Breve storia della vita sulla Terra, il Carbonifero

di Roberto Cavicchi
– Paleontologia e Archeologia

Crediti: immagine presa dal sito Prehistoric Park Wiki

Caspita, sembra passato un anno dall’ultima volta che ci siamo visti!

Bene, ora che abbiamo archiviato la battuta di rito sull’anno nuovo, e ci sentiamo tutti un po’ più morti dentro, passiamo alle cose interessanti. Probabilmente il titolo vi ha già avvertiti, ma è il momento di un nuovo episodio della Breve Storia della Vita sulla Terra! Yeeeey, urrà!

Vi ricordate dove eravamo rimasti la volta scorsa? Avevamo parlato del Devoniano (e se siete dei bischeri e non l’avete letto potete recuperare qua), ed è stato una gran figata, ma ora è il momento del Carbonifero, che non ha nulla da invidiare.

Il Carbonifero è stato un periodo folle, con foreste enormi ed esotiche che ricoprivano i continenti, artropodi giganti che scorrazzavano in giro e anfibi furbi quanto una motozappa che pian piano reclamavano le terre emerse nel nome dei vertebrati. E il bello è a malapena cominciato.

Il Carbonifero

Ok, pochi rompimenti di palle, lo sapete cosa arriva adesso. Sì, l’inquadramento geologico. No, non potete andarvene adesso.

Il Carbonifero è il quinto e penultimo periodo geologico dell’era paleozoica. Siete contenti? Manca poco alla fine del Paleozoico ragazzi!

È iniziato all’incirca 359 milioni di anni fa, alla fine del Devoniano, ed è durato per ben 60 milioni di anni. Al suo finire, 299 milioni di anni fa (sto ripetendo un sacco di milioni di anni fa, vero?), gli succederà il Permiano, che non vedo l’ora di arrivarci, ma serve pazienza.

Ok, e adesso passiamo alle cose effettivamente divertenti, vi va?

The Word for World is Forest

Da questo capitolo cambierà il trend, e parleremo più della terra emersa che del mare e dei vari pescetti e molluschi, che francamente hanno anche un po’ rotto un particolare tipo di castagna. Non li abbandoneremo eh, ma vale la pena di rinfrescare la formula.

E quale momento migliore per iniziare che il Carbonifero! 

Durante questo periodo, il grosso dei continenti di stava amalgamando in un’unica massa emersa, quella che conosciamo tutti come Pangea e che caratterizzerà il mondo per parecchi milioni di anni a venire. L’Europa, le Americhe e l’Africa erano unite in un grosso supercontinente, senza fastidiosi oceani atlantici a mettersi in mezzo come un amico durante un appuntamento romantico. Gran parte  delle odierne Europa e Nord America si trovavano attorno l’equatore, e questo ha portato al formarsi di enormi foreste umide, che ricoprivano gran parte del mondo. In pratica un enorme destinazione turistica per ricchi in cerca di accoppiamenti facili, ma senza piña colada

Una cartolina d’epoca delle foreste pluviali del Carbonifero. Image credit: Meyers Konversationslexikon, CC-PD-Mark 

Tutta questa ricca e florida copertura vegetale forniva un habitat eccellente per artropodi decisamente troppo grandi per il bene di tutti, e per i primi tetrapodi interessati a investire negli immobili. Saranno proprio queste dense foreste, le loro foglie, radici e tronchi, che col passare dei milioni di anni si trasformeranno in carbone, dando così il nome al periodo geologico, oltre a un caratteristico alone nero alla Londra vittoriana.

Le grandi foreste non erano esattamente come quelle cui siamo abituati però. La varietà di alberi era ancora limitata, e quindi gran parte della flora era composta da equiseti (ve li ho spiegati nel capitolo dell’altra volta) in grado di raggiungere i 15 metri di altezza.  I Lepidodendri, piante estinte che crescevano come un grande tronco che emettevano foglie solo in cima (tipo le palme, ma non erano palme), erano molto diversificati, alcuni erano in grado di arrivare a 40 metri di altezza.

Anche piante vascolari però: le gimnosperme, comparse già nel Devoniano, prendono sempre più piede, con piante come le Cycadales (anche queste simili a palme, ma non sono palme: la forma a palma va di moda nei climi caldi) o le Conifere, entrambi gruppi ancora esistenti.

A Bug’s Life: megaminimondo, ma senza mini

Le dense foreste del Carbonifero erano un ambiente ideale per la proliferazione di un gran numero di artropodi: ragni, scorpioni, insetti, miriapodi e sicuramente altro che adesso non mi viene in mente, non rompetemi le scatole, non posso sapere tutto.

Gli artropodi terrestri del Carbonifero sono molto famosi e raffigurati per via di una loro caratteristica che non si è più ripresentata (per fortuna): erano in grado di raggiungere dimensioni gigantesche. Chiaramente non tutti utilizzavano la tattica del gigantismo, ma quelli che lo facevano non prendevano mezze misure.

Uno dei più famosi è Meganeura monyi, che sicuramente avrete visto in disegni e  illustrazioni vari. Questo enorme insetto, fondamentalmente una libellula grande quanto un piccolo uccello rapace, aveva un’apertura alare più grande di 70 centimetri, ed era lunga più di 50. Provate a pulire quella dal parabrezza, ammesso che resti integro.

Un raro scatto in natura di Meganeura monyi. L’autrice è la Regina Elisabetta. Image credit: GermanOle, CC BY-SA 3.0 

Meganeura era un insetto, come le libellule attuali, una classe tassonomica comparsa durante il Devoniano, ma che ha preso davvero piede durante il Carbonifero. A noi fondamentalmente fanno un misto di schifo/fastidio, ma sono stati tra i più grandi innovatori della vita terrestre: sono stati infatti i primi animali a sviluppare la capacità di volare. È difficile dire come si sia sviluppato questo particolare adattamento, e ancora più difficile stabilire quando e chi ci sia riuscito per la prima volta. Il più antico insetto volante conosciuto si chiama Delitzchala bitterfeldensis (provate a dirlo 5 volte velocemente), che viveva 325 milioni di anni fa in quella che è l’attuale Germania. Anche questo insettino era praticamente una libellula, anche se, a differenza delle grosse forme successive, era grande solo pochi centimetri, non c’era bisogno di nascondere neonati, animali domestici e mogli al suo passaggio.

Quindi ricordatevi, la prossima volta che vedrete degli umili insetti scorrazzarvi o svolazzarvi attorno, loro sono stati i primi in assoluto a spiccare il volo. Se non è questo evolversi fuori dagli schemi, allora non so cosa lo sia.

Ma non è tutto! Le libellule non erano gli unici artropodi giganti nell’antica Europa. Un altro esponente di grande riguardo era Arthropleaura, un genere di millepiedi che diventava solo un po’ grandino. Pensate che recentemente, l’articolo è uscito a fine dicembre, ne è stato identificato un fossile in Inghilterra appartenente a un individuo lungo circa 2,63 metri. Sì, avete letto bene la misura, 2,63 metri, cosa che lo rende l’artropode più grande mai vissuto sulla Terra (che si sappia, almeno), più grande anche degli Euripteridi che vi ho descritto qualche capitolo fa. E anche meno spaventoso a dirla tutta. Tra l’altro questo fossile appartiene a un’esuvia, cioè uno strato di esoscheletro “sfilato” a seguito di una muta: la “pelle” vecchia, insomma. Questo vuol dire che il simpatico animaletto poteva raggiungere dimensioni pure maggiori. Si suppone fossero principalmente erbivori, ma non è mai stata trovata una testa fossile di Arthropleura, quindi non ci sono certezze.

Un’immagine di Arthropleura che dovrebbe fornire un’idea delle sue dimensioni. Non so voi, ma io ne vorrei uno come animale domestico. Image credit: Tim Bertelink, CC BY-SA 4.0 

Sì, ma come mai questi cosi erano capaci di diventare così grossi, mentre al giorno d’oggi sono decisamente più piccoli? Anche qui, non ci sono certezze, ma pare che dipenda in gran parte dalla respirazione.

Piccolo inciso: come respirano gli artropodi? Non hanno I polmoni come I tetrapodi, quindi devono arrangiarsi in un altro modo. Attraverso tutto il loro corpo hanno un sistema di “tubicini” chiamati trachee, il cui compito è portare l’ossigeno direttamente ai tessuti interessati. Questo però limita le dimensioni degli artropodi, perché a un certo punto il sistema di tubi diventerebbe troppo ingombrante.

Avete letto il piccolo inciso? Se la risposta è “no”, tornate indietro e fatelo, che è importante. Fatto? Ok, andiamo.

Al momento la percentuale di ossigeno presente nell’aria che respiriamo è circa del 21% (se vi chiudete in una camera piccola dopo una scorpacciata di fagioli le stime potrebbero cambiare), e questo limita le dimensioni degli artropodi. Anche i più grandi attualmente esistenti sono dei nani rispetto a quelli che ho descritto sopra. Durante il Carbonifero però, a causa della densissima copertura di foreste, i livelli hanno raggiunto un picco del 35%, che probabilmente ha permesso agli artropodi di aumentare le loro dimensioni senza soffocare.

Tutto qua? Non proprio. L’esemplare che ho citato prima, quello lungo 2,63 metri, proviene da un periodo in cui i livelli di ossigeno erano circa del 23%, non poi tanto di più rispetto al giorno d’oggi. I motivi quindi potrebbero essere più vari, tra cui una dieta ricca di nutrienti, un ambiente favorevole e poca competizione. Gli artropodi giganti non avranno vita lunga comunque, e durante la prima parte del Permiano, il prossimo periodo geologico, spariranno tutti. Per fortuna. Anche se, in un periodo storico in cui l’entomofagia si fa sempre più strada come fonte sostenibile di proteine, farsi una bistecca di Arthropleura non sarebbe male.

Pianeta anfibio

No, non è il titolo di un negozio di calzature dove potreste trovarmi regolarmente. Il Carbonifero rappresenta il breve periodo di tempo in cui gli anfibi hanno dominato la terra, prima di essere soppiantati da animali più performanti.

Come inizia il loro breve regno?

Eh, come è lecito aspettarsi. Male. L’inizio del Carbonifero è caratterizzato da una assenza quasi totale di tetrapodi dalla documentazione fossile. Questa assenza dura circa 14 milioni di anni dall’inizio del periodo, finendo quindi attorno ai 345 milioni di anni fa, ed è nota come Romer’s gap. Come mi sentirete dire spesso, le cause di questo fenomeno non sono del tutto certe. Probabilmente si tratta di un insieme di fattori: l’estinzione di massa di fine Devoniano, insieme ai livelli di ossigeno relativamente bassi, potrebbe aver tenuto bassa la biodiversità, e questo, unitamente a una scarsità di condizioni sedimentarie adeguate alla fossilizzazione, avrebbe tenuto basso il numero di reperti arrivati fino a noi. Comunque sia, cominciamo bene.

Non è che non ci siano arrivati tetrapodi fossili dai primi 14 milioni di anni del Carbonifero, solo che sono pochi e di parentela incerta con quelli che sono venuti dopo.

Tra quelli che conosciamo c’è Greererpeton burkeromani, appartenente alla minuta famiglia dei Colosteidi. Di forma allungata, solo tra collo e tronco aveva ben 40 vertebre, raggiungeva poco più di un metro di lunghezza e aveva una testa piatta quanto un pancake, con gli occhi in cima. Aveva le zampe corte, quelle dietro robuste e quelle davanti comicamente minute. Chiaramente non offriva mai un caffè, forse è per questo che si è estinto.

Ecco un disegno di Greererpeton, così non dovete fare la fatica di immaginarlo. Occhio a non confonderlo con un coccodrillo, sarebbe offensivo. Image credit: ДиБгд, Pubblico dominio 

Un altro tipico anfibio di inizio Carbonifero è Crassigyrinus scoticus, un’autentica porcheria di essere vivente. Questo robo aveva un corpo allungato e sinuoso che poteva raggiungere i 2 metri di lunghezza, e alla fine un capoccione grosso e brutto. Il suo testone massiccio non serviva tanto per il cervello, un ferro da stiro lo batterebbe a scacchi, ma per accomodare una bocca enorme e piena di denti, perfetta per afferrare i pesci che speravano fosse bello dentro. Non lo era. Era uno stronzo. Al pari di Greererpeton, anche Crassigyrinus aveva le zampe corte, ma quelle davanti erano a malapena presenti. Lui il caffè vi chiedeva di offrirglielo.

Quel cesso di Crassigyrinus. Guardate che braccino corto. Un bel problema durante le notti solitarie. Image credit: Nobu Tamura, CC BY 2.5 

A parte questi casi iniziali un po’ disperati, gli anfibi del Carbonifero possono essere divisi principalmente in Temnospondyli, Lepospondyli e Reptiliomorpha.

I Temnospondyli sono l’ordine di tetrapodi di maggior successo del Carbonifero, e sopravvivranno fino a inizio Cretaceo. Questo vuol dire più di 150 milioni di anni di storia evolutiva attraverso due estinzioni di massa, tra cui la più grave nella storia del pianeta (maggiori dettagli nel prossimo capitolo, il Permiano). Non saranno stati gli animali più impressionanti mai comparsi sulla terra, ma di certo erano cazzuti.

In tutto quel tempo si sono adattati a un mucchio di ambienti diversi, diversificandosi ampiamente. Durante il Carbonifero però erano per lo più forme di dimensioni da medie a piccole, terrestri o semi-acquatici. Si diversificheranno davvero solo nel Permiano.

I Lepospondyli invece hanno sfornato per lo più forme acquatiche di piccole dimensioni. Molti di questi si sono evoluti per avere una forma del corpo molto allungata, simili a salamandre o addirittura a serpenti, come gli appartenenti al genere Phlegethontia (o Aornerpeton). Non so se si nota il mio entusiasmo dirompente nel parlare di questi animali che sono senza dubbio tra i miei preferiti di sempre (scrisse Roberto assolutamente senza sarcasmo).

I più grandi e famosi tra i Lepospondily sono i Diplocauli, comparsi verso la fine del Carbonifero. Il loro corpo massiccio era simile a quello di una salamandra. La loro caratteristica più vistosa era il testone, con due protuberanze enormi che crescevano sui lati, dandogli una forma triangolare e un po’ da boomerang. Sono stati trovati numerosi Diplocauli fossili, a vari livelli di età, e questa documentazione fossile mostra come le protuberanze comparissero e crescessero un po’ alla volta durante il ciclo vitale dell’animale. Non si sa bene a che cosa servissero, si ipotizza che ‘sti testoni venissero usati per elevarsi velocemente contro corrente, e quindi fossero utili per cacciare da una posizione nascosta sul fondale. 

L’adorabile Diplocaulus e il suo testone. Tener fuori dalla portata degli australiani. Image credit: Nobu Tamura, CC BY 2.5 

I Reptiliomorpha, come forse vi sarà venuto il dubbio, erano molto simili ai rettili, e infatti sono il gruppo che ha portato alla comparsa degli amnioti. Alcuni di questi erano semi-acquatici, come Proterogyrinus, un altro coso simile a una grossa salamandra. Altri però, in particolare forme di fine Carbonifero o inizio Permiano, si erano adattati quasi del tutto a una vita terrestre. Il mio preferito è Diadectes, che dà il nome all’ordine Diadectomorpha. Questo bestione doveva essere uno degli animali terrestri più grandi del suo tempo, poteva raggiungere i 3 metri di lunghezza, ed era veramente massiccio. Le costole, i cinti scapolari, il bacino, le zampe, erano tutti grossi e robusti, e morfologicamente molto evoluti. La sua caratteristica più importante è che era erbivoro, ed è stato uno dei primissimi vertebrati terrestri ad adottare questo tipo di dieta. Anche lui era uno che pensava fuori dagli schemi.

Ecco Diadectes, un bel cicciottone. Image credit: Dmitry Bogdanov, CC BY-SA 3.0 

Non prendetelo in giro però, lui le ossa grandi ce le aveva sul serio. Image credit: Ghedoghedo, Pubblico dominio

Basta anfibi però

Non so voi, ma a me hanno parecchio rotto. Per fortuna, verso la metà del Carbonifero, compare un tipo di animale tutto nuovo, gli amnioti, e in particolare i rettili. 

I primi riconosciuti sono Paleothyris e Hylonomus, animaletti simili a lucertoline, lunghi circa 20 centimetri. Questi affarini scorrazzavano sullo strato di foglie e piante marcescenti delle foreste carbonifere, alla ricerca di piccoli artropodi da mangiare. Erano in grado di perforare gli esoscheletri e arrivare alla parte cicciosa sotto grazie alla presenza dei muscoli pterigoidi, un supplemento agli adduttori mandibolari che rendeva i loro morsi relativamente forti nonostante le piccole dimensioni. Di questi animaletti ne sono stati trovati un mucchio intrappolati dentro cappi cavi di alberi. In pratica, quando un albero moriva per varie cause, cadeva lasciando un ceppo, che lentamente si svuotava per via della decomposizione. Questi buchi belli marcescenti erano un paese dei balocchi per artropodi vari che quindi si potevano trovare numerosi al loro interno. Quei tontoloni di Paleothyris e Hylonomus si facevano tentare da cotanta golosità, e finivano col cadere dentro quei ceppi cavi, da cui poi non riuscivano a uscire, morendoci dentro da bravi coglioni. In questo modo però si sono fossilizzati bene e numerosi, arrivando fino a noi.

Oltre a una bella quantità di differenze a livello scheletrico, che sicuramente hanno aiutato, la rivoluzione degli amnioti è l’uovo cleidoico, o amniotico. Che adesso non è nulla di eccezionale, probabilmente qualcuno di voi ci si è fatto una frittata a pranzo, ma a metà Carbonifero era una cosa mai vista. 

L’uovo cleidoico è formato da un guscio duro, di solito calcareo (anche se alcune specie hanno un guscio con una consistenza simile a pelle), semipermeabile, che permette il passaggio di gas ma non di fluidi. All’interno ha delle particolari membrane, il Corion, l’Amnion e l’Allantoide. Il Corion circonda tuorlo ed embrione, mentre l’Amnion circonda l’embrione di fluido amniotico. Entrambe sono coinvolte nel passaggio di gas. L’Allantoide è una sacca che funziona sia per la respirazione che per la raccolta di materiali di scarto. Con lo sviluppo dell’embrione, il tuorlo, ricco di nutrienti, rimpicciolisce sempre  più, mentre l’Allantoide si riempie.

Un semplice diagrammino di com’è fatto un uovo dentro. Pensateci la prossima volta che vi fate un’omelette. Image credit: KDS4444, CC BY-SA 4.0 

Queste rivoluzioni hanno permesso di deporre le uova sulla terra emersa, invece di dover tornare all’acqua ogni volta per compiere il tedioso compito di riprodursi. In questo modo è stato possibile per i tetrapodi slegarsi sempre più dall’acqua e iniziare seriamente a colonizzare le terre emerse.

Non sono state trovate uova fossili nel Carbonifero, ma allora noi come sappiamo che hanno iniziato a deporle allora? Ce lo siamo inventato?

Non proprio. Il fatto è che le caratteristiche delle uova amniotiche sono le stesse in tutti i vertebrati che si riproducono a questa maniera. Si ritiene quindi che l’uovo amniotico sia un aspetto comune a tutti gli appartenenti al grande gruppo degli Amnioti, e derivi da un unico antenato comune. E, dato che Paleothyris e Hylonomus morfologicamente sono determinabili come rettili, quindi Amnioti, è facile supporre che fosse il caso anche per loro.

Durante il Carbonifero gli Amnioti non saranno molto diversificati, attorno ai 25 generi, nulla di che, ma dopo i grandi cambiamenti ambientali alla fine del periodo si sbizzarriranno a volontà.

Ch-ch-ch-ch-changes

Attorno ai 305 milioni di anni fa le cose iniziano a cambiare nel mondo carbonifero. Il clima muta velocemente (non so se vi ricorda qualcosa) da umido ad arido, e questo ha effetti disastrosi sulle rigogliose foreste e paludi che avevano caratterizzato i paesaggi fino ad allora. Una delle cause principali è probabilmente la formazione di una calotta di ghiaccio sul polo sud di allora, che causò l’abbassamento del livello del mare di un centinaio di metri. 

Le foreste pluviali diminuiscono molto sia in numero che dimensione, con enormi tratti aridi a dividerli, e questo provoca il declino degli anfibi come classe dominante di tetrapodi (non mi vedrete piangere per questo). 

Con il mondo sempre più arido e desertico abbandoniamo il Carbonifero e le sue faune anfibie, che a dirla tutta a me hanno pure un po’ rotto il frazzo, e ci addentriamo nel Permiano. Questo sarà l’ultimo periodo geologico del Paleozoico (fate ciao con la manina) e segnerà un grande traguardo per il pianeta: l’inizio del regno dei rettili.