3.

La comparsa della vita sulla Terra

La formazione della Terra si fa risalire a 4,5 miliardi di anni fa. Le prime cellule apparvero probabilmente dopo un miliardo di anni, circa 3,5 miliardi di anni fa: a tale periodo risalgono le rocce in cui sono stati effettuati i ritrovamenti delle cellule più antiche, com’è stato possibile determinare attraverso metodi di datazione con isotopi radioattivi. Non vi sono ancora certezze riguardo ai processi che portarono alla formazione di una primordiale struttura cellulare; le numerose teorie sembrano comunque concordare sul fatto che, a un certo punto, dovette verificarsi a partire da molecole inorganiche la formazione spontanea di unità autoreplicanti, in senso lato analoghe a ciò che attualmente si intende per geni.

1.

L’esperimento del “brodo primordiale”

La Terra primordiale possedeva un’atmosfera riducente, contenente probabilmente metano, ammoniaca, anidride carbonica, azoto e altri gas (che oggi si trovano in abbondanza in altri pianeti del sistema solare), ma non molecole organiche, fondamentali costituenti degli organismi viventi. Il pianeta era ricoperto da oceani; la sua superficie era sconvolta da temporali di gran lunga più violenti di quelli attuali, in occasione dei quali venivano liberate grandi quantità di energia e di scariche elettriche.

Nel 1922 il biologo russo Aleksandr Ivanovič Oparin ipotizzò che, anteriormente della nascita delle prime cellule, vi fosse stato un processo casuale di trasformazione di alcune molecole inorganiche in molecole organiche, ossia una sorta di evoluzione delle molecole (evoluzione prebiotica). Fu nel 1953, con gli esperimenti del biochimico statunitense Stanley Miller, che tale ipotesi fu sperimentata: in un pallone di vetro fu introdotta una miscela di acqua e gas (metano, anidride carbonica, ammoniaca, azoto) e si fornì energia tramite scariche elettriche. La miscela intendeva ricostruire il “brodo primordiale”, ovvero l’ambiente degli oceani che ricoprivano la Terra primigenia.

In tali condizioni, Miller registrò un processo spontaneo di sintesi di alcune molecole organiche, tra cui amminoacidi (quali la glicina e l’alanina), nucleotidi (unità fondamentali del DNA e dell’RNA), formaldeide, acetaldeide, urea, acido lattico, acido succinico, acido formico. L’esperimento non dimostrò che la vita dovette avere origine da un simile processo, ma che le condizioni ambientali che si ritiene esistessero sulla Terra primordiale rendevano possibile la formazione di importanti molecole organiche a partire da composti inorganici.

2.

Evoluzione prebiotica: la prima molecola autoreplicante

Se sulla Terra primordiale si verificarono fenomeni di sintesi spontanea di molecole organiche, un passo fondamentale verso la nascita delle prime forme di vita dovette essere la sintesi della prima molecola capace di autoreplicarsi, ovvero di produrre copie di se stessa. Oggi la molecola fondamentale dotata di tale proprietà è ritenuta il DNA; molti ricercatori ritengono, tuttavia, che il DNA non sia stato la prima molecola autoreplicante, perché la sua duplicazione richiede meccanismi complessi ed enzimi, che si ritiene non potessero esistere in quella fase. Secondo le ipotesi più accreditate, il DNA si sarebbe evoluto da un altro acido nucleico, l’RNA.

In seguito a questo evento, la popolazione di molecole autoreplicanti presente nel brodo primordiale potrebbe essere stata sottoposta a una pressione selettiva analoga a quella descritta da Darwin come selezione naturale. Nella popolazione si sarebbero, cioè, formate delle molecole mutanti, a causa di errori che comparivano casualmente durante la duplicazione: le varianti in grado di replicarsi in modo particolarmente efficiente sarebbero divenute dominanti nel brodo primordiale, mentre le varianti a replicazione inefficiente si sarebbero gradualmente ridotte di numero, fino a scomparire. Questo tipo di selezione, che potrebbe essere nata dalla competizione da parte dei diversi tipi di molecole autoreplicanti per le molecole organiche costitutive presenti nel brodo primordiale, potrebbe avere condotto a una sempre maggiore efficienza delle molecole replicanti.

Sempre nella direzione dell’origine delle forme di vita cellulari, altri eventi chiave potrebbero essere stati l’associazione delle molecole autoreplicanti ad altre molecole (forse proteine) in complessi sovramolecolari e la formazione di strutture membranose, in grado di costituire un ambiente, chiuso e controllato, in cui potessero avvenire reazioni chimiche differenti da quelle dell’ambiente esterno.

3.

Origine della vita

Queste prime formazioni limitate da una membrana potrebbero essere stati i primi organismi unicellulari, simili a batteri, di cui conserviamo la documentazione fossile, risalente a circa 3,5 miliardi di anni fa. I passi successivi nell’evoluzione di organismi viventi sempre più complessi può essere visto come il tentativo di costruire strutture sempre più efficienti nel permettere alle molecole autoreplicanti di sopravvivere e riprodursi indefinitamente.

Resti fossili abbondanti si trovano solo a partire dal periodo Cambriano, ossia a circa 570 milioni di anni fa, quando era già comparsa la maggior parte dei principali phyla animali e vegetali. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che le forme di vita precedenti al Cambriano erano prive di parti scheletriche rigide, come ossa e denti, e dunque non fossilizzavano facilmente. I primi vertebrati fecero la loro comparsa tra 300 e 400 milioni di anni fa; erano creature simili a pesci, interamente ricoperte di pesanti armature, che forse rappresentavano un sistema di protezione contro gli euripteridi, giganteschi predatori marini, simili a scorpioni, che infestavano i mari a quel tempo.

L’uscita dall’acqua e la colonizzazione della terraferma deve essere avvenuta circa 250 milioni di anni fa, prima da parte di pesci con pinne lobate e polmoni, poi degli anfibi e, infine, da parte di animali considerati simili ai rettili. I mammiferi e, in seguito, gli uccelli si sono originati da due linee evolutive differenti dei rettili. La rapida differenziazione dei mammiferi nella ricca varietà di specie che possiamo osservare anche oggi, dall’opossum all’elefante, dai formichieri alle scimmie, sembra essere stata favorita dal vuoto lasciato dalla catastrofica estinzione dei dinosauri, avvenuta circa 65 milioni di anni fa.

Oltre al regno animale, altre linee evolutive sono raggruppate nei regni delle piante, dei funghi e dei protisti, tutti appartenenti al grande raggruppamento degli eucarioti (con cellule caratterizzate da un vero nucleo, delimitato da membrana). Contrapposti agli eucarioti sono i procarioti, organismi unicellulari che comprendono archeobatteri, eubatteri e cianobatteri. Il passaggio da procarioti a eucarioti sembra essere avvenuto 1,4 miliardi di anni fa. Una teoria accreditata è quella endosimbiontica, proposta dalla biologa statunitense Lynn Margulis, secondo la quale alcuni batteri capaci di utilizzare l’ossigeno e altri in grado di effettuare la fotosintesi avrebbero potuto essere inglobati da batteri anaerobi e, con il tempo, evolversi come mitocondri e cloroplasti, cioè come organuli tipici delle cellule eucarioti.

4.

Evoluzione umana

La nostra specie si è evoluta all’interno del gruppo delle scimmie antropomorfe africane, grazie a un passaggio evolutivo avvenuto qualche milione di anni fa. In base ad alcune prove molecolari, l’ultimo antenato comune a specie umana, scimpanzé e gorilla risalirebbe a non più di cinque milioni di anni fa. I resti fossili dei nostri diretti antenati ci mostrano diverse forme arcaiche di Homo sapiens (fra cui l’uomo di Neanderthal, vissuto in Europa), preceduto da Homo erectus, vissuto circa due milioni di anni fa. Benché Homo erectus sia vissuto in Asia e in Africa, è tuttora oggetto di discussione se esistano discendenti viventi dei membri asiatici di questa specie. Molti antropologi prediligono, infatti, l’ipotesi secondo la quale tutti gli uomini moderni sarebbero derivati da una popolazione africana di Homo sapiens, vissuta meno di 250.000 anni fa e migrata dall’Africa negli ultimi 200.000 anni.

Tra i nostri progenitori, le dimensioni del cervello aumentano progressivamente con l’evolversi delle diverse specie: l’encefalo di Homo erectus era più piccolo di quello di Homo sapiens. Gli antenati immediatamente precedenti al genere Homo sembrano essere stati membri del genere Australopithecus, descritti come scimmie antropomorfe bipedi, con un cervello di dimensioni simili a quello dei moderni scimpanzé. Prima di loro, la nostra linea evolutiva era fusa a quella delle altre scimmie antropomorfe africane, gli scimpanzé e i gorilla, e per circa dieci milioni di anni è stata caratterizzata da adattamenti alla vita arboricola, quali occhi frontali e mani e piedi prensili.

Prima ancora, i nostri antenati erano probabilmente piccoli animali insettivori simili al toporagno, che vivevano di notte in un mondo dominato dai dinosauri. Questi piccoli mammiferi discendevano, a loro volta, dal grande gruppo dei rettili-mammiferi, diffusi prima dell’avvento dei dinosauri (vedi Evoluzione umana).