Dall'origine della Terra all'esistenza dell'uomo

National Museum of Nature and Science

Evoluzione della vita

Stima dell'età della Terra
La Terra è costituita da particelle solide che vagano nello spazio. Come possiamo sapere l'età della Terra? Le particelle solide originarie, ossia i minerali, sono state modificate dall'attività incessante della Terra. Tuttavia, i meteoriti, in cui questo effetto non è presente, sono considerati i campioni più adatti per stimare l'età della Terra. In base ai dati provenienti dalla datazione con isotopi radioattivi eseguita sui meteoriti, si stima che la Terra si sia formata circa 4,6 miliardi di anni fa.
Fossili
Gli strati sedimentari si formano in qualsiasi momento in ogni ambiente della Terra. I fossili presenti in tali strati sono testimonianze della storia degli ambienti della Terra e dell'evoluzione della vita. In base ai cambiamenti delle specie fossili nei vari strati, si può intuire l'evoluzione della vita, ad esempio le origini, la diversificazione e l'estinzione. La linea del tempo geologica del mondo è stata realizzata in base ai cambiamenti dei ritrovamenti fossili.
Testimonianze del cambiamento ambientale globale
I cambiamenti cadenzati degli ambienti della Terra spesso sono testimoniati dalle lamine alternate che si trovano nelle rocce clastiche, così come dalla crescita annuale delle bande sulle conchiglie o sugli scheletri di alcuni organismi. Ad esempio, le variazioni nella composizione delle specie di diatomee registrate nei sedimenti lacustri alternati ci consentono di dedurre i cambiamenti annuali nell'ambiente del lago, mentre le variazioni nei rapporti degli isotopi stabili dell'ossigeno degli scheletri e delle conchiglie di carbonato di molluschi e coralli consentono di stimare le variazioni annuali e diurne degli ambienti marini. Queste testimonianze sono essenziali per comprendere l'interazione tra gli ambienti della Terra e gli organismi che ci vivono.
Estinzioni di massa
Negli ultimi 600 milioni di anni, il numero di specie biotiche è diminuito drasticamente in almeno cinque occasioni. Il fenomeno delle estinzioni si è verificato alla fine del Cretaceo, 65 milioni di anni fa; è probabile che sia stato causato da una collisione tra la Terra e un corpo delle dimensioni di un asteroide e dal conseguente raffreddamento globale. Le estinzioni che hanno avuto luogo alla fine del Permiano, 250 milioni di anni fa, hanno rappresentato la peggiore crisi biologica. Le estinzioni alla fine del Permiano potrebbero essere state la conseguenza delle imponenti eruzioni vulcaniche che accompagnarono la progressiva frammentazione del supercontinente Pangea e dell'ossidazione degli oceani.
Interazioni tra geosfera e biosfera
I cambiamenti climatici globali avvenuti in passato hanno influenzato notevolmente l'evoluzione, l'estinzione e la radiazione degli organismi. Le collisioni tra la Terra e i corpi delle dimensioni di asteroidi hanno avuto gravi ripercussioni sugli ecosistemi, che si sono prolungate per diversi milioni di anni. La ridistribuzione delle placche tettoniche degli oceani e dei continenti ha alterato i sistemi di circolazione dell'idrosfera e dell'atmosfera. I ripetuti fenomeni eustatici di abbassamento del livello del mare durante le ere glaciali hanno influenzato gli ecosistemi marini superficiali e hanno permesso le migrazioni degli organismi terrestri attraverso gli istmi.
Microfossili
Le rocce sedimentarie che si sono formate sui fondali degli oceani e dei laghi spesso contengono fossili di piccole dimensioni. Questi microfossili sono costituiti dai resti di piccoli organismi bentonici e planctonici, dai denti e dalle scaglie di pesci, da pollini e spore. I microfossili sono diffusi nelle rocce e vengono utilizzati per determinare l'età delle rocce sedimentarie e per ricostruire gli ambienti esistenti in passato sulla Terra.
Microrganismi del Precambriano
Durante il Precambriano, circa tre miliardi di anni fa, nella biosfera erano presenti soprattutto batteri e altri microrganismi. L'attività di fotosintesi di questi microrganismi ha portato allo sviluppo degli stromatoliti e alla liberazione di ossigeno negli oceani. L'ossigeno liberato nelle acque oceaniche, insieme al ferro, ha formato i banded iron bed. La maggior parte dei fondali sabbiosi e fangosi del Precambriano sono stati sigillati da un tappeto microbico e oggi le tracce delle relative attività sono riconoscibili sulle superfici delle rocce.
Vita del Vendiano
Gli organismi macroscopici sono comparsi per la prima volta nel Vendiano (periodo compreso tra 650 e 540 milioni di anni fa), alla fine del Precambriano. Questi organismi fossili sono stati trovati in tutto il mondo in aree quali Ediacara (in Australia) e si caratterizzano per la stranezza delle forme. Alcuni paleontologi hanno evidenziato che numerosi organismi del periodo Vendiano possiedono strutture corporee uniche e appartengono a un gruppo di organismi indipendente (chiamato Vendobionta).
Strani animali rinvenuti nell'argillite di Burgess e a Chengjian
Nell'argillite di Burgess (nella provincia canadese della Columbia Britannica), negli strati dell'area di Chengjian (nella provincia cinese dello Yunnan) e in altre località sono state rinvenute comunità di fossili degne di nota del periodo Cambriano (circa 520 milioni di anni fa). Molti di questi fossili, ad esempio quelli appartenenti al genere Anomalocaris, presentano strutture corporee completamente diverse da quelle degli animali moderni. Questi fossili ci raccontano un episodio dell'evoluzione nei mari del Cambriano che potrebbe essere definito come "meccanismo evolutivo per tentativi ed errori".
Invertebrati del Paleozoico
All'inizio del Cambriano del Paleozoico, circa 540 milioni di anni fa, gli animali hanno attraversato una fase di "evoluzione esplosiva", durante la quale è comparsa buona parte dei principali gruppi di esseri viventi attualmente conosciuti. Queste specie durante il Paleozoico si sono evolute in diversi modi e numerose creature dalle forme strane, ad esempio il cosiddetto "mostro di Tully", hanno abitato i mari. Tuttavia, la maggior parte degli animali si è estinta alla fine del Paleozoico.
Trilobiti nei mari del Paleozoico
I trilobiti, appartenenti al gruppo degli artropodi, si sono notevolmente diversificati nei mari del periodo iniziale del Paleozoico. I trilobati presentano caratteristiche morfologiche piuttosto variegate e, in alcuni casi, alquanto peculiari, come le sporgenze sulla testa a forma di forchetta. Data la considerevole eterogeneità rispetto agli altri invertebrati e la diversità delle caratteristiche morfologiche, i trilobiti potrebbero essere chiamati i re dei mari del Paleozoico. Tuttavia, siamo ben lontani dall'avere una comprensione chiara della relazione tra queste caratteristiche e determinate abitudini di vita. Questi esemplari si sono estinti dopo la fine dell'era paleozoica, circa 250 milioni di anni fa.
Evoluzione e successo dei pesci
In base alle testimonianze fossili, i pesci più antichi, i primi esemplari vertebrati, sono comparsi all'inizio del Cambriano (circa 530 milioni di anni fa). Inizialmente i pesci non erano dotati di mandibole, tuttavia, dopo la comparsa di questa caratteristica, si sono diversificati rapidamente. Nel Devoniano sono comparsi non solo i principali gruppi tassonomici di pesci, ma anche gli anfibi. Nel processo dell'evoluzione, i pesci hanno sviluppato mandibole, scheletri con arti e polmoni, grazie ai quali i discendenti hanno potuto vivere sulla terraferma.
L'origine dei mammiferi
Durante il tardo Carbonifero (circa 320 milioni di anni fa), rettili e sinapsidi si evolsero da un antenato comune, un gruppo sviluppato di anfibi. Si ritiene che i pelicosauri, sinapsidi molto primitivi, siano stati gli antenati dei mammiferi, in quanto presentano un'apertura dietro la cavità oculare cranica, una caratteristica che può essere notata sul cranio dei mammiferi. I sinapsidi hanno continuato a evolversi. I primi veri mammiferi apparvero nel tardo Triassico (circa 230 milioni di anni fa).
Mammiferi del Mesozoico
I mammiferi del Mesozoico erano in gran parte simili ai topi o ai ratti per dimensione, erano animali notturni e si nutrivano di vermi e insetti. Le piante da fiore apparvero nel Cretaceo inferiore (circa 130 milioni di anni fa), si diversificarono gli insetti che prediligono i fiori e apparvero i primi marsupiali e placentati che hanno sviluppato denti più adatti per nutrirsi di insetti. Verso la fine del Cretaceo (65 milioni di anni fa), fecero la loro comparsa i primi ungulati e primati che avrebbero governato il Cenozoico.
I primi mammiferi vivevano nelle foreste
All'inizio del Cenozoico, foreste tropicali e subtropicali si diffusero in tutto il mondo. Le nicchie ecologiche lasciate libere dai dinosauri in seguito alla loro estinzione, vennero occupate dai mammiferi sopravvissuti che diventarono rapidamente più grandi e diversificati. Gli ungulati primitivi che si nutrivano di radici e di foglie si svilupparono a terra, mentre primati e roditori si diversificarono sugli alberi. Il clima della Terra divenne più freddo nelle ere successive e iniziarono ad apparire nuovi tipi di abitanti delle foreste.
I primi mammiferi vivevano nelle praterie e nelle terre aride
La temperatura della Terra si raffreddò improvvisamente e poi gradualmente dall'inizio dell'Oligocene (circa 34 milioni di anni fa). Più o meno nello stesso periodo, nell'area continentale alle medie latitudini iniziarono a formarsi praterie con clima più secco. Lo sviluppo di tali praterie spinse alcuni gruppi di perissodattili, artiodattili e roditori a evolversi per adattarsi a esse. In zone ancora più secche, apparvero alcuni mammiferi come i cammelli, in grado di sopravvivere in ambienti molto aridi, e altre specie che nidificano sotto terra.
Mammiferi dei continenti insulari
Nel Sud America, rimasto isolato dagli altri continenti per un lungo periodo, si evolsero mammiferi unici. Marsupiali e placentati primitivi che già esistevano in Sud America alla fine del Cretaceo (65 milioni di anni fa) e roditori e primati che prosperarono verso la fine dell'Eocene (circa 34 milioni di anni fa) si sono evoluti in maniera caratteristica nel Sud America. Tuttavia, la maggior parte di questi mammiferi si estinse a causa dei mammiferi che invasero il Sud America dal connesso Nord America circa 3 milioni di anni fa.
Mammiferi con arti graviportali
I mammiferi erbivori svilupparono vari modi per proteggersi dai carnivori, ad esempio correre velocemente, nascondersi sottoterra, arrampicarsi sugli alberi e coprire il proprio corpo con armature. Anche avere un corpo di grandi dimensioni divenne una forma di protezione. La principale caratteristica dell'evoluzione degli elefanti è l'ampliamento del corpo e l'aumento di peso. Apparvero inoltre tratti unici su scheletro e denti per sostenere un corpo così pesante. Durante il passato geologico, diversi elefanti fossili si distribuirono in tutti i continenti a eccezione di Australia e Antartide.
Mammiferi carnivori
Poiché i mammiferi erbivori si diversificarono rapidamente dopo la fine del Cretaceo, anche i mammiferi carnivori si sono evoluti rapidamente. I carnivori tipici appartengono all'ordine esistente Carnivora, ma gli ormai estinti creodonti erano alquanto predominanti nel primo periodo del Cenozoico. Anche i mesonichidi, simili agli antenati delle balene, erano carnivori. In Sud America, alcuni marsupiali diventarono carnivori e seguirono un'evoluzione convergente con i veri carnivori.
Adattamento secondario dei tetrapodi alla vita acquatica
Sauropsidi e sinapsidi, evoluti dagli anfibi nel tardo Paleozoico, si diffusero ben presto anche sulla terra ferma, sebbene alcuni gruppi tornarono alla vita acquatica. I rettili acquatici dell'era mesozoica e i mammiferi acquatici del Cenozoico seguirono percorsi evolutivi diversi fino ad avere un aspetto simile. In un periodo di duecento milioni di anni, negli ambienti subacquei l'evoluzione convergente si verificò su larga scala.
I precursori dei mammiferi acquatici
L'inizio dell'era cenozoica ha visto l'emergere di mammiferi che costruivano i loro rifugi ai margini di bacini idrici, avvicinandosi all'oceano Tetide. Questa transizione venne imposta dall'abbondanza di cibo in prossimità del Tetide, formatosi attraverso il processo di deriva dei continenti, e dalla disponibilità di nicchie libere a seguito dell'estinzione di massa dei grandi rettili acquatici alla fine del periodo Cretaceo.
Convergenza alla vita in ambienti acquatici
Mentre l'evoluzione di rettili e mammiferi sulla terraferma ha visto la diversificazione a partire da antenati di aspetto simile, negli ambienti acquatici si verificò invece un'evoluzione convergente in cui discendenti di aspetto simile nacquero da antenati di aspetto diverso. Questo processo avvenne a seguito di un adattamento in risposta a regime alimentare e modalità di spostamento. Se confrontiamo i rettili acquatici del Mesozoico con i mammiferi acquatici del Cenozoico, possiamo notare una sorprendente somiglianza nella forma del corpo.
Un gigantesco rettile marino
Se torni a guardare la galleria, di fronte a te sul pavimento noterai ciò che resta del cranio di un ittiosauro gigante. Nel 1997, i paleontologi del National Science Museum si unirono a un team internazionale per ritrovare questo reperto. Furono necessarie quattro estati di lavoro sul campo per portare alla luce tutti i fossili. Questo grande ittiosauro, con una lunghezza totale di 21 metri, ha vissuto in mare circa 220 milioni di anni fa. Non si tratta solo del più gigantesco ittiosauro rinvenuto, ma anche del più grande rettile marino mai conosciuto dalla scienza. Gli scienziati stanno esaminando i fattori ecologici ed ambientali che hanno permesso all'ittiosauro di raggiungere una tale dimensione.
Uccelli in grado di nuotare
Durante il tardo Giurassico, gli uccelli si evolsero dai dinosauri. Nel Cretaceo, alcuni uccelli rinunciarono del tutto a volare e iniziarono a vivere in mare. Questi uccelli dal corpo affusolato e con arti anteriori di dimensioni ridotte, usavano i piedi per nuotare. Questo gruppo si estinse alla fine del Cretaceo, ma molti altri uccelli marini si evolsero da diverse progenie nel Cenozoico. Pur avendo origini diverse, gli uccelli marini sono diventati molto simili nel corso del tempo. Un esempio di questo processo evolutivo è rappresentato dai pinguini.
Tetrapodi in grado di volare
Almeno tre gruppi di tetrapodi sono riusciti a volare in tempi diversi durante periodi preistorici altrettanto diversi. In ordine di apparizione, si tratta di: pterosauri, uccelli e pipistrelli. Ogni gruppo sviluppò una grande ala con struttura unica. Ad esempio, la grande ala degli pterosauri era principalmente sostenuta da un quarto dito allungato in modo sproporzionato. Le ali degli uccelli, tuttavia, sono sostenute da un solo dito formatosi dalla fusione delle ossa di tre dita. Le ali dei pipistrelli sono formate da quattro o cinque dita allungate.
Evoluzione umana
Evoluzione dei primati
Dopo l'estinzione dei dinosauri, circa 65 milioni di anni fa, sono comparsi numerosi mammiferi. Un gruppo di mammiferi, i primati, si è adattato a uno stile di vita arboreo. Anche noi esseri umani siamo primati e molte delle nostre caratteristiche, ad esempio la visione stereoscopica (capacità di vedere in tre dimensioni), le mani prensili (capacità di afferrare gli oggetti) e un cervello esteso e complesso, dimostrano che i nostri antenati in passato si sono adattati a un ambiente arboreo.
Evoluzione delle Australopitecine e delle specie contemporanee
Circa 6 milioni di anni fa, in Africa gli esseri umani si sono differenziati a partire da un antenato in comune con gli scimpanzé. I primi esseri umani, le Australopitecine o le specie contemporanee, stavano in posizione eretta su due gambe e hanno smesso di vivere sugli alberi, espandendo il proprio habitat in ambienti terrestri competitivi. In questa fase tuttavia avevano gambe corte e un cervello ancora di dimensioni ridotte. Nei seguenti 4 milioni di anni, l'evoluzione degli esseri umani è proseguita in Africa.
L'evoluzione dei primi esemplari del genere Homo
Ricostruzione degli uomini primitivi
In che modo possiamo ricostruire i corpi e i volti degli uomini primitivi, che nessuno di noi ha mai incontrato? I fossili e gli oggetti di pietra ottenuti grazie a numerosi anni di scavi vengono confrontati sulla base delle conoscenze anatomiche e archeologiche per formulare delle stime in merito alle caratteristiche fisiche e alle abilità culturali dei primi uomini. In questo modo, se sforziamo ulteriormente l'immaginazione, possiamo ottenere ricostruzioni plausibili.
L'evoluzione e l'espansione in tutto il mondo degli esseri umani moderni
La specie a cui apparteniamo, l'Homo sapiens, si è evoluta in Africa a partire dal genere Homo, circa 200.000 anni fa. Le varie invenzioni tecnologiche sono merito delle complesse abilità cognitive dell'Homo sapiens e hanno permesso di conquistare ambienti freddi, aridi e con altre avversità. In questo modo l'Homo sapiens si è espanso rapidamente in tutto il globo. In questa sezione puoi vivere la storia dell'Homo sapiens prima dello sviluppo della civiltà urbana.
L'espansione degli esseri umani moderni: ancora in Africa
Grazie alle spiccate abilità creative, l'Homo sapiens ha sviluppato rapidamente uno stile di vita avanzato, basato sulla trasmissione delle scoperte e delle invenzioni alle generazioni seguenti. Quando e in che modo queste abilità, condivise con gli esseri umani moderni, sono comparse nel processo evolutivo umano? I risultati di ricerche su questo argomento suggeriscono che si sono sviluppate in Africa nel periodo compreso tra 200.000 e 50.000 anni fa.
L'espansione degli esseri umani moderni: verso l'Eurasia
Circa 1,8 milioni di anni fa gli esseri umani si sono spostati dall'Africa all'Eurasia, tuttavia per molto tempo la loro distribuzione si è limitata alle basse e medie latitudini. Al contrario, la diffusione dell'Homo sapiens cominciata 500.000 anni fa presenta differenze notevoli in termini di portata e velocità. In che modo i nostri antenati si sono adattati ai diversi ambienti in cui si sono imbattuti?
L'espansione degli esseri umani moderni: verso l'Oceania
Le grandi espansioni oceaniche si sono verificate tra le aree continentali dell'Eurasia e dell'Oceania. Circa 500.000 anni fa, l'Homo sapiens ha iniziato ad attraversare l'oceano, molto probabilmente su imbarcazioni simili a zattere. Nel tempo la scienza marittima è progredita ed è stata sviluppata la tecnologia necessaria per consentire lunghi viaggi oceanici; in questo modo gli esseri umani hanno potuto espandersi a 13.000 km di distanza, nell'intera regione meridionale del Pacifico.
L'espansione degli esseri umani moderni: verso l'Eurasia settentrionale
Circa 40.000 anni fa, durante una fase di temporaneo miglioramento del clima glaciale, l'area di insediamento dell'Homo sapiens ha iniziato a espandersi verso le regioni settentrionali, in precedenza non abitate dall'uomo. Nonostante il successivo peggioramento del clima, gli esseri umani si sono spinti fino alla Siberia e, oltre 10.000 anni fa, alcuni hanno raggiunto il continente americano passando dall'Alaska.
L'espansione degli esseri umani moderni: verso le Americhe
Il continente americano si estende da nord a sud per 14.000 km e comprende un'ampia gamma di ambienti naturali, dai poli alle pianure, dal deserto all'alta montagna, dalle foreste boreali e temperate alle foreste pluviali tropicali. Sembra che l'eterogeneità degli ambienti abbia posto non poche sfide per questi uomini, che più di 10.000 anni fa hanno raggiunto per primi l'America del Nord e si sono spostati velocemente verso l'America del Sud.
Riconoscimenti: storia

L'esposizione è basata sulla sezione B2F della galleria globale: L'evoluzione della vita – Dall'origine della Terra all'esistenza dell'uomo e all'evoluzione della vita.

Foto: NAKAJIMA Yusuke

Ringraziamenti: tutti i partner multimediali
In alcuni casi, la storia potrebbe essere stata realizzata da una terza parte indipendente; pertanto, potrebbe non sempre rappresentare la politica delle istituzioni (elencate di seguito) che hanno fornito i contenuti.
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