L’esplosione del Cambriano

Nell’articolo precedente abbiamo parlato delle più grandi estinzioni di massa avvenute nel corso della lunga storia del pianeta Terra. Oggi invece parleremo di una delle più importanti esplosioni di diversità, avvenuta nel periodo Cambriano, che va da 541 a 485 milioni di anni fa. L’evento è così importante che viene chiamato “Biological Big Bang“.

Esplosione di diversità del Cambriano

In questo periodo comparvero una grande quantità e varietà di phyla, alcuni dei quali si estinsero, mentre altri sopravvissero e si possono trovare ancora al giorno d’oggi. Un esempio sono i cordati, un gruppo che comprende i vertebrati, di cui fanno parte pesci, anfibi, uccelli, rettili, mammiferi, e dunque anche noi come specie Homo sapiens. Le trasformazioni più grandi avvennero però in 20 milioni di anni o meno. Un tempo davvero molto breve per i “normali” tempi evolutivi. Per questo, quella del Cambriano è una vera esplosione di biodiversità.

Innovazioni

All’inizio del Cambriano esistevano già animali multicellulari, tuttavia questi erano molto semplici, così come il loro ecosistema privo di predatori. In pochi milioni di anni, gli animali iniziano a evolvere parti del corpo mineralizzate, come ad esempio gusci in carbonato di calcio. Questo fu possibile grazie a un grande afflusso di nutrienti erosi dalle rocce continentali, come calcio e fosforo, che si riversarono in grande quantità negli oceani. Le acque del Cambriano vennero inoltre popolate da artropodi con zampe e occhi composti, predatori con mascelle e denti “aguzzi”, ma anche vermi con branchie piumate.

Quali furono le cause?

Non esiste ancora una risposta certa. Sicuramente vi furono mutamenti ambientali che innescarono successivi cambiamenti evolutivi. In molti pensano che l’ossigeno abbia avuto un ruolo molto importante nell’evoluzione e diversificazione di questi organismi. L’aumento di ossigeno nelle acque degli oceani, che al momento era l’unico ambiente disponibile per gli organismi viventi, stimolò la rapida diversificazione della fauna del Cambriano.

Lo studio

Per validare questa ipotesi, venne misurata la quantità di alcuni minerali all’interno dei sedimenti dei fondali marini dell’epoca, che oggi sono rocce. Questo perché la solubilità di questi minerali dipende da quanto ossigeno è presente nell’acqua. I risultati confermarono la loro ipotesi: le concentrazioni di ossigeno nell’atmosfera, e di conseguenza nell’acqua, aumentarono notevolmente in questo periodo. Secondo gli studiosi, l’ossigeno iniziò ad aumentare 600 milioni di anni fa, raggiungendo un picco 500 milioni di anni fa, poco prima dell’inizio del Cambriano.

O forse no?

Uno studio successivo ribaltò i risultati, suggerendo una diversa interpretazione delle cause di questa esplosione di diversità. Erik Sperling, paleontologo della Stanford University (California) e i suoi colleghi fecero infatti nuove misurazioni, analizzando migliaia di rocce da tutto il mondo, e non notarono un aumento di ossigeno nelle acque di quel periodo. Secondo Sperling, “qualsiasi evento di ossigenazione deve essere stato molto, molto più piccolo di quanto le persone consideravano”. Infatti, secondo molti, “l’evento di ossigenazione avrebbe essenzialmente portato l’ossigeno a livelli moderni. E probabilmente non fu così”.

Che la causa sia un’altra?

Nonostante un nuovo articolo abbia nuovamente dato spazio all’importanza dell’ossigeno come fattore trainante l’esplosione di vita del Cambriano, secondo altri studiosi è necessario focalizzarsi sulle relazioni tra le specie. L’evoluzione dei predatori avrebbe innescato risposte difensive nelle prede, dando inizio a una “corsa agli armamenti“. Le prede iniziarono a vivere in colonie, a sviluppare scheletri mineralizzati, ma anche a rifugiarsi all’interno dei sedimenti, scavando per diversi centimetri nei fondali. In questo modo, i sedimenti diventarono abitabili e fonte di nuove sostanze nutritive.

La fine di una glaciazione

Inoltre, in questo periodo il clima divenne sempre più mite perché il pianeta si stava lentamente riprendendo dopo l’ultima glaciazione. In questo modo, il livello del mare si innalzò, e l’ambiente divenne sempre più ospitale. Le acque del Cambriano che inondarono le zone continentali crearono un ambiente favorevole alla sperimentazione di nuove forme di vita.

La fauna cambriana

Una volta considerate alcune delle ipotesi sulle cause che scatenarono il “Biological Big Bang” del Cambriano, passiamo a descrivere alcuni organismi.

Il trilobite

Uno dei simboli del periodo Cambriano è sicuramente il trilobite, un artropode primitivo dotato di una “corazza” utile per difendersi dai predatori. Possedevano un corpo appiattito e segmentato, e potevano avere dimensioni molto varie: da pochi millimetri a 60-70 centimetri. Ad oggi conosciamo migliaia di specie, esclusivamente allo stato fossile. I trilobiti, infatti, non sopravvissero all’estinzione di massa più importante mai avvenuta sul nostro pianeta, quella di fine Permiano.

Non solo trilobiti

Gli ecosistemi marini del periodo Cambriano mostrano una grande varietà di forme viventi, alcune delle quali estinte, che presentano morfologie bizzarre, o comunque molto diverse dalle attuali.

Opabinia

Uno di questi è Opabinia (O. regalis), un invertebrato il cui aspetto è stato a lungo dibattuto. La sua testa possedeva una particolare appendice tubolare, che terminava con un organo dentato. Forse era un predatore, e possedeva cinque occhi: quattro peduncolati e uno al centro.

Anomalocaris

L’anomalocaride (genere Anomalocaris) era sicuramente uno dei più grandi predatori dell’epoca. Quello che salta subito all’occhio è il suo apparato boccale, con il quale era in grado di catturare e masticare le sue prede. Lungo circa un metro, era sicuramente l’incubo vivente dei trilobiti, su cui sono stati trovati molti segni di predazione compatibili con l’apparato boccale dell’anomalocaride.

Marrella

Un altro animale particolare è senza dubbio Marrella (M. splendens), un artropode lungo appena 2 centimetri. Fu scoperto per la prima volta nell’agosto del 1909 dal paleontologo statunitense Charles Doolittle Walcott, che lo chiamò informalmente “granchio dai merletti” per via delle sue forme sinuose ed eleganti. Forse sapeva nuotare, ma sicuramente si trovava per molto tempo della sua vita a contatto con il fondale, dove andava a ricercare il cibo.

I fondali

Sui fondali marini del Cambriano potevamo trovare una grande varietà di forme di vita. Una è Canadaspis (C. perfecta), un crostaceo il cui corpo era chiuso tra due valve, da cui usciva solo la parte posteriore. L’animale era dotato di uno scudo spinoso sulla testa, che aveva molto probabilmente una funzione difensiva. C’era poi Wiwaxia (W. corrugata), un animale davvero strano, la cui classificazione è ancora oggi un mistero. Aveva un corpo tondeggiante, ricoperto da scleriti e spine, lungo appena 3 centimetri. Probabilmente si spostava molto lentamente sul fondale, da cui ricavava anche i cianobatteri di cui si nutriva.

Pikaia, un cordato basale

I primi cordati che vissero sul nostro pianeta comparvero in questo periodo. Uno di questi è Pikaia gracilens, un animale dal corpo lungo 5 cm e descritto per la prima volta dal paleontologo Charles Doolittle Walcott. Inizialmente classificato come un anellide, fu poi spostato nel gruppo dei cordati basali da Simon Conway Morris, Harry Whittington e Derek Briggs nel ’79.

Nonostante presenti tutte le “classiche” caratteristiche dei cordati come la notocorda, è caratterizzato anche da tratti particolari. Un esempio sono i tentacoli sul capo, le nove piccole appendici disposte sui due lati del capo e l’assenza di occhi. Inoltre, il corpo era allungato, ma appiattito posteriormente, e possedeva una pinna ventrale. La sua morfologia indica che probabilmente l’animale nuotava nella colonna d’acqua, ma al tempo stesso avesse una relazione con il fondale marino.

Conclusioni

Il periodo Cambriano è uno dei più interessanti e misteriosi. In pochi milioni di anni si differenziarono organismi dalle caratteristiche più diverse e bizzarre. Nacquero e si svilupparono la maggior parte dei gruppi di animali oggi viventi, come i cordati.

Come sempre, quando si parla di periodi lontani milioni di anni, le domande sono molte, e le risposte non sono mai abbastanza. Un aiuto fondamentale per la conoscenza degli abitanti dei mari del Cambriano ci arriva da giacimenti fossiliferi caratterizzati da un’eccezionale conservazione dei fossili, noti come Fossil-Lagerstätten. Un esempio è il giacimento di Burgess, che affiora sulle montagne rocciose del Canada, da cui derivano i fossili della maggior parte degli animali descritti.