Origine della vita
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Origine della vita
L’ORIGINE DELLA VITA
Antichità
Sino dall’antichità l’uomo si è posto il problema dell’origine della vita. Per gli organismi di cui è noto il ciclo vitale è facile riconoscere l’origine a partire dai genitori; non altrettanto avviene invece con gli organismi per i quali, a causa delle piccole dimensioni oppure delle condizioni di vita, il ciclo vitale non risulta evidente. Nella Cina antica, ad esempio, la gente pensava che dai bambù si generassero spontaneamente alcuni insetti, documenti sacri dell'India testimoniano invece della nascita spontanea di mosche dal sudore e dalla sporcizia, mentre secondo i babilonesi il fango dei canali generava vermi. La teoria secondo la quale dalla materia inanimata possono nascere esseri viventi prende il nome di generazione spontanea. Nel IV° secolo avanti cristo Aristotele raccolse su questo argomento le idee dei filosofi che vissero prima di lui, sintetizzandole in una teoria secondo cui gli organismi viventi nascono, in genere, da altri organismi a loro simili, però a volte possono anche scaturire dalla materia inerte. Nella sua Storia Naturale Plinio, parlando dell’anguilla, dà una fantasiosa interpretazione riguardo la sua riproduzione: il filosofo naturalista latino scrive infatti che le anguille, strofinandosi sulle rocce, liberano frammenti di pelle da cui avrebbero successivamente origine nuove anguille. La teoria della generazione spontanea passò indenne attraverso il Medioevo e il Rinascimento. Nel XVI secolo vi era ancora qualcuno disposto a credere che le oche nascessero da alcuni alberi che si trovavano a contatto con le acque dell'oceano o che gli agnelli si formassero all'interno di meloni, come andavano raccontando alcuni viaggiatori al ritorno da lunghi viaggi in Oriente.
Nel XVII secolo finì l'epoca delle leggende e iniziarono le prime sperimentazioni a sostegno della teoria della generazione spontanea. Il medico fiammingo Jean Baptiste Van Helmont annunciò (seriamente) di avere condotto un esperimento mettendo a contatto chicchi di frumento e una camicia sporca, in seguito al quale, dopo 21 giorni, sarebbero nati dei topi. Secondo Van Helmont il sudore umano avrebbe rappresentato il principio attivo necessario per spingere la materia inerte a trasformarsi in materia vivente. Non dobbiamo del resto dimenticare che, a cavallo tra ‘600 e ‘700, la generazione spontanea fu sostenuta anche da illustri pensatori come Newton e Cartesio.
L’esperienza di Francesco Redi
Il primo studioso ad effettuare ricerche rigorose su questo argomento fu Francesco Redi (1626-1698), membro dell'Accademia del Cimento, che operò a Firenze sotto la protezione del granduca di Toscana. Redi si proponeva di verificare se "ogni fradiciume di cadavere corrotto, ed ogni sozzura di qualsiasi altra cosa putrefatta, ingenera i vermi e gli produce". Le sue "Esperienze intorno alla generazione spontanea degli 'insetti", pubblicate nel 1668, rappresentano una brillante soluzione del problema. Egli inizio i suoi esperimenti mettendo in un recipiente aperto una fetta di carne, che in pochi giorni fu ricoperta di vermi. Dopo 19 giorni notò che i vermi cominciavano a diventare immobili e ad avvolgersi in piccole palle dure. Trasferì le palline in un altro recipiente; dopo 8 giorni, da ogni pallina uscì una mosca. Era forse questa una conferma della generazione spontanea? Era necessario approfondire il problema. L'esperimento conclusivo è importante perché per la prima volta viene introdotto il metodo comparativo, mediante l'uso sistematico di campioni di controllo. Otto flaconi furono riempiti di vari tipi di carne; quattro vennero lasciati all'aria aperta e quattro furono sigillati ermeticamente. Solo nei flaconi aperti, nei quali le mosche avevano potuto deporre le uova, si formarono larve che dettero origine a nuove mosche. La carne nei flaconi sigillati divenne anch'essa putrida e si decompose, ma senza produrre alcuna forma di vita visibile ad occhio nudo. Il risultato rappresentava un forte argomento contro la generazione spontanea. I sostenitori di 
tale teoria eccepirono però sulla legittimità della conclusione di Redi in quanto, secondo loro, i recipienti chiusi impedivano che la "Vis Vitalis" presente nell'aria venisse a contatto con la carne. Redi ripeté l'esperimento non chiudendo ermeticamente i flaconi, ma coprendoli con una garza; in questo modo l’aria poteva penetrare nei flaconi e la "Vis Vitalis" poteva conseguentemente agire, ma dalla carne non nacque alcun insetto. Ecco la descrizione dell’esperimento attraverso le parole dello stesso Redi :
".. Io cominciai a dubitare, se per fortuna tutti i bachi delle carni dal seme delle sole mosche derivassero, e non dalle carni stesse imputridite; e tanto più mi confermava nel mio dubbio, quanto che in tutte le generazioni da me fatte nascere sempre avea io veduto sulle carni, avanti che inverminassero posarsi mosche della stessa specie di quelle che poscia ne nacquero. Ma vano sarebbe stato il dubbio, se l'esperienza confermato non l'avesse. Imperciocché... in quattro fiaschi di bocca larga misi una serpe, alcuni pesci di fiume quattro anguillette d'Arno ed un taglio di vitella di latte; e poscia, serrate benissimo le bocche con carta e spago e benissimo sigillate, in altrettanti fiaschi posi altrettante delle suddette cose, e lasciai le bocche aperte: né molto passò di tempo, che i pesci e le carni di questi secondi vasi diventarono verminose, ed in essi vasi vedevansi entrare ed uscir le mosche a lor voglia. Ma ne' fiaschi serrati non ho mai veduto nascere un baco, ancorché sieno scorsi molti mesi dal giorno che in essi quei cadaveri furono serrati..."
Al termine delle sue ricerche Redi poteva dunque concludere che la carne in decomposizione genera "vermi" solo quando vi si posano insetti che vi depongono le uova; dai "vermi" nascono insetti della stessa specie di quelli che hanno deposto le uova. In sintesi: la carne da sola non genera i vermi. Lo studio di Redi sulla generazione spontanea rappresenta un momento cruciale nella storia della Biologia, sia per il rigore con cui vennero condotti gli esperimenti, che per l'audacia con cui questo mito venne confutato. Gli esperimenti di Redi rientravano in un programma di ricerca più vasto: lo studio e la descrizione dei parassiti delle specie animali più diverse: dall'uomo agli uccelli, ai rettili, ai pesci, ai molluschi, con grande attenzione all'interpretazione del loro ciclo vitale. La sconfitta della generazione spontanea lo obbligava, ma allo stesso tempo lo confortava, nella ricerca di una origine biologica dei parassiti. Pubblicò i risultati di questi studi nel 1684 in un opera intitolata “Osservazioni interne agli animali viventi che si trovano negli animali viventi”. Rimanevano tuttavia alcuni casi di generazione che non riusciva a spiegare: i vermi intestinali ed altri parassiti, così come la crescita delle galle di quercia.
Più o meno nello stesso tempo in cui Redi compiva i suoi esperimenti, Anton Van Leeuwenhoek osservò, per la prima volta, la presenza di microrganismi attraverso il rudimentale microscopio da lui stesso costruito. Le osservazioni al microscopio ben presto si moltiplicarono e la presenza di un numero tanto abbondante di microrganismi all'interno di tutte le sostanze esaminate stimolò nuove ricerche, in quanto dimostravano l’esistenza di un universo fino a quel momento sconosciuto, popolato di "animaletti" ubiquitari e in grado di moltiplicarsi ad un ritmo vertiginoso. Da dove venivano? Come si riproducevano? I microrganismi sembravano inoltre fornire il collegamento, a lungo ricercato, fra gli organismi visibili e la natura inanimata. Si riapriva quindi la disputa fra teoria della biogenesi (la vita deriva dalla vita) e teoria della abiogenesi o generazione spontanea (la vita si origina da sostanze non viventi), che si spostava dal mondo macroscopico dei vermi e delle mosche, a quello microscopico, ove le esperienze di Redi non avevano alcuna efficacia: bastava infatti collocare del fieno secco in acqua e, dopo alcuni giorni, compariva una miriade di organismi microscopici a cui venne dato il nome di infusori.
John Needham (1713 – 1781) e Lazzaro Spallanzani (1729 – 1799)
Circa mezzo secolo dopo le osservazione di Leeuwenhoek, sull'origine degli infusori si sviluppò una delle più celebri dispute scientifiche del '700: quella fra il prete cattolico inglese John Needham e il prete cattolico italiano Lazzaro Spallanzani. Nel 1748 Needham eseguì una serie di esperienze consistenti nel mettere in un vaso del brodo di carne, sigillarlo, a suo dire, ermeticamente e riscaldarlo, ponendolo per alcuni minuti sulla cenere calda. I vasi venivano poi tenuti a temperatura ambiente. Dopo qualche giorno il brodo era pieno di “animaletti”, secondo Needham nati in maniera spontanea dal brodo stesso, grazie all’azione di una “forza produttrice”, visto che il calore avrebbe dovuto distruggere ogni forma di contaminazione dall’esterno. La stessa tesi venne ripresa anche da George Leclerc de Buffon, il quale sostenne che le molecole organiche derivanti dal disfacimento dei corpi possono riunirsi in modo spontaneo per dare origine a nuovi organismi.
Nel 1768 Spallanzani ripeté le esperienze di Needham, aumentando però fino a 45 minuti i tempi di esposizione al calore e serrando i contenitori in modo ermetico: il risultato fu la non comparsa dei microrganismi nel brodo. Needham criticò la durezza dei metodi dell’abate italiano: il calore eccessivo avrebbe distrutto la forza produttrice delle sostanze infuse, rendendo quindi impossibile la generazione di nuova vita. Inoltre, sempre a causa dell’eccessivo calore, l’aria sarebbe stata corrotta, perdendo quell’elasticità indispensabile per garantire la sopravvivenza di un essere vivente. Quest’ultima critica venne in seguito sostenuta anche da Guy Lussac, il quale dimostrò che i cibi conservati dall’industriale Nicolas Appert , secondo i principi di Spallanzani, erano si indenni da ogni deterioramento, ma ciò era dovuto semplicemente la fatto che non avevano traccia di ossigeno e quindi era resa impossibile la presenza di qualunque tipo di vita.
Agli inizi dell’800 tra i fautori della generazione spontanea troviamo anche Lamarck (1744-1829), il quale nel 1802 sosteneva che, affinché "i corpi viventi siano effettivamente prodotti di natura, la natura deve aver avuto, e deve ancora possedere, la capacità di produrre alcuni di essi in modo diretto". E nel 1809 scriverà: "La natura ha cominciato, e ricomincia ancora tutti i giorni, col formare i corpi organici più semplici: essa forma direttamente solo questi, e cioè i primi abbozzi di organizzazione, che designiamo con l'espressione di generazioni spontanee."
Louis Pasteur (1822 – 1895)
Il problema verrà ripreso, nella seconda metà dell' 800, da Pasteur. La produzione di bevande alcoliche, antica di migliaia di anni, era ancora sconosciuta, nel secolo scorso, dal punto di vista scientifico. Si sapeva che la fermentazione dell'uva poteva prendere una strada imprevista, e allora il vino si trasformava in aceto, (i produttori parlavano di "malattia del vino"), così come il latte poteva inacidire. Dopo aver studiato la fermentazione alcolica, ed essersi convinto dell’origine biologica del fenomeno, legato all’azione dei fermenti, Pasteur passa a studiare l’irrancidimento del burro (1857). Osservando campioni di burro rancido al microscopio osserva un microrganismo mobile (i fermenti erano immobili), di cui intuisce il metabolismo in assenza di ossigeno (tale elemento era fino ad allora ritenuto da tutti indispensabile alla vita, mentre adesso mostra una azione tossica). Conia quindi i termini aerobiosi (vita in presenza di ossigeno) ed anaerobiosi (vita in assenza di ossigeno), tuttora utilizzati e fonda la microbiologia.
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Essendo convinto che i fermenti si trovino nell’aria e che da questa si depositino sulle sostanze che poi trasformano, Pasteur si trovò coinvolto nel dibattito che si svolgeva alla metà dell’800 sulla generazione spontanea. All’epoca nessuno sosteneva più che gli esseri viventi visibili ad occhio nudo potessero sorgere in modo improvviso e senza la presenza di un genitore. Il problema rimaneva invece aperto per quel che riguardava i microrganismi, cioè gli esseri talmente piccoli da potersi osservare solo al microscopio, che erano responsabili del deperimento degli alimenti e della putrefazione.
Nel 1859 il naturalista Felix-Archimede Pouchet (1800-1872), pubblicava una lunga opera dal titolo Hétérogénie ou traité de la géneration spontanée, il cui scopo dichiarato era dimostrare la generazione spontanea sulla base di esperimenti inconfutabili. Nuovi organismi viventi possono, secondo Pouchet, derivare dalla materia che era stata vivente. La riproposizione di questo problema spinse I 'Académie des Sciences ad istituire nel 1860 un premio per il migliore tentativo "realizzato con esperimenti ben condotti, di gettare nuova luce sulla questione della cosiddetta generazione spontanea". L'esperimento svolto al riguardo da Pasteur impiegò un apparato molto semplice, ma geniale, costruito in modo tale da non poter più dar adito a dubbi sulla possibilità che il principio attivo possa essere distrutto dal calore o soffocato per mancanza di aria.
Precedenti esperimenti gli avevano infatti rivelato che dei microrganismi possono derivare da particolari cellule chiamate spore. Egli fece allora l’ipotesi che le piccolissime spore siano trasportate assieme al pulviscolo dell’aria: finché esse restano nell’aria sono inattive, ma non appena vengono a trovarsi in un ambiente contenente le sostanze indispensabili alla crescita, ad esempio in un’infusione, ridiventano attive e danno origine a microrganismi, che si moltiplicano poi rapidamente. Pasteur pensò quindi che, per dimostrare che anche nel caso dei microrganismi non vi era generazione spontanea, occorreva impedire che le spore venissero a contatto con l’infusione. I suoi avversari insistevano però sul fatto che, affinché i risultati ottenuti avessero valore, era necessario che l’aria potesse raggiungere rapidamente l’infusione. Si trattava perciò per Pasteur di risolvere un non facile problema pratico, quello di lasciare entrare nel recipiente contenente l’infusione l’aria ma non le spore.
Egli costruì personalmente dei contenitori di vetro con un lungo collo ricurvo (detti, per la loro forma, "palloni a collo di cigno"), all'interno dei quali veniva riposta la soluzione nutritiva, che era fatta bollire per più di un'ora, lasciando che il vapore uscisse liberamente dall'orifizio terminale del collo ricurvo. In tal modo tutti i microrganismi presenti nell’infusione sarebbero stati uccisi, e inoltre il vapore d’acqua che si sviluppava durante l’ebollizione avrebbe ucciso le spore eventualmente presenti sulle pareti interne della boccia e del collo di vetro. Naturalmente l’aria che sarebbe entrata liberamente nella boccia, quando questa si fosse raffreddata, avrebbe potuto contenere spore frammiste al pulviscolo: tuttavia Pasteur previde che tali spore sarebbero rimaste intrappolate nella parte iniziale, ricurva, del collo e non sarebbero riuscite a penetrare fin nella boccia. Infatti anche a distanza di diversi mesi l'infuso si conservò limpido, a dimostrazione che non erano presenti germi di alcun genere, mentre sul tratto più esterno del collo si poteva notare la presenza di polveri e microrganismi, evidentemente entrati fin lì dall'apertura terminale.
L'esperimento di Pasteur era semplice e completo, proprio come dovrebbero essere gli esperimenti per apparire convincenti, e rispondeva in modo chiaro e inequivocabile alle obiezioni avanzate dai sostenitori dell'abiogenesi. Questi infatti sostenevano che, bollendo il brodo per lungo tempo, veniva distrutto il principio attivo e la vita non avrebbe più potuto svilupparsi. Pasteur dimostrò invece che un eventuale principio attivo presente nella materia non veniva danneggiato dal lungo e intenso riscaldamento. Infatti, rompendo con un secco colpo il collo ritorto, e ponendo il liquido nutritivo a diretto contatto con l’aria, dopo poche ore lo stesso si intorbidiva per la presenza di spore e germi che poi avrebbero continuato a svilupparsi. Inoltre Pasteur, come già detto, lasciando aperto il suo recipiente con il collo ricurvo e consentendo all'aria di entrare e uscire liberamente, seppure attraverso un lungo e tortuoso percorso, spense sul nascere le obiezioni di coloro i quali sostenevano che il principio attivo, senza aria, era impedito nella sua attività.
Caddero cosi le ultime obbiezioni dei suoi avversari e rimase dimostrato senza ombra di dubbio che, come tutti gli altri esseri viventi, anche i microrganismi non derivano da materia non vivente. Fu cosi scartata definitivamente l’ipotesi della possibilità di una generazione spontanea, mentre si affermò la già citata teoria della biogenesi, secondo la quale, nelle condizioni attuali della Terra, tutti gli esseri viventi hanno origine da altri esseri viventi.
Dobbiamo ricordare che agli inizi del ‘600 Van Helmont aveva condotto importanti esperimenti sui gas, termine che lui stesso introdusse per primo.
Servendosi dei metodi di sterilizzazione inventati da Spallanzani, Appert, su richiesta di Napoleone, che doveva risolvere il problema della conservazione delle derrate alimentari durante le lunghe campagne di guerra, inventò un metodo di conservazione dei cibi tuttora in uso col nome di appertizzazione.
Fine articolo origine della vita
Origine della vita
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Nonostante alcuni scienziati, anche al giorno d’oggi, trovino attraente l’ipotesi della vita proveniente dallo spazio, la grande maggioranza ritiene opportuno elaborare delle teorie ragionevoli che spieghino l’origine della vita sulla Terra.
La generazione spontanea
La generazione spontanea di esseri viventi dalla materia inanimata è stata a lungo ammessa. In tempi antichi si riteneva che per tale via si originassero batteri e anche alcuni animali ad organizzazione complessa, quali i vermi, alcuni insetti e persino anguille. Si ammetteva che queste ultime nascessero dal fango, che le larve delle mosche prendessero origine da sostanze in putrefazione
Louis Pasteur
Louis Pasteur diede un contributo fondamentale alla biologia del XIX secolo sintetizzando diversi vaccini, tra cui quello della rabbia, e sconfessando definitivamente la teoria della generazione spontanea. Considerato il fondatore della microbiologia, perseguì l'idea dell'origine batterica di diverse malattie, di cui in molti casi rintracciò le cause.
A questa teoria credettero anche il grande teologo del medioevo Tommaso D’Aquino , William Harvey e Isaac Newton .
Il primo a sottoporre questa credenza alla prova sperimentale fu il medico italiano Francesco Redi. Nel 1668, egli decise di verificare se effettivamente le larve avessero origine dalla carne in putrefazione. Mise dei pezzi di carne in una serie di barattoli di vetro e coprì alcuni di essi con della garza sottile mentre lasciò gli altri scoperti. Le larve si svilupparono solo nei barattoli scoperti in cui le mosche potevano entrare liberamente. Redi concluse che le larve avevano avuto origine da microscopiche uova deposte dalle mosche sulla carne. Senza mosche e le loro uova, sostenne Redi, la carne non avrebbe mai potuto produrre delle larve, anche lasciandola putrefare a lungo.
In seguito altri ricercatori confermarono questa scoperta e la credenza che gli organismi avessero origine dalla materia morta diminuì. Ma quando furono scoperti i microbi, poco tempo gli esperimenti di Redi, molti scienziati decisero che almeno queste forme di vita dovevano avere origine dalla materia morta.
Perfino nei barattoli coperti di garza la carne iniziava, in breve tempo a pullulare di microrganismi.
Due secoli dopo le scoperte di Redi, la credenza che i microrganismi potessero svilupparsi per la generazione spontanea era ancora molto viva.
Fu un altro italiano, il naturalista Lazzarro Spallanzani, che primo avanzò dei seri dubbi riguardo a questa teoria. Nel 1765 egli preparò due serie di recipienti continenti del brodo; lasciò i primi aperti, mentre chiuse ermeticamente gli altri, dopo averli fatti bollire per uccidere qualsiasi forma di vita preesistente, evitando che qualsiasi organismo presente in aria potesse entrarvi. Ben presto il brodo, nel premo gruppo di recipienti, pullulò di microrganismi, mentre il bordo bollito nei recipienti sigillati rimase sterile. Ciò dimostrò, con soddisfazione di Spallanzani, che perfino gli organismi microscopici non potevano aver origine dalla materia inanimata.
Apparecchio usato da Pasteur per l’esperimento sulla generazione spontanea
I sostenitori della generazione spontanea non si convinsero. Essi sostennero che la bollitura distruggeva qualche principio vitale e di conseguenza nessuna forma di vita microscopica si sviluppava nei recipienti di Spallanzani, sigillati e bolliti.
Toccò a Pasteur, nel 1862, risolvere la questione apparentemente in modo definitivo. Egli ideò una beuta con un lungo collo a forma di S orizzontale.
L’estremità aperta del collo permetteva all’aria di entrare nella beuta, ma le particelle di polvere e i microrganismi non potevano perché il collo ricurvo serviva da trappola. Pasteur mise del brodo nella beuta, attivò il collo a forma di S, bollì il brodo affinché producesse vapore (per uccidere qualsiasi microrganismo presente nel collo o nel brodo) e attese gli sviluppi. Il brodo rimase sterile; non c’era nessun principio vitale presente nel collo. Chiaramente la dimostrazione di Pasteur demolì definitivamente la teoria della generazione spontanea.
Le teorie sulla origine della vita odierne parlano della generazione spontanea, ma con una differenza. La teoria della generazione spontanea prima di Pasteur sosteneva che il processo avveniva velocemente e continuamente; la teoria moderna sostiene che il processo sia avvenuto in un lontano passato e molto lentamente.
Il processo non potrebbe avvenire oggi, perché qualunque cosa possedesse la complessità anche della più semplice forma di vita concepibile, verrebbe rapidamente inglobata, come cibo, da una delle innumerevoli forme di vita già esistenti. La generazione spontanea, quindi, deve aver avuto luogo su un pianeta in cui la vita non esisteva ancora. Sulla Terra ciò si sarebbe verificato più di tre miliardi e mezzo di anni fa.
Inoltre la vita non avrebbe avuto origine in un atmosfera ricca di ossigeno. L’ossigeno è un elemento reattivo, si sarebbe combinato con elementi chimici che stavano formando dei composti simili a quelli organici e li avrebbe separati nuovamente. Tuttavia gli scienziati credono che l’atmosfera primordiale della Terra fosse riducente e non contenesse ossigeno libero. È possibile che l’atmosfera originaria della Terra fosse composte da gas contenenti idrogeno come il metano (CH4), l’ammoniaca (NH3) e il vapore acqueo (H2O) e forse un po’ di idrogeno (H2).
Si potrebbe chiamare questa atmosfera molto ricca di idrogeno Atmosfera I, che tramite la fotodissociazione , si sarebbe lentamente trasformata in un’atmosfera di anidride carbonica e azoto, o Atmosfera II. Quindi si sarebbe formato nell’atmosfera superiore uno strato di ozono e le trasformazioni spontanee sarebbero cessate.
«È possibile allora che la vita si sia formata in una delle due atmosfere primitive?»
H.C. Urey sosteneva che la vita si era formata nell’atmosfera I. Nel 1952, Stanley Loyd Miller, che allora era appena laureato e lavorava nei laboratori di Urey, sottopose una miscela di acqua, ammoniaca, metano e idrogeno a scariche elettriche (per simulare la radiazione ultravioletta del Sole). Dopo una settimana analizzò la soluzione con la cromatografia su carta e scoprì che, oltre ai semplici composti privi di azoto, c’erano la glicina e l’alanina, i due amminoacidi più semplici, e in più alcune tracce di uno o due amminoacidi più complessi.
L’esperimento di Miller fu significativo per molti aspetti. In primo luogo questi composti si erano formati rapidamente e in quantità sorprendentemente elevate. Un sesto del metano presente all’inizio era stato utilizzato per la formazione di composti organici più complessi; e l’esperimento era durato una sola settimana.
Inoltre il tipo di molecole organiche prodotte negli esperimenti di Miller era quello presente attualmente nei tessuti viventi. La strada imboccata dalle semplici molecole che diventavano via via più complesse, sembrava condurre direttamente alla materia vivente, e ciò si riscontrò anche in successivi e più elaborati esperimenti. Non si verificò mai che le molecole prodotte in quantità significativa si evolvessero verso forme sconosciute, diverse da quelle tipiche dell’attuale materia vivente.
Nel 1963 anche Ponnamperuma (biochimico originario del Ceylon) eseguì degli esperimenti simili a quelli di Miller, usando fasci di elettroni come fonte di energia e scoprì che si era formata l’adenina. Insieme a Ruth Mariner e Carl Sagan proseguì aggiungendo l’adenina a una soluzione di ribosio e usando la luce ultravioletta, ottenne l’adenosina, una molecola costituita dall’unione di adenina e ribosio. Se era presente del fosfato, anch’esso veniva legato per formare l’adensinnucleotide. In realtà potevano legarsi tre gruppi fosforici per formare l’adenosina trifosfato (ATP) che è essenziale per i meccanismi di trasporto dell’energia nei tessuti viventi.
Nel 1965 Ponnamperuma produsse un dinucleotide; due nucleotidi uniti assieme. Si possono ottenere altri prodotti aggiungendo alle molecole utilizzate dai vari ricercatori in questo tempo sostanze come la cianammide (CNNH2) e l’etano (CH3CH3), che con una certa probabilità erano presenti nell’era primordiale. È ipotizzabile, quindi, che normali cambiamenti chimici e fisici avvenuti nell’oceano e nell’atmosfera primordiale abbiano portato alla formazione di proteine e acidi nucleici.
Qualsiasi composto formatosi nell’oceano senza vita tendeva a conservarsi e ad accumularsi. Non esistevano organismi, né grandi né piccoli, che li consumassero o che provocassero la loro decomposizione; inoltre nell’atmosfera primordiale non c’era ossigeno libero che ossidasse o scindesse le molecole. Gli unici fattori importanti che tendevano a degradare le molecole complesse sarebbero proprio stati i raggi ultravioletti e l’energia radioattiva che ne permettevano la sintesi
Ma è probabile che le correnti oceaniche abbiano trasportato gran parte del materiale in luoghi riparati a medie profondità, lontano dalla superficie colpita dai raggi ultravioletti e lontano dal fondo radioattivo. In realtà, Ponnamperuma e i suoi colleghi hanno ipotizzato che almeno l’almeno l’1% dell’oceano primordiale dovesse essere costituito da questi composti organici; il che corrisponderebbe a una massa di più di un milione di miliardi di tonnellate. Si tratta certamente di una grande quantità di materiali su cui agivano le forze naturali e in tale enorme masse perfino le sostanze più complesse potevano formarsi in un tempo non troppo lungo(soprattutto considerando che avevano a disposizione un miliardo di anni).
È quindi logico supporre che dai semplici composti presenti nell’oceano e nell’atmosfera primitiva si siano formate col tempo concentrazioni sempre maggiori di complessi amminoacidi e di zuccheri semplici; che gli amminoacidi si siano combinati per formare dei peptidi; che da prima, del tempo si siano sviluppati gli acidi nucleici, e le proteine. E al termine di questa catena il passaggio fondamentale: la formazione per combinazioni casuali, di una molecola di acido nucleico in grado di riprodursi.
Quel momento ha segnato l’origine della vita.
Così si ipotizza un periodo di evoluzione chimica prima dell’evoluzione della stessa vita.
Sembra che una singola molecola vivente possa essere stata sufficiente al processo evolutivo e quindi all’inizio dell’intero mondo estremamente vario di organismi viventi, proprio come una cellula fecondata può dare origine a un organismo complesso. Nel «brodo» organico che costituiva l’oceano, la prima molecola vivente potrebbe essersi replicata miliardi e miliardi di volte in breve tempo; delle mutazioni occasionali avrebbero creato molecole leggermente diverse e quelle che erano per certi versi più efficienti si sarebbero moltiplicate a spese di altre sostituendo le forme preesistenti. Se un gruppo era più efficiente nelle acque calde e l’altro in quelle fredde, sarebbero comparse due varietà, ciascuna limitata all’ambiente a cui si adattava meglio. In tal modo avrebbe preso la via del processo di evoluzione organica.
Troppe però sono ancora le incognite che circondano le nostre conoscenze per poter accettare senza riserve tali interpretazioni.
Bisogna ricordare che recenti scoperte, fondate sullo studio del microscopio elettronico di rocce antichissime, hanno messo in evidenza organismi fossili ad organizzazione estremamente semplice, simile agli attuali procarioti (Batteri, Alghe azzurre), che risalgono a quasi 3.500.000.000 anni or sono.
Teorie sull’evoluzione delle specie
Per molti secoli in occidente la narrazione dell’origine del mondo contenuta nella Bibbia fu considerata non solo un testo religioso ma anche un documento scientifico: il mondo sarebbe stato creato in sei giorni, come è scritto nel primo libro della Bibbia, il Genesi. Nel 1654 il vescovo inglese Usher calcolò che la creazione doveva essere avvenuta il 26 ottobre dell’anno 4004 a.C. (secondo la tradizione giudaica, la data sarebbe stata quella del 7 ottobre 3761 a.C.). nelle prime pagine della Genesi si legge che:
« L’Eterno Iddio, avendo formato dalla Terra tutti gli animali dei campi e tutti gli uccelli dei cieli, li condusse all’uomo per vedere come li avrebbe chiamati e perché ogni essere vivente portasse il nome che l’uomo gli avrebbe dato. E l’uomo diede i nomi a tutto il bestiame, agli uccelli dei cieli e ad ogni animale dei campi».
Qualcuno ha osservato che Adamo avrebbe avuto il suo il suo da fare se avesse dovuto dare il nome a centinaia e centinaia di migliaia di specie. Il fatto è che la Bibbia, appunto, non è un testo scientifico, e se non si tiene conto di questo fatto si commettono gravissimi errori.
Questa confusione fra religione e scienza durò a lungo. La prima grande descrizione moderna degli animali e delle piante, scritta dal naturalista svedese Carlo Linneo nel secolo XVIII secondo la specie, il genere, la famiglia, l’ordine, la classe, ricalcava lo schema tratto dal racconto biblico. Linneo diceva infatti che le specie esistenti ai suoi giorni erano esattamente quelle che erano state create da Dio, il quale aveva anche prodotto le varietà esistenti fra gli individui – animali o piante – all’interno di varie specie.
Un altro grande scienziato contemporaneo di Linneo, il francese Georges Buffon che tra il 1749 e il 1789 si dedicò a scrivere l'Histoire naturelle, un trattato in 36 volumi che descrive la storia della Terra dal punto di vista mineralogico, botanico e zoologico, proponendo ipotesi scientifiche basate sull'osservazione e sul confronto e rifiutando le spiegazioni bibliche: egli affermò che la Terra doveva avere 100.000 anni – un’età che ai quei tempi così antica da sbalordire – e era all’inizio una palla infuocata che dopo che si era raffreddata comparvero gli animali, ultimo fra questi l’uomo. Concezioni evoluzionistiche non erano mancate anche nell’antichità. Nel VI secolo a.C. il filosofo greco Anassimandro scrisse che l’uomo aveva avuto origine da animali d’altre specie, e che i primi animali si erano formati nell’acqua poi erano passati sulla terraferma. Il francese Georges Couvier, di qualche decennio più giovane di Linneo e Buffon, studiando alcune ossa di elefanti fossili conservati in un museo a Parigi notò la differenza tra quelle ossa e quelle degli elefanti attuali; si mise allora a scavare il terreno e trovò parecchie altre ossa, di cui si servì per ricostruire scheletri di animali appartenenti a specie vissute anticamente e continuò a riscontrare differenze rispetto alle specie esistenti al suo tempo. Per spiegare questo fatto, che oggi consideriamo frutto d’una trasformazione delle specie, Couvier ricorse a questa ipotesi: durante i millenni sarebbero accadute tremende catastrofi durante le quali le specie di volta in volta si sarebbero estinte. L’ultima di queste catastrofi sarebbe stato il diluvio universale di cui parla la Bibbia. Dopo ogni catastrofe sarebbero comparse specie nuove, diverse dalle prime perché non avevano nessun rapporto con esse, che erano scomparse prima che le nuove comparissero. Ma la teoria delle catastrofi non reggeva, come dimostrò il geologo Charles Lyell nel 1830. Infatti se ci fossero state tante catastrofi, non si sarebbe dovuta trovare nessuna specie che avesse migliaia di anni; invece si era scoperta l’esistenza di animali ancora viventi e che erano identici agli antenati vissuti un milione di anni prima. Se dunque questi fossili viventi si erano perpetuati per tanto tempo, voleva dire che la loro esistenza non era stata troncata da catastrofi.
Jean B. Lamarck
(Bazentin le Petit 1744 – Parigi 1829), botanico e naturalista francese, formulò una delle prime teorie dell'evoluzione.
Ricevuta un'educazione classica, alla morte del padre (1759) si arruolò nell'esercito. Dal 1768, abbandonata la carriera militare, prese a interessarsi di medicina, meteorologia, chimica, geologia, paleontologia, botanica e zoologia. Nel 1778 pubblicò un libro intitolato Flore française, che ebbe molto successo e che fu uno dei primi tentativi di classificazione delle piante basato su chiavi dicotomiche. Membro dell'Accademia delle scienze, nel 1789 iniziò a lavorare presso il Jardin du Roi e nel 1795 divenne professore di zoologia degli invertebrati al Museo di storia naturale.
Al francese Jean Baptiste Lamarck si deve la prima teoria evoluzionistica moderna. Se tutte le specie fossero state create con caratteri immutabili, osserva Lamarck, avrebbero potuto sopravvivere soltanto nel caso che le condizioni della vita sulla Terra non fossero mai cambiate. Ma sappiamo con certezza che gli ambienti terrestri hanno subito continue trasformazioni. Perciò se gli animali avevano potuto sopravvivere, significa che le specie non erano immutabili e che cambiando l’ambiente si erano trasformate anch’esse nella loro struttura adattandosi alle nuove condizioni e assumendo l’aspetto che noi conosciamo. In sostanza il cambiamento dell’ambiente fa nascere nuovi bisogni nuovi comportamenti, per i quali l’animale sviluppa gli organi adatti, mentre gli organi che non gli servono non vengono adoperati e finiscono con lo scomparire. Le nuove caratteristiche così acquistate passano ai discendenti e questi assomigliano ai loro genitori ma sono sempre più diversi dai loro antenati quanto più questi sono antichi. Perché, per esempio, molti rettili non hanno le zampe? Perché anticamente presero a strisciare e così non le adoperavano più, e le zampe scomparvero. Perché le giraffe hanno il collo lungo? Le antiche giraffe si trovarono nella necessità di mangiare le foglie degli alberi sempre più in alto; perciò allungarono il collo. Col passare delle generazioni nascevano così giraffe col collo sempre più lungo, perché assomigliavano ai loro genitori e a loro volta allungavano il collo per arrivare sempre più su a mangiare e così via.
Le moderne teorie evoluzionistiche non derivano però da Lamarck ma da Charles Darwin. Anche Darwin come Lamarck voleva spiegarsi il fatto che le specie tendono a diventare diverse col passare del tempo e ad adattarsi all’ambiente i cui si trovano a vivere. Sembrerebbe quasi, egli osservava, che la “natura” si comporti come gli allevatori, che selezionano, cioè scelgono i caratteri di un animale o di una pianta e con incroci tra le varie razze sviluppano proprio quei caratteri che sono utili.
Ma come opera la selezione naturale?
Nel 1838 Darwin venne a conoscenza della teoria di Thomas R.Malthus, secondo la quale la popolazione della Terra aumenta molto di più che non i mezzi per nutrirsi e vivere e perciò è impossibile che tutti sopravvivano. Che cosa accadrebbe, si chiese Darwin, se si applicasse il principio di Malthus per comprendere quello che accade alle piante e agli animali? Si comprenderebbe che in natura c’è una continua lotta per l’esistenza e che in essa sopravvivono gli individui di una determinata specie che hanno le caratteristiche più favorevoli rispetto ai problemi che pone l’ambiente. Avviene cioè una selezione naturale simile a quella che gli uomini provocano artificialmente negli animali e nelle piante. In ogni specie vi sono differenze tra gli individui, e ogni specie produce più individui di quanti ne potranno sopravvivere. L’ambiente seleziona gli individui che hanno caratteristiche più utili alla sopravvivenza e questi caratteri vengono trasmessi ai discendenti ; gli individui che hanno caratteri sfavorevoli vengono eliminati e gli individui che nascono hanno nuovi caratteri. In questo modo le specie mutano.
Charles Darwin
Charles Darwin, a partire dagli scritti del geologo Adam Sedgwick e del naturalista John Henslow, elaborò la teoria dell'evoluzione, secondo cui in natura è l'ambiente a determinare il successo riproduttivo di individui e gruppi di esseri viventi attraverso il meccanismo della selezione naturale, che promuove i caratteri adattativi ed elimina quelli svantaggiosi. Darwin la pubblicò nel 1859 con il suo celebre trattato “L'origine delle specie “.
Riprendiamo l’esempio della giraffa e cerchiamo di interpretarlo secondo le teorie di Darwin. Un gruppo di giraffe si trovano in una zona dove l’erba viene a mancare e per sopravvivere occorre che possano cibarsi delle foglie degli alberi. Le giraffe col collo più lungo sono favorite perché possono sfamarsi e sopravvivono; le altre muoiono. Le nuove giraffe che nascono assomigliano ai genitori, hanno il collo lungo, e tra queste sono favorite quelle che lo hanno più lungo delle altre perché possono mangiare più in alto. Come conseguenza della selezione, nasceranno altre giraffe col collo più lungo e così via. Non sono le singole giraffe che allungano il collo e, per così dire, lasciano in eredità ai loro discendenti colli sempre più lunghi ma sono i colli già lunghi delle giraffe che costituiscono caratteri privilegiati in conseguenza dei quali esse vengono selezionate e sopravvivono, e hanno dei figli che semplicemente assomigliano ad esse. Secondo Linneo, gli animali, erano stati creati in modo che potessero adattarsi all’ambiente; secondo Lamarck le specie cercano di adattarsi trasformandosi; secondo Darwin le specie si trasformano perché una parte degli individui che le compongono hanno certi caratteri per i quali sono favoriti e questi caratteri vengono a far parte di tutta la specie o almeno di una popolazione perché si trasmettono ai discendenti, mentre gli individui che non sono portatori di quei caratteri non riescono ad adattarsi e scompaiono.
La teoria di Darwin fu accolta con estremo interesse (la prima edizione della sua opera L’origine delle specie, uscita nel 1859, fu venduta tutta in un solo giorno), ma non senza opposizioni ed incomprensioni, non solo perché costringeva a separare il linguaggio della religione da quello della scienza, ma perché spiegava anche l’origine dell’uomo in modo nuovo. Molti dissero e dicono ancora oggi che secondo Darwin l’uomo deriva dalla scimmia. Detto così non è vero, ma è vero che fra gli antenati lontanissimi dell’uomo si trovano animali. Una simile teoria suscitò scandalo. Ma ormai nessuno nega più che l’uomo sia il risultato ultimo di una lunga evoluzione. Nel 1925 un insegnante del Tennessee, J.T.Scopes, venne processato e condannato a cento dollari di multa per aver spiegato ai suoi alunni la teoria secondo cui l’uomo deriva da forme inferiori di vita. Oggi le cose sono diverse, ma in molte scuole, specie in Italia, non accade sovente che si spieghino agli alunni le dottrine evoluzionistiche.
Il viaggio di un naturalista intorno al mondo
Per formulare questa teoria Darwin fece vari viaggi con la « Beagle, brigantino da dieci cannoni della regia marina militare, salpò da Devonport il 27 dicembre 1831 al comando del capitano Fitzroy. Scopo della spedizione era completare il rilevamento della Patagonia e della Terra del Fuoco, ispezionare le coste del Cile, del Perù e di alcune isole del Pacifico, ed eseguire misure di longitudine attorno al mondo ».
Così, come nei libri di avventure, aveva iniziato un viaggio che doveva durare cinque anni. Protagonista dell’insolita esperienza era Darwin che allora aveva 21 anni. « Poiché non andavo bene a scuola – ricorda Darwin nell’Autobiografia – mio padre saggiamente me la fece abbandonare un po’ prima dell’età abituale, e mi mandò insieme con mio fratello all’università di Edimburgo. Qui ebbi anche l’occasione di assistere a due gravi operazioni nell’aula dell’ospedale, e non ci sarei tornato per nessuna ragione al mondo ».
Abbandonata la medicina, Darwin cominciò ad interessarsi di scienze naturali, e poiché apparteneva ad una famiglia in vista e benestante, fu invitato a partecipare al viaggio della Beagle come naturalista di bordo.
Dal 27 dicembre 1831, al 2 ottobre 1936, la Beagle conduce il suo passeggero in un viaggio che a volte gli dovette sembrare a ritroso nel tempo.
Le prime tappe sono le Isole di Capo Verde (vicino all’Africa), Rio de Janeiro, Bahia Blanca, Buenos Aires, la Patagonia, le isole Falkland e la Terra del Fuoco. Poi, attraversato lo stretto di Magellano, vengono raggiunti il Cile, il Perù, l’Arcipelago della Galapagos. Infine, l’oceano Pacifico, Tahiti, l’Australia.
Il viaggio di ritorno è anch’esso molto lungo perché, doppiato il Capo di Buona Speranza, la Beagle tocca di nuovo il Brasile prima di giungere definitivamente in Inghilterra.
Così, ad ogni approdo, si presentano all’avida curiosità di Darwin diversi ambienti naturali, con le loro specie viventi già note o sconosciute.
E a poco a poco le sconfinate pianure della Patagonia, i maestosi paesaggi delle Ande, le tormentate scogliere delle Galapagos con i loro strani animali, entrano a far parte del suo diario che con il titolo di Viaggio di un naturalista intorno al mondo, verrà pubblicato nel 1839.
La Pampa argentina: un cimitero di specie scomparse
La Beagle giunse a Bahia Blanca il 24 agosto 1833, e nella pampa argentina, non lontana dal mare, avvenne una delle prime importanti scoperte di Darwin. Dalla Terra rossa e argillosa affioravano «i resti di giganteschi mammiferi terrestri»!
Eccitato dal ritrovamento, il giovane Darwin ottenne dal capitano Fitzroy il permesso di fermarsi; poi avrebbe proseguito il viaggio per via Terra fino a Buenos Aires, dove si sarebbero ricongiunti. Quindi Darwin cominciò ad arruolare indigeni per farsi aiutare negli scavi.
E finalmente in un area di appena 200 metri quadrati, vennero alla luce i resti di “9 quadrupedi dalle dimensioni colossali”.
Tra questi c’era lo scheletro di un Megaterio, lungo oltre quattro metri.
Per risalire alle abitudini del Megaterio, Darwin cominciò a studiare lo scheletro cercandone mentalmente le somiglianze con qualche animale vivente. Scoprì così che gli strani denti del megaterio somigliavano a quelli del bradipo sudamericano che mangia le foglie degli alberi standosene tutto il giorno a penzoloni tra i rami, sospeso ai suoi unghioni e muovendosi lentamente. Tuttavia, scrive Darwin , « era assurda l’idea di immaginare gli alberi, sia pure antidiluviani, coi rami tanto robusti da sopportare dei Megateri, grossi quanto elefanti ». Le ossa pesantissime delle zampe posteriori, e soprattutto gli unghioni ricurvi, dimostravano invece che questi animali, mangiavano foglie tirando giù i rami. « Con la loro grossa coda e i loro enormi calcagni, saldamente piantati nel terreno come un treppiedi, potevano liberamente far uso di tutta la forza delle robustissime braccia e dei grossi artigli. Avrebbero dovuto essere ben radicati quegli alberi per resistere a tanta forza! »
In Patagonia, alcuni mesi dopo la scoperta di Bahia Blanca, Darwin trovò le ossa di altri mammiferi estinti, ma questa volta certi esemplari erano piccoli come topi. L’estinzione quindi non aveva colpito gli animali giganteschi ma sembrava essere un destino comune di tutte le specie, indipendentemente dalle loro dimensioni. « Possiamo concludere – scriveva Darwin – che la Pampa è un immenso cimitero di quadrupedi estinti ». Tuttavia «la crosta della Terra non è un museo ben fornito, ma solo una piccola collezione creata dal caso »; le specie estinte e scomparse per sempre erano molte di più di quelle ritrovate in forma di fossili.
Le isole Galapagos: il "laboratorio" dell'evoluzione
Nel settembre del 1835 la Beagle, che aveva risalito il versante occidentale del continente sudamericano, puntò a vele spiegate verso l’equatore in pieno Pacifico. Dopo alcuni giorni di navigazione il brigantino gettava l’ancora nella baia di San Cristobal, un’isola delle Galapagos.
Una volta a terra, Darwin si trovò a camminare su una distesa accidentata di lava nera, disposta in bizzarre ondulazioni e intersecata a grossi crepacci. Presso la costa la vegetazione era stenta, bruciata dal sole, ma, avventurandosi all’interno, il naturalista cominciò a incontrare strane piante e animali. Le tartarughe giganti, le iguane di terra e di mare, e i fringuelli sono quelli che hanno più richiamato la sua attenzione e che sono diventati protagonisti delle sue descrizioni.
Le due prime tartarughe giganti incontrate da Darwin stavano mangiando pezzi di cactus.
« Quando mi avvicinai – ricorda Darwin – una mi guardo fisso, e se ne andò lentamente, l’altra emise un sibilo profondo e tirò dentro il capo. Questi enormi rettili, circondati di lava nera, dai cespugli senza foglie e dai grandi cactus, mi parvero animali antidiluviani ».
Le tartarughe erano così grandi e pesanti che un solo uomo non riusciva a rovesciarle. Darwin aveva anche cercato di cavalcarle, calcolato che avrebbe potuto percorrere 360 yards in un ora; 4 miglia al giorno (6,4 Km al giorno), « considerando anche un po’ di tempo necessario per mangiare lungo la strada! » ma Darwin non era un turista. Cessato lo stupore, l’occhio dello scienziato cercava di cogliere e isolare, tra tanti aspetti visibili, solo i fatti più significativi. Così Darwin scopre che, anche se le isole dell’arcipelago sono poco distanti tanto che dall’una si possono vedere i profili montuosi dell’altra, su ogni isola vive un tipo di tartaruga particolare. Ad esempio:
- tartarughe dell’isola di Espanola e della vicina Santa Maria, hanno la parte anteriore del guscio rivolta in su come una stella.
- quelle dell’isola San Salvador sono più rotonde, più scure..
Anche tra le iguane delle Galapagos Darwin individua due specie nettamente distinte: le iguane di Terra e le iguane di mare.
Ma sono gli uccelli a mostrare a Darwin il più ampio ventaglio di specie.
« Gli uccelli di colori smorti – scrive Darwin – non si curavano di me più di quanto non si curassero delle grandi tartariche ». Non abituati alla presenza dell’uomo, gli uccelli delle Galapagos si facevano infatti catturare anche con le mani e Darwin ne cataloga 26 specie diverse, tutte caratteristiche dell’arcipelago. Tra queste 26 specie, quelle più piccole avevano un aspetto familiare perché erano simili ai fringuelli delle campagne inglesi.
Il gruppo dei fringuelli delle Galapagos è rappresentato da tredici specie che si distinguono per la lunghezza della coda, per la forma del corpo e soprattutto per la struttura del becco. Le forme dei becchi sono adatte alle particolari abitudini alimentari offerte dall’isola:
- alcune specie hanno il becco adatto a succhiare la linfa dagli alberi
- Alcune specie hanno il becco adatto alla cattura degli insetti...
Darwin scopre addirittura un fringuello, che tenendo stretta nel becco un spina di cactus la adopera come utensile per estrarre le larve nascoste sotto la corteccia degli alberi. Lo chiamò fringuello operaio.
Darwin classifica le sue scoperte usando con grande perizia il sistema di Linneo. Ma quanto più il naturalista arricchiva il “catalogo della natura” con nuove specie, tanto più stupiva del gran numero di forme esistenti, « simili, eppure diverse ».
Le riflessioni del viaggio
Lasciate le Galapagos dopo 45 giorni di esplorazione, la Beagle si avventurava attraverso il Pacifico fino all’Australia. Disteso nella sua cuccetta di bordo Darwin aveva l’occasione per riflettere sui fatti osservati e nel suo diario di viaggio sottolineava i fenomeni che più degli altri aveva richiamato la sua attenzione. Tre sono gli aspetti principali messi in evidenza da Darwin.
La scomparsa delle specie
« la mente è dapprima irresistibilmente sospinta a sospettare una qualche grande catastrofe. Ma per distruggere tanti animali grandi e piccoli –dalla Patagonia al Brasile, dalla Cordigliera delle Ande fino allo stretto di Bering – essa dovrebbe scuotere l’intera impalcatura del nostro globo ».
Darwin quindi aveva la certezza che le specie si erano estinte, ma non credeva, come Couvier, che l’estinzione fosse dovuta a una catastrofe.
La somiglianza tra alcune specie estinte e alcune specie viventi.
« Non v’è dubbio – scriveva Darwin – che questa meravigliosa affinità tra morti e vivi, getterà in avvenire molta luce sull’apparizione e sulla scomparsa degli esseri viventi sul nostro globo ».
Per Darwin era infatti probabile che alcuni animali estinti si erano originate nuove specie più adatte all’ambiente.
Ma come?
La grande varietà di specie e di adattamenti presenti anche in un ambiente ristretto, come quello di un arcipelago abbandonato.
« Non avrei mai immaginato che isole distanti fra loto 50 o 60 miglia, della stessa natura rocciosa, con un clima uniforme, e un’altitudine pressappoco uguale, sarebbero state abitate in modi tanto diversi »
Darwin si rendeva conto che questi aspetti – ossia l’estinzione, la somiglianza , e la grande varietà di specie – riconducevano tutti ad un unico problema: capire il meccanismo dell’adattamento all’ambiente. Ma Darwin non voleva credere come avrebbe spiegato Lamarck, che i fringuelli si erano sforzati di modificare i loto becchi per soddisfare i loro desideri alimentari. Né voleva credere che il megaterio, desiderando arrampicarsi sugli alberi, si era sforzato di diventare più piccolo e si era a poco a poco trasformato in un bradipo per “eredità dei caratteri acquisiti”.
Alla fine del viaggio Darwin non aveva trovato un’accettabile spiegazione dell’adattamento all’ambiente. E nonostante i luoghi comuni che attribuiscono allo sbarco delle Galapagos la sua “scoperta” dell’evoluzione, dovevano passare ancora molti anni di attenta ricerca e sperimentazione prima che nella sua mente si accendesse il “lampo” della soluzione.
La teoria di Darwin
Il problema dei cambiamenti delle abitudini alimentari e delle caratteristiche fisiche dei fringuelli tormentò Darwin per molti anni. Nel 1838, iniziò a sviluppare un barlume di risposta leggendo un libro pubblicato quarant’anni prima da un pastore protestante inglese, di nome Thomas Robert Malthus. Nel suo Essay on the principle of population (Saggio sul principio della popolazione) Malthus sosteneva che una popolazione si accresceva sempre troppo rispetto alle proprie riserve di cibi, per cui alla fine veniva ridimensionata da carestie, malattie o guerre. Fu in questo libro che Darwin si imbatte nella frase « la lotta per l’esistenza » (struggle for life), che, in seguito, le sue teorie resero famosa. Pensando ai suoi fringuelli, Darwin immediatamente capì che la competizione per il cibo funzionava come un meccanismo che favoriva gli individui più efficienti. Quando i fringuelli avevano colonizzato le Galapagos si erano moltiplicati eccessivamente rispetto alle riserve di semi o quelli capaci di trovare nuovi tipi di cibo. Un uccello che per caso possedesse delle caratteristiche leggermente diverse, che lo rendevano capace di mangiare semi più grandi o più duri, o ancora meglio di magiare insetti, avrebbero trovato una riserva di cibo intatta. Un uccello con becco leggermente più sottile e più lungo poteva raggiungere il cibo dove altri non arrivavano, o con un becco insolitamente grosso o robusto poteva nutrirsi di cibi altrimenti inutilizzabili. Questi uccelli e i loro discendenti sarebbero aumentati di numero a spese della specie originale di fringuello e ciascuna nuova specie avrebbe trovato e occupato una nicchia vuota nell’ambiente. Sulle Galapagos, praticamente prive di uccelli in origine, tutti i tipi di nicchie erano disponibili, e non esistevano dei concorrenti pronti a sbarrare il passo. Sul continente sudamericano, dove tutte le nicchie erano occupate, per il fringuello originario fu già tanto mantenere la propria nicchia, però non diede origine a nuove specie.
Darwin sosteneva che ogni generazione di animali era composta da una moltitudine di individui che differiva in modo casuale dalla media. Alcuni potevano essere leggermente più grandi; altri potevano differire lievemente per la forma degli organi; altri potevano possedere delle capacità poco superiori o inferiori alla norma. Le differenze potevano essere minime, ma quegli individui che per i loro caratteri si adattavano meglio, anche di poco, all’ambiente, tendevano a vivere leggermente più a lungo e ad avere un maggior numero di discendenti. Infine, un insieme di caratteri favorevoli poteva risultare associato all’impossibilità di incrociarsi con la forma originaria o con delle sue varietà, per cui si veniva a creare una nuova specie.
Darwin chiamò questo processo selezione naturale. Secondo la sua teoria, la giraffa aveva un collo così lungo non per un continuo stiramento, ma perché alcune giraffe erano nate con un collo più lungo rispetto al normale e, più il collo era lungo, più una giraffa aveva la possibilità di raggiungere il cibo. Mediante la selezione naturale, ha preso il sopravvento la specie dal collo lungo. La selezione naturale spiegava altrettanto facilmente il mantello pezzato della giraffa: animale con il mantello macchiato si sarebbe confuso con la vegetazione illuminata a macchie del sole e in tal modo avrebbe avuto la possibilità di sfuggire a un leone a caccia di preda. La teoria di Darwin sul meccanismo di formazione delle specie chiariva anche perché spesso fosse difficile tracciare delle nette distinzioni tra le specie o tra i generi. L’evoluzione delle specie è un processo continuo e naturalmente, richiede tempi molto lunghi. Perfino oggi ci deve essere un certo numero di specie i cui membri si stanno differenziando in specie separate.
Darwin trascorse molti anni raccogliendo prove per l’elaborazione delle sue teorie. Si rese conto che avrebbero scosso i fondamenti di biologia e il pensiero comune riguardo alla posizione dell’uomo nello schema generale delle cose, e voleva essere sicuro delle sue argomentazioni sotto ogni possibile aspetto. Darwin cominciò a raccogliere informazioni e a riflettere sull’argomento nel 1834, ancor prima di leggere Malthus, e nel 1858 stava ancora lavorando sulla stesura di un libro su quell’argomento. I suoi amici sapevano che vi stava lavorando, molti di essi avevano lettola stesura preliminare e lo esortavano ad affrettarsi se non voleva che qualcuno lo precedesse. Darwin non si affrettò (o non poté affrettarsi) e di fatto fu preceduto da Alfred Russel Wallace, di 14 minore di lui. La vita di Wallace corse parallela a quella di Darwin. Anche Wallace prese parte da giovane a una spedizione scientifica intorno al mondo. Durante il suo viaggio nelle Isole Orientali notò che le piante e gli animali erano completamente diversi dalle isole di Bali e Lombok più a sud. I mammiferi nelle isole orientali e in Australia erano chiaramente più primitivi di quelli nelle isole occidentali e in Asia e, in effetti, nel resto del mondo. Era come se l’Australia e le isole orientali si fossero separate dall’Asia in un passato molto remoto, quando esistevano solo dei mammiferi primitivi, e i mammiferi placentati fossero comparsi in seguito solo in Asia. La nuova Zelanda doveva essere isolata ancora prima poiché era completamente priva di mammiferi ed era abitata da uccelli primitivi senza ali, tra cui l’esemplare più conosciuto che si è conservato fino ad oggi è il kiwi
Come erano comparsi i mammiferi superiori in Asia? Nel 1855 Wallace iniziò a meditare su questo problema; nel 1858 anche a lui capitò di leggere il libro di Malthus, dopodiché trasse le stesse conclusioni di Darwin. Ma Wallace non impiego quattordici anni per scrivere le sue conclusioni; chiaritosi le idee si mise all’opera e scrisse un saggio su questo argomento nel giro di due giorni. Egli decise di inviare il suo manoscritto a qualche famoso esperto di biologia, perché venisse esaminato, e scelse Charles Darwin.
Quando Darwin ricevette il manoscritto rimase esterrefatto: esprimeva i suoi stessi pensieri quasi negli stessi termini. Immediatamente lo passò ad altri importanti scienziati e si offrì di collaborare con Wallace per riassumere le loro comuni conclusioni. I loro scritti comparvero nel « Journal of the Linneian Society », nel 1858.
L’anno seguente venne finalmente pubblicato il libro di Darwin, il cui titolo completo è “Sull’origine della specie per mezzo della selezione naturale, ovvero la conservazione delle razze più dotate nella lotta per l’esistenza”, conosciuto più semplicemente come Origine delle specie (On the origin of species).
Le teoria evoluzionistica è stata modificata e perfezionata col passare del tempo da Darwin, sulla base della conoscenza dei meccanismi dell’ereditarietà, dei geni e delle mutazioni. In realtà fu solo nel 1930 che l’esperto di statistica e genetica inglese Ronald Aylmer Fisher, riuscì a dimostrare che le leggi genetiche Mendel forniscono il meccanismo necessario all’evoluzione mediante selezione naturale. Solo allora la teoria evoluzionistica raggiunse la sua forma moderna.
Naturalmente i progressi in altri rami della scienza continuarono a perfezionare e a chiarirne il concetto darwiniano.
Una verifica della selezione naturale
Se fosse necessaria una qualche conferma al darwinismo, si potrebbero portare esempi di selezione naturale che avvengono davanti ai nostri occhi. Un famoso esempio è stato osservato nella Terra natale di Darwin.
In Inghilterra vive un specie di farfalla notturna, chiamata geometra della betulla o betularia, che ha piccoli disegni neri sul fondo chiaro delle ali. Poiché la farfalla si posa sui tronchi delle betulle che hanno la corteccia chiara con piccole chiazze nere, il colore delle ali si confonde perfettamente con l’ambiente e la protegge dagli uccelli insettivori. Con lo sviluppo dell’industria, certi boschi sono stati inquinati de una pioggia di particelle di carbone e i tronchi delle betulle sono diventati scuri. La parziale modificazione dell’ambiente ha quindi causato nella betularia un diverso adattamento. Infatti mentre i boschi delle betulle bianche le farfalle nascevano leggermente più scure venivano eliminate per prime dagli uccelli, con il progredire dell’inquinamento industriale, nascere con le ali più scure è diventato un vantaggio.
Così, da un certo momento in poi, le farfalle scure non state più eliminate, ma addirittura selezionate favorevolmente. Gli effetti della selezione, acculatosi in circa 100 anni, hanno prodotto nelle zone industriali una specie di geometra della betulla è quasi nera.
Il mimetismo della farfalla betularia
Nel 1952 il Parlamento inglese varò una legge per la depurazione dell’aria; la quantità di fuliggine diminuì, sugli alberi ricomparve in parte la copertura chiara dei licheni e subito la percentuale della varietà chiara della farfalla iniziò ad aumentare.
Nel 1959, per verificare la credibilità di questa ricostruzione è stato fatto un esperimento. Sono state catturate molte betularie si chiare che scure attraendole di notte con la luce delle lampade accese nei boschi. Poi ne sono fatti due gruppi uguali, composti ciascuno di 50% di farfalle chiare e al 50% di farfalle scure.
Successivamente un gruppo di farfalle è stato rimesso in libertà dentro un bosco contaminato e con tronchi scuri. Durante il giorno gli uccelli insettivori hanno così avuto l’occasione di catturare le betularie, chiare e scure che fossero. Quando la notte, accendendo le lampade, le farfalle superstiti sono state ricatturate, il numero delle betularie era il doppio di quelle chare.
Lo stesso esperimento, ripetuto con l’altro gruppo di farfalle in un bosco incontaminato e con i tronchi ancora chiari ha dato risultati opposti: tra le betularie superstiti il numero di quelle chiare era il doppio di quelle scure.
Sommario
Origine della vita............................................................................................................... 1
La generazione spontanea............................................................................................ 1
Teorie sull’evoluzione della specie................................................................................... 5
Viaggio di un naturalista intorno al mondo.................................................................. 8
La Pampa argentina: un cimitero di specie scomparse................................................ 8
Le isole Galapagos: il "laboratorio" dell'evoluzione.................................................... 9
Le riflessioni del viaggio.............................................................................................. 10
La teoria di Darwin..................................................................................................... 11
Una verifica della selezione naturale............................................................................ 13
Sommario ........................................................................................................................ 14
Bibliografia....................................................................................................................... 14
Bibliografia
AA.VV., Atlante Biologico Garzanti
Asimov I., Il libro di biologia
D’Ancona U., Zoologia
Mezzetti G., L’uomo dalla natura alla scienza
Wilford J.N., L’enigma dei dinosauri
AA.VV., Io e gli altri
Microsoft, Encarta 98
Isaac Newton, fisico e matematico inglese (1642–1727). Nel 1687 pubblicò i Philosophiae naturalis principia mathematica, opera che, costituendosi come fondamento della meccanica e della fisica classiche (teoria sulla gravitazione universale, leggi fondamentali della dinamica)
Fotodissociazione: scomposizione mediante la luce dei componenti l’atmosfera, per la sintesi di nuove sostanze come delle proteine semplice.
Origine della vita
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