Uomo:origine ed evoluzione 1 Raffronto tra la storia della Terra e l’arco di tempo racchiuso in un singolo anno solare: 1 gennaio (4,5 miliardi di anni fa) formazione della TERRA Da Febbraio all’11 novembre(circa 4 miliardi di anni): formazione delle molecole della vita e, verso la fine dell’intervallo di tempo, la nascita e l’aggregazione delle cellule 12 novembre(600 milioni di anni fa): prime forme di vita 20 novembre(500 milioni di anni fa): affermazione dei vertebrati 25 dicembre(75 milioni di anni fa): estinzione dei dinosauri 26 dicembre (60 milioni di anni fa): affermazione dei mammiferi 28 dicembre (16 milioni di anni fa): formazione dei primati 31 dicembre ore 12-14(150.000 anni fa): Homo Sapiens Ore 23,59 :costruzione della piramide di Cheope 15 secondi dopo la mezzanotte :nasce Gesù Bambino 4 secondi dopo: Leonardo dipinge la Gioconda Vita Dal Big Bang 2 3.7 miliardi anni fa Tutte le civiltà hanno cercato una spiegazione per le nostre origini … ad esempio Gli indiani Maidu della California pensavano che l’Essere Supremo avesse costruito il mondo usando alcune grandi tartarughe verdi raccolte nella profondità dell’oceano. Egli poi creò l’uomo usando della terra rossa e dell’acqua. Altri sostenevano che la vita avesse avuto origine in qualche altro pianeta e che poi avrebbe colonizzato la Terra 3 Le scienze naturali non possono accettare nessuna delle teorie proposte: la prima perché sfugge a qualsiasi indagine di tipo sperimentale, la seconda perché sposta altrove i termini del problema (ci chiederemmo infatti come la vita possa aver avuto origine sull’altro pianeta). Gli scienziati propongono una ipotesi diversa. La vita ha avuto origine per ……caso! Singolarmente, tale ipotesi è la sola ad avere un sostegno sperimentale. 4 L’esperimento di Miller Nel 1953 l’americano Stanley Miller, simulando la composizione della primitiva atmosfera terrestre (metano, ammoniaca, acqua e idrogeno) e le condizioni energetiche di allora, raggi ultravioletti e scariche elettriche da fulmini, riuscì ad ottenere, nel giro di una sola settimana, alcune molecole organiche fra cui taluni amminoacidi, i costituenti delle proteine. In altri esperimenti del genere, condotti a partire da miscele diverse di gas sono stati ottenuti anche zuccheri, acidi grassi e le basi azotate presenti nei nucleotidi, i costituenti degli acidi nucleici (RNA e DNA) 5 3,7 miliardi di anni fa Vita Oggi Sole & Pianeti Stelle & Galassie Big Bang Nei mari iniziarono a formarsi macromolecole organiche che costituirono strutture con attività biologica. La prima forma di VITA sulla TERRA! 4.9 miliardi anni fa 12 miliardi anni fa 14 miliardi anni fa Dal Big Bang 3.7 miliardi anni fa 6 2,1 miliardi di anni fa. Alcuni ceppi batterici utilizzando l'energia solare, l’acqua e l’anidride carbonica, iniziarono a produrre ossigeno come sostanza di rifiuto. In breve tempo l’atmosfera inizia ad arricchirsi d'ossigeno. 7 650 milioni di anni fa . Nel mare fecero la loro comparsa i primi organismi animali pluricellulari. Erano organismi estremamente semplici, privi di parti dure, simili a meduse, coralli molli o dal corpo vermiforme. 8 550 milioni di anni fa. Si differenziò la maggior parte degli attuali gruppi di invertebrati pluricellulari, spugne, madrepore e meduse, vermi segmentati, molluschi, artropodi dotati di un robusto scheletro esterno. 9 400 milioni di anni fa Vivono in questo periodo i primi pesci dotati di bocca mobile . Da alcuni di questi si differenziarono i primi anfibi 10 Circa 260 milioni di anni fa Tutte le terre emerse erano riunite in un unico supercontinente. Il clima era torrido. Vivevano in tale periodo i primi Dinosauri. 11 195 milioni di anni fa I Dinosauri dominavano tutte le nicchie ecologiche. Si formarono due masse continentali, una settentrionale (Laurasia) ed una meridionale(Gondwana) 12 138 milioni di anni fa Differenziazione delle piante e dei fiori; grande diffusione degli insetti. Uno o più meteoriti colpiscono la Terra, con l’estinzione di circa il 76% delle specie viventi. . 13 41 milioni di anni fa Inizia l’era dei mammiferi (Gliptodonte, estinto, è l’antenato dell’armadillo) 14 16,5 milioni di anni fa Comparvero i primi primati ominoidi da cui ebbero origine le prime scimmie antropomorfe. 15 Circa 6 milioni di anni fa, iniziò la linea evolutiva dell’uomo.. Questi furono I primi OMINIDI. Diversi tipi di ominidi vissero sulla Terra per I successivi 6 milioni di anni, alcuni anche nello stesso tempo. 16 4 milioni di anni fa Primo stadio dell’evoluzione umana: Australophitecus. Era vegetariano e faceva uso di semplici strumenti in pietra, in legno e ossa. Comparve in Africa con diverse forme. 17 Gli australopitechi (dai 3 ai 2 milioni di anni fa) Rappresentano una tappa importante per la formazione del genere homo. Per essi si parla di bipedismo facoltativo come è emerso dallo studio dei resti di bacino con le ossa iliache espanse per consentire l’equilibrio, la posizione del foro occipitale al centro della base del cranio al di sopra della colonna vertebrale e la colonna stessa che assume un andamento variamente curvilineo in modo da scaricare la forzapeso anche lateralmente. 18 Australopitecus Anamensis E’ la specie più antica. I pochi fossili trovati presso il lago Turkana risalgono a 4 milioni di anni fa e per essi si è potuta documentare sia la locomozione bipede che altri caratteri tipici degli ominidi successivi come l’elevato spessore dello smalto dentario. 19 Australopitecus Afarensis Si tratta della famosissima Lucy. Numerosi sono i reperti fossili, anche se, risalendo a 3,6 milioni di anni fa, molto frammentari. Molti trovati nella zona dell’Etiopia attuale. E’ probabilmente il tronco del nostro albero. Al suo gruppo vengono attribuite le altrettanto famose impronte di Laetoli in Tanzania. 20 Le impronte di Laetoli…..3,6 milioni di anni Un gruppo di famiglia marcia mentre in lontananza si sentono i cupi brontolii del vulcano Sadiman in eruzione…….. 21 L’Australopithecus afarensis, denominato Lucy (da una canzone dei Beatles), è il più completo degli australopitechi finora conosciuti. Gli Etiopi l’hanno chiamata "Denkenesh" ("Sei magnifica"). - Questa ricostruzione di Lucy è stata realizzata grazie a una serie di immagini speculari delle ossa mancanti. Era ancora molto piccola: la sua statura non superava il metro e 10 cm (all’incirca quella di un bambino di sei anni), e non pesava più di una trentina di chilogrammi. Anche il volume del cervello è modesto: con i suoi 340 cm³ è paragonabile a quello di uno scimpanzé adulto di piccola mole. Da uno studio delle ossa del suo scheletro risulta che Lucy camminava in posizione eretta e poteva ancora arrampicarsi sugli alberi 22 Australopitecus Africanus Continua l’evoluzione del cinto pelvico e siamo a 2 milioni di anni fa 23 1.6 milioni di anni fa Vive l' Homo erectus, dotato di tratti particolarmente massicci e robusti. Alto poco più di un metro, camminava completamente eretto. L’Homo erectus realizzava utensili elaborati (tra i quali l'ascia), scoprì il fuoco, cominciò a cacciare grossa selvaggina e ad abitare in luoghi fissi. . . . 24 Nel cuore del Sahara Il terreno è cosparso di numerosi utensili in pietra, le amigdale. Si possono trovare anche delle asce con un’unica lama dritta e affilata. Questi strumenti sono noti tanto in Africa, quanto in Asia e in Europa Si assomigliano tutti e sono stati lavorati con tecniche di taglio rimaste invariate per millenni. Con un’amigdala molto rudimentale o un punteruolo si potevano estrarre i tuberi dalla terra 25 Homo Habilis Continua l’evoluzione specialmente a carico del cranio e dei denti ed aumentano notevolmente i ritrovamenti di manufatti in pietra che giustificano l’appellativo di habilis. 26 Lame in selce Una di queste due lame in selce del Paleolitico superiore, non modificata, poté servire come semplice coltello. L’altra ha un’estremità smussata ed è stata forse usata come raschiatoio 27 Homo Ergaster Comparso circa 2 milioni di anni fa, è la specie di ancoraggio per tutti gli esseri Homo successivi. Presenta un aumento significativo sia nell' altezza che nella massa ossea: i maschi misuravano 1,6 m per 65 Kg, la capienza del cervello è aumentata a 850cc. 28 Cranio di Ceprano Nel marzo del 1994 in alcuni sedimenti di una valle fluviale dell’Italia centrale, nei pressi di Ceprano (Frosinone), è stato rinvenuto un cranio risalente alla fine del Pleistocene Inferiore, circa 900-800 mila anni fa. Il fossile di Ceprano appartiene al genere Homo e mostra caratteri molto particolari avvicinandosi sia a reperti di Homo ergaster che di erectus o heidelbergensis. Altri specialisti ritengono che il cranio di Ceprano possa rappresentare una sorta di “ponte” tra gli antenati della specie moderna Homo sapiens (in Africa) e dei Neanderthal (in Europa). E’ indubbio che il ruolo del reperto italiano più famoso sia ancora da approfondire e che vedrà ulteriori sviluppi quando maggiori scoperte faranno “luce” su quel periodo ancora oscuro che 29è il Pleistocene Inferiore. Homo Heidelbergensis Viveva circa 800.000 anni fa ed è rappresentato da vari crani con le caratteristiche di erectus, di neanderthalensis e di esseri umani moderni. Gli hidelbergensis sono solitamente meno robusti degli erectus, ma più degli esseri umani moderni; la fronte è meno sfuggente. Diffuso in Africa, in Europa e nel Medio Oriente, ha sviluppato nuove tecniche di caccia e, con una dieta più ricca, ha ottenuto come risultato l’aumento della massa corporea. 30 L’uomo di Altamura Da alcuni familiarmente soprannominato Ciccillo, è ……………..uno dei nostri. Scoperto nel 1993 in una grotta carsica nei pressi di Altamura, è una forma arcaica di Homo Neanderthalensis: è stato infatti indicato come Homo Arcaicus. La stima della datazione prevede un intervallo tra 400mila e 100mila anni fa, con valori più probabili intorno a 150250mila anni fa, sta cioè fra l’Homo erectus e il Neanderthal, quasi contemporaneo dell’Homo sapiens.31 Homo neanderthalensis Vive in Europa a partire da circa 250.000 anni fa e qui rimane fino alla sua estinzione, avvenuta poco meno di 30.000 anni fa. La capacità cranica era un po’ più grande degli esseri umani moderni (1450cc in media, ma grande anche 1800cc o più); presentava una mascella sporgente, mento debole e una fronte sfuggente. Con tale ominide si hanno le prime forme di seppellimento dei defunti. 32 Sepoltura di un uomo di Neanderthal (circa 60.000 anni fa) 33 200.000 di anni fa Compariva l'Homo sapiens, cioè l'uomo dotato di raziocinio. La cultura della forma sapiens si presenta assai evoluta sia nel lavoro della pietra e anche dell'osso, sia nelle raffigurazioni dell'arte parietale e mobiliare, sia nelle pratiche funerarie 34 I primi Homo sapiens raggiunsero l'Europa circa 50.000 anni fa e condivisero l'habitat con i neandertaliani per oltre 20.000 anni, ma i rapporti intercorsi tra le due specie non sono ancora chiari. Studi genetici suggeriscono che neanderthal si sia evoluto indipendentemente, come discendente di forme ominidi simili ad heidelbergensis, senza scambio culturale o genetico significativo con i sapiens. 35 Considerazioni Dopo questa breve carrellata sui nostri antenati, è doveroso fornire una spiegazione sul meccanismo che ha reso possibile tali eventi e che tuttora procede, sempre molto lentamente ma inesorabilmente. Nonostante il nome con il quale viene comunemente designata, da decenni la teoria dell’evoluzione non è più una semplice teoria, ma una solida combinazione di fatti e concetti che riceve ogni giorno nuove conferme teoriche e sperimentali. Nulla in biologia ha senso se non alla luce dell’evoluzione che ha avuto luogo nel passato ed è tuttora in atto. 36 Melanismo industriale Non sempre l’evoluzione impiega tempi lunghi: alcuni batteri, per esempio, si adattano abbastanza rapidamente alla penicillina. Un caso famoso di adattamento evolutivo dovuto all’ambiente è quello che si verificò attorno al 1850 in certe zone dell’ Inghilterra. Prima dell’industrializzazione, i tronchi delle betulle avevano il loro normale colore chiaro. Pertanto, quando erano posate su di essi, le Biston betularia di colore chiaro erano difficilmente individuabili dagli uccelli, mentre quelle di colore scuro, risaltavano. Dopo l’industrializzazione, la corteccia dei tronchi di betulla si sporcò e divenne scura. In quelle condizioni furono le farfalle scure che divennero meno visibili, mentre divennero più facilmente individuabili quelle chiare e perciò facile preda degli 37 uccelli. Oggi il 90% delle Biston di quelle regioni sono scure. Senza commento 38 Evoluzione lineare? Da quanto visto finora, osservando anche le varie rappresentazioni dell’uomo in evoluzione….. dalla pelosa scimmia antropomorfa all’aitante giovane finale, sembrerebbe che l’evoluzione dell’uomo sia stata lineare: da una specie sia derivata un’altra. 39 Il DNA mitocondriale racconta tutta un’altra storia Confrontando infatti gli mt-DNA delle varie specie sia fossili che attuali, l’evoluzione, piuttosto che lineare o ad albero, è risultata “a cespuglio” nel senso cioè che varie specie sono esistite contemporaneamente, alcune si sono evolute, anche adattandosi all’ambiente, altre si sono estinte……così come per esempio è avvenuto al famoso Homo di Neandrthal, un tempo ritenuto uno dei nostri nonni: il suo mtDNA lo esclude, anzi sembra addirittura che non fosse interfecondo con l’altro Homo Sapiens e si sia estinto senza lasciare discendenti. 40 Il DNA mitocondriale Si tratta del DNA associato ai mitocondri, organuli cellulari nei quali avviene la respirazione cellulare. Esso si presta all’indagine evoluzionistica molto di più del DNA nucleare per varie ragioni: primo perché formato da un numero relativamente esiguo di molecole, secondo perché, essendo trasmissibile solo per via materna, non presenta la complicazione del mescolamento col DNA paterno, infine perché è disponibile in quantità rilevanti nei campioni da analizzare essendo i mitocondri presenti in ciascuna cellula in numero di centinaia o di migliaia rispetto ad un solo nucleo. 42 Nasce la Paleogenetica Il 1997, dieci anni fa, è stata una data storica per l’incontro tra due discipline:la paleoantropologia, da un lato, e la biologia molecolare, dall’altro, ovvero quella branca della biologia molecolare che da qualche tempo è anche in grado di studiare segmenti di DNA che ancora si conservano in ossa e denti antichi ed anche fossili risalenti fino a 4050.000 anni fa. 46 Il mt-DNA antico Bryan Sykes, docente di Genetica umana all’Università di Oxford, nel 1989 ha pubblicato su Nature il primo reportage sull’estrazione di materiale genetico da reperti ossei archeologici. Con la sua équipe ha compilato, in base alla raccolta dei dati sul DNA, l’albero genealogico più completo della nostra specie. 47 Nel 1994 Sykes fu incaricato di esaminare il corpo congelato di Ötzi, l’uomo di Similaun, vissuto oltre 5.000 anni fa e rinvenuto tra i ghiacci delle Alpi orientali. Attraverso lo studio del codice del DNA, Sykes riuscì a rintracciare nientemeno che un discendente di Ötzi: una donna inglese tuttora vivente. 48 Il genoma del Neanderthal Alcuni mesi fa, nel novembre 2007, “Nature” e “Science” hanno pubblicato il risultato delle ricerche sul sequenziamento di parte del genoma del Neanderthal. Lo studio, fatto prelevando il DNA da un femore di 38.000 anni fa, fa risalire la data di separazione fra l’uomo 49 moderno e il Neanderthal, a 370.000 anni. La madre di tutti noi Lo studio sul mt-DNA in popolazioni viventi della nostra specie provenienti da varie regioni geografiche suggerisce che le varie sequenze di mt-DNA si siano evolute dalla sequenza di un antenato comune che i ricercatori hanno soprannominato “Eva mitocondriale”, vissuta in Africa circa 150.000 anni fa. 51 OUT OF AFRICA Circa 50.000 anni fa, partendo dall’Africa,al cambiare del clima e molto probabilmente delle capacità cognitive del nostro cervello, la nostra specie ha invaso tutto il pianeta. Grazie alle nostre capacità, abbiamo inventato modi di vita diversi, formando una miriade di comunità tutte derivanti dallo stesso ceppo genetico ma con abitudini e culture diversificate. Si sono così sviluppate diverse civiltà autonome che poi spesso si sono incontrate e, talvolta 52 anche scontrate. Analizzando le caratteristiche genetiche di popolazioni umane che vivono in continenti diversi, la quantità di variabilità genetica che si trova all’interno dei gruppi di individui analizzati è molto superiore a quella che li distinguerebbe gli uni dagli altri. In altre parole, sono molto di più le rassomiglianze fra individui appartenenti a due diverse popolazioni di quanto non ve ne siano all’interno dell’una o dell’altra. 53 Homo sapiens è un’unica e grande specie, CONCLUSIONE giovane geneticamente, variabile più all’interno delle popolazioni che non nel confronto fra queste, distribuita in tutti gli angoli del globo ed ecologicamente assai pericolosa, tanto da mettere a repentaglio la sopravvivenza delle altre specie viventi. Siamo un po’ come il popolo antico dell’isola di Pasqua, Rapa Nui, che sfruttò senza criterio la piccola terra nella quale viveva, provocando il deserto intorno a sé e causando il proprio stesso annientamento. Ma non voglio prevedere il futuro, né ho titoli per farlo, e poi... tutto questo mi mette tristezza, preferisco concludere con una rapida rassegna dei capolavori d’arte dei nostri antenati più antichi. 54 Le prime forme di uomo moderno a noi note (Homo sapiens ) compaiono nel Vicino Oriente e nell’Africa del nord circa 90.000 anni fa. Sono coeve agli ultimi neandertaliani (Homo sapiens neandertalensis) di cui progressivamente prendono il posto. Più di 30.000 anni fa, l’evoluzione e il successivo apogeo delle tecniche artistiche testimoniano lo sviluppo di un pensiero di tipo simbolico 55 Grotta di Lascaux (Dordogna, Francia), scoperta nel 1940 56 Lascaux, una grotta-santuario Meravigliosamente conservata, ci offre l’immagine perfetta e rara di un santuario organizzato e di raffigurazioni policrome monumentali pur all’interno di una grotta di modeste dimensioni. Soggetti: felini e bovini, cervi, cavalli, accompagnati da segni non figurativi. Il luogo è stato frequentato, circa 17.000 anni fa, per alcuni secoli. Aperta al pubblico nel 1948, fu chiusa nel 1963 per la proliferazione di batteri e alghe verdi nocive. 57 I primi esempi di preoccupazioni non più soltanto rivolte alle necessità della vita quotidiana risalgono al Paleolitico medio. Le prime sepolture sono neandertaliane. Le tracce rituali indicano che da questo periodo in poi il morto può essere oggetto di un trattamento particolare, ma resta difficile interpretare questi fatti in modo coerente. Tuttavia essi sono testimonianza di un sentimento alimentato dalla convinzione che i defunti continuino ad agire dopo la morte, rendendo necessaria la presenza di utensili, di cibo e di oggetti non strumentali come fiori o corna di animali. Questi dati, che non bisogna interpretare con troppa immaginazione, sono sufficienti a rivelarci un universo intellettuale simile al nostro, contrassegnato dalla solidarietà umana. Cro-Magnon raffinato L’uomo della grotta del Cavillon (Sungir, Russia). è acconciato con un copricapo di conchiglie 58 Coppe del Placard Le calotte craniche, rinvenute durante la seconda metà del XIX secolo dall’archeologo A. de Maret nella grotta del Placard a Vilhonneur (Charente, Francia), hanno scatenato l’immaginazione. 59 Si trattava di trofei, di coppe per bere, o forse i loro sfortunati proprietari erano stati vittime del festino di avidi antropofagi Pensare l’aldilà In Europa sono state rinvenute molte decine di sepolture databili al Paleolitico superiore. Il defunto è sempre adagiato in una fossa, ora in posizione supina, ora ripiegata; talvolta la testa è protetta da pietre. Spesso indossa i suoi ornamenti più belli e accanto gli è stato collocato un eccezionale arredo funerario. Sepoltura di Sungir (Russia) Migliaia di piccole perle arricchiscono il vestito funerario 60 Statuette femminili del Paleolitico superiore Sono tutte simili tra loro, provengano esse dal Périgord (Francia), dall’Italia e dall’Austria, o dall’Est europeo. I tratti del VOLTO non sono indicati. I seni, il ventre, i fianchi e i glutei sono esasperati, mentre gli avambracci e i piedi spesso sono atrofizzati o addirittura inesistenti. Il profilo di queste statuette, viste di fronte o di schiena, è quello di una losanga. Questa "Venere" proveniente da Willendorf (Austria) misura 11 cm ed è stata scolpita in roccia calcarea; conserva qualche traccia di colore rosso 61 Pech-Merle - I due cavalli di Pech-Merle (Lot, Francia), isolati su un pannello lungo 4 m, sono stati dipinti con la tecnica dello stampino, usando le mani come schermo (mascherino) e soffiando negli spazi liberi la pittura liquida. 62 Sono infatti accompagnati da impronte di mani in negativo, talvolta con i pollici ripiegati di profilo. Questa tecnica è stata utilizzata anche a Lascaux. Volto di Altamira Questa figura umana - "maschera" o "fantasma" - è stata eseguita su uno spigolo naturale della roccia nella grotta di Altamira in Spagna Venere di Mezhiricÿ (Ucraina) Figura femminile molto stilizzata, della fine del Paleolitico 63 La signora col cappuccio Profilo maschile di La Marche (Francia) Signora col cappuccio di Brassempouy (Landes, Francia). È il volto più antico dell’umanità (20.000 anni), privo di bocca. In quest’incisione su pietra, il profilo assume tratti animaleschi nel prolungamento del naso e della bocca. 64 Cavallo che salta di Dischetto rosso (Mas d’Azil). Le due facce incise con l’immagine Di una vacca ed un vitello Bruniquel L’atteggiamento del cavallo, con le zampe anteriori piegate nell’atto di saltare, è stato suggerito - come per il "bisonte che si lecca" - dalla forma allungata del supporto (corno di renna). 65 Particolare cura è stata dedicata ai dettagli del Cavallo di Vogelherd Questo piccolo cavallo in avorio (lungo 5 cm) è stato rinvenuto, insieme ad altre sculture zoomorfe, nel sito di Vogelherd (bacino superiore del Danubio, Germania del sud). Risale a 32.000 66 anni ed è una delle più antiche sculture conosciute 67 Diversità:all’interno di una stessa specie tutti gli individui sono diversi tra loro Competizione:a causa della dura lotta per sopravvivere, persino il più piccolo vantaggio fa la differenza tra la vita e la morte Ereditarietà:una caratteristica vantaggiosa si propagherà a gran parte della specie, attraverso la trasmissione genetica. Questi tre fenomeni, insieme, fanno in modo che una specie si modifichi passo dopo passo. La teoria dell’evoluzione, così come è stata concepita da Charles Darwin, si può riassumere in poche parole: La varietà all’interno di una specie, la dura competizione in natura e l’ereditarietà producono un graduale cambiamento della specie. 68 L'Homo sapiens è l'unica specie umana ancora esistente. Vive in tutti i continenti laddove l’ambiente, intervenendo sull’”involucro” esterno (fenotipo), ha consentito la diversificazione dell’aspetto fisico, del colore della pelle e altre caratteristiche dovute alla posizione geografica 69 e all’alimentazione. Il patrimonio genetico è fondamentalmente simile Omaggio a Darwin “In ogni grande regione del mondo i mammiferi esistenti sono intimamente affini alle specie estinte della stessa regione. E’ quindi probabile che l’Africa fosse abitata primieramente da scimmie estinte strettamente affini al gorilla e allo scimpanzè; e siccome queste due specie sono ora i più prossimi affini dell’uomo, è in certo modo più probabile che i nostri primi progenitori vivessero nel continente africano che non altrove.” CHARLES DARWIN, L’origine dell’uomo-1875 70