Con un botto, le ossa si ruppero. Perché i nostri antenati non hanno cambiato i materiali utilizzati per creare gli esseri umani?

Se dovessimo stilare una lista delle ossessioni dell’umanità per il futuro, gli scheletri meccanici di metallo dovrebbero avere un nome. Da Iron Man nella serie Marvel al Maggiore con una "protesi meccanica" in "Ghost in the Shell", tutti usano leghe di acciaio per sostituire le ossa di calcio degli umani e diventare superumani.

Come persona che una volta è caduta parabolicamente dalla bicicletta e si è rotta sette costole, non posso fare a meno di chiedermi: con così tanti elementi in natura, perché dobbiamo usare il calcio per formare le ossa? L'oro, l'argento, il silicio e il nichel non sono forse più popolari? Se l'oro fosse il componente principale delle ossa, cadere sarebbe un gioco da ragazzi.

Se non ti rompi niente cadendo, allora puoi tranquillamente cadere senza problemi. Conversazione quotidiana:

"Sei caduto oggi?" "Sì, non darmi il segnale."

Perché gli esseri umani hanno scelto ossa di calcio? Bisogna risalire a centinaia di milioni di anni fa e cominciare dall'inizio della storia.

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Nonostante la lunga evoluzione durata miliardi di anni, non siamo ancora in grado di dare una risposta definitiva su quando la vita abbia acquisito per la prima volta le ossa. Ma almeno durante il periodo Ediacarano, da 635 a 541 milioni di anni fa, solo una piccola parte degli organismi aveva ossa, e la maggior parte degli altri erano ancora morbidi. Giacciono sul fondale marino, sono poco mobili e si nutrono del tappeto microbico senza disturbarsi a vicenda.

Ricostruzione della biota di Ediacara | Ryan Somma

Questi giorni pacifici furono interrotti dall'arrivo del periodo Cambriano. In questo periodo la Terra si riscaldò, la vegetazione dei fondali marini aumentò e l'ossigeno si accumulò in grandi quantità. Ciò fornì alla Terra più cibo e un ambiente più ospitale, determinando la comparsa di animali più grandi, più veloci e che consumavano più ossigeno. L'improvviso aumento dei tipi e delle forme di vita diede origine alla cosiddetta "Esplosione Cambriana".

Ciò che seguì fu una competizione sempre più agguerrita tra le specie. Le competizioni tra cacciatori e prede si stanno verificando in gran numero e sia gli aggressori che i difensori devono accelerare i loro sforzi per "migliorare il loro equipaggiamento". Ad esempio, hanno bisogno di sistemi di visione più avanzati per localizzarsi con precisione. L'intero corpo è in uno stato di debolezza e non riesce a soddisfare le esigenze di un'azione rapida.

In questo periodo alcuni organismi svilupparono la capacità di scavare buche per nascondersi, come l'estinto Canadaspis, che permise loro di sviluppare lo spazio vitale verso il basso | Claire H. / Wikimedia

Devono sostenersi e utilizzare strutture rigide per sostenere il loro corpo. In questo modo, per mangiare e per non essere mangiati, le ossa sono diventate una parte inevitabile del percorso evolutivo.

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L'evoluzione scheletrica è un processo lungo, ma potremmo anche condensare migliaia e decine di migliaia di anni di storia in un piccolo insetto sul fondale del mare Cambriano e chiamarlo forzatamente "Tony". Indipendentemente dal fatto che sia il cacciatore o il prigioniero, se Tony vuole sopravvivere nel campo di Shura del periodo Cambriano, deve rendersi duro. Una delle soluzioni è la biomineralizzazione, ovvero il deposito di minerali per creare una struttura corporea dura.

La biomineralizzazione è avvenuta molto tempo fa, ma ha raggiunto il suo pieno potenziale nel periodo Cambriano. In questo periodo la temperatura aumenta, i ghiacciai si sciolgono e l'acqua del mare erode le rocce sedimentarie della costa, trasportando nell'acqua del mare ioni metallici come calcio, ferro e potassio presenti nelle rocce, il che fornisce a Tony e ad altri ricche materie prime minerali.

Ma Tony ha ancora molte possibilità di scelta per quanto riguarda il tipo di minerali da utilizzare.

Opzione 1: frammenti di sabbia e detriti vegetali

Se Tony non è troppo esigente, può usare la secrezione per attaccare al suo corpo frammenti di sabbia (come la mica) e detriti vegetali. Sebbene la tecnica sia mediocre e la lavorazione approssimativa, si tratta pur sempre di una forma di esoscheletro (conchiglia) primitiva.

All'inizio del periodo Cambriano, Onuphionella durhami, un piccolo insetto che incollava insieme fogli di mica formando un "guscio" | Signor & McMenamin

Opzione 2: Composti di ferro

Se Tony è un piccolo insetto davvero resistente, può scegliere un esoscheletro di ferro. Ad esempio, la lumaca gasteropode dalle corna squamose non solo ha le zampe ricoperte di scaglie di solfuro di ferro, ma ha anche tre strati di gusci esterni sul corpo, dall'esterno verso l'interno: guscio di solfuro di ferro, cuticola organica e guscio di calcio.

Immagine imperdibile di Chrysomallon squamiferum | Kentaro Nakamura et al.

Opzione 3: Silice

Tony potrebbe anche trasformarsi in una forma di vita di prima generazione basata sul silicio, utilizzando il biossido di silicio per costruire un esoscheletro, come i radiolari.

Fossili di radiolari | Shan Chang, Qinglai Feng, Lei Zhang

Opzione 4: Composti di calcio

Tuttavia, gli esempi sopra menzionati sono rari e la scelta più diffusa resta quella dei composti di calcio. Perché per un comune piccolo insetto come Tony, ci sono molti fattori pratici da considerare quando si scelgono i minerali:

Innanzitutto, il contenuto di questo elemento nell'ambiente deve essere sufficientemente elevato; in secondo luogo, gli organismi devono essere in grado di trasportarli, regolarli e utilizzarli a livello cellulare per produrre biominerali.

Nell'ambiente marino, quando le ossa si sono evolute per la prima volta, gli ioni calcio erano abbondanti e quasi tutte le cellule possono regolare i livelli di calcio all'interno dell'organismo. Calcite e aragonite sono i minerali di carbonato di calcio più comuni in natura, il che li rende la principale fonte di biomineralizzazione e la prima scelta di Tony e altri per realizzare esoscheletri.

A questo punto possiamo rispondere alla domanda: all'inizio dell'evoluzione, i nostri antenati insetti cercarono di utilizzare vari minerali per costruire esoscheletri. Ma potrebbero essere stati l'ambiente marino di allora e i meccanismi propri della maggior parte degli organismi a far sì che le ossa di calcio fossero le più vincenti.

Piccole conchiglie fossili risalenti al primo periodo Cambriano costituivano la pesante armatura (esoscheletro) di Tony | Ricerca precambriana

La biomineralizzazione è un processo complesso che coinvolge la precipitazione e la crescita dei minerali e richiede la partecipazione di varie proteine. Nel processo di evoluzione è molto difficile modificare i minerali. È come una grande fabbrica che all'improvviso si trasforma per produrre altri prodotti. Tutte le apparecchiature collegate devono essere regolate e sostituite, il che è troppo costoso.

Ormai la formazione delle ossa si è adattata così bene all'ambiente che non c'è più motivo di modificarla. Le ossa di calcio non solo sono diventate le regine fin dal loro debutto, ma sono diventate anche la "scelta" che è durata a lungo.

Rivelazione dello scheletro: la durezza è la via regale per il successo

La percezione della luce da parte della vita ha indotto l'emergere e l'evoluzione della vista, che è stata come la prima tessera del domino a cadere, innescando l'esplosione cambriana della vita. L'aspetto delle ossa è come la trasformazione di Hulk, che si solleva dalla terra e supporta una potente svolta nel cammino dell'evoluzione. Questi due sono il risultato dell'evoluzione e a loro volta diventano la forza trainante dell'evoluzione, stimolando l'emergere di più specie.

Stiamo procedendo sempre più verso la scheletrizzazione. I gusci degli insetti che vediamo oggi, come le locuste e gli scarafaggi, dei crostacei come i granchi e i gamberetti, dei gasteropodi come le lumache e dei bivalvi come le vongole, sono i loro esoscheletri.

Quasi contemporaneamente si verificò anche l'evoluzione dello scheletro interno e nacque il ramo dei vertebrati. Grazie al supporto della colonna vertebrale, i grandi vertebrati iniziarono il loro viaggio verso la terraferma. Dopo aver abbandonato il mare, per miliardi di anni, le forme di vita si sono esplorate, hanno collaborato, si sono inseguite e si sono strangolate a vicenda sulla terraferma e, dopo ripetute estinzioni di massa, si sono infine evolute in esseri umani dotati di spina dorsale eretta.

Nel 2014, i paleontologi hanno scoperto tracce fossili risalenti a 550 milioni di anni fa sull'isola di Terranova. Gli animali di Ediacara, morbidi e immobili, vi lasciarono tracce irregolari delle loro attività. Sembra che li vediamo inciampare e brancolare perché non hanno un guscio duro che li sostenga. Poiché il loro sistema nervoso non si è evoluto, non sono in grado di percepire l'ambiente circostante né di salutare i vicini.

Fossili del periodo Ediacarano. Poiché solo pochi organismi di questo periodo avevano un esoscheletro, era quasi impossibile che altri animali molli si conservassero, quindi i fossili esistenti sono principalmente tracce fossili, che registrano i resti o le reliquie lasciate quando gli antichi organismi erano attivi | Calla Carbone e Gut M. Narbonne

1,2 metri sopra questo strato di fossili, le tracce diventano regolari e fittamente disposte sulle rocce sedimentarie. C'è una linea di traccia tortuosa che improvvisamente diventa dritta dopo un certo nodo.

I paleontologi ipotizzano che questa possa essere la traccia delle attività lasciate da un piccolo insetto nel periodo Cambriano. Potrebbe avvistare all'improvviso un predatore e fuggire rapidamente, oppure potrebbe essere trascinato via dal predatore. Questo segno dritto è stato probabilmente lasciato solo dalla presenza di ossa dure. Nei ripetuti strangolamenti, nell'auto-miglioramento e negli sforzi per sfondare, questo è il lungo viaggio della vita nella storia dell'evoluzione.

Graffi di artropodi cambriani | Calla Carbone e Gut M. Narbonne

Nessuno può calcolare con precisione a quanto corrispondano questi 1,2 metri; è inoltre difficile ricostruire il quadro completo dell'evoluzione scheletrica basandosi solo sulle prove fossili. Ma possiamo affermare con cautela che la vita con le ossa è apparsa in gran numero all'interno di questi 1,2 metri e ha continuato a riprodursi, e uno dei loro discendenti ha appena digitato questa riga.

Pensateci, 540 milioni di anni fa, un piccolo insetto affrontò un avversario potente e si costruì uno scheletro, lasciando che il destino gli si sottomettesse; oggi continuiamo ad attendere con ansia l'emergere di scheletri meccanici nel mondo della fantascienza, ansiosi di usarli per costruire telai in acciaio con cui sostenere lo scafo tra le onde enormi e avere il controllo del nostro destino.

Gli scheletri meccanici sono diventati un'ambientazione comune nelle opere di fantascienza | "Il fantasma nel guscio"

Qui il passato remoto e il futuro imprevedibile sembrano sovrapporsi.

Riferimenti

[1] Ben Yang, Michael Steiner b, Maoyan Zhu c, Guoxiang Li c, Jianni Liu d, Pengju Liu. 2016. Insiemi di piccoli fossili scheletrici di transizione Ediacarano-Cambriano dalla Cina meridionale e dal Kazakistan: implicazioni per la cronostratigrafia e l'evoluzione dei metazoi. Ricerca precambriana, 285: 202-215

[2] Carbone, C e Narbonne, MG 2014. Quando la vita è diventata intelligente: l'evoluzione della complessità comportamentale attraverso l'Ediacarano e il primo Cambriano del Canada nord-occidentale. Rivista di Paleontologia, 88(2): 309-330.

[3] Chang S, Feng Q, Zhang L. 2018. Nuovi microfossili silicei dalla formazione Terreneuvian Yanjiahe, Cina meridionale: il possibile più antico record fossile di radiolari. Rivista di Scienze della Terra, 29(4): 912-919.

[4] Giovanni Battista Piranesi 2007. La sindrome di Verdun: origine simultanea di armature protettive e rifugi infaunistici nella transizione Precambriano-Cambriano in Vickers, RP e Komarower, P. (a cura di) The Rise and Fall of the Ediacaran Biota. Geological Society, Londra, Pubblicazioni speciali, 286, 405–414.

[5] Fox, D. 2016. Cosa ha scatenato l'esplosione cambriana? Natura, 530: 268-270.

[6] Porter, MS 2007. Chimica dell'acqua di mare e biomineralizzazione precoce del carbonato. Scienza, 316 (5829): 13.

[7] Signor, PW e McMenamin, MAS 1988. Il tubo del verme del Cambriano inferiore Onuphionella dalla California e dal Nevada. Rivista di Paleontologia, 62: 233-240.

[8] Watson, T. 2020. Queste bizzarre specie antiche stanno riscrivendo l'evoluzione animale. Natura, [online] Volume 586, p. 662-665. Disponibile presso:

https://www.nature.com/articles/d41586-020-02985-z [Consultato il 15 gennaio 2021].

[9] Wikipedia. 2020. “Cambriano.” Ultima modifica 12 settembre 2020.

https://en.wikipedia.org/wiki/Cambriano.

Autore: Xiaodao

Editore: Mai Mai, la pioggia bussa alla finestra