati 635 milioni di anni alla base degli strati e circa 551 alla sommità.

E’ una formazione che riveste particolare interesse perché sembra costituire il confine tra gli organismi problematici del periodo geologico Ediacarano, l’ultimo periodo pre-Cambriano, e la fauna comparsa con l’esplosione cambriana accennata sopra.

L’intera sequenza poggia su una sottostante formazione priva di fossili e questo sta ad indicare un periodo di precedente erosione, documentata peraltro dalla presenza di ciottoli e depositi glaciali quale conferma dei resti dell’ultima estesa glaciazione (Snowball Earth).

Gli organismi che stanno al confine della formazione risultano problematici perché non sono mai stati definiti animali, batteri o esseri viventi imparentati in qualche modo con organismi animali.

Si suppone fossero organismi unicellulari primitivi, embrioni delle prime forme viventi, probabilmente mesomicetozoi, organismi ancora non catalogabili, la cui funzione è ancora oggetto di discussione tra gli scienziati.

“I risultati dello studio svolto sulla formazione cinese forniscono la prima prova, cercata a lungo e finalmente rinvenuta, di un cambiamento dei livelli di ossigeno nel periodo successivo all’evento climatico più importante nella storia della Terra, la  glaciazione chiamata “Snowball, o palla di neve” ha detto Timothy Lyons, professore di biogeochimica alla UC Riverside.

“Nelle registrazioni geologiche abbiamo rilevato alte concentrazioni di fosforo negli oceani relative al periodo immediatamente seguente gli eventi della “Snowball Earth” aveva dichiarato già nel 2010 Noah Planavsky, un ex-studente della UC, collaboratore di Lyons, ora al Caltech.

Queste alte concentrazioni, allora, erano state imputate all’erosione delle terre ad opera di agenti chimici e atmosferici legati al disgelo dei ghiacciai dell’intero pianeta, per cui l’incremento dell’ossigeno, che avrebbe favorito la nascita di organismi vitali complessi, avrebbe potuto essere stato una conseguenza dell’aumento dei processi di fotosintesi favoriti dalla presenza di fosforo, secondo quanto confermava anche Enriqueta Barrera, direttore della sezione di Scienze della Terra del NSF (National Science Foundation), fornendo così una seconda ipotesi sull’aumento dell’ossigeno.

Il team di ricerca della UC Riverside ha ora analizzato la concentrazione di metalli in tracce e degli isotopi di zolfo, rivelatori dei primi livelli di ossigeno, rinvenuti nella formazione Doushantuo, rilevando, nella concentrazione dei metalli in tracce, picchi che confermano livelli di ossigeno più elevati nell’acqua di mare su scala globale.

“Abbiamo trovato livelli di molibdeno e vanadio nelle peliti della formazione Doushantuo che necessitavano di un oceano globale ben ventilato e molto ossigenato, un contesto ambientale adatto per una prima diversificazione della vita animale”, ha detto Planavsky.

Le concentrazioni elevate degli elementi trovate nelle rocce della Cina meridionale sono paragonabili ai sedimenti oceanici moderni e testimoniano un aumento sostanziale di ossigeno nel sistema “oceano-atmosfera” di circa 653 milioni di anni fa.

Questa terza ipotesi sull’incremento dell’ossigeno atmosferico proposta ora presuppone il  seppellimento di carbonio organico a seguito di una maggiore disponibilità di nutrienti dopo il clima di freddo estremo della glaciazione “Snowball Earth”, quando il ghiaccio avvolgeva gran parte della superficie terrestre.

Sulla rivista Nature Lyons e Planasky sostengono che un surplus di nutrienti associato alle ampie glaciazioni poteva in realtà aver avviato un intenso seppellimento di carbonio e favorito quindi l’ossigenazione.

Secondo i due studiosi, il seppellimento di carbonio organico, partendo da organismi fotosintetici nei sedimenti oceanici, avrebbe comportato il rilascio di grandi quantità di ossigeno nel sistema “oceano-atmosfera”.

Le ipotesi prospettate per l’aumento di ossigeno atmosferico hanno tutte una concreta validità e non si esclude neppure possano avere giocato ruoli concomitanti nella realtà.

“Siamo lieti che i dati forniti dalla presenza dei nuovi metalli negli scisti del Sud della Cina sembrino confermare gli eventi da noi ipotizzati”, ha affermato comunque Lyons, ponendo comunque in evidenza – comprensibilmente – il lavoro svolto dalla sua èquipe.

Leonardo Debbia
13 novembre 2012

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