Il calendario cosmico di Carl Sagan, un viaggio nell’universo!

 Vedere un mondo in un granello di sabbia e un paradiso in un fiore selvatico,

tenere l’infinito nel palmo della mano e l’eternità in un’ora.

William Blake

Ho pensato a lungo a come “incasellare” in maniera sensata una serie di lezioni sulla botanica, a come organizzare gli argomenti e a come collocarli all’interno di questo piccolo corso. Dopo mille scarabocchi e fogli stracciati ho capito che sarebbe stato comodo rinunciare ad inventarsi qualcosa di nuovo, e semplicemente seguire la storia che la natura ha già scritto. Partendo quindi dagli albori della vita, seguiremo la nascita del regno delle piante, la sua evoluzione e la comparsa progressiva dei suoi tratti peculiari: la fotosintesi, il sistema vascolare, i fiori e tutti gli organi e i meccanismi che rendono così affascinanti queste placide e verdi creature.

Ho voluto introdurre questa lezione con i bellissimi versi di Auguries of Innocence di William Blake. Li ho trovati adatti ad accompagnare il nostro viaggio e credo che alla fine di questa lezione concorderete sulla scelta fatta.

Ma partiamo dal principio.

Introduzione

Spesso dimentichiamo di come la nostra casa, questa bellissima perla blu sospesa negli spazi siderali di un universo senza confini, sia solo un granello di sabbia nell’immensità del creato. Nonostante la trascurabilità delle sue dimensioni sulla scala dello spazio e del tempo, la Terra ospita un miracolo unico, un evento straordinario che da secoli interroga pensatori, filosofi e uomini comuni: la Vita.

Oggi nessuno mette in dubbio che le piante siano esseri viventi ma non date per scontato questo concetto: ci sono stati secoli in cui il pensiero umano le aveva relegate fuori da questa cerchia. Ecco perché il concetto della vita è fondamentale se vogliamo parlare di piante.

Sicuramente abbiamo qualche ricordo più o meno nitido di come la vita sia apparsa sul nostro pianeta, ad un certo punto della sua storia: ad esempio, dagli studi di scienze e biologia dovrebbe esserci rimasta nella memoria la coppia di parole “brodo primordiale”. La nostra narrazione però, per essere completa, deve partire da molto prima, al fine di capire da cosa è scaturita la vita. Ma iniziamo con il collocare gli eventi di questo racconto: dove e quando.

Indirizzo galattico

La storia che andremo a raccontare ha un luogo preciso di svolgimento: un piccolo pianeta (qualcuno l’ha chiamato “a strange rock”, una roccia particolare) che ruota intorno alla sua stella, il Sole, insieme ad una manciata di altri pianeti; l’insieme di questi corpi celesti costituisce il Sistema Solare. Siamo alla periferia di un grande ammasso formato da miliardi di stelle, che ha la forma di una spirale piatta e schiacciata a disco: una galassia tra le infinite dell’universo che noi conosciamo con il nome di Via Lattea.

Se volessimo tradurre la nostra posizione nell’universo in termini di indirizzo postale un buon esempio potrebbe essere:

Via e civico: Terra (il nostro pianeta)

Comune: Sistema solare (il nostro sistema planetario)

Provincia: Via Lattea (la nostra galassia)

Nazione: Gruppo Locale (è il gruppo galattico a cui appartiene la Via Lattea con un’altra settantina di galassie)

Questo è l’“indirizzo galattico” presso il quale si svolge la nostra storia.

L’età dell’Universo

Ora che abbiamo fatto chiarezza sul “dove”, resta da capire il “quando” gli eventi del nostro racconto prendono corpo.

L’età dell’universo è stimata in circa 14 miliardi di anni, troppi per noi e per il nostro senso “umano” del tempo. Non è un problema se vogliamo parlare della storia della nostra specie, misurabile al massimo sull’ordine delle migliaia di anni. Lo diventa quando invece vogliamo parlare dell’evoluzione della Terra o, come nel nostro caso, della vita delle piante.

Uno dei padri della divulgazione scientifica del ‘900, Carl Sagan (un uomo che meriterebbe statue in ogni piazza del mondo), ideò uno strumento di facile comprensione per orientarci nella storia dell’universo, comprimendo questi 13,8 miliardi di anni di storia in un anno terrestre di 12 mesi. Tale strumento è detto Calendario Cosmico.

Di conseguenza: ogni secondo di questo “anno cosmico” vale circa 444 anni terrestri, un minuto equivale a 26.600 anni, un’ora conta come 1,5 milioni di anni. Se continuate con i calcoli in un giorno del calendario cosmico trascorrono quasi 40 milioni di anni e in un mese saranno passati qualcosa come un miliardo di anni.

Cerchiamo di capire bene questo concetto perché sarà la linea temporale attraverso la quale ci muoveremo durante il nostro corso.

Emozionati? Immagino di si, ma aspettate di sentire il resto.

L’anno cosmico ha inizio!

L’anno cosmico inizia quindi alle ore 00:00 del 1° gennaio con un evento singolare: il big bang. Da questa potentissima esplosione cosmica si origina (un po’ per volta) tutto ciò che l’universo contiene, incluse le stelle come il Sole, i pianeti come la Terra, le galassie come la Via Lattea e altre tantissime entità che l’astrofisica ancora oggi indaga e tenta di comprendere appieno. Oltre alla materia si originano anche le leggi che governano l’universo, come la forza di gravità o le forze che interessano i legami chimici tra gli atomi.

Come una piccola gemma dormiente che sboccia, il big bang fa scaturire la magnificenza di un universo infinito, l’unico che conosciamo ad oggi, e che continua la sua evoluzione anche mentre leggiamo queste righe.

I primi mesi dell’anno cosmico sono per noi poco interessanti: tanto per farsi un’idea, il nostro pianeta (che ha all’incirca 4,5 miliardi di anni d’età) si forma “solo” il 14 settembre dell’anno cosmico. È comunque curioso segnarci alcune tappe fondamentali nella formazione dell’universo, tanto per prendere dimestichezza con questi tempi così fuori dai nostri schemi.

I primi giorni dell’anno sono un ribollire di materia in espansione, in queste ore si creano gli elementi chimici leggeri come l’elio e l’idrogeno che sono i principali costituenti delle stelle.

E infatti il 10 gennaio (circa 400 milioni di anni dopo il big bang) nascono le prime stelle.

Nei mesi successivi il processo di formazione delle stelle prosegue e all’interno di queste “fucine spaziali” iniziano a formarsi anche altri elementi chimici più pesanti come il Carbonio, il Silicio, il Magnesio, l’Ossigeno e via discorrendo.

Poiché tutti gli elementi più pesanti dell’elio sono stati nucleosintetizzati dalle stelle, tutti gli elementi chimici più pesanti che sono la materia prima della vita furono un tempo parte di un ciclo di vita stellare.

Noi siamo il prodotto delle stelle.

(Allan R. Sandage, astronomo)

La nascita della nostra provincia cosmica

Nei primi quattro mesi dell’anno non accade granché: i primi 4 miliardi di anni circa di questo neonato universo passano tra stelle che nascono e si aggregano via via in gruppi chiamati galassie. Nei primi giorni di maggio (sono trascorsi 4 miliardi di anni dal big bang ovvero siamo a circa 10 miliardi di anni fa) si forma anche la nostra “provincia cosmica”, la Via Lattea, la galassia dove il nostro sistema solare va lentamente formandosi. Ma è ancora presto per vederlo completo, dobbiamo aspettare la fine dell’estate.

È circa il 9 settembre e possiamo dire di vedere nascere il sistema solare, il nostro “comune di residenza cosmico”: c’è una stella centrale (il Sole) attorno alla quale iniziano a formarsi delle masse orbitanti di materia: i primi abbozzi di pianeti.

Ce n’è uno in particolare, che gira a circa 150 milioni di Km dal Sole, pronto ad iniziare la sua avventura nell’universo. Sul nostro calendario cosmico è il 14 settembre e siamo pronti a dare il benvenuto al nostro pianeta Terra. Il big bang è ormai un ricordo lontanissimo, distante quasi 10 miliardi di anni. Possiamo quindi dare un’età abbastanza precisa al mondo che abitiamo e che è all’incirca pari a 4,54 miliardi di anni.

All’inizio del processo di terra-formazione il nostro pianeta è una sorta di palla di magma fuso, che con il passare del tempo inizia a raffreddarsi. Subisce in questi periodi un fitto bombardamento di asteroidi e comete di ghiaccio provenienti dallo spazio che portano sulla Terra enormi quantità di acqua. Solidificandosi, la superficie diviene una crosta rocciosa (possiamo datare le prime rocce al 25 settembre), sotto la quale ribolle ancora il magma incandescente. Iniziano a formarsi i continenti.

Enormi vulcani sparano roccia fusa nell’aria e con essa grandi quantità di vapore acqueo che inizia a condensare nell’atmosfera precipitando sotto forma di piogge torrenziali. L’acqua inizia lentamente a ricoprire la superficie della Terra e questo è il primo tassello fondamentale per la nascita della vita come la conosciamo.

È la fine di settembre (sono passati circa 11 miliardi di anni dalla singolarità del big bang) e vale la pena fare un breve riepilogo degli accadimenti occorsi in questo tempo infinito: dal big bang e dalle nubi di gas incandescente da esso originatesi hanno preso forma le prime stelle, le fornaci cosmiche dove gli elementi chimici vengono forgiati. Nell’ammasso stellare della nostra galassia, la Via Lattea, una stella periferica chiamata Sole vede alcuni pianeti orbitare attorno ad essa. In particolare, uno di essi, la Terra, inizialmente una palla di magma fuso, inizia a raffreddare la sua superficie creando una crosta rocciosa turbolenta, scossa da violenti terremoti ed eruzioni e battuta da forti piogge torrenziali che iniziano a riempirla di una strana molecola formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno: l’acqua. Essa esiste sulla Terra in tutti e tre gli stati: gassoso, come umidità dell’aria; solido, come ghiaccio alle calotte polari; liquido, nei mari che iniziano a coprire la superfice terrestre, accumulando le piogge millenarie di questa era. Queste fitte precipitazioni iniziano inoltre a scolpire la superficie del globo, disgregando le rocce delle montagne, facendole spesso crollare e sprofondare, creando rilievi e avvallamenti.

Il nostro pianeta Terra

Circa 4 miliardi di anni fa ecco che la nostra casa è quasi pronta, possiamo dire sia costruita “al rustico”. Abbiamo l’acqua ma l’atmosfera è ancora “irrespirabile”, perlomeno nel senso moderno del termine: la compongono principalmente ammoniaca, metano, anidride carbonica e azoto, oltre al già citato vapore acqueo. Non c’è ossigeno libero (inteso come l’O₂ che respiriamo) ma solo legato all’idrogeno nelle molecole di acqua o intrappolato nei minerali della crosta. Manca inoltre un’altra molecola fondamentale nell’atmosfera, l’Ozono (O₃), senza il cui strato protettivo la superficie del pianeta è esposta alla fortissima radiazione ultravioletta. Insomma, una sorta di inferno sulla Terra. Ma l’inizio dell’autunno porta un rallentamento e una cessazione dei bombardamenti dallo spazio da parte di quelle comete e asteroidi ghiacciati che si sono rivelati estremamente utili per rifornire di acqua il pianeta. Ottobre insomma, inizia con una fase relativamente più calma dell’evoluzione terrestre.

La nascita della vita

Gli ultimi tre mesi dell’anno sono quelli che ci interesseranno più da vicino e che quindi svolgeremo con calma nelle successive lezioni del corso.

Appuntiamoci però velocemente l’agenda di questo ultimo trimestre:

Il 2 Ottobre è una data memorabile per la Terra: in questo giorno nasce la vita sul nostro pianeta. Il concetto di vita primordiale è complesso e dibattuto, la stessa datazione precisa del suo inizio è chiaramente approssimativa; non parliamo nemmeno di batteri semplici (comparsi una settimana più tardi, circa 3,5 miliardi di anni fa) ma di primi abbozzi cellulari già contenenti però gli ingredienti fondamentali per la costruzione della straordinaria biodiversità che oggi conosciamo.

Per tutto il mese di ottobre la vita si evolve in maniera asessuata e per poter distinguere un organismo vivente “maschio” da una “femmina” ci toccherà attendere il 1 Novembre.

Il 12 novembre accade un altro fatto straordinario: ha luogo la prima reazione di fotosintesi della storia. Nella prima lezione abbiamo visto che senza questa reazione gli ecosistemi non avrebbero l’energia in ingresso per alimentare la vita di noi animali.

Da questa data e fino al termine di novembre, primitivi esseri fotosintetizzanti (non parliamo ancora di piante, piuttosto di batteri) riempiono l’atmosfera con lo scarto della reazione di fotosintesi. Questo “rifiuto” è una molecola che non si era mai vista prima ed è formata da due atomi di ossigeno legati tra loro. L’O₂ è la forma molecolare dell’ossigeno che permette a noi animali di respirare.

A dicembre l’atmosfera è già ricca di ossigeno e le forme di vita iniziano a proliferare e ad evolversi in questo nuovo ambiente: il 17 dicembre si diffondono gli invertebrati; il 19 dicembre compaiono i primi vertebrati (esseri dotati di uno scheletro) e tra loro i pesci.

La conquista della superficie

Lasciatemi soffermare sul 20 dicembre perché questo è il giorno in cui le piante (che nel frattempo hanno imparato ad uscire dall’acqua) iniziano la conquista delle terre emerse.

Un giorno dopo è la volta degli insetti, anche loro ormai lanciati verso la conquista dei continenti, e il 22 dicembre qualche pesce fuoriesce dalle acque dando il via alla classe degli anfibi.

Altra data da segnare a calendario è il 23 dicembre perché compaiono i nostri amati alberi: le piante fin qui evolutesi sono erbacee, spesso prive dei veri e propri tronchi e delle maestose chiome che ci sono così familiari oggi. Solo in questo giorno vediamo comparire un albero nel senso comune del termine.

Ok, stop. Intuisco le vostre espressioni preoccupate: è il 23 Dicembre e dell’uomo ancora nessuna traccia?

Siamo ancora ben lontani dall’inizio della nostra storia, i giorni intorno al Natale sono quelli del cosidetto “Dominio dei giganti”; nello stesso giorno in cui compaiono gli alberi, si stacca dagli anfibi una nuova classe di animali: i rettili. E queste piccole lucertole impiegano solo un giorno per tramutarsi nei dominatori hanno popolato la fantasia di scrittori, registi, grandi e bambini: i Dinosauri.

Dalla Vigilia di Natale al 28 dicembre i Dinosauri saranno i protagonisti della vita animale sul pianeta. Questi pochi giorni vi sembreranno pochi ma si tratta sempre di oltre 160 milioni di anni!

Nel frattempo, il giorno di Santo Stefano compaiono i mammiferi, la classe a cui apparteniamo noi umani. Il grande passo sta nel crescere i piccoli direttamente nel grembo materno fino al parto, senza più mediare questa transizione con la deposizione delle uova. Anche se scontato per noi, si tratta di un grande balzo nell’evoluzione animale.

Il 27 Dicembre nascono i primi uccelli ma anche uno dei protagonisti del nostro corso: il fiore. Un organo che le piante usano per la riproduzione la cui bellezza cela una incredibile complessità ed una elaborata strategia di funzionamento.

Il 28 Dicembre è una data degna di nota: non abbiamo ancora la piena certezza di cosa accadde precisamente quel giorno, la teoria più accreditata parla dell’impatto di un corpo celeste, un asteroide, con il nostro pianeta. È la grande Estinzione di massa del Cretaceo (nota anche come “Evento K-T”) che portò alla scomparsa di circa il 70% delle specie viventi, tra le altre i Dinosauri, che per 4 giorni dominarono la Terra.

L’alba dell’uomo

E’ il 29 dicembre. Tra i piccoli mammiferi sopravvissuti al catastrofico evento si delinea un ordine denominato “Primates”, vi appartengono inizialmente creature come i lemuri e bisogna attendere il giorno seguente per assistere alla comparsa dei primi ominidi, in concomitanza con l’evoluzione del cervello dei primati.

Gli ominidi sono i nostri progenitori, si tratta di grandi scimmie quali Orango, Scimpanzé, Gorilla e Bonobo. Con loro condividiamo ancora oggi la nostra Famiglia scientifica, quella degli “Hominidae”. Compaiono sulla Terra l’ultimo giorno dell’anno, nel primo pomeriggio, circa alle 13:30.

È notte ormai quando il primo umano vede la luce, sono circa le 22:30 del 31 Dicembre. E non pensate che stia parlando di un umano come noi: siamo ancora all’inizio della nostra evoluzione. Ce la giochiamo tutta qua, nelle intense, straordinarie, ultime ore di questo incredibile anno.

Alle 23:00 impariamo a costruire rudimentali armi di pietra per cacciare.

Scopriamo il fuoco solo quando mancano circa 15 minuti a mezzanotte.

La vera storia dell’uomo è racchiusa nell’ultimo minuto (forse è meglio dire “negli ultimi secondi”) dell’anno.

Alle 23:59:20 impariamo a coltivare le piante, che diventano le nostre alleate nel progresso, con la nascita dell’agricoltura.

Alle 23:59:51 inventiamo la ruota e l’alfabeto.

Impariamo a lavorare il ferro alle 23:59:54, due secondi dopo nasce l’Impero Romano, a tre secondi dalla mezzanotte introduciamo lo zero e il calcolo decimale, mentre l’Impero Romano si sgretola (dopo solo un secondo cosmico di vita).

A meno di un secondo dallo scoccare della mezzanotte Cristoforo Colombo scopre l’America e negli ultimi decimi si condensa la storia moderna: la Rivoluzione Francese, le Guerre Mondiali e il ritorno dell’uomo verso l’origine di tutto, verso lo spazio.

Ho scritto anche di questi ultimi secondi non tanto per necessità didattiche (non è la storia dell’uomo che vogliamo raccontare in questo corso), quanto per sottolineare il nostro limitato ruolo negli eventi di questo universo, di questo nostro pianeta. Quando ci confrontiamo con il creato diventiamo infinitamente piccoli, i suoi spazi e i suoi tempi immensi spazzano via l’arroganza con cui spesso dominiamo la natura.

Non facciamo l’errore di pensare che un pianeta come la Terra, dopo miliardi di anni passati a evolvere sotto eventi catastrofici come bombardamenti planetari, terremoti, glaciazioni e tempeste, soccomba alle azioni di una piccola specie come la nostra. Ci cancellerà prima per auto preservarsi.

Avere cura di questa strana roccia su cui abitiamo è solo nostro interesse. Lei se la caverà comunque, come ha sempre fatto.

Conclusione

Le tracce più antiche di vita apparsa sul pianeta Terra sono state trovate in sedimenti rocciosi dell’Australia e del Sud Africa e risalgono a circa 3,5 miliardi di anni fa. I primi organismi sarebbero organismi piuttosto semplici, simili ai batteri. La comparsa della vita si fa però risalire a un periodo precedente, circa 4 miliardi di anni fa: l’intensa attività vulcanica del pianeta, appena solidificato, trasformò infatti l’atmosfera primordiale (costituita soprattutto da elio e idrogeno) in una miscela di acqua, metano, ammoniaca e acido solfidrico. Contemporaneamente si formarono gli oceani. La presenza di fonti di energia come raggi ultravioletti (allora lo strato d’ozono non si era ancora formato), scariche elettriche temporalesche, radioattività e temperatura elevata, provocò una serie di reazioni fotochimiche, grazie alle quali si formarono in un primo tempo urea, aldeide formica e idrocarburi, e in un secondo tempo amminoacidi, zuccheri e le basi che costituiscono tuttora la catena del Dna, molecola responsabile della trasmissione dei caratteri ereditari. Quei composti, accumulati nell’oceano, si riunirono in masserelle sferiche formando l’antenato della cellula, il primo passo verso la vita come la intendiamo noi, capace di auto organizzarsi e di riprodursi.