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Indice

    Ringraziamenti                                            9
    Elenco delle illustrazioni                               11


                             ORIGINI

    Prefazione                                               21


 1. « IN PRINCIPIO »
    L'origine dello spazio, del tempo e dell'energia         31

 2. LA SIMMETRIA SI ROMPE
    L'origine della massa                                    55

 3. LA SUPERFICIE DI ULTIMO «SCATTERING»
    L'origine della luce                                     81

 4. IL FIRMAMENTO SI ILLUMINA
    L'origine delle stelle e delle galassie                 107

 5. SINTESI
    L'origine della complessità chimica                     141

 6. « SOL »
    L'origine del Sole e dei suoi pianeti                   167

 7. « TERRA FIRMA »
    L'origine di una Terra abitabile                        193

 8. L'IMPERATIVO COSMICO
    L'origine della vita                                    223

 9. SIMBIOSI
    Le origini delle cellule complesse e degli organismi
    pluricellulari                                          259

10. CRONACHE DEL GHIACCIO E DEL FUOCO
    L'origine delle specie                                  297

11. LA MACCHIA UMANA
    L'origine dell'umanità                                  331

12. « COGITO ERGO SUM »
    Le origini della coscienza umana                        363


EPILOGO                                                     391


APPENDICE. Potenze di dieci                                 395
Note                                                        397
Bibliografia                                                415
Indice analitico                                            423


 

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Queste domande – come molte altre simili e anche molte che logicamente ne conseguono – sono, nel loro insieme, i «grandi interrogativi» dell'esistenza umana. Sono domande che poniamo a noi stessi da quando siamo capaci di pensiero razionale.

Con le risposte che riusciamo a scoprire o a escogitare, intessiamo poi una storia della creazione: nel tempo, tutte queste narrazioni hanno rappresentato un fondamento essenziale per ogni cultura umana. Abbiamo un desiderio, evidentemente innato e alquanto insaziabile, di comprendere il posto che occupiamo nell'universo; di capire in che modo noi, e tutto quello che ci sta intorno, siamo venuti in essere. In parte è un desiderio alimentato dalla semplice curiosità; io però sospetto che sia animato anche da una esigenza emozionale più profonda, dal bisogno di stabilire un contatto pregno di significato con il mondo che chiamiamo «casa».

Esistono molte versioni diverse della storia della nostra creazione. Origini racconta quella proposta dalla scienza moderna: il risultato di un'impresa in cui sono stati (e sono tuttora) coinvolti migliaia di scienziati che cercano di mettere insieme i pezzi del puzzle, continuando a far congetture e a formulare ipotesi per poi verificarle, discuterle ed emendarle. Questi scienziati fanno di tutto per garantire che i singoli pezzi siano coerenti e coesi; ma affinché la storia possa essere unificata e risulti comprensibile, quei pezzi devono anche combaciare tra loro: dalla grande scala dell'universo, in tutta la sua grandiosità, a Homo sapiens, e poi ai microrganismi più piccoli, fino alle particelle elementari di cui è fatta tutta la sostanza materiale. Questo è un vincolo formidabile.

Ciò detto, non esiste nulla di simile a una versione «autorizzata» o «ufficiale» della storia scientifica della creazione. Io nutro tuttavia la modesta speranza che, se esistesse, potrebbe somigliare un poco a quella che in questo momento tenete tra le mani. Senza voler apparire eccessivamente enfatico, credo che tutti gli sforzi che ho fatto come divulgatore scientifico nell'arco di più di vent'anni mi abbiano lentamente portato qui: Origini è un libro che – nel profondo – ho sempre voluto scrivere.

Tutto questo di certo va benissimo: ma è anche un libro che vi andrà di leggere? Ovviamente questo potete dirlo soltanto voi, comunque ecco qualche spunto su cui forse vorrete riflettere.

In primo luogo, credo che i tempi siano maturi per un libro come Origini. Negli ultimi anni, nel campo della fisica, siamo stati sommersi da opere di divulgazione che ci hanno raccontato le nuove teorie del tutto, o ci hanno spiegato che viviamo in quello che è soltanto uno tra molti universi. Benché vengano sempre presentate come scienza, in verità nessuna di queste teorie è accettata al di fuori di una cerchia di teorici relativamente ristretta, né offre in effetti alcuna spiegazione rilevante per la nostra storia. Ho scritto altrove a proposito di questa fisica non confermata – «da fiaba» – e credo (quanto meno spero) che i lettori stiano diventando sempre più diffidenti nei suoi confronti.

Che fare, allora, quando i telegiornali ci assalgono strillando nei titoli l'ennesima scoperta fondamentale per la comprensione delle nostre origini – salvo ritrattare le conclusioni qualche mese dopo, nel momento in cui emerge che l'analisi era difettosa e l'annuncio prematuro? In tali circostanze è fin troppo facile perdere di vista che cosa debba realmente considerarsi un fatto scientifico. E che fare quando gli scienziati pubblicano libri in cui si schierano a favore delle proprie teorie predilette – teorie che forse pochissimi loro colleghi sono disposti ad accettare? È difficile sapere come interpretarle: dovremmo dar loro credito?

In Origini ho cercato di distinguere i fatti indiscussi dalle spiegazioni che trovano largo seguito, dalle interpretazioni discutibili e dalle semplici congetture. Questo è un libro per lettori che desiderano una prospettiva ragionevolmente chiara, equilibrata e (si spera) libera da pregiudizi su quello che pensiamo di sapere e di poter spiegare. Certo, vi sono lacune e cose che non capiamo chiaramente, e nella storia vi sono passaggi in cui gli scienziati non hanno potuto far altro che lasciare spazio al metafisico che è in loro. Mi sono assicurato di segnalare tutti questi punti.

In secondo luogo, chiunque sia interessato a seguire la descrizione scientifica della creazione, dal big bang fino alla transizione che ha portato, negli esseri umani, alla modernità comportamentale, dovrà spaziare su molte diverse frontiere scientifiche: queste comprendono (fate un respiro profondo) aspetti della cosmologia moderna e della fisica delle particelle; la sintesi primordiale di idrogeno ed elio; la formazione delle stelle e delle galassie; l'evoluzione stellare e la nucleosintesi; la formazione e la differenziazione dei pianeti; la chimica della vita; l'evoluzione del codice genetico e di semplici organismi unicellulari, quindi di cellule complesse e di organismi pluricellulari; la sequenza delle estinzioni di massa e le radiazioni adattative che forgiarono nel profondo l'evoluzione degli animali acquatici e terrestri; l'ascesa (e la caduta) dei dinosauri; l'emergere dei mammiferi, dei primati, dei primi hominini, del genere Homo, della specie Homo sapiens; e, infine, l'evoluzione della coscienza umana.

Certo vuol dire chiedere molto, e il tempo è quello che è. Su tutti questi argomenti esistono molti libri divulgativi accessibili e leggibilissimi; d'altra parte, nel suo tentativo di contenere in un singolo volume la storia offerta dalla scienza contemporanea, io credo che Origini sia unico.

Raccontare questa storia ci porterà a compiere un viaggio a partire dal vero e proprio «inizio» dell'universo, fino all'origine e all'evoluzione della coscienza umana, 13.820 milioni di anni dopo. Quali che siano le vostre ragioni per unirvi a me, dovreste essere consapevoli del percorso che faremo. Cercherò di spiegare che cosa renda tanto diversa la storia scientifica della creazione, e perché io la ritenga più attendibile e convincente, e in ultima analisi più gratificante, delle altre versioni di cui forse avete sentito parlare.

Voglio rassicurarvi: si tratta di una gratificazione che non scaturisce da una certezza compiaciuta, da un senso di trionfalismo o autoritarismo scientifico – ben lungi. Anche se le risposte sono molto interessanti, ammetto che spesso ad affascinare di più sono le domande senza risposta. La soddisfazione scaturisce dal riconoscere che, benché sappiamo (o pensiamo di sapere) molto, non sappiamo ancora tutto. E probabilmente le risposte di cui disponiamo saranno modificate, o interamente sostituite, nel momento in cui scopriremo altre cose sul mondo, su noi stessi e sul posto che occupiamo in esso.

Alcuni possono considerarla una debolezza, ma nel corso della mia vita ho imparato a essere molto diffidente nei confronti di chi pretende di avere conoscenze certe. Di una sola cosa possiamo forse essere ragionevolmente sicuri: fra dieci anni soltanto, la storia sarà diversa in alcuni suoi aspetti sottili, e meno sottili. E vi garantisco che la nuova versione sarà migliore della precedente.

Il chimico fisico e romanziere C.P. Snow scrisse un saggio famoso sulle «due culture» – essenzialmente la cultura scientifica e la cultura umanistica – che venne pubblicato sulla rivista «New Statesman» nell'ottobre del 1956, proprio qualche mese prima che io nascessi. Purtroppo, per certi versi, quella divisione è più profonda oggi di quanto sia mai stata in precedenza. Resiste infatti la tenace percezione che la scienza non riguardi «noi», che in qualche modo manchi di empatia umana. La scienza – questo è il ragionamento – comporta l'applicazione di una metodologia derivante da una logica fredda e inumana; è ossessionata da meccanismi materialistici che sminuiscono la nostra spiritualità. La scienza, prosegue il ragionamento, può raccontarci qualcosa sui meccanismi fisici, chimici e biologici del «come», ma non può affrontare le questioni più profonde e ugualmente coinvolgenti del «perché?».

Io credo che Origini riguardi – decisamente – «noi»: questa è la nostra storia. Parla di come si originò il mondo in cui viviamo, di come la vita nacque e poi evolse per generare noi: esseri coscienti, dotati di intelligenza, capaci di un'indagine scientifica sulle proprie origini.

La scienza funziona perché quando l'applichiamo ci imponiamo una disciplina rigorosa: ciò che esigiamo da noi stessi va spesso contro quanto è dettato dall'istinto e dalla cultura, e richiede un considerevole sforzo intellettuale. Ovviamente, ci imponiamo standard severi tanto nel chiarire i fatti scientifici quanto nel riportarli, e pretendiamo teorie scientifiche compatibili con tali fatti; teorie che – si spera – compiano previsioni potenzialmente accessibili all'osservazione e all'esperimento, e offrano autentica conoscenza e comprensione (nonostante vi siano moltissime aree grigie).

D'altra parte, la scienza pretende anche che adottiamo un atteggiamento – una prospettiva – in genere indicato come «principio copernicano». Anche se sono fondamentalmente interessati a «noi», gli scienziati non presumono che siamo particolarmente speciali. Come leggerete più avanti, quando abbandoniamo la sfera delle nostre preferenze e dei nostri pregiudizi distintamente umani, scopriamo in effetti di non essere osservatori privilegiati ed esclusivi del nostro universo. Universo che – stando a tutte le apparenze – non è fatto tenendo conto della nostra presenza. Come vedremo, la scienza ci dice che noi siamo senz'altro una parte, evolutasi naturalmente, di quella realtà; ma non siamo la sua ragione di essere.

In altre parole, l'universo non ha alcuno scopo, quanto meno se cerchiamo di interpretare quest'ultimo in un contesto specificamente umano. Se la teleologia ha a che fare con la ricerca, in natura, di uno scopo – o delle evidenze di un disegno –, allora la scienza è per definizione fermamente anti-teleologica. Ma questo, a mio avviso, non la rende inumana. Significa piuttosto che gli esseri umani non possono applicare il metodo scientifico senza essersi armati di una buona dose di umiltà.

Qui sta il problema. Molti dei nostri «perché?» sono di solito motivati dalla ricerca di uno scopo e un significato nella vita, una ricerca esclusivamente umana. Pertanto non dovrebbe sorprendere scoprire che la scienza avrà difficoltà a dar loro una risposta, sempre ammesso che esista. Il punto è che la scienza non è fatta così e – se necessario – dovremo rivolgerci ad altri sistemi di credenze che forniscano possibili risposte.

Questo la rende forse meno valida? No, certo che no. Anche se non può rispondere a molti dei nostri «perché?», la semplice verità è che non conosciamo i suoi limiti. Uno degli aspetti più notevoli della scienza moderna è la sua capacità, scoperta in tempi relativamente recenti, di fornire risposte a interrogativi che probabilmente in un passato non lontano sarebbero stati considerati competenza esclusiva dei più alti esponenti del clero, i quali storicamente hanno avuto l'abitudine di fondere i «perché?» con i «come?».

C'è ancora molto che possiamo imparare.

Origini racconta la storia scientifica della creazione in sequenza cronologica, cominciando dall'origine dell'universo – dello spazio, del tempo e dell'energia – in un «big bang». I primi tre capitoli ripercorrono le origini e l'espansione dell'universo attraverso il cosiddetto momento della ricombinazione, avvenuto circa 380.000 anni dopo, nel corso del quale venne emessa la radiazione elettromagnetica calda che oggi identifichiamo come fondo cosmico freddo. A questo stadio nella storia dell'universo sono ormai disponibili tutte le sue componenti fondamentali: spazio, tempo, energia, materia (materia oscura e atomi di idrogeno ed elio) e luce.

In gran parte, la nostra comprensione di questa prima fase della storia della creazione deriva dalla fusione dei cosiddetti modelli cosmologici inflazionari con il modello standard della fisica delle particelle. Per i primissimi stadi di questa storia dobbiamo necessariamente ricorrere a congetture ragionevoli ed estrapolare le nostre teorie a regimi energetici che sono ben oltre il loro dominio di applicabilità o di validità. Quando si tratta dei primissimi stadi dell'evoluzione dell'universo ci sono davvero molte cose che proprio non capiamo.

Nondimeno, la scoperta – effettuata nel luglio del 2012 al CERN – di qualcosa di molto simile al bosone di Higgs del modello standard indica che la nostra ignoranza sull'effettiva storia dell'universo potrebbe essere limitata al primo trilionesimo di secondo della sua esistenza. Ora, con tutto il rispetto, direi che non è poi così male.

Decidendo di raccontare la storia da un punto di vista cronologico, ho dovuto raccogliere alcune sfide: quella decisione implica infatti che i capitoli iniziali ci impegneranno con un po' di fisica abbastanza pesante e difficile; inoltre, poiché molte delle evidenze osservazionali su cui si fonda la nostra comprensione dei primordi dell'universo derivano da eventi che hanno luogo in tempi successivi, vi sono passaggi della storia in cui dovrò chiedervi di sospendere temporaneamente la vostra richiesta di prove.

Il capitolo 4 prosegue raccontando la formazione delle prime stelle e delle prime galassie, in un tempo compreso tra 300 e 550 milioni di an- ni dopo il big bang. In esso descriverò sia il ruolo, di fondamentale importanza, avuto da minuscole disomogeneità nella distribuzione della materia, disomogeneità che si ritiene siano state impresse dall'inflazione sulla struttura dell'universo su vasta scala; sia la misteriosa materia oscura che si pensa renda conto di quasi il 27 per cento del totale della massa-energia dell'universo odierno. Il capitolo 4 e il 5 descrivono nei dettagli quello che attualmente abbiamo compreso sull'evoluzione delle stelle e sulla nucleosintesi stellare, la quale produce una gamma di elementi chimici estesa dall'idrogeno al ferro. Per spiegare l'esistenza di elementi più pesanti si deve far ricorso a cataclismiche esplosioni di supernove.

La dispersione di una gran varietà di elementi chimici diversi nella polvere e nel vapore eiettati dalle stelle durante quelle esplosioni porta alla produzione di molecole interstellari, molte delle quali oggi sappiamo essere fondamentali nella chimica della vita. Queste molecole si disseminano nelle nubi interstellari che lentamente vanno ammassandosi e infine collassano per formare nuove stelle di terza generazione, dotate di sistemi planetari. Il capitolo 6 descrive la formazione del sistema solare, avvenuta circa 4,6 miliardi di anni fa, da una gigantesca nube molecolare rotante che si contrae e condensa. Le polveri presenti nelle parti più esterne della nube condensano formando le prime rocce e i metalli. Questi materiali danno luogo per accrezione ai planetesimi, che infine si combinano formando i pianeti più interni.

Nel capitolo 7 la nostra attenzione si sposta ai primordi della storia della Terra, alla sua differenziazione in nucleo, mantello, crosta, oceani e atmosfera, e ai fattori che ne influenzano la composizione e la temperatura superficiali. Grazie a una collisione con un altro corpo di dimensioni planetarie, che chiamiamo Theia, la Terra acquisisce una luna. Il mantello della Terra, che è fluido, si muove per convezione, e i continenti cominciano a spostarsi. Il riallineamento dei pianeti esterni innesca il «Late Heavy Bombardment», ovvero l'intenso bombardamento tardivo durante il quale miliardi di miliardi di tonnellate di roccia e di ghiaccio si schiantano sulla superficie del pianeta. Seguiremo la successiva evoluzione della Terra fino al punto in cui le condizioni saranno adatte all'emergere della vita.

Il capitolo 8 si apre con una Terra umida, calda e relativamente stabile, disseminata di numerose sostanze organiche che sappiamo essere fondamentali per la vita, e con sistemi geologici naturali che, nelle profondità oceaniche, possono funzionare come fabbriche per la conversione di semplici sostanze inorganiche in sistemi biochimici complessi. La documentazione fossile mostra che circa 3,5 miliardi di anni fa, solo un miliardo di anni dopo che la Terra aveva cominciato a formarsi, sul pianeta esistevano organismi unicellulari primitivi. In che modo si verifichi l'abiogenesi – ovvero la generazione spontanea di materia vivente da materia non vivente – rimane in sostanza un mistero: abbiamo qualche teoria ben fondata, ma ad oggi non esiste alcun «modello standard» per l'origine della vita.

A prescindere da come accada, sappiamo che le strutture biologiche fondamentali emerse circa 3,5 miliardi di anni fa stabiliscono un modello che sarà replicato in tutte le forme di vita successive. Il capitolo 9 descrive come i primi organismi unicellulari usino la fotosintesi pompando nell'atmosfera ossigeno, che è il loro prodotto di rifiuto, creando così sul pianeta condizioni compatibili con la vita. L'ossigeno apre nuove opportunità per gli esperimenti dell'evoluzione: alcuni organismi unicellulari adesso si uniscono tra loro dando luogo a cellule complesse; e poi si spingono oltre, formando creature pluricellulari sempre più grandi. Dopo 2,8 miliardi di anni di evoluzione fanno la loro comparsa i primi animali.

Gli ultimi 540 milioni di anni della storia della Terra sono una «cronaca del ghiaccio e del fuoco». Come racconta il capitolo 10, il pianeta oscilla violentemente tra inospitali ere glaciali, periodi di eruzioni vulcaniche letali e almeno un impatto con un asteroide. La vita resiste: sia negli oceani, sia – adesso – sulle terre emerse. L'evoluzione induce frenetici periodi di diversificazione delle specie animali, solo per tenerle poi spietatamente a freno con una serie di estinzioni di massa su scala planetaria. In uno di questi eventi – l'estinzione del Permiano o «Great Dying», la Grande Moria, che ebbe luogo 252 milioni di anni fa – viene spazzato via quasi il 95 per cento delle specie animali marine, insieme a una proporzione sostanziale di quelle terrestri. Ogni estinzione è però seguita, nell'ecologia quasi vuota che ne risulta, da una «radiazione» evolutiva. Dalle ceneri della Grande Moria si apre l'èra dei dinosauri, anch'essi poi cancellati da un asteroide, 66 milioni di anni fa.

Tra le creature sopravvissute a quest'ultima calamità vi sono alcuni piccoli mammiferi. Il capitolo 11 descrive la radiazione evolutiva che ha luogo adesso, prestando particolare attenzione ai primati, le cui specie, diversificandosi, seguono linee evolutive differenti, molto simili ai rami di un albero. I primi a separarsi sono i tarsidi, seguiti dalle scimmie del Nuovo Mondo, da quelle del Vecchio Mondo e quindi da gibboni, oranghi e gorilla. Da ultimo, circa 5-7 milioni di anni fa, si separano gli scimpanzé con la linea degli Hominina.

A partire da questo punto, seguire la linea che ha portato ai moderni esseri umani è un cammino irto di difficoltà, buona parte del quale è oggetto di contestazione. La documentazione fossile, tuttavia, conferma una linea che ci porta dai primi Hominina, datati 4-7 milioni di anni fa, alle specie del genere Australopithecus, 2-4 milioni di anni fa, e quindi alle prime specie del genere Homo, 2 milioni di anni fa. Di queste, Homo sapiens compare in Africa solo 200.000 anni fa.

Vi sono ben pochi dubbi sul fatto che a distinguere gli esseri umani sia la coscienza: la capacità di avere pensieri astratti, di immaginare concetti e di sviluppare un'intelligenza ha consentito alla nostra specie di liberarsi dalla prigione del presente, ed è alla base della proliferazione di una popolazione planetaria di 7,2 miliardi di individui. Il capitolo 12 cerca di descrivere le origini e l'evoluzione della coscienza, i suoi fondamenti nella genetica e i suoi stretti, fondamentali legami con lo sviluppo del linguaggio e della società.

Nella tabella 1 ho tracciato una «cronologia della creazione», elencando le origini delle sue singole componenti: dallo spazio, al tempo e all'energia, fino alla coscienza umana, misurando il tempo sia dal presente (2015) sia dal big bang, preso come «tempo zero». Per mettere tutto questo in una prospettiva che noi mortali possiamo afferrare, ho anche mappato il tempo trascorso dal big bang sulle 24 ore di un'unica ipotetica «giornata della creazione».

In questo calcolo, l'universo «comincia» a mezzanotte. Particelle dotate di massa compaiono dopo una minima frazione di secondo, e due secondi dopo, al momento della ricombinazione, quando gli elettroni primordiali si legano ai nuclei primordiali di idrogeno ed elio, l'universo è inondato di luce. Stelle e galassie fanno il loro primo ingresso in scena tra le 00:30 e la 1:00 di notte, e le molecole complesse compaiono a un certo momento, tra le 3:00 e le 6:30 — giusto in tempo per colazione.

A questo punto ci tocca stare con le mani in mano per gran parte della giornata — nove-dieci ore — mentre aspettiamo che, più o meno alle 16:00, compaiano il Sole e la Terra. A un certo momento, durante quest'attesa, l'espansione dell'universo cambia nettamente passo. La materia presente in esso, che finora ne ha rallentato la velocità di espansione, diventa talmente diluita che l'«energia oscura» — l'energia dello spazio «vuoto» — prende il sopravvento e comincia ad accelerare nuovamente l'espansione.

La vita emerge intorno alle 18:00, ma per le cellule complesse e gli organismi pluricellulari occorre aspettare grosso modo fino alle 20:30. All'incirca due ore e mezza dopo assistiamo agli esordi della diversificazione delle specie animali nell'«esplosione del Cambriano». Gli esseri umani moderni entrano in scena circa un secondo prima della mezzanotte. La coscienza umana si sviluppa durante questo ultimo secondo, ma ha cominciato a realizzare il suo pieno potenziale solo 300 millisecondi prima della mezzanotte, con la transizione alla modernità comportamentale avvenuta nel «grande balzo in avanti».

Come Origini chiarirà abbondantemente, almeno così spero, si è trattato di qualche centinaio di millisecondi densissimi di eventi.

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C'è una buona ragione. Come vedremo nelle pagine seguenti, noi sappiano che l'universo si sta espandendo. Estrapolando a ritroso, sappiamo quindi che nella sua storia dev'esserci stato un momento in cui tutta l'energia in esso contenuta era compattata in un punto infinitamente piccolo, dal quale proruppe in quello che chiamiamo «big bang».

Come facciamo a saperlo? In questo capitolo fornirò alcune delle possibili risposte a questo interrogativo, e nei capitoli successivi produrrò le evidenze scientifiche del big bang e dell'espansione dell'universo, raccontando la storia dei primi 380.000 anni della sua evoluzione. Qui basti dire che qualcosa come il big bang deve essere accaduto e che, secondo la nostra stima migliore, si verificò circa 13,8 miliardi di anni fa, con un'approssimazione per difetto o per eccesso di qualche centinaio di milioni di anni.

Descrivere il vero «inizio» dell'universo è problematico perché, molto semplicemente, nessuna delle nostre teorie scientifiche è all'altezza del compito. Noi tentiamo di comprendere l'evoluzione dello spazio e del tempo, e di tutta la massa e l'energia che esso contiene, applicando la teoria della relatività generale di Albert Einstein. Questa teoria funziona straordinariamente bene; d'altra parte, quando abbiamo a che fare con oggetti che cominciano ad avvicinarsi all'infinitesimamente piccolo, dobbiamo ricorrere a una struttura del tutto diversa, denominata «teoria quantistica». Il fatto è che la teoria della relatività generale non è in grado di trattare certi fenomeni come invece può fare la teoria quantistica – e viceversa. Ma quando cerchiamo di fondere queste due mirabili teorie per crearne una che sia unificata e in grado di svolgere il lavoro di entrambe, scopriamo che proprio non vanno d'accordo, e l'intera struttura si sgretola.

Finora nessuno è riuscito a trovare una soluzione.

Vi è poi un altro problema. Le estrapolazioni effettuate a partire dall'universo attuale – nella misura in cui sono degne di fede – ci dicono che l'energia di un big bang caldo dev'essere stata molto, ma molto maggiore di qualsiasi energia possiamo mai sperare di ricreare sulla Terra in un collisore di particelle. Pertanto, se anche un giorno riuscissimo a escogitare una teoria da poter applicare con una certa sicurezza, non saremmo comunque mai in grado di approntare un apparato con cui eseguire gli esperimenti e compiere le osservazioni necessari per verificarne le previsioni. Non abbiamo alternative, se non quella di fare affidamento sulle scoperte che possiamo ricavare dall'universo osservabile, e di servirci delle nostre teorie per inferire che cosa potrebbe essere accaduto in un remoto passato.

Ciò significa che il vero e proprio inizio dell'universo (ammesso che questa sia la parola giusta) va oltre la portata della scienza, sia nel prossimo futuro sia – molto verosimilmente – per sempre. Naturalmente questo non ci impedisce di fare congetture, ed esistono molte teorie contemporanee che propongono varie storie sull'«origine dell'universo». In alcune di esse, l'universo emerge «dal nulla» in una fluttuazione quantistica. Altrimenti, l'universo non è che una tra le moltissime (forse infinite) bolle espanse di spaziotempo, in un «multiverso» di possibilità. O ancora, il big bang è il risultato del collasso di un universo precedente, quando viene nuovamente premuto il pulsante di resettaggio cosmico, in un ciclo che dura da tutta l'eternità.

Non vi è alcuna evidenza empirica a sostegno di una qualsiasi di queste diverse idee. Forse è possibile che alcune di tali teorie vengano sviluppate fino al punto in cui riusciranno a prevedere fenomeni fisici elusivi rilevabili nel nostro universo grazie a strumenti installati al suolo oppure a bordo di satelliti (benché francamente io sia incline a considerare remota questa possibilità). Anche in quel caso, come ho già detto, la previsione di fenomeni osservabili oggi ci consentirebbe soltanto di inferire che cosa possa essere accaduto durante il big bang, o prima di esso. Scegliere che cosa credere in merito a quel momento richiederà comunque ancora qualcosa di simile a un atto di fede.

Il filosofo austriaco Ludwig Wittgenstein dispensò una famosa ammonizione: «Su ciò, di cui non si può parlare, si deve tacere». Probabilmente è un buon consiglio, ma io vi ho promesso un libro sulle origini e quindi in questo capitolo ho intenzione di avventurarmi lungo quella linea sottile che divide la scienza consolidata – quello che effettivamente sappiamo e possiamo dimostrare – dalle teorie speculative: quello su cui possiamo soltanto fare ragionevoli congetture fondate su principi scientifici che abbiano almeno una qualche validità. Segnalerò i punti critici in modo da non fare passi falsi né precipitare in una tana di coniglio – un buco metafisico – di carrolliana memoria.

La nostra storia della creazione comincia con l'origine dello spazio, del tempo e dell'energia, ed è qui che incontriamo la nostra prima difficoltà, ancora prima di poter cominciare sul serio il racconto. Che cosa sono, infatti, lo spazio, il tempo e l'energia? Come dobbiamo immaginarceli?

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Se questo è corretto, allora il primissimo periodo della vita dell'universo è caratterizzato dall'emergere spontaneo dello spaziotempo e dell'energia (benché non sia chiaro se a questo stadio vi sia una differenza significativa tra di essi), governati da un'unica forza primordiale universale. C'è la tentazione di definire questo momento come una sorta di tempo zero per eccellenza, l'istante in cui facciamo partire l'orologio. D'altra parte, anche il tempo viene creato adesso: di conseguenza il «tempo zero» è alquanto mal definito, e tutti i riferimenti di tempo «dopo il big bang» devono essere considerati un poco ambigui.

La temperatura dell'universo in questi primissimi istanti è incalcolabile (e in effetti, a questo punto, la temperatura come quantità fisica non ha alcun significato reale). L'universo, però, si sta espandendo e raffreddando. Si espande da un punto infinitesimamente piccolo (e pertanto indefinibile) fino a dimensioni che possiamo almeno cominciare ad afferrare.

Questa è l'«Era di Planck», caratterizzata da misure della distanza e del tempo derivanti dalla combinazione di alcune costanti fondamentali della natura, combinazioni identificate per la prima volta dal fisico tedesco Max Planck. Esse rappresentano misure oltre le quali la scienza non ha nulla di realmente significativo da dire. In teoria, non può esistere una distanza inferiore alla lunghezza di Planck, 1,6 x 10^-35 metri. Né può esservi un tempo più breve del tempo di Planck, circa 5,4 x 10^-44 secondi, ovvero il tempo impiegato dalla luce per coprire la lunghezza di Planck.

L'universo si espande e si raffredda fino a una temperatura di circa 10^32 kelvin. Per mettere queste cifre in prospettiva, possiamo pensare che nel nucleo del Sole la temperatura è di circa 16 milioni di kelvin; perciò l'universo, a questo stadio della sua evoluzione, è circa 6 trilioni di trilioni di volte più caldo del centro del Sole.

Quello che accade poi può essere paragonato a una transizione di fase. Se tolgo dalla piastra la casseruola con il vapore e la metto da parte, si raffredderà. Mentre si raffredda, il vapore comincerà a condensare, formando delle goccioline d'acqua che lentamente scorreranno all'interno del tegame e si raccoglieranno sul fondo. La fase delle molecole d'acqua cambia passando da gassosa a liquida, e si dice che la simmetria viene spontaneamente spezzata o ridotta.

Analogamente, quando l'universo primordiale si avvicina alla veneranda età di 10^-43 secondi, la forza primordiale «condensa». Quella che in seguito riconosceremo come forza di gravità si separa insieme a una forza «elettronucleare» unificata costituita dalle forze nucleari forte e debole e dall'elettromagnetismo (fig. 4).

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Torniamo di nuovo a fare il punto. L'universo esiste da dieci secondi; la sua massa-energia è dominata dall'energia oscura, l'energia dello spaziotempo «vuoto». Le misteriose particelle di materia oscura rendono conto di un'ulteriore considerevole quantità. La materia visibile dà un assai modesto contributo al totale della massa-energia, e consiste di un piccolo numero residuo di adroni (perlopiù protoni e neutroni in rapporto di 5:1), insieme a una certa quantità di leptoni (soprattutto elettroni) che li bilanciano, e a fotoni. Sono questi ultimi, adesso, a dominare la materia visibile e la radiazione dell'universo, mentre entriamo nella loro èra.

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D'altra parte, se potessimo guardarci dentro, non riusciremmo a vedere un granché. I protoni e gli elettroni, elettricamente carichi, si muovono ancora liberamente in un plasma carico e denso. I fotoni saltano avanti e indietro tra protoni ed elettroni, interagendo in modo particolare con gli elettroni liberi e creando così una «nebbia» impenetrabile in quella che è la madre di tutte le tempeste elettriche. Benvenuti nell'Era dei fotoni, che durerà da 10 secondi a 380.000 anni dopo il big bang, ed è il tema di questo capitolo.

Benché i fotoni siano dominanti, e benché la materia oscura e i neutrini disaccoppiati siano muti testimoni degli eventi che vanno dispiegandosi - testimoni che aspettano e osservano -, la nostra attenzione è attirata dai barioni. Può darsi che siano sopraffatti, superati nel numero, ma sono comunque le componenti primordiali della materia visibile, e proprio adesso stanno cominciando a organizzarsi.

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Le risposte a queste domande sono in effetti un po' complicate. Poiché l'universo fu creato 13,8 miliardi di anni fa, potremmo esser tentati di concludere che a fissare i limiti di quello che siamo in grado di osservare debba essere la distanza coperta nel frattempo dalla luce.

Ancora una volta, però, questa semplice logica non tiene conto del fatto che durante tutto questo tempo l'universo ha continuato a espandersi. Immaginiamo un lampo di luce emesso da una supernova primordiale, qualche centinaio di milioni di anni dopo il big bang, oppure (diciamo) 13,5 miliardi di anni fa. Questa luce impiega 13,5 miliardi di anni per raggiungerci, il che colloca la supernova a una distanza di 13,5 miliardi di anni luce; siamo dunque tentati di pensare che questo, per il nostro orizzonte, rappresenti un limite rigido. Ma mentre questa luce viaggiava verso di noi, lo spaziotempo in cui si muoveva si stava espandendo. In realtà, la supernova che emise la luce è ancora più distante. Se teniamo conto dell'espansione, il limite apparente del nostro orizzonte viene allontanato e posto a circa 40 miliardi di anni luce.

Qui però c'è un inghippo. Se – come si credeva un tempo – l'espansione stesse rallentando, in linea di principio potremmo aspettarci di raggiungere altre galassie che infine entrerebbero nella nostra visuale. Come vedremo nel prossimo capitolo, tuttavia, l'espansione in realtà sta accelerando. Ciò significa che siamo vincolati da una sorta di orizzonte degli eventi cosmici. Non potremo mai apprendere di eventi che hanno luogo oltre questo orizzonte, giacché gli oggetti che emettono luce si allontanano da noi così velocemente che essa non può coprire la distanza. Le stime attuali suggeriscono che questo orizzonte degli eventi cosmici disti da noi all'incirca 16 miliardi di anni luce.

«Lo spazio» dichiara la Guida galattica per gli autostoppisti di Douglas Adams «è vasto. Veramente vasto. Non riuscireste mai a credere quanto enormemente incredibilmente spaventosamente vasto esso sia. Voglio dire, magari voi pensate che andare fino alla vostra farmacia sia un bel tratto di strada, ma quel tratto di strada è una bazzecola in confronto allo spazio».

L'universo è effettivamente grande, ed è facile restare abbagliati dalle dimensioni straordinarie delle strutture, anche locali, che formano e plasmano il nostro angolo di cosmo. Stiamo tuttavia raggiungendo uno stadio della nostra storia in cui è necessario distogliere lo sguardo dagli orizzonti lontani: dobbiamo dirigerlo invece verso una piccola regione che si trova a circa 27.000 anni luce dal centro di una galassia SBc assolutamente ordinaria. All'interno di quella regione, diverse stelle di Popolazione II sono giunte al termine della loro esistenza, e muoiono esplodendo in spettacolari supernove che disperdono la loro materia barionica, adesso fortemente contaminata da elementi pesanti.

Mentre queste nubi di gas e polveri tornano nuovamente a concentrarsi, comincia a prendere forma l'ambiente che un giorno chiameremo casa.

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Sta prendendo forma la struttura dell'universo su larga scala, in cui la distribuzione di superammassi, filamenti, muri, muraglie e vuoti evolve verso le configurazioni che osserviamo oggi. L'espansione dello spaziotempo sta decelerando.

Passa un miliardo di anni. Poi un altro. E un altro ancora.

Adesso è un buon momento per dare un'occhiata più da vicino al nostro angolo di cosmo. Le galassie emergono dai loro aloni di materia oscura, si accrescono e formano quelli che – dal nostro punto di osservazione sulla Terra – un giorno riconosceremo come ammassi, e poi superammassi, di galassie. Le loro configurazioni sono in costante evoluzione.

Concentriamoci su un piccolo insieme di superammassi di galassie in una regione dello spaziotempo estesa su mezzo miliardo di anni luce. Al centro di questa regione si trova quello che in seguito riconosceremo come il superammasso della Vergine, circondato dai superammassi dell'Idra, del Centauro, di Perseo-Pesci e della Chioma di Berenice. 0ltre il vuoto dello Scultore troviamo il superammasso omonimo, parte di un muro di galassie che misura un miliardo di anni luce.

Il superammasso della Vergine contiene più di un centinaio di ammassi di galassie e si estende per circa 110 milioni di anni luce; fu identificato come superammasso nel 1958 dall'astronomo francese Gérard Henri de Vaucouleurs, e poi confermato come tale grazie ai rilevamenti dello spostamento verso il rosso effettuati nel periodo a cavallo tra anni Settanta e Ottanta. Ha una massa approssimativa di 10^15 M*; circa due terzi delle sue galassie visibili si trovano all'interno di un sottile disco ellittico, mentre quelle restanti formano un alone sferico.

Avviciniamoci un po' di più. Al centro del superammasso della Vergine si trova il luminoso ammasso della Vergine, un insieme altrimenti ordinario di circa millecinquecento galassie a spirale ed ellittiche, contenente pressappoco un terzo di tutte le galassie presenti nel disco del superammasso.

Alla periferia del disco, a circa 65 milioni di anni luce dall'ammasso della Vergine, si trova il Gruppo Locale di galassie, un termine introdotto nel 1936 da Edwin Hubble. Il Gruppo Locale si è evoluto diventando un modesto insieme d'una cinquantina di galassie con una massa di circa 1,3 x 10^12 M* e un diametro di circa 10 milioni di anni luce. La galassia più grande di questo gruppo è Andromeda, che contiene circa 1000 miliardi di stelle.

A circa 2,5 milioni di anni luce da Andromeda troviamo la nostra Via Lattea: per dimensioni è la seconda galassia del Gruppo Locale, ma in realtà potrebbe contenere più materia oscura della stessa Andromeda (e quindi essere almeno altrettanto massiccia).

La Via Lattea cominciò a prendere forma circa 10 miliardi di anni fa, anche se la maggior parte delle sue stelle è molto più giovane. Come tutte le altre galassie, emerse dal raffreddamento e dalla condensazione della materia barionica intrappolata all'interno di un grande alone di materia oscura. La figura 36 mostra una sequenza di fotogrammi tratti dal video di una simulazione a computer della formazione di una galassia come la Via Lattea: illustra abbastanza chiaramente che la galassia non appare del tutto formata, ma evolve in continuazione a partire dalle sue origini, solo qualche centinaio di milioni di anni dopo il big bang.

Oggi la Via Lattea è una galassia a spirale barrata SBc, il cui disco sottile ha un diametro compreso tra 100.000 e 120.000 anni luce, e uno spessore di qualche migliaio di anni luce soltanto. La maggior parte dei 100-400 miliardi di stelle della galassia (il numero effettivo dipende dal numero totale di stelle nane, che sono difficili da rilevare) si trova in questo disco, che ha una massa di circa 6 x 10^11 M*. Le stelle più vecchie sono nelle parti periferiche del disco, mentre quelle più giovani popolano uno strato più interno, spesso soltanto 300 anni luce.

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Questa maturità, d'altra parte, non toglie nulla alla rispettosa ammirazione ispirataci dalla scienza. Personalmente, trovo straordinario che secoli di speculazioni filosofiche (e teologiche) sulle origini dell'universo, delle stelle, delle galassie e di pianeti simili alla Terra abbiano ceduto il passo, nel ventesimo e nel ventunesimo secolo, a descrizioni razionali basate su principi fisici relativamente semplici, direttamente confrontabili con quanto vediamo e possiamo misurare. Per apprezzare i concetti alla base di quelle descrizioni, non occorre essere in grado di seguire argomentazioni scientifiche a volte sottili, o complessi ragionamenti matematici. Credo che chiunque possa afferrare, nella sostanza, la scienza che descrive le origini del luogo che chiamiamo «casa».

E tuttavia, per quanto la scienza possa essere matura, non fraintendete! Vi sono ancora moltissime discussioni aperte, e le cose che non comprendiamo appieno sono numerose. Di solito, cercare risposte ai rimanenti interrogativi dell'astrofisica – per esempio su certi aspetti riguardanti l'origine e l'evoluzione della Via Lattea e l'origine del Sole e del sistema solare – è l'obiettivo sia di studi eseguiti con telescopi al suolo, sia di missioni di satelliti, in corso o pianificate per il futuro. L'argomento di questo capitolo rappresenta un'area di ricerca molto attiva.

Sappiamo che il Sole e il sistema solare si formarono in seguito al collasso gravitazionale di una nube molecolare gigante di gas e polveri. Ma come successe, precisamente? Quali furono le cause? Quali i meccanismi? Probabilmente avrete notato che nei precedenti capitoli non sono stato molto specifico su questo processo. Mi sono accontentato di dichiarare che, per effetto della gravità, le nubi convergono, si ammassano e si frammentano producendo nuclei densi che possono poi collassare e formare delle protostelle. Questa spiegazione potrebbe andare benissimo se parlassi per sommi capi e poi passassi ad altro, ma noi adesso vogliamo capire l'origine del nostro Sole, e questa descrizione vaga e approssimativa non basterà.

Che cosa sappiamo, allora?

Per quanto io abbia scavato nella letteratura e cercato in internet, non sono riuscito a trovare tracce dell'attribuzione di un nome particolare alla nube molecolare gigante da cui circa 4,6 miliardi di anni fa ebbe origine il Sole. Certo, oggi la nube non esiste più, e quindi possiamo solo speculare su quale possa essere stato il suo comportamento; lasciarla senza nome, però, sembra alquanto irriguardoso. D'ora in avanti propongo quindi di chiamarla «Nube di Neith», dalla divinità egizia madre di Ra, il dio del Sole.

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Facciamo il punto. Sono trascorsi circa 90 milioni di anni da quando la Terra ha cominciato a condensare nel disco protoplanetario del Sole. Un'atmosfera venefica incombe sulla superficie del pianeta primordiale, incessantemente torturato, deformato e lacerato dall'attività vulcanica. Un oceano di magma caldo emana rossi bagliori ed erutta vapori di silicati. Il Sole, che ancora muove i primi passi nel suo cammino lungo la sequenza principale, emana una debole luce che non riesce a penetrare lo smog. Il pianeta continua a essere bombardato da grosse meteoriti mentre lentamente il disco si libera dai detriti.

Benvenuti nell'Adeano, il primo eone geologico della Terra, che prende giustamente il nome da Ade, dio greco del mondo sotterraneo. Questa Terra primitiva è un luogo inospitale e inabitabile, per nulla promettente.

Le cose, inoltre, stanno per peggiorare – e di molto.

C'è una differenza molto evidente rispetto a oggi: questa Terra primitiva non ha una luna.

In genere, un pianeta può acquisire una o più lune in tre modi. Le lune possono formarsi di concerto con il pianeta, condensandosi insieme a lui dalla nube di gas e polveri che condividono la medesima orbita mentre esso gira intorno al suo proto-Sole. Una seconda possibilità è che dei corpi vaganti troppo vicino al campo gravitazionale di un pianeta siano catturati e diventino sue lune. Oppure, nelle circostanze adatte, una luna può formarsi per impatto ad angolo obliquo di due pianeti.

Quest'ultimo meccanismo viene proposto per spiegare come la Terra abbia acquisito la sua luna. E l'ipotesi dell'impatto gigante. Vediamo dunque in che cosa consiste.

La Terra primordiale ha un vicino delle dimensioni di Marte, che percorre un'orbita la cui prossimità è inquietante. Nel 2000 questo vicino è stato nominato Theia, dal nome della titanide che nella mitologia greca dà alla luce Selene, la dea della Luna. Nessuno può conoscere con certezza le circostanze che alterarono le loro traiettorie orbitali, ma circa 90 milioni di anni dopo la formazione del sistema solare la Terra e Theia entrarono in rotta di collisione.

Naturalmente, la proto-Terra subì numerose collisioni con corpi sempre più grandi nel corso del processo di accrezione – e le superò. Ma questa, adesso, coinvolge due pianeti pienamente formati. La differenziazione planetaria ha presumibilmente già prodotto in entrambi un nucleo, un mantello, una crosta e un'atmosfera. In caso di collisione frontale, un esito senza superstiti sarebbe perfettamente possibile: rimarrebbe solo un'immensa quantità di detriti dispersi, dai quali infine si potrebbe formare un pianeta, o forse più d'uno.

Fortunatamente, si trattò di una collisione laterale. Le simulazioni a computer pubblicate nel 2004 hanno esplorato diversi scenari e si sono concentrate su quelli che producevano una luna delle dimensioni giuste, con un piccolo nucleo di ferro, compatibili con quanto oggi sappiamo della Luna. Queste simulazioni (fig. 53) suggeriscono che Theia abbia colpito la Terra primitiva con un angolo di 45° a una velocità relativa di circa 4 km/s. La collisione è obliqua, ma gli effetti sono, nondimeno, decisamente devastanti. Servono a ricordarci che su questa scala planetaria il processo di «accrezione» può essere violentissimo e distruttivo.

Il risultato è catastrofico.

Theia è fatta a pezzi. Il suo nucleo di ferro viene strappato e trascinato all'interno della Terra per fondersi con il suo. Gran parte del mantello di Theia viene assorbito in quello della Terra; sul lato più lontano dall'impatto, tuttavia, il riscaldamento per effetto della collisione è minore, ed esso viene scagliato nello spazio. Si ritiene che Theia avesse una massa di 0,11-0,14 M*, e adesso viene eiettata una massa di mantello di 0,018-0,026 M*, il 70 per cento della quale proviene dal lato di Theia più distante dall'impatto.

Di questa massa, una quota compresa tra il 10 e il 30 per cento è vapore. Quale che fosse, l'atmosfera che si era formata intorno alla Terra primitiva adesso non c'è più.

Dei materiali eiettati, circa la metà va perduta. Il resto formerà per accrezione la Luna, con una massa di 0,012 M*.

La Luna è costituita in larga misura di mantello. La piccola quantità di ferro presente nel materiale eiettato per effetto della collisione adesso migra verso il centro come conseguenza della differenziazione planetaria. Forma un piccolo nucleo interno di ferro solido che si ritiene abbia un raggio di soli 240 chilometri, circondato da un nucleo esterno di ferro fuso spesso 60 chilometri.

La composizione chimica della crosta lunare è un po' diversa da quella della crosta terrestre oceanica e continentale mostrata nella figura 52, come ci si potrebbe aspettare considerando che il 70 per cento del suo contenuto proviene da Theia. Naturalmente, sulla Luna non vi sono oceani, ma nondimeno esiste una differenza di composizione tra i «mari» e gli «altopiani» lunari.

I mari sono le familiari chiazze scure sulla faccia visibile della Luna. Sono composti essenzialmente di basalti solidificati da antiche colate di magma, più ricchi di FeO e di diossido di titanio (TiO2) rispetto alla crosta oceanica terrestre. Sembrano avere un'età nell'ordine di 3,1-3,9 miliardi di anni, e quindi sarebbero di 600-1400 milioni di anni più giovani della Luna stessa.

Come implica il nome, gli altopiani lunari si trovano a un livello più alto rispetto ai mari, proprio come i continenti terrestri rispetto ai fondali oceanici. Se confrontati con la crosta continentale terrestre, gli altopiani sono molto più ricchi di MgO, Al2O3 e CaO, e sembrano consistere in larga misura di anortosite, una roccia composta principalmente dal minerale anortite (CaAl2Si2O8), ricco di calcio. Questa roccia è molto più antica dei mari basaltici, e la sua età è nell'ordine dei 4,4 miliardi di anni.

Quello che sappiamo sulla geologia lunare deriva dall'analisi di circa 390 chilogrammi di campioni di rocce lunari portati sulla Terra dagli astronauti delle missioni Apollo, inevitabilmente limitate a territori caratterizzati da una relativa accessibilità e ad alcuni siti di allunaggio praticabili: i campioni potrebbero quindi essere tutt'altro che rappresentativi. Nondimeno, le somiglianze – e le differenze – con la geologia terrestre sono impressionanti.

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Sappiamo che la fusione per decompressione causa la parziale fusione del mantello superiore. All'interno del mantello si instaurano correnti di convezione in parte alimentate dall'energia liberata dagli isotopi radioattivi di elementi come l'uranio e il potassio. Queste correnti si combinano con la gravità terrestre, con il moto di rotazione e forse con le influenze gravitazionali esercitate dal Sole e dalla Luna, dando luogo a un complesso meccanismo che produce il movimento del mantello superiore, più rigido e meno flessibile, e della crosta (oceanica e continentale) sopra di esso. Questi strati più superficiali del pianeta sono indicati collettivamente come litosfera. Quale conseguenza dei moti di convezione agenti sotto di essa, la litosfera si spezza in un certo numero di placche tettoniche. Le placche si incontrano in corrispondenza dei margini.

Le placche non si limitano ad andare casualmente alla deriva sulla superficie del pianeta, come fossero lastre di ghiaccio. Le forze che agiscono su di esse innescano un moto simile a quello di un nastro trasportatore. In corrispondenza di margini «divergenti», il fondale oceanico si espande rinnovando la crosta con nuovi materiali. A livello di un margine «convergente», invece, la crosta di una placca sprofonda nel mantello superiore, sollevando la crosta dell'altra placca che forma così una catena montuosa. La quantità di crosta perduta viene più o meno equilibrata dalla nuova crosta che si va formando, e quindi la superficie della Terra non si riduce né si accresce in modo rilevante. L'attuale configurazione delle placche è illustrata in figura 57, dove i loro movimenti relativi e pertanto i loro margini convergenti e divergenti sono indicati usando delle frecce.

Come mostra questa figura, i margini divergenti sono caratterizzati da profonde dorsali medio-oceaniche, come quella medioatlantica e quella del Pacifico orientale. Si tratta di catene montuose sottomarine che si formano su entrambi i lati di una fossa tettonica o rift valley. Il magma proveniente da sotto la litosfera risale attraverso la fossa, emergendo sotto forma di lava che si raffredda e si diffonde, producendo basalto che andrà a formare la nuova crosta oceanica.

La superficie della Terra è un luogo molto dinamico grazie all'esistenza delle placche, i cui movimenti sono responsabili di diversi fenomeni naturali altamente distruttivi, quali i terremoti e il vulcanismo. Tali eventi odierni possono essere considerati moderati se confrontati con gli sconvolgimenti dell'Adeano, ma di certo non sono insignificanti. L'attività vulcanica su grande scala avrà alcune importanti ripercussioni sulla storia che segue.

La Terra è ancora giovane: ha circa 800 milioni di anni se facciamo riferimento all'età delle meteoriti condritiche, oppure 90 di meno se immaginiamo che si sia formata in seguito alla collisione tra Tellus e Theia. Sembra tuttavia che abbia un'atmosfera e degli oceani in via di riscaldamento, una crosta pienamente formata con continenti alla deriva e una magnetosfera che la protegge.

Adesso, è abitabile.

E a questo punto accade qualcosa di veramente straordinario.

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Perciò, procedendo a ritroso, la Terra si è formata nel sottile disco di gas e polveri che ruota intorno alla protostella di Popolazione I, in fase di collasso, che infine chiameremo Sole. A sua volta, il Sole si è formato nel collasso della Nube di Neith, creata a suo tempo dal lento convergere, per effetto della gravitazione, di materiali eiettati da stelle di Popolazione II morenti. Le stelle di Popolazione II... eccetera.

Certo, proprio ali'«inizio» di questa storia ci scontriamo con una discontinuità, nei tempi e nella spiegazione. In genere, però, una volta che l'universo ha imboccato la sua strada, le nostre teorie scientifiche riescono a fornire spiegazioni plausibili (o speculazioni, o almeno congetture) su come una cosa abbia portato alla successiva. In altre parole: nella storia scientifica della creazione l'universo e tutto ciò che esso contiene viene costruito «bottom-up» – dal basso verso l'alto.

Attenzione. Stiamo per imbatterci in un'altra sostanziale discontinuità nella nostra spiegazione. Secondo la semplice logica, il prossimo episodio nella storia della creazione impone che la vita emerga spontaneamente dai componenti chimici disponibili sulla Terra primitiva, ma adesso abitabile: componenti che sono ben lontani dal loro stato di equilibrio.

Questa è senz'altro una congettura, ma non del tutto infondata. Con l'eccezione dei gas nobili inerti e degli elementi chimici che hanno una particolare affinità per le sostanze presenti nelle rocce terrestri – ferro, magnesio, silicio e alluminio –, le abbondanze relative degli elementi che si trovano in tutti i sistemi biologici corrispondono in modo molto accurato alle abbondanze relative di quegli stessi elementi nel Sole e nelle meteoriti condritiche. Vi sono alcune eccezioni degne di nota, ma non occorre un gran balzo d'immaginazione per concludere da tutto questo che la vita ha fatto il miglior uso dei materiali disponibili sulla Terra.

Questo indica una verità potenzialmente profonda. Anche la vita sulla Terra, come l'universo, fu costruita dal basso verso l'alto – bottom-up.

Seguiamo allora la corrente. Partiamo dall'assunto che la biologia complessa sia una conseguenza necessaria, quando si cominci con la semplice chimica della Terra primitiva e l'energia liberamente disponibile per quei sistemi chimici. In questo particolare episodio della creazione, la logica sembrerebbe imporre, ancora una volta, la necessità di almeno tre passaggi. In primo luogo, occorre fare uso dell'energia disponibile per costruire le unità organiche fondamentali che sappiamo essere importanti nei sistemi biologici: gli amminoacidi, i nucleotidi, gli zuccheri e i lipidi (spiegherò di che cosa si tratta più avanti in questo capitolo). In secondo luogo, dobbiamo assemblare queste unità producendo sistemi molecolari complessi capaci di autoreplicazione, metabolismo ed evoluzione. Infine, dovremo racchiudere i sistemi molecolari in semplici strutture cellulari.

Ed è qui che ci scontriamo con la discontinuità. Qualsiasi teoria sull'origine della vita deve poter accogliere e spiegare ciascuno di quei tre passaggi; oppure deve trovare qualche ragionamento convincente, e scientificamente accettabile, per ritenerli mal concepiti o non necessari. Già questi tre passaggi – che ci portano da una chimica semplice alla chimica incredibilmente complessa, cosiddetta dei sistemi, del tipo che troviamo negli esseri viventi – sono scoraggianti. Idee teoriche per spiegarli abbondano, e in questo capitolo ne esamineremo alcune.

Tuttavia racchiudere sostanze chimiche complesse all'interno di piccole sacche piene di acqua, protette da una sottile membrana, non ci porta necessariamente alla biologia. Non ci porta all'ultimo antenato comune universale (affettuosamente indicato con l'acronimo LUCA - Last Universal Common Ancestor), cioè agli organismi unicellulari primordiali da cui si ritiene discendano tutte le forme di vita esistenti sulla Terra.

La componente mancante riguarda l' abiogenesi, ovvero la generazione spontanea della vita a partire dalla chimica complessa non vivente: evento che deve essere accaduto sulla Terra a un certo punto tra i 4,4 e i 3,5 miliardi di anni fa, forse quando il pianeta si assestò dopo l'intenso bombardamento tardivo. Se davvero ciò accadde, probabilmente non accadrà mai più. Mai, in tutta la storia della scienza, la vita è stata osservata nell'atto di sbocciare da qualcosa che non fosse altra vita.

Qui, la lacuna delle nostre conoscenze è enorme. Benché sperimentiamo la vita quotidianamente e siamo in grado di riconoscerla facilmente quando la vediamo, in effetti non sappiamo davvero che cosa essa sia: non esiste una teoria omnicomprensiva scientificamente verificata, né un «modello standard». Ogni tentativo di sviluppare una definizione si è dimostrato in linea di massima futile, giacché nella ricca diversità di esseri viventi presenti sul pianeta è spesso fin troppo facile trovare eccezioni alle «regole» imposte da tali definizioni.

Il problema dell'abiogenesi ha messo a dura prova alcune delle nostre migliori menti scientifiche. In un'importante monografia pubblicata nel 1970 con il titolo Il caso e la necessità , il premio Nobel francese Jacques Monod sosteneva che la vita emerse sulla Terra per un improbabile accidente. Scriveva: «L'antica alleanza è infranta; l'uomo finalmente sa di essere solo nell'immensità indifferente dell'universo da cui è emerso per caso. Il suo dovere, come il suo destino, non è scritto in nessun luogo. A lui la scelta tra il Regno e le tenebre».

Nel loro libro La nuvola della vita, pubblicato nel 1978, l'astrofisico Fred Hoyle e l'astrobiologo Chandra Wickramasinghe sostennero una forma di panspermia, in cui batteri e virus preformati sono portati sulla Terra dalle comete. Nel 1981 il biochimico inglese Francis Crick , che nel 1962 condivise il premio Nobel con James D. Watson e Maurice Wilkins per la scoperta della struttura dell'acido desossiribonucleico (DNA), concluse che l'unica spiegazione possibile per l'emergere della vita sulla Terra fosse una panspermia diretta. In altre parole, la vita sulla Terra venne deliberatamente seminata da forme di vita aliene, qualcosa su cui i fan di Prometheus, il prequel di Alien girato da Ridley Scott nel 2012, sapranno di certo tutto.

Naturalmente, la panspermia – che sia o meno diretta – non fa che sollevare un'altra domanda. Se la vita terrestre si è originata da qualche altra parte nell'universo, come emerse allora quella vita da componenti chimici inanimati che presumiamo fossero disponibili nella storia più remota dell'universo?

Il problema ha radici così profonde che l'unica possibilità, io credo, sta nell'abbracciare una posizione audace, come hanno dimostrato Monod, Hoyle, Wickramasinghe e Crick.

Ecco dunque come suggerisco di procedere. Esistono fondamenti per pensare che, non più di qualche centinaio di milioni di anni dopo l'intenso bombardamento tardivo, la vita batterica stesse già prosperando sulla Terra avvalendosi di una chimica che, per quanto complessa, dipende da elementi che sarebbero stati facilmente disponibili sia sulla superficie dei continenti e degli oceani terrestri, sia subito sotto di essa. Ho intenzione di utilizzare queste considerazioni per proporre che la vita sia dunque un risultato perfettamente naturale tanto delle proprietà e del comportamento delle sostanze chimiche presenti nell'ambiente quanto delle condizioni prevalenti sulla Terra primitiva. In questo scenario la vita è una necessità, non un caso o un miracolo, né il frutto della panspermia. Quello che intendo davvero, con «necessità», è che — dato l'assemblaggio delle componenti chimiche su un pianeta caldo, umido e roccioso come la Terra, nelle condizioni prevalenti nella sua storia primordiale — la vita ha una probabilità di emergere elevata, prossima alla certezza.

Considerata la diffusione di esopianeti simili alla Terra, accettare questo assunto implica necessariamente che la vita debba esistere, altrove, nell'universo. Come ha sostenuto una volta il biochimico belga e premio Nobel Christian René , visconte de Duve, la vita è un imperativo cosmico: «La considerazione di questi ... processi suggerisce che l'origine della vita possa essere stata pressoché obbligatoria nelle condizioni fisico-chimiche prevalenti nel sito della sua nascita».

Non fatevi illusioni, però. Non chiedetemi di dimostrarvi questo imperativo cosmico o di spiegare come e perché avvenne. Non è certo un assunto da poco, e sono dispostissimo ad ammettere che le evidenze scientifiche a suo sostegno sono tutte veramente alquanto vaghe.

Fatta dunque questa premessa e messala da parte, che cosa pensiamo di sapere?

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Pagina 256

Non ha una grande importanza se siamo inclini ad abbracciare una teoria basata sulla provenienza esogena della vita, sul brodo primordiale, sulle bocche idrotermali (o su una combinazione di queste ipotesi, che non sono mutuamente esclusive) o ancora su scenari alternativi che non ho avuto modo di considerare qui. L'unica conclusione che possiamo trarre da tutti questi approcci è che la produzione dei componenti fondamentali della vita sembra essere una conseguenza naturale e inevitabile della chimica che ha luogo su un pianeta roccioso in presenza di acqua liquida. La vita sulla Terra è profondamente radicata nella composizione del pianeta, nelle sue proprietà e nelle condizioni che vi si trovano.

La particolare sequenza di eventi che ho illustrato qui – dal metabolismo primitivo al mondo a RNA, alla sintesi delle proteine, al DNA e alle strutture cellulari – è oggetto di accesi dibattiti tra gli scienziati specializzati nello studio dell'origine della vita. In verità, gli eventi potrebbero non essersi svolti come li ho descritti, e nemmeno nello stesso ordine. Tuttavia, comunque sia andata, anche la transizione dalle subunità costitutive alle molecole biologicamente significative – ATP, DNA, RNA e proteine – appare alquanto irresistibile. In realtà, gli espedienti non sono poi così numerosi, e c'è moltissimo tempo per metterli a punto ricorrendo a un processo per tentativi ed errori. Sembra inoltre che i princìpi dell'evoluzione per selezione naturale fossero già all'opera, a livello molecolare, nella chimica dei sistemi emergenti.

C'è, a questo punto, una grande incertezza: le lacune sono moltissime e abbiamo ancora molto da imparare. Possiamo però imbastire una storia con un minimo di plausibilità. Ci resta dunque solo un assunto: circa quattro miliardi di anni fa un sistema chimico complesso, che stava evolvendo in questo modo, a un certo punto varcò una soglia e divenne un essere vivente.

Il mondo non sarebbe stato più lo stesso.

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È il linguaggio dei geni e dell'ereditarietà. Se vogliamo seguire il prossimo episodio della nostra storia scientifica della creazione, dobbiamo avere familiarità almeno con alcune delle sue parole chiave.

La sequenza completa delle basi contenute nel DNA di un organismo è il suo genoma. Un gene è allora definito come una sezione del genoma che contribuisce a una specifica proprietà biologica ereditabile (un «tratto»), alla quale possiamo pensare come a una sorta di «unità di eredità». I geni non sono, come a volte vengono descritti dalla stampa divulgativa, simili alle applicazioni di uno smartphone («abbiamo il gene per fare questa cosa!»): la vita è molto più complicata. I tratti biologici sono solitamente riconducibili all'azione di molti geni, alcuni dei quali possono esplicare molteplici ruoli.

L'insieme di geni specifico di un organismo, ovvero la sequenza completa del suo genoma, è responsabile della determinazione delle proteine da sintetizzare, e pertanto del tipo di organismo che esso sarà, di come dovrà essere assemblato, di come sarà il suo metabolismo, di come crescerà e di come si replicherà.

Oggi sappiamo che un filamento di DNA ha una struttura a doppia elica, come Watson, Crick, Wilkins e Franklin scoprirono nel 1953. Negli organismi viventi, però, il DNA adotta una configurazione di livello superiore, denominata cromosoma. Nei procarioti esso si avvolge e si chiude a formare un anello in cui le due «estremità» della molecola si uniscono, rendendola così un po' meno vulnerabile all'attacco chimico.

Adesso siamo nella posizione di poter descrivere, per sommi capi, la struttura di una cellula procariote. Il cromosoma circolare forma quello che è noto come nucleoide («simile a un nucleo») e galleggia liberamente nel citoplasma cellulare, costituito per circa l'80 per cento di acqua contenente sali inorganici e molecole organiche. Sparsi nel citoplasma si trovano i ribosomi, piccole «fabbriche» molecolari che traducono in proteine l'informazione genetica codificata nell'm-RNA. La cellula è delimitata da una membrana costituita da un doppio strato fosfolipidico il quale contiene anche, incluse nel suo spessore, alcune proteine.

I geni sono trasmessi alle generazioni successive attraverso la replicazione del DNA cromosomico. Nelle cellule procariote questo accade mediante il processo di divisione cellulare. Quest'ultimo inizia con la replicazione del cromosoma circolare, così da produrne una copia identica. I due cromosomi quindi si separano e si allontanano all'interno della cellula. Questa poi si espande e la membrana si strozza, isolando i due cromosomi – ciascuno con un suo corredo di ribosomi – in modo da formare due cellule «figlie» geneticamente identiche.

Se effettivamente tutta la vita presente sulla Terra discendesse dalla popolazione di proto-organismi procarioti comparsi circa quattro miliardi di anni fa – organismi che chiamiamo LUCA –, in teoria dovremmo trovare qualche evidenza di queste origini in tutte le attuali forme di vita terrestri.

Ovviamente, le mutazioni casuali e miliardi di anni di evoluzione hanno trasformato sia la natura sia, cosa più importante, la diversità delle forme di vita sulla Terra; in questo capitolo esploreremo alcuni di questi primissimi sviluppi evolutivi. Ma alla base di tutta questa stupenda diversità c'è un fondamento, un insieme di geni essenziali, le cui origini – in linea di principio – possono essere tracciate, procedendo a ritroso, fino al LUCA.

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Le caspasi invadono le cellule ribelli operando in una reazione a cascata, dove ciascun enzima attiva il successivo. Agiscono in modo da fare la cellula a pezzi dall'interno. I resti sono poi rimossi dai fagociti.

Mettiamo tutto ciò in prospettiva. Si stima che in un essere umano adulto, ogni giorno, siano sterminati per apoptosi dai 50 ai 70 miliardi di cellule. In tal modo ogni cellula difettosa viene sacrificata per il bene dell'organismo; l'interesse superiore, qui, è l'abilità dell'organismo di riprodursi e trasmettere i propri geni alle generazioni successive.

Il che ci porta dritti alla seconda sfida.

Per gli eucarioti che stanno evolvendo la riproduzione per clonazione non è più fattibile: è una via che porta alla degradazione genetica, un inarrestabile viaggio verso l'estinzione. Gli eucarioti aumenterebbero le proprie chance di sopravvivenza se evolvessero un meccanismo diverso per diffondere i propri geni: un meccanismo che rimescoli le cose un po' di più, e più velocemente, di quanto sia possibile con il trasferimento genico orizzontale, creando la possibilità di «mischiare le carte» e di assemblare in modo casuale genomi contenenti un'elevata proporzione di geni «buoni».

La soluzione è il sesso.

Siamo chiari. Questa non è l'unica ragione individuabile per l'invenzione evolutiva del sesso (anche se è decisamente convincente). Alcuni batteri praticano una forma molto rudimentale di riproduzione sessuale e noi sappiamo che già negli eucarioti unicellulari erano evoluti cicli vitali sessuali. È nei loro discendenti pluricellulari, però, che il sesso si afferma davvero. Può darsi che non sia stata un'invenzione nuova, ma quando le pressioni selettive cominciano a spingere gli organismi pluricellulari verso livelli superiori di dimensioni e complessità, la variazione consentita dal sesso diventa un metodo essenziale per mantenere, e occasionalmente aumentare, la «fitness» genetica, come pure per riparare il DNA e mascherare gli effetti di mutazioni dannose.

Funziona così. Negli organismi pluricellulari alcune cellule si differenziano in cellule sessuali o gameti: spermatozoi e uova. Nella riproduzione sessuale questi diversi tipi cellulari si fondono; prima, però, nei progenitori di queste cellule, i loro cromosomi di origine materna e paterna vengono duplicati. In linea di principio questo non è diverso da quanto avviene all'inizio della riproduzione batterica, tranne per il fatto che ora abbiamo cromosomi provenienti da individui geneticamente distinti, e la duplicazione produce quattro (2 x 2) copie di ciascun cromosoma.

Quello che accade poi è una straordinaria coreografia: nella cellula progenitrice dei gameti i geni dei quattro cromosomi si mescolano, unendosi gli uni agli altri in modo casuale e ricombinandosi per produrre un corredo di quattro cromosomi nuovi, ciascuno dei quali contenente un insieme di geni diverso assemblato a partire dagli originali. La cellula progenitrice si divide poi dando luogo a due cellule figlie, e ciascuna di esse si divide nuovamente. Il risultato finale è costituito da quattro cellule diverse, quattro gameti, ciascuna delle quali con un cromosoma contenente un corredo rimescolato di geni ereditati da entrambi i genitori.

Supponiamo che nell'ambiente esterno insorga una situazione in cui due mutazioni genetiche favorevoli offrano chiari vantaggi per la sopravvivenza. Stando al semplice calcolo delle probabilità, in una popolazione di batteri che si riproducono per clonazione, benché le chance dell'una o dell'altra mutazione possano essere relativamente elevate, la probabilità che entrambe si presentino insieme è verosimilmente molto bassa. Tranne che in occasionali (e casuali) eventi di trasferimento genico orizzontale, gli organismi portatori dell'una o dell'altra mutazione non interagiscono; e se non riescono a rispondere abbastanza rapidamente nelle generazioni successive, le pressioni selettive potranno spingerli all'estinzione.

Le probabilità di acquisire entrambe le mutazioni favorevoli, ciascuna ereditata da uno dei genitori, sono molto più alte in una popolazione che si riproduca sessualmente. Naturalmente, vale anche il rovescio della medaglia: la prole può accumulare anche geni sfavorevoli; d'altra parte, in tal caso, ha meno probabilità di sopravvivere e pertanto di riprodursi. Poiché vengono concentrati in discendenti che poi muoiono, i geni «cattivi» sono eliminati, aumentando in tal modo la fitness genetica complessiva della popolazione.

È sbagliato, tuttavia, visualizzare questo processo tutto in bianco e nero, come se si accumulassero soltanto i geni buoni a scapito di quelli cattivi. La fitness genetica è un concetto statistico. Nella lotteria dell'evoluzione gli organismi sono «premiati» con una sopravvivenza abbastanza lunga da consentir loro di riprodursi. I geni buoni che contribuiscono a questo esito possono, in fasi successive del ciclo vitale dell'organismo, diventare geni cattivi, dando luogo a malattie associate all'invecchiamento e portando infine a morte (nel caso in cui l'organismo sopravviva abbastanza a lungo e non cada preda della molteplicità di fattori ambientali esterni che stanno cercando di ucciderlo). L'evoluzione è indifferente al loro destino ultimo. È chiaro che, in un ambiente ricco di nutrienti, gli organismi coinvolti nella riproduzione sessuale in una fase precoce del loro ciclo vitale hanno maggiori probabilità di trasmettere i propri geni alle generazioni successive.

È su questo che lavora l'evoluzione, ed è soltanto di questo che le importa.

Collocare con precisione queste invenzioni dell'evoluzione nel tempo geologico non è semplice. Possiamo però confidare nel fatto che le cellule eucariote, la pluricellularità, la fagocitosi, la morte cellulare programmata e la riproduzione sessuale (insieme ad altre invenzioni che qui ho deciso di non considerare) furono introdotte nella dotazione dei viventi durante l'eone Proterozoico (fig. 75).

Potrebbe sembrare che stessero accadendo moltissime cose, in verità il tempo disponibile fu spaventosamente lungo: il Proterozoico si estende per quasi due miliardi di anni, da 2,5 miliardi a 540 milioni di anni fa. I paleontologi a volte si riferiscono al periodo compreso tra 1,8 e 0,8 miliardi di anni fa come al «noioso miliardo».

Di certo è vero che nella documentazione fossile non c'è molto da vedere, almeno in confronto a quanto accadrà in seguito. Benché i biologi evoluzionisti stiano ancora dibattendo molti dei punti più sottili (per esempio, quelli riguardanti l'origine della pluricellularità e del sesso), vi sono basi più che sufficienti per confidare nella fondamentale correttezza di questa storia generale dell'evoluzione. Cercherò di illustrare tali basi con qualche esempio selezionato.

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Adesso la vita sulla Terra sta spingendo una porta aperta. È perfettamente possibile che gli animali del periodo di Ediacara non siano stati un esperimento evolutivo fallito, benché di certo è vero che non sopravvissero. Con pochissime eccezioni, nessun fossile di Ediacara è stato rinvenuto nel successivo periodo Cambriano.

Non è chiaro che cosa accadde poi, ma un'altra escursione negativa nei rapporti isotopici del carbonio, e studi su vari elementi traccia, forniscono evidenze del fatto che alla fine dell'Ediacarano gli oceani si trovassero in uno stato di deplezione di ossigeno. Nessuno può essere sicuro di che cosa possa averlo causato, ma alcuni meccanismi geologici possono portare in superficie acque povere di ossigeno e ricche di CO2 prelevandole dalle profondità oceaniche. I movimenti dei mari e dei continenti possono avervi avuto un ruolo e, in effetti, le cause plausibili sono molteplici. Qualsiasi cosa sia accaduta, però, non vi è spazio per dubitare circa le conseguenze: l'estinzione di massa.

Non possiamo essere sicuri di quali effetti ciò abbia avuto, ammesso che ne abbia avuti, sugli animali del periodo di Ediacara. Sappiamo però che si estinsero quasi tutti. Il loro «breve» regno di 20 milioni di anni è finito.

A volte la vita può sembrare fragile, ma la storia indica che è impossibile sterminarla completamente. Alcune forme sopravvivono e, in uno scenario che vedremo ripetersi più volte nel prossimo capitolo, quelle che superano tempi difficili si ritrovano poi in un'ecologia pressoché vuota. Quando i livelli di ossigeno sono ripristinati, l'evoluzione si mette al lavoro sul serio.

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Questo capitolo tratterà del susseguirsi di ere glaciali, spaventose eruzioni vulcaniche e almeno un impatto con asteroidi (ma forse due) nell'arco di circa 475 milioni di anni, a partire dal Cambriano. Questo avvicendarsi di ghiaccio e fuoco modificò varie volte la faccia della Terra. Causò diverse estinzioni di massa e successive radiazioni adattative che diedero luogo a una grandissima espansione della biodiversità, in particolare per quanto riguarda le forme di vita animale.

Pertanto il capitolo non tratta l'«origine delle specie» in quanto tale. Negli oceani del pianeta (che adesso ha quattro miliardi di anni) ormai si sono ovviamente già insediate diverse specie, alcune delle quali sono state prese in esame nel capitolo precedente. Senza contare che in questo capitolo la mia attenzione sarà decisamente puntata sugli animali; d'altra parte, qualcosa come «Origine e diversificazione dei phyla animali» proprio non sembrava altrettanto incisivo.

Il titolo naturalmente ammicca, e in maniera palese, alla serie di romanzi epici di genere fantasy dell'autore americano George R.R. Martin, il primo dei quali è Il Trono di Spade; il sottotitolo allude invece alla celebre opera darwiniana. Darwin era ben consapevole di una difficoltà, assai cospicua e visibilissima, nella sua teoria dell'evoluzione per selezione naturale; per lui, l'evoluzione è un meccanismo che opera in modo assai graduale, a passi lenti, nell'arco di molte generazioni. All'epoca in cui stava scrivendo il suo libro più famoso, tuttavia, la documentazione fossile raccontava una storia alquanto diversa: il punto è che non c'erano fossili precedenti all'inizio del Cambriano.

Sconcertato, Darwin scriveva: «Non posso trovare risposta soddisfacente alla domanda perché non si trovino depositi ricchi di fossili appartenenti a questi presunti periodi primitivi, anteriori all'epoca cambriana».

David Attenborough, il naturalista più amato in Gran Bretagna, frequentò la Wyggeston Grammar School di Leicester qualche anno prima di Roger Mason e aveva passeggiato nella Charnwood Forest prima di lui. Era anche un appassionato cacciatore di fossili, ma non aveva pensato di cercarne a Charnwood, perché sapeva che lì le rocce erano precambriane. «E ogni geologo sapeva bene, o perlomeno era convinto, che rocce di un'antichità così estrema non potevano contenere fossili di alcun tipo».

Nel periodo Cambriano gli organismi che cadevano nel fango e nei sedimenti morivano e fossilizzavano velocemente. Ai paleontologi sembrava che la vita si fosse «accesa» all'improvviso, in modo apparentemente del tutto incompatibile con un'evoluzione graduale. Questa è la radiazione del Cambriano: in termini geologici, un periodo di sperimentazione evolutiva talmente frenetica da meritare senz'altro di essere definito «esplosione», anche se oggi sappiamo che fece seguito a una lunga storia di sviluppi evolutivi che lasciarono comunque tracce nella documentazione fossile.

Seguiremo questi sviluppi concentrando la nostra attenzione sugli animali che – stando alle evidenze – fecero la loro prima comparsa nell'Ediacarano: cominciamo dunque collocandoli sull'albero della vita. La figura 78 mostra il quadro completo delle relazioni filogenetiche stabilite nel 1990 da Woese e dai suoi colleghi. Abbiamo già visto parte di questa immagine (fig. 71, p. 271) , ma adesso la completiamo aggiungendo gli Eukarya, cioè il dominio di tutti gli organismi eucarioti. [nota 4]

Ricorderete tutte le riserve avanzate nell'ultimo capitolo circa l'opportunità di rappresentare la diversità e le linee genetiche con un albero ramificato. La figura 78 mostra che gli Eukarya sono più strettamente imparentati con gli Archaei che non con i Bacteria; in effetti, se l'endosimbiosi ebbe luogo nel modo in cui pensiamo, questo è perfettamente ragionevole. Su questa base, gli organismi eucarioti possono aver ereditato gran parte della loro sequenza di r-RNA dall'ospite archeo. D'altra parte, avranno incorporato anche alcuni geni provenienti dagli endosimbionti batterici: rapporti, questi, difficili da rappresentare in un diagramma ad albero.

Inutile dire che il viaggio dal LUCA al biota ediacarano è semplicemente meraviglioso: una testimonianza dell'elegante interazione tra la geologia terrestre, la geochimica e gli organismi viventi che lottano per sopravvivere abbastanza a lungo da trasmettere i propri geni alle generazioni successive. Nondimeno, se siamo di umore un po' cupo e vogliamo fare i difficili, la verità è che tutto quello che abbiamo da mostrare, per documentare 3,5 miliardi di anni di evoluzione, si riduce a qualche medusa e poche minuscole creature protette da gusci e conchiglie – «conchiglie minuscole».

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Come sappiamo, Darwin era un gradualista. Percepiva l'estinzione come il risultato naturale della competizione tra forme di vita diverse, all'interno di un'ecologia a volte precariamente instabile. Le forme meglio adattate al loro ambiente mutevole, o che meglio gli corrispondono, hanno maggiori probabilità di sopravvivere, procreare e trasmettere i propri geni alle generazioni successive. Quelle adattate meno bene hanno maggiori probabilità di essere spinte all'estinzione.

Oggi però sappiamo che nell'arco degli ultimi 400 milioni di anni la vita sulla Terra è stata forgiata, in modo importante, da una serie di cinque estinzioni di massa, tutte riconducibili a importanti sconvolgimenti geologici.

La figura 81 mostra l'andamento, nel tempo, del numero di generi degli animali marini dal periodo Cambriano a oggi. In tassonomia, il genere è il livello di rango immediatamente superiore alla specie (per esempio, Anomalocaris canadensis è una specie all'interno del genere Anomalocaris; Homo sapiens è una specie all'interno del genere Homo). Questo grafico deriva, letteralmente, dal conteggio del numero dei generi di animali marini rinvenuti nella documentazione fossile riferita a momenti diversi del tempo geologico, e inizialmente è stato composto a partire da un database allestito dal paleontologo americano J.J. Sepkoski. Questa versione è stata adattata utilizzando il Sepkoski's Online Genus Database, gestito dall'Università del Wisconsin-Madison.

Il risultato è alquanto sorprendente. Naturalmente vi sono fluttuazioni di numero ascrivibili, semplicemente, alla possibilità che alcuni generi non abbiano mai lasciato tracce nella documentazione fossile, oppure che i paleontologi se ne siano lasciato «sfuggire» qualcuno. Tuttavia non è possibile fraintendere il declino numerico, drastico e rapidissimo, in cinque momenti chiave (indicati nella figura con altrettante frecce). Queste estinzioni di massa si verificano alla fine dell'Ordoviciano, nel Devoniano superiore, e alla fine dei periodi Permiano, Triassico e Cretaceo.

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Per un breve periodo gli artropodi regnano incontrastati. La terra verdeggiante fornisce un ecosistema meraviglioso – e alquanto vuoto – in cui essi possono prosperare. Gli acari si muovono sulla materia organica in decomposizione che cade al suolo dall'alto; si nutrono di funghi e contribuiscono a formare i primi suoli.

L'ecosistema viene però rapidamente occupato e ancora una volta la competizione tra predatori e prede favorisce l'aumento di dimensioni e lo sviluppo di armature difensive. Le possibilità evolutive sono limitate soltanto dalle semplici leggi della meccanica. Il piano corporeo degli artropodi prevede arti articolati in cui tessuti molli e muscolatura sono nascosti all'interno delle strutture tubolari dell'esoscheletro di carbonato di calcio. Più grosso è l'animale, maggiori sono i problemi nel manovrare le articolazioni, e le difficoltà a respirare. Nondimeno l'evoluzione spinge i limiti oltre. Slimonia è un genere di scorpioni di mare del Siluriano che arrivavano alla lunghezza decisamente spaventosa di due metri, con polmoni primitivi costituiti da tessuti molli ripiegati sulla superficie inferiore del corpo. Questi animali stavano nei pressi dell'acqua dolce, in attesa di avvistare una preda per assalirla.

Benché adesso la nostra attenzione sia rivolta alle terre emerse, l'evoluzione continua anche nei mari e negli estuari. I primissimi pesci fossili sono ostracodermi, creature senza mascelle (agnati), dotate di corazza, comparse nel Cambriano. Erano vertebrati, con uno scheletro interno e in particolare una colonna vertebrale. Gli ostracodermi possiedono, a copertura della testa, una corazza di piastre ossee che si ritiene abbiano un'origine genetica comune ai denti. Oggi sono estinti e, tra le forme viventi attuali, i loro parenti più prossimi sono le lamprede.

Nel Siluriano, ormai, sono comparsi i placodermi, anch'essi corazzati ma adesso dotati anche di mascelle che probabilmente hanno un'origine comune al primo arco branchiale. Forse saremmo tentati di saltare alla conclusione che questo sviluppo comportasse vantaggi per la sopravvivenza in quanto facilitava l'alimentazione (che, se si esclude il parlare, è l'uso che oggi facciamo delle mascelle). Peraltro, sembra che in effetti il vantaggio immediato fosse una respirazione più efficiente, giacché le mascelle erano usate per pompare acqua sulle branchie.

Lo sviluppo delle mascelle – quale che fosse il vantaggio associato – portò, nel corso del Siluriano e del Devoniano, alla diversificazione dei pesci che ne erano dotati. Arriviamo così ai Sarcopterygii, o pesci dalle pinne lobate, i cui membri viventi comprendono i celacanti e i pesci polmonati.

Concentriamoci su un genere di sarcopterigi del Devoniano superiore, denominato Eusthenopteron. Superficialmente, questo pesce sembra relativamente ordinario; è tuttavia dotato di qualche caratteristica anatomica intrigante. Lo scheletro delle pinne pettorali presenta omero, radio e ulna chiaramente distinti, mentre le pinne pelviche hanno femore, tibia e fibula; queste sono strutture ossee in genere associate ai tetrapodi che vivono sulle terre emerse: una superclasse che comprende tutte le creature dotate di quattro arti e cioè gli anfibi, i rettili, gli uccelli e i mammiferi (compresi noi).

Per un certo periodo Eusthenopteron venne rappresentato come l'archetipo del «pesce fuori dall'acqua», che usava le pinne per camminare sulla terraferma e diffondere così intere generazioni di tetrapodi terrestri. Oggi sappiamo che, per quanto «tetrapodomorfo», si trattava sempre di un pesce, che condivideva alcune caratteristiche anatomiche con i tetrapodi. In effetti, ulteriori evidenze fossili, raccolte più o meno negli ultimi vent'anni, ci hanno permesso di definire un intero spettro di morfologie, che vanno dal pesce somigliante ai tetrapodi ai tetrapodi simili a pesci.

La figura 82 riassume le nostre conoscenze attuali. Eusthenopteron e Pandericthys sono pesci tetrapodomorfi, con arti anteriori dotati di omero, ulna e radio; Pandericthys mostrava una struttura leggermente più vicina a quella dei tetrapodi, con brevi dita non articolate. Tiktaalik è ancora più simile ai tetrapodi, presenta un rostro più lungo, occhi più grandi e, nell'arto anteriore, una struttura articolare simile a un polso, in grado di sostenere la parte anteriore del corpo. Questi generi sono pressappoco contemporanei e risalgono al periodo compreso tra Devoniano medio e superiore.

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La formazione di Pangea – a cavallo dell'equatore ed estesa verso i poli (fig. 83) – si completa circa 300 milioni di anni fa, verso la fine del Carbonifero. Pangea fu clamorosamente ipotizzata dal geofisico tedesco Alfred Wegener , nel contesto della sua teoria (all'epoca scandalosa) della deriva dei continenti, proposta nel 1912. Inizialmente Wegener si riferì a Pangea denominandola Urkontinent, il «continente primordiale»; il nome greco Pangea, invece, significa «tutte le terre».

Come sempre, vi sono conseguenze. La formazione di un supercontinente causa un abbassamento del livello dei mari. Quell'unica grande massa di terra plasma il clima del pianeta, spingendolo verso la glaciazione. Ha dunque inizio la glaciazione del Karoo, che abbassa ulteriormente il livello dei mari, mentre anche i livelli dell'ossigeno atmosferico tornano a calare.

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I tetrapodi che vivevano sulla terraferma sono quasi completamente scomparsi. Lystrosaurus, l'erbivoro grande come un maiale che abbiamo incontrato nel Permiano superiore, è tra i pochi sopravvissuti; non è chiaro perché, visto che non sembra in possesso di caratteristiche tali da renderlo particolarmente adatto all'ecologia post-estinzione del Triassico inferiore. Può darsi che le dimensioni più piccole e i grossi canini simili a zanne, insieme a un becco corneo, lo aiutino a far fronte a una nuova dieta frugale a base di arbusti ed erbe. Tuttavia altri tetrapodi che non sembrano meno attrezzati sono scomparsi dalla faccia della Terra, e nessuno li vedrà mai più. Forse Lystrosaurus si guadagnò la sopravvivenza riparandosi in cunicoli sotterranei, oppure – semplicemente – ebbe fortuna.

Lystrosaurus è uno dei «taxa post-disastro», forme di vita che sopravvivono alle catastrofi e rapidamente si avvantaggiano del vuoto venutosi a creare, diversificandosi e diffondendosi in tutta Pangea. Fossili di diverse specie di Lystrosaurus sono stati rinvenuti in Sudafrica, India e Antartide, dimostrando che un tempo queste terre erano unite a formare un grande continente.

Sopravvivono anche uno o più Archosauriformes, che nel Triassico inferiore evolvono producendo Archosaurus, l'antenato comune degli uccelli, dei coccodrilli e dei dinosauri non aviani. Gli arcosauri rettiliani sono sauropsidi («aspetto da lucertola»); Lystrosaurus, simile a un mammifero, appartiene ai terapsidi («aspetto da mammifero») oggi generalmente denominati sinapsidi. Nel parapiglia evolutivo che segue per aggiudicarsi il dominio, i dadi sono truccati a favore dei sauropsidi. Il paesaggio arido che ancora una volta domina Pangea favorisce creature rettiliane a sangue freddo in grado di trattenere l'acqua.

Il Triassico medio segnala il ritorno delle foreste e l'inizio dell'èra dei dinosauri.

Siamo sempre stati molto attratti dai mostri: pervadono i nostri miti, siano essi antichi (basti pensare all'idra, il serpente dalle molte teste, al kraken delle leggende nordiche e ai draghi medioevali), o moderni (per esempio, Smaug e i Balrog di J.R.R. Tolkien). Ossa fossili di dinosauro furono scoperte e identificate come tali, per la prima volta, negli anni Venti dell'Ottocento, e il nome dinosauro («lucertola terribile») venne coniato nel 1841 dal paleontologo inglese Richard Owen, che divenne poi il primo direttore del Museo di Storia naturale di Londra, fondato quarant'anni dopo.

I dinosauri, però, non sono creature mitologiche partorite da una fertile immaginazione, ma mostri realmente esistiti. Si sono saldamente insediati nella coscienza collettiva fin dalla prima scoperta dei loro resti fossili, riportati alla vita dapprima grazie a illustrazioni sempre più realistiche e poi, in tempi più vicini a noi, attraverso film popolari come la trilogia di Jurassic Park. Molti nomi latini dei loro generi e delle loro specie ci sono già familiari.

Anticipando le richieste dei lettori, ho pensato di illustrare l'evoluzione dei dinosauri nei periodi Triassico, Giurassico e Cretaceo con l'aiuto di alcuni dei generi preferiti dal pubblico (fig. 84).

I dinosauri sono classificati in base alla struttura delle ossa del cinto pelvico, o bacino. I saurischi hanno un cinto pelvico «da lucertola», mentre gli ornitischi lo hanno «da uccelli». Quando venne introdotto questo schema di classificazione, la seconda categoria non intendeva implicare alcuna parentela anatomica con gli uccelli e, a un primo sguardo, sembra curioso trovare questi ultimi classificati come saurischi, quindi con il «bacino da lucertola». In verità, le ossa del bacino degli uccelli evolsero nel tempo, e la struttura «aviana» venne reinventata.

I primi dinosauri a evolvere dai loro antenati arcosauri sono i sauropodi, che compaiono nella documentazione fossile verso la fine del Triassico: si tratta degli erbivori dal lungo collo, assai familiari, correttamente mostrati in Jurassic Park mentre si spostano in mandrie e brucano le cime degli alberi. Comprendono Apatosaurus (forse meglio noto ai lettori più anziani come Brontosaurus), un sauropode del Giurassico superiore che arrivava a misurare 20 metri di lunghezza e a pesare circa 16 tonnellate; e Diplodocus, che pesava più o meno lo stesso, ma aveva un collo straordinariamente lungo che portava la lunghezza complessiva del suo corpo a 35 metri.

Verso la fine del Cretaceo diversi generi di sauropodi sono in competizione per il titolo di «animale più grande della Terra»: sono denominati, in modo appropriato, titanosauri. Attualmente, a rivendicare il vertice della classifica troviamo Argentinasaurus, che però ben presto sarà spodestato da un altro sauropode, ancora senza nome, scoperto nel maggio del 2014, anch'esso in Argentina. Argentinasaurus misura 30-35 metri di lunghezza, è alto più di 7 metri e ha un peso sbalorditivo di 70 tonnellate. In base alla lunghezza e alla circonferenza del femore, il titanosauro appena scoperto pesa invece 77 tonnellate: all'incirca quanto un edificio medio.

I ceratosauri («lucertole cornute») evolvono pressappoco nello stesso periodo, o poco dopo. L'archetipo del ceratosauro è ovviamente Ceratosaurus, un grande predatore che entra in scena nel Giurassico superiore, più o meno nel medesimo periodo di Apatosaurus e Diplodocus. Compare come ospite nel terzo film di Jurassic Park. È un predatore decisamente feroce, con grandi mascelle e denti affilati come rasoi. È bipede, con arti anteriori brevi ma potenti, e arriva a misurare circa sei metri in lunghezza, con un peso compreso tra i cinque quintali e la tonnellata.

A prima vista, Ceratosaurus ha un aspetto abbastanza familiare. Potrebbe ricordare il dinosauro preferito da tutti, Tyrannosaurus rex («lucertola tiranno»), che fa la sua comparsa verso la fine del Cretaceo. L'ho incluso in figura 84, anche se T. rex non è un ceratosauro ma un celurosauro, un sottogruppo tassonomico affine che nel corso degli anni è andato incontro a numerose revisioni. T. rex è decisamente tirannico, con i suoi 12 metri di lunghezza, le sue quasi sette tonnellate di peso e con il morso più potente di qualsiasi animale terrestre. Di sempre.

Correndo il rischio di guastare la sua immagine — il più spaventoso assassino che abbia mai teso un agguato a una preda sulla Terra —, devo nondimeno menzionare che potrebbe aver avuto le penne. Inoltre, non è svelto come lo dipingono sue famose descrizioni, e certo non sarebbe stato in grado di inseguire una jeep in accelerazione. Ma allora ci sarebbe stata negata una delle scene più memorabili di Jurassic Park, quella in cui Robert Muldoon (interpretato da Bob Peck), osserva nervosamente un T. rex nello specchietto laterale della jeep, che lo informa: GLI OGGETTI VISUALIZZATI NELLO SPECCHIO SONO PIÙ VICINI DI QUANTO SEMBRA.

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I primi mammiferi — come del resto tutti gli animali discendenti dai primi tetrapodi che colonizzarono le terre emerse — sono anche amnioti: depongono uova contenenti una sacca che trattiene l'acqua ma permette all'embrione che si sta sviluppando di respirare. Alcuni mammiferi moderni, come l'ornitorinco e l'echidna, hanno conservato questa strategia riproduttiva. Verso la fine del Cretaceo, però, cominciano a entrare in scena mammiferi adattati in modo da partorire figli vivi: questi comprendono i marsupiali, che tengono per qualche tempo i loro piccoli nati relativamente immaturi in un marsupio; e i mammiferi placentati, la cui prole viene partorita completamente sviluppata dopo una prolungata gestazione nell'utero.

Naturalmente, una delle caratteristiche definitorie dei mammiferi (quella da cui prendono il nome) è che le femmine nutrono i piccoli allattandoli. I tempi e la natura dell'evoluzione delle ghiandole mammarie rimangono un tema aperto al dibattito scientifico; una teoria ipotizza comunque che si tratti di ghiandole sudoripare adattate.

[...]

Entriamo adesso nel Paleogene. Le polveri si posano, il Sole torna a risplendere e la fotosintesi riprende. Finora, la nostra storia della vita sulla Terra è stata descritta in modo alquanto frenetico in capitoli che coprono centinaia di milioni di anni, ma avvicinandoci a Homo sapiens dovremo ricorrere a una scala dei tempi geologici con suddivisioni più brevi (fig. 86). Ogni periodo geologico è diviso in epoche, e il Paleogene si apre con il Paleocene (con la «c»), un'epoca che si estende da 66 a 56 milioni di anni fa; poi prosegue nell'Eocene, da 56 fino a circa 34 milioni di anni fa, e termina nell'Oligocene, da 34 a 23 milioni di anni fa.

Il Paleocene inizia con un clima freddo e asciutto che però – nei successivi dieci milioni di anni, mentre nell'atmosfera torna ad accumularsi il CO2 – va lentamente riscaldandosi. All'equatore il clima diventa tropicale, e le terre emerse sono calde e aride in entrambi gli emisferi. I poli sono freschi e temperati; le foreste e le angiosperme si riprendono, e ricompaiono le macchie di colore. In Groenlandia crescono le palme.

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La figura 88 cerca di descrivere quel che accadde poi. L'albero filogenetico delle aplorrine va incontro a una serie di ramificazioni che porta infine agli esseri umani (vi prego, peraltro, di tenere a mente tutte le riserve in merito alle rappresentazioni basate su strutture ad albero). I primi a separarsi con un ramo distinto sono i tarsiformi, pressappoco a metà dell'Eocene. All'epoca questi animali avevano un areale esteso su gran parte di Nord Africa, Europa, Asia e Nord America, mentre i tarsidi moderni si trovano oggi soltanto sulle isole dell'Asia sudorientale.

L'altro ramo è quello degli antropoidi. Il Fayyūm, una depressione a ovest del Nilo e a sud del Cairo, è una ricca fonte di fossili di antropoidi primitivi. Tra quelli meglio conosciuti vi è Propliopithecus zeuxis. Si trattava di creature più o meno delle dimensioni di un cane di piccola taglia, con faccia lunga e protrusa e canini pronunciati. Probabilmente vivevano in alto, nella volta della foresta, nutrendosi perlopiù di frutti dalla polpa morbida.

Verso la fine dell'Eocene la linea degli antropoidi a sua volta si ramifica: le prime a separarsi sono le platirrine («naso piatto»), note anche come scimmie del Nuovo Mondo. Si tratta di creature di taglia piccola o media; una loro famiglia possiede coda prensile, adatta ad afferrare rami e oggetti.

Fino a questo punto il clima della Terra è stato abbastanza clemente, ma adesso le temperature globali si stanno abbassando. Le possibili ragioni sono molte, ma i livelli atmosferici di CO2 stanno calando, in un processo probabilmente esacerbato dal fatto che grandi quantità di felci d'acqua dolce cominciano a essere seppellite nei sedimenti dell'Oceano Artico. A entrambi i poli ricompaiono i ghiacci e la calotta antartica va rapidamente estendendosi. Lo spostamento dei continenti, in particolare il completo distacco del Sud America dall'Antartide, apre il canale di Drake, mentre la corrente circumpolare antartica così creatasi attira acqua fredda dalle profondità oceaniche, richiamandola in superficie.

Le foreste si ritirano, minacciando la sopravvivenza dei primati che ormai dipendono da esse. Le evidenze fossili indicano che ora l'ulteriore evoluzione dei primati ha luogo in larga misura in Africa e in Asia.

L'Oligocene medio, molto più freddo, assiste ora alla ramificazione della linea delle catarrine («naso ricurvo in giù») in cercopitecidi (le scimmie del Vecchio Mondo) e ominoidi. In Kenya sono stati scoperti diversi fossili di ominoidi primitivi, il più notevole dei quali è forse il cranio di Proconsul, rinvenuto nel 1948 dalla paleoantropologa Mary Leakey. Proconsul è una creatura scimmiesca, che probabilmente si spostava sui rami degli alberi muovendosi su tutti e quattro gli arti. L'assenza di coda, tuttavia, è decisamente un carattere da antropomorfa e le discussioni per stabilire esattamente che tipo di ominoide fosse proseguono. Il nome Proconsul significa «prima di Consul», e fa riferimento a uno scimpanzé ospitato nel giardino zoologico di Londra che si chiamava Consul e si era guadagnato una certa notorietà.

In proporzione, le mani di Proconsul non sono diverse da quelle umane, e sembrerebbero capaci di afferrare piccoli oggetti con una certa precisione. Vive nella foresta tropicale, ma alcuni dei siti in cui sono stati rinvenuti i suoi resti fossili fanno pensare a un ambiente più stagionale, ed è possibile che occasionalmente scendesse a terra.

Il gruppo che si distacca successivamente, all'incirca alla fine dell'Oligocene, è quello degli ilobatidi o «piccole antropomorfe». Sono i gibboni, che oggi troviamo in varie parti dell'Asia, dall'India nordorientale all'Indonesia e alle Filippine.

Così, più o meno all'inizio del Miocene, arriviamo agli Ominidi o «grandi antropomorfe».

L'Africa continentale adesso entra in contatto con l'Europa e l'Asia; secondo alcune evidenze la formazione di un ponte di terra tra i due continenti, all'incirca 17 milioni di anni fa, facilita la migrazione di ominoidi dall'Africa all'Europa: fossili risalenti a questo periodo sono stati rinvenuti in Germania e in Turchia.

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Ecco perché si è dimostrato tanto difficile trovare un consenso su alcuni dei dettagli più fini riguardanti l'evoluzione umana. Ed è ancora per questo motivo che l'attribuzione alle varie specie tende a mutare nel tempo. Quelli che oggi sono considerati esemplari di una specie umana distinta domani potrebbero essere riconosciuti come appartenenti a una specie diversa. Alcuni paleontologi hanno fatto oscillare il pendolo anche nella direzione opposta, sostenendo che non vi siano reali differenze ma solo una grande variabilità su alcuni fondamentali aspetti comuni, all'interno di una singola specie umana.

Si dice che «le ossa non mentono mai» e per certi versi, naturalmente, le ossa sono dati di fatto, chiari e incontrovertibili, derivanti dalla storia dell'evoluzione umana. Come in tutti gli aspetti dell'impresa scientifica, però, i fatti sono aperti all'interpretazione e soltanto di rado sono del tutto privi di ambiguità (ammesso che mai lo siano).

Perché è tanto difficile? Perché non invocare semplicemente il concetto biologico di specie, secondo il quale le specie si differenziano in base alla loro compatibilità riproduttiva? Secondo questa definizione, specie distinte non sono interfeconde. Questo non impedisce il sesso interspecifico; significa piuttosto che la prole di una tale unione probabilmente sarà sterile. Per esempio, gli ibridi tra asini e cavalli tendono a essere sterili a causa della diversità del numero dei cromosomi dei due genitori.

Purtroppo, in questo caso, non è una distinzione utile. Nei mammiferi vi sono molti esempi di incroci interspecifici e, come vedremo tra pochissimo, esistono prove che indicano l'incrocio, in passato, tra specie umane attualmente accettate e riconoscibilmente diverse – compresa la nostra. Probabilmente è bene ricordare che la tassonomia biologica, compreso l'uso della specie quale categoria, è un'invenzione umana fatta per venire a capo della complessità della vita sulla Terra, un compito altrimenti disarmante. In prossimità dei loro margini, d'altra parte, queste categorizzazioni sono inevitabilmente sfumate.

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Le evidenze fossili di uno dei primi Homo sapiens furono rinvenute in Sudafrica, a Florisbad, circa 45 chilometri a nord-ovest di Bloemfontein. L'età del cranio di Florisbad è stata rideterminata nel 1996 e fissata a circa 260.000 anni. Due crani di adulti e la mandibola di un bambino trovati a Jebel Irhoud, in Marocco, sono stati datati a circa 200.000 anni, mentre una ridatazione dei fossili scoperti da Richard Leakey nel 1967 a Omo Kibish, sul fiume Omo nell'Etiopia sudoccidentale, indica 195.000 anni. Crani di adulti e bambini scoperti a Herto Bouri, nella depressione di Mar (Etiopia) , sono stati datati a 100.000 anni fa.

Il cranio di H. sapiens è un po' più piccolo, la faccia molto più piatta, il naso meno pronunciato, il mento più prominente, e l'aggressiva cresta sopraccigliare in larga misura adesso è scomparsa: questi sono riconoscibilmente esseri umani moderni, con caratteristiche che con ogni probabilità non susciterebbero alcuna perplessità nel «test del passante».

Benché esistano alcune teorie alternative sull'origine di Homo sapiens, tra i paleontologi oggi si sta creando una sorta di consenso intorno a quello che è noto come il «modello dell'origine africana recente», o anche come «ipotesi out of Africa», sostenuto da più di trent'anni da Chris Stringer e Gunter Brauer dell'Università di Amburgo. A parte la distribuzione della documentazione fossile, ci sono anche le evidenze custodite nei nostri geni.

Nel capitolo 9 ho accennato che, quando evolsero le prime cellule complesse, alcuni batteri endosimbionti divennero mitocondri, mantenendo una certa autonomia locale grazie alla conservazione di un piccolo cromosoma circolare contenente approssimativamente sedicimila coppie di basi, insieme all'apparato per la sintesi di alcune proteine particolari. In un uovo umano fecondato, il DNA mitocondriale (mt-DNA) contenuto in questo cromosoma viene semplicemente clonato dalla femmina, con un contributo genetico maschile piccolo o assente. Questi geni, pertanto, sono trasmessi solo di madre in figlia: i maschi non possono trasmetterli. Il DNA mitocondriale muta molto più rapidamente di quello nucleare, permettendo così di risalire, attraverso l'analisi genetica, alle origini recenti. Uno studio del 1987 ha indicato che Homo sapiens effettivamente ha un'ultima antenata umana comune che, stando ai tassi di mutazione, sarebbe esistita circa 200.000 anni fa. È diventata famosa come «Eva mitocondriale»; e veniva dall'Africa.

Questo studio fu pesantemente criticato; benché alcune delle procedure adottate fossero discutibili, ulteriori ricerche hanno peraltro corroborato le conclusioni iniziali. Stime recenti collocano Eva mitocondriale tra 100.000 e 200.000 anni fa. Studi simili, condotti sul cromosoma Y – che permette invece di risalire alle origini esclusivamente lungo la linea maschile –, collocano con ogni probabilità l'«Adamo cromosomiale-Y» in Africa, in epoche che variano a seconda dello studio, ma che in media sono intorno ai 200.000 anni – benché sia estremamente improbabile che Adamo ed Eva fossero coevi. Naturalmente, a differenza dei personaggi biblici, essi non erano soli.

Stringer ha raccolto evidenze per produrre un quadro ragionevolmente definitivo della nostra storia evolutiva recente, un quadro che senza dubbio cambierà in risposta a nuove scoperte, a mano a mano che saranno compiute. Questo quadro (fig. 92) racconta più o meno la storia che io stesso ho narrato qui.

Esso mostra che la forma moderna di Homo sapiens compare in Africa all'incirca 200.000 anni fa e si diffonde dapprima in Africa e poi in Eurasia. Siamo testimoni del suo successo; probabilmente i migranti africani sono un gruppo relativamente piccolo, forse qualche migliaio di individui. Può darsi che non si sia trattato di un unico esodo, e che invece abbiano avuto luogo più migrazioni, ravvicinate nel tempo.

I migranti raggiungono l'Africa settentrionale e passano in Asia occidentale all'incirca 100.000 anni fa, penetrando in Cina circa 60.000 anni or sono. Puntano poi a sud e a est verso l'Australia, circa 50.000 anni fa; pressappoco 7000 anni dopo avanzano in Europa. Sembra probabile che abbiano attraversato lo stretto di Bering e siano giunti in Alaska 15.000 anni fa, muovendo poi verso sud, in Nord America e in Sud America, rispettivamente 2000 e 3000 anni dopo.

In Europa e in Asia i sapiens migranti incontrarono i neandertaliani e i denisoviani. L'analisi del DNA neandertaliano e denisoviano estratto dai resti fossili e i confronti effettuati con il nostro genoma umano moderno svelano alcuni segreti interessanti. Circa il 2 per cento del DNA degli esseri umani moderni non africani è riconducibile ai neandertaliani. Una piccola proporzione di DNA neandertaliano è presente nei denisoviani e un 4-6 per cento di DNA denisoviano è rintracciabile in quello dei melanesiani (nativi di Vanuatu, delle Isole Solomone, delle Fiji e di Papua Nuova Guinea) e degli aborigeni australiani moderni. Sembra che i tibetani abbiano ereditato da antenati denisoviani geni specificamente adattati per la vita a grandi altitudini.

Questa prova convincente di avvenuti incroci testimonia che Homo sapiens non si limita a emergere dall'Africa e a «prendere il sopravvento» spingendo tutte le altre specie umane all'estinzione. Una recente rivalutazione delle evidenze fossili indica, in Europa, una coesistenza di neandertaliani e Homo sapiens durata 5000 anni; di sicuro, quindi, la sostituzione dei neandertaliani non avvenne dall'oggi al domani.

Uno scenario probabile prevede che la comparsa di una specie più innovativa e adattabile spinga i neandertaliani e i denisoviani – per quanto ben adattati a un clima che può essere freddo, rigido e a volte brutale – al punto di rottura. L'Europa e l'Asia sono ancora strette nella morsa del periodo glaciale iniziato 110.000 anni fa e protrattosi fino all'inizio dell'Olocene, 14.000 anni fa. Nel momento in cui le risorse alimentari scarseggiano, il più abile ad assicurarsi la sopravvivenza è Homo sapiens. Nel prossimo capitolo prenderemo in considerazione alcuni aspetti specifici.

Homo erectus, H. antecessor, H. heidelbergensis e H. floresiensis sono usciti di scena. Adesso scompaiono anche i neandertaliani e i denisoviani, benché – sia pure in una misura modesta – queste antiche linee umane persistano in noi, unici sopravvissuti.

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In altre parole, che cos'è che ci rende «speciali» in termini evolutivi? La risposta, ovviamente, sta nella forma di coscienza che sembriamo possedere in esclusiva. Abbiamo sviluppato la capacità di rappresentare il mondo esterno a noi, e di farlo in vari modi che offrono molto, ma molto di più d'un mero vantaggio per la sopravvivenza. La coscienza ci dona la capacità di un pensiero astratto simbolico e di una vita mentale complessa. Ci permette di comunicare con gli altri e, almeno per alcuni di noi, di vivere la nostra vita all'interno di strutture sociali di straordinaria complessità. Ci offre la possibilità di creare culture che sono prettamente umane: non c'è, sulla Terra, un'altra creatura che possa farlo.

Questa è una risposta semplice e diretta, ma solleva moltissimi altri interrogativi difficili. Che cosa è la coscienza e come funziona? Come e quando emerse nella nostra storia evolutiva? Rispondere a queste domande contribuirà non solo a farci comprendere le nostre origini, ma anche la nostra umanità.

Purtroppo, lo studio della coscienza è la sola disciplina, tra quelle in cui mi sono imbattuto, che sia strutturata principalmente nei termini dei suoi problemi. Così abbiamo il «problema difficile» della coscienza, il problema «mente-corpo» , il problema delle «altre menti» , e molti ancora. Questi «problemi» hanno promosso un'infinità di discussioni e di parole ma – finora – non sembrano esserci soluzioni.

Ma su, cerchiamo di essere positivi! Per molti versi, i problemi irrisolti sono i più affascinanti. La scienza ha compiuto molti progressi che passeremo in rassegna qui sotto, dopo aver affrontato parte del necessario bagaglio filosofico.

Esploriamo dunque quello che crediamo di sapere, e vediamo che cosa ha da insegnarci.

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