Diamo per scontato che la Terra sia il “pianeta verde”, ma per la maggior parte dei suoi 4,5 miliardi di anni i vegetali semplicemente non esistevano. È grazie ai fossili che ricostruiamo la loro appassionante evoluzione: dal nulla agli alberi.
Ammirando le meravigliose foreste e praterie della Terra, non si può evitare di rendere onore ai vegetali che dimorano sul ‘pianeta verde’, sostenendo tutta la vita animale. Ma non è sempre stato così. Per la maggior parte dei suoi 4,5 miliardi di anni, la Terra è stata un luogo brullo e ostile. Non c’erano piante in grado di vivere sulle sue aspre superfici, le rocce spoglie erano esposte a violente reazioni geochimiche e rilasciavano i loro costituenti organici nell’oceano senza che alcun essere vivente li utilizzasse. Le prime forme viventi con capacità fotosintetica furono dei cianobatteri, circa 2,3 miliardi di anni fa: dimoravano in acque marine poco profonde e hanno lasciato depositi biosedimentari fossilizzati, le stromatoliti (v. Capitolo 1). I primi indizi della presenza di organismi eucariotici, invece, risalgono a circa 1,8 miliardi di anni fa; da essi si sono evoluti i primi eucarioti vegetali monocellulari, le alghe. Queste avevano nucleo delimitato da membrana e altri organelli, come i cloroplasti. Sia i cianobatteri che le alghe continuarono a crescere come enormi tappeti bentonici in acque poco profonde.
Le temperature estreme, l’intensità dei temporali, i processi di meteorizzazione dovuti alla mancanza di coperture, l’assenza di uno strato di ozono (l’ossigeno libero in atmosfera era ancora troppo scarso) hanno fatto sì che poche piante riuscissero ad avventurarsi fuori dall’acqua e arrivare sulla terraferma. Senza lo scudo dell’ozono, le cellule vegetali e animali erano bombardate da dosi massicce di radiazioni ultraviolette, che potevano causare mutazioni genetiche e portare alla morte. L’unico modo di proteggersi era stare immersi nell’acqua.
Basandosi su prove chimiche, sembra che i primi organismi abbiano iniziato a colonizzare la terra circa 1,2 miliardi di anni fa. Probabilmente erano semplici aggregati di batteri, alghe e funghi, le cosiddette croste crittogamiche, molto simili a quelle che si trovano sulle superfici indisturbate dei deserti. I licheni aggrappati alla nuda roccia ne sono un esempio, poiché non sono veri e propri organismi, ma associazioni simbiotiche di alghe e funghi. I suoli crittogamici erano probabilmente l’unica forma di vita sulla superficie asciutta del pianeta, ma i loro processi di fissazione e stabilizzazione di particelle minerali e detriti sono serviti a limitare l’erosione, e hanno inoltre permesso ad alghe e cianobatteri di immettere ulteriore ossigeno in atmosfera grazie alla fotosintesi.
Ovviamente, senza significative risorse alimentari, sulla terraferma non c’era nemmeno vita animale. La vita animale ha bisogno non solo di nutrienti, ma anche di ossigeno per respirare, che a quanto pare non iniziò ad accumularsi nell’atmosfera prima di 530 milioni di anni fa. La combinazione tra condizioni ambientali avverse, mancanza di riparo e cibo, ed erosione incontrollata rendeva la terraferma un habitat pericoloso, che la maggior parte delle creature non era ancora in grado di affrontare.
Le prime piante terrestri
Il pianeta verdeggiante che diamo per scontato, quindi, per molto tempo non è stato tale. Perché le piante iniziassero a conquistare la terra, dovevano diventare qualcosa di più che tappeti di alghe a lento sviluppo immerse nell’acqua. Le alghe vegetavano se immerse, ma sulla terra avrebbero dovuto trovare ambienti a elevata umidità o sarebbero scomparse.
Nella riproduzione sessuale, i gameti flagellati hanno bisogno dell’acqua per raggiungere e fondersi con altri gameti o cellule uovo (oogoni). Le alghe verdi e le altre piante primitive, ad esempio, alternano cicli sessuali (con produzione di gameti aploidi e uova) a cicli vegetativi (moltiplicazione per divisione, frammentazione o produzione di spore). La forma diploide (con due serie di cromosomi) è chiamata sporofito, e all’interno dello sporangio, tramite meiosi, genera spore aploidi che danno origine ai gametofiti.
Il gametofito è l’individuo aploide (derivato da cellule aploidi, con una sola serie di cromosomi), e sviluppa gameti con categorie sessuali differenti all’interno di strutture specializzate e distinte. L’alternanza delle generazioni è un meccanismo riproduttivo comune in molti gruppi di piante e in alcuni animali primitivi, ad esempio celenterati (coralli, anemoni di mare e meduse), tunicati (alcuni) e foraminiferi.
Nelle piante terrestri meno evolute (ad esempio le felci) lo sporofito è la parte aerea. Si riproduce mediante il rilascio di spore aploidi (prodotte per meiosi) che vengono trasportate dall’aria e germogliano in zone a elevata umidità, dando origine a minuscoli gametofiti (alti meno di 1 centimetro). I gametofiti portano i gametangi, strutture specializzate che producono gameti (spermio e oosfere), che possono incontrarsi solo in ambienti umidi. Questa limitazione alle loro opzioni è un ‘punto debole’ che ne ha impedito la diffusione in habitat più aridi.
L’eventuale disidratazione, o essiccamento, è un’altra sfida che hanno dovuto affrontare le piante terrestri. Se non c’è acqua l’epidermide si asciuga e si secca (come avviene nelle alghe arenate), a meno che non sia protetta da una sorta di rivestimento ceroso, o cuticola, in grado di conservare l’umidità dei tessuti. Ma la cuticola riduce anche gli scambi gassosi e la traspirazione, e ne derivano maggiori difficoltà ad assorbire anidride carbonica, a rilasciare ossigeno e a eliminare vapore acqueo.
Sulla cuticola sono presenti piccoli stomi, ossia fessure attraverso le quali le piante possono efficacemente regolare gli scambi di acqua e gas. Ciò nonostante, nel processo di apertura degli stomi vengono persi anche dei liquidi.
Cosa mostrano le testimonianze fossili sulla conquista della terra da parte delle piante? I reperti più ancestrali sono spore provenienti da briofite (muschi ed epatiche), organismi vegetali di dimensioni ridotte ancora presenti nella maggior parte degli habitat. Le spore fossili risalgono all’Ordoviciano (circa 450 milioni di anni fa), sebbene non venga ancora esclusa l’esistenza di spore nel Cambriano medio (circa 520 milioni di anni fa). Esistono circa 900 generi e 25.000 specie viventi di queste rudimentali piante terrestri, distribuite su tutto il pianeta, perfino sui litorali freschi e umidi dell’Antartide. Non possono però vivere in acque salate. Presentano una serie di efficaci adattamenti che le aiutano a sopravvivere sulla terraferma, inclusa la capacità di arrestare il metabolismo in caso di condizioni avverse, come siccità o temperature estreme, la tendenza a crescere a macchie, la possibilità di propagarsi per via vegetativa attraverso frammenti che diventano nuovi individui e la capacità di colonizzare aree sterili come le rocce esposte, o di crescere sulla superficie di altri organismi, come gli alberi.
Donald R. Prothero, paleontologo, insegna Scienze geologiche alla State Polytechnic University della California e lavora come ricercatore al Museo di Storia Naturale di Los Angeles. Prothero è stato uno dei primi paleontologi a utilizzare il concetto di paleomagnetismo nello studio delle rocce continentali, che consente di studiare queste rocce nella scienza e nell’evoluzione del clima. È autore o editore di più di 30 libri e oltre 300 articoli scientifici, inclusi almeno 5 libri di testo di geologia. Per Aboca edizioni ha pubblicato Fossili fantastici e chi li ha trovati. La storia dei dinosauri in 25 scoperte straordinarie (2020).
