Seconda parte Fossili ed evoluzione Figura tratta da 99%APE. Qui Darwin è ritratto, da uno dei tanti critici delle sue teorie, sotto le sembianze di un uomo-scimmia (the APE_MAN) in una rivista Seconda parte Fossili ed evoluzione Zaccaria Lamkoutar classe 3A cucina istituto alberghiero Porto Sant’Elpidio – ISITPS Tutor prof. Stroppa Pierluigi

Obiettivi Dimostrare la relazione tra l’aumento dell’ossigeno e l’esplosione della vita; Dimostrare la convergenza evolutiva tra organismi diversi tra loro; Utilizzare la teoria dell’attualismo per descrivere gli organismi vissuti nel passato; Conoscere la teoria del catastrofismo di Cuvier;

Metodologia Osservazione e descrizione dei fossili del Jurassic park marino dell’Appennino. Escursione guidata nella gola di Frasassi. Visita al museo speleo-paleontologico di Genga. Video riprese dimostranti la presenza di microrganismi in rocce risalenti a 200 milioni di anni fa.

Mezzi e strumenti Libri di testo Riviste scientifiche Laboratorio scientifico con collezioni paleontologiche Reperti raccolti nell’Appennino Personal computer e videoproiettore Microfono e macchina fotografica digitale adibita anche alle riprese Lavagne d’ardesia, magnetica e luminosa Modelli Cartelloni e poster

Ossigeno ed evoluzione della vita 4 5 3 2 1 Figura tratta da 99%APE. L’atmosfera terrestre inizialmente non aveva ossigeno. Questo sé poi comparso ed aumentato nel corso del tempo, determinando l’evoluzione della vita.

Ossigeno ed evoluzione della vita La figura a lato farà da filo conduttore a questa presentazione. 4 5 Viaggeremo nel tempo, da 3,5 miliardi a 65 milioni di anni fa, per osservare l’evoluzione della vita, prima sul pianeta terra e poi nella nostra regione 3 2 1 Vedremo che essa è intimamente legata alla presenza di ossigeno nell’atmosfera Figura tratta da 99%APE. L’atmosfera terrestre inizialmente non aveva ossigeno. Questo è poi comparso ed aumentato nel corso del tempo, determinando l’evoluzione della vita.

3,5 miliardi di anni fa: Le alghe azzurre (cianobatteri) 1 3,5 miliardi di anni fa: Le alghe azzurre (cianobatteri) Figura tratta da Lupia-Palmieri L’aumento dell’ossigeno inizialmente sul pianeta è stato dovuto all’azione dei cianobatteri (alghe fotosintetiche procariote) iniziata circa 3,5 miliardi di anni fa. Durante il giorno nel tappeto algale sottili filamenti crescono verso l’alto intrappolando granuli di sedimento di varia origine (frammenti di gusci, granelli di sabbia e così via). Le bollicine bianche indicano la liberazione di ossigeno durante la fotosintesi.

Fossili di stromatoliti 1 Fossili di stromatoliti Figura tratta da Lupia-Palmieri Ogni colonna a lato è costituita da lamine di sedimenti formate giorno dopo giorno col meccanismo descritto precedentemente. L’esemplare a fianco (Da Lupia-Palmieri) proviene dall’Australia settentrionale e la sua età è di 800 milioni di anni.

1 N.B. i cianobatteri delle stromatoliti dovevano vivere in mari poco profondi, nella cosiddetta “zona fotica”, per essere raggiunti dai raggi solari e poter effettuare la fotosintesi clorofilliana Le stromatoliti Le prime stromatoliti comparvero circa 3,5 miliardi di anni fa nei mari. Ciò comportò una estinzione nei mari degli organismi anaerobi, capaci di chemiosintesi e di fermentazione, per i quali l’ossigeno era considerata una sostanza nociva. Figura tratta da 99%APE. La stromatolite fossile ha un’età da 2 a 2,5 miliardi di anni e proviene da una roccia siberiana.

1 I BIF Alcuni batteri, come i cianobatteri, riuscirono a convivere con l’ossigeno. Figura tratta da Lupia-Palmieri L’abbondanza di ossigeno ha lasciato nei fossili marini alcune tracce. I giacimenti di ferro a bande (BIF = Banded Iron Formation) si sono formati nel proterozoico e sono di origine sedimentaria, per precipitazione in un mare poco profondo. Nella foto ci sono bande grigie di minerale ferrifero (ematite o magnetite) alternate a livelli di selce di colore rossastro. Il campione proviene da una miniera del Michigan (U.S.A.). Da Lupia-Palmieri.

Ossigeno anche nell’atmosfera 2 Ossigeno anche nell’atmosfera Circa 2 miliardi di anni fa si formarono sul continente i RED BEDS, strati rossi, indice della presenza di ossigeno nell’atmosfera. Alla fine del Precambriano la concentrazione di ossigeno era pari al 10% di quella attuale ed era in rapido aumento. Contemporaneamente nell’alta atmosfera cominciò a formarsi lo strato di ozono che serve da schermo alla superficie del pianeta dalle radiazioni UV, spianando la strada allo sviluppo della vita anche sulle terre emerse. Figura tratta da 99%APE Curiosità: forse le alghe azzurre si ricoprivano di sedimenti per ripararsi dall’azione dannosa dei raggi U.V. (ancora non c’era la fascia dell’ozono)?

Sviluppo della cellula eucariota 2 Sviluppo della cellula eucariota L’argomento è trattato in un’altra presentazione (fenomeni di endosimbiosi) È comunque interessante notare che l’aumento dell’ossigeno ha determinato un progresso notevole nell’evoluzione della vita: dalla cellula procariota si è passati a una cellula eucariota con un aumento nelle dimensioni da 100 a 1000 volte di più!

3 Il passo successivo nell’evoluzione fu la comparsa dei primi organismi pluricellulari Il primo tentativo lo si vede nella famosa comunità biologica di Ediacara (nei pressi di Adelaide, Australia), tra 630 e 570 milioni di anni fa. Fu questo il primo tentativo.. Figura tratta da Lupia-Palmieri. Si vedono, tra gli altri, organismi simili a meduse.

Il secondo tentativo ebbe maggior successo: l’esplosione della vita 3 Il secondo tentativo ebbe maggior successo: l’esplosione della vita Il secondo tentativo, circa 530 milioni di anni fa, è rappresentato dalla fauna di Burgess (Canada), dove si osservano spugne, artropodi, vermi, molluschi, meduse… Figura tratta da Lupia-Palmieri. Si vedono, tra gli altri, organismi simili a meduse.

4 Le trilobiti Le trilobiti furono tra i dominatori dei mari dell’era primaria o paleozoica. Si estinsero 250 milioni di anni fa, probabilmente a causa della caduta di un meteorite. Dal grafico iniziale si può osservare una diminuzione di ossigeno proprio 250 milioni di anni fa!

Gli abitanti del Jurassic Park marino 5 Gli abitanti del Jurassic Park marino Io sono un Crinoide o “giglio di mare” Salve, sono l’Ittiosauro “Marta”… Io sono un Corallo Io sono un Riccio di mare disegni CENF

5 L’ambiente di vita degli organismi del Jurassic park marino dell’Appennino Questa è un’istantanea delle forme di vita presenti nel mare della Tetide

L’evoluzione della Pangea 5 L’evoluzione della Pangea

La scala dei tempi Era Periodo Cretacico Triassico Eone F A N E R Avvenimenti geologici Evoluzione della vita Sviluppo dei mammiferi F A N E R O Z I C M S Cretacico Intensa attività vulcanica Inizio orogenesi alpino-himalyana Separazione Australia- Antartide Apertura dell’Atlantico meridionale Estinzione di dinosauri, ammoniti e belemniti Sviluppo delle angiosperme Giurassico Apertura dell’Atlantico centrale e dell’Oceano Ligure-Piemontese Formazione di alti e bassi strutturali Nascono le prime specie di uccelli e si sviluppano i dinosauri. Nel mar della Tetide vivevano ammoniti, bivalvi, brachiopodi, coralli, gasteropodi, crinoidi, bivalvi, echinidi e il gigantesco Ittiosauro. Triassico Frammentazione iniziale della Pangea: formazione di alti e bassi strutturali. I primi mammiferi e i primi dinosauri Estinzione dei trilobiti Limite K-T 65 maf 140 maf 210 maf 250 maf

Le stromatoliti “marchigiane” 5 Le stromatoliti “marchigiane” Le stromatoliti sono presenti come strutture tabulari nella formazione rocciosa del calcare massiccio, per esempio nei pressi della Gola di Frasassi (vedere foto a lato). Sono i resti fossili di alghe procarioti fotosintetiche “incrostanti”. Il fatto che nel Giurassico si ricoprissero ancora di carbonato di calcio (come quelle precambriane) potrebbe significare che il carattere vantaggioso (per la protezione dai raggi u.v.) acquisito miliardi di anni fa sia poi rimasto invariato nel DNA del microrganismo, apportando ancora dei vantaggi (per esempio l’accrescimento in verticale o la protezione da predatori). Foto CENF. Stromatoliti giurassiche nei sedimenti del calcare massiccio, Gola di Frasassi

Alghe giurassiche marchigiane L’alunno osserva le stromatoliti giurassiche nei sedimenti del calcare massiccio, lungo il sentiero della Beata Vergine (Gola di Frasassi). Le stromatoliti ritrovate nelle Marche sono del periodo giurassico, 200 milioni di anni fa. La roccia in cui sono state rinvenute, il calcare massiccio, indica un ambiente di formazione di tipo tropicale (come quello odierno delle isole Bahamas)

Spunti di “Attualismo”: Le stromatoliti e la Shark Bay Si pensava che le stromatoliti fossero scomparse. Invece sono state recentemente scoperte in Australia, nella Baia degli squali, ancora viventi (foto a lato). Si può pensare che quelle ritrovate nelle Marche, risalenti al periodo giurassico ( 200 milioni di anni fa), siano vissute in un ambiente simile a quello odierno dell’Australia!

5 Le oncoliti Le oncoliti sono delle strutture globulari presenti nella formazione rocciosa delle rocce calcaree risalenti al mesozoico. Le oncoliti, differiscono dalle stromatoliti solo per la forma. Anche quelle della foto sono presenti in un affioramento roccioso lungo il sentiero della Beata Vergine di Frasassi, nell’omonima Gola.

5 Le ammoniti Il nome di questo animale preistorico deriva dal nome del dio Giove Ammone, raffigurato con delle forme spiralate dal momento in cui il dio Bacco lo incontrò in una visione in cui appariva nelle sembianze di un ariete.

Perché gli ittiosauri non ci sono più? 5 Perché gli ittiosauri non ci sono più? Gli ittiosauri sono rettili marini che vivevano fino a qualche centinaio di metri di profondità. Probabilmente si sono estinti perché gli squali erano più efficienti di loro nel reperire il cibo.

L’ittiosauro e il delfino: un esempio di evoluzione convergente Confronto tra l’orientazione delle pinne caudali di delfino e di ittiosauro. Il delfino nuota muovendo la pinna caudale sul piano verticale, mentre l’ittiosauro muoveva la pinna caudale sul piano orizzontale.

Perché l’ittiosauro si estinse? Visse nel Giurassico e si estinse prima della grande estinzione avvenuta 65 milioni di anni fa. Perché? Perché probabilmente lo squalo era un concorrente troppo forte per lui nel procurarsi il cibo!

L’estinzione degli ittiosauri Denti di squalo messi in confronto con un coltello Museo di Storia Naturale, Vienna

Frasassi: ieri e oggi a confronto Frasassi: 150 milioni di anni fa Frasassi: oggi.

L’estinzione di 65 milioni di anni fa 65 milioni di anni fa un meteorite colpì la Terra sollevando una grande nube di polvere nella biosfera. La vegetazione sparì, i dinosauri erbivori scomparvero e così anche le specie predatrici fecero la stessa fine. Il luogo dell’impatto del meteorite fu chiamato Chicxulub Crater, situato nella penisola dello Yucatan, in Messico.

Le cause dell’estinzione Le cause dell’estinzione delle specie dei dinosauri, delle ammoniti, delle belemniti e gli altri animali non più presenti sulla faccia della terra sono: Caduta di un meteorite b) Attività vulcanica prolungata c) Raffreddamento globale dovuto alla tettonica delle placche che si mossero verso nord (esempio: distacco dell’Australia dall’Antartide e l’attaccamento dell’India al continente)

Le ammoniti erano già in crisi? Sembra che prima della loro estinzione, la conchiglia delle ammoniti si stesse srotolando, come se il loro processo evolutivo fosse diventato “regressivo” Ammonite del Cretacico, poco prima della loro estinzione. Si vede che la conchiglia si sta svolgendo. Foto da Museo di Storia Naturale, Londra Estratto dalla scala di tempi che mostra il percorso evolutivo delle ammoniti. Da APE 99%.

CONCLUSIONI La molecola dell’ossigeno ha svolto un ruolo determinante nell’evoluzione della vita La teoria dell’attualismo ci può aiutare nell’ipotizzare le modalità di vita degli organismi vissuti nel passato (le ammoniti come i Nautilus..) Nel passato sono avvenute delle estinzioni che hanno influito profondamente nell’evoluzione della vita…se 65 milioni di anni fa il meteorite non fosse caduto noi oggi non saremmo qui!

Bibliografia Venturi F., Rossi S. Subasio, origine e vicende di un monte appenninico. (2003) Bell R. Yorkshire, a journey through time. (1996) Silvertown J. Et alii 99% ape, how evolution adds up. (2008) Lupia Palmieri E. Parotto Il globo terrestre e la sua evoluzione. (2000) Stroppa P. Pistola E. Quaderni della rete C.E.A. della Provincia di Ancona. (2000) De Marinis G. Nicosia U. L’ittiosauro di Genga (2000).