Paleontologia Scienza che studia la storia evolutiva degli organismi animali e vegetali attraverso l’analisi dei fossili. Oltre a essere di fondamentale importanza per lo studio comparato delle forme viventi, la paleontologia consente, attraverso la datazione dei fossili, una stima dell’età degli strati rocciosi da cui vengono estratti e una valutazione delle caratteristiche dell’ambiente in cui gli organismi vivevano.

Già in età classica alcuni studiosi, tra cui il filosofo Senofane e lo storico Erodoto, avevano avanzato l’ipotesi che i fossili fossero i resti di animali precedentemente vissuti nella regione di rinvenimento. Durante tutto il Medioevo, tuttavia, furono accreditate tesi più fantasiose, secondo cui i fossili sarebbero stati i resti del diluvio universale o, in base all’interpretazione di Aristotele, il risultato fallito dell’azione di un’ipotetica forza generativa (vis formativa) che avrebbe agito nella roccia, senza riuscire a dar vita alle proprie creature. Soltanto a partire dal XVIII secolo i fossili furono correttamente reinterpretati come i resti di organismi estinti, da coloro che passarono alla storia come i primi stratigrafi: l’italiano Giovanni Arduino, il tedesco Abraham Werner, l’inglese William Smith e, soprattutto, il francese Georges Cuvier, ritenuto il fondatore della paleontologia.

La stratigrafia è la scienza che ha per oggetto lo studio e il confronto di strati di rocce formatesi nel corso delle ere geologiche, della loro composizione mineralogica, delle caratteristiche geofisiche e geochimiche e del contenuto in fossili. Questi ultimi, conservando traccia dell’evoluzione subita nel tempo dalle forme viventi, costituiscono una delle principali fonti di informazioni per la datazione degli strati: alla successione cronologica di forme viventi diverse corrisponde infatti la successione nello spazio dei relativi fossili. In particolare, i fossili più significativi ai fini stratigrafici sono i cosiddetti fossili guida o marker, resti di specie che conobbero un’ampia area di distribuzione sul pianeta e un periodo di diffusione relativamente breve, e che pertanto caratterizzano in modo univoco uno strato roccioso, permettendone la datazione.

I paleontologi suddividono gli ultimi 570 milioni di anni della storia terrestre in ere, periodi e piani. Tutta la parte precedente di storia, dalla nascita della Terra, avvenuta circa quattro miliardi e mezzo di anni fa, viene denominata Precambriano. La maggior parte dei fossili precambriani è costituita da tracce di semplici organismi perlopiù unicellulari, muniti di esoscheletri rigidi o parti dure che si sono conservate nel corso delle ere geologiche; la maggior parte delle forme animali precambriane più evolute aveva corpo molle, soggetto a rapida decomposizione, e proprio per questo non ne è rimasta traccia. Le prime forme di vita sono rappresentate da piccolissimi batteri vissuti oltre 3,4 miliardi di anni fa; le prime vere e proprie forme animali comparvero non prima di 600 milioni di anni fa.

L’era paleozoica, seguita al Precambriano, copre circa 345 milioni di anni e comprende sei periodi: Cambriano, Ordoviciano, Siluriano, Devoniano, Carbonifero e Permiano. I principali fossili guida della prima metà dell’era sono costituiti da invertebrati come trilobiti, graptoliti e crinoidei; nella seconda metà sono presenti anche resti di piante e di vertebrati (pesci e rettili).

All’inizio del Cambriano, circa 570 milioni di anni fa, le forme di vita animale erano limitate all’ambiente marino; già alla fine del periodo, tuttavia, si erano sviluppate la maggior parte delle forme acquatiche conosciute, a eccezione dei vertebrati. Gli animali più caratteristici del Cambriano sono le trilobiti, forme di artropodi primitivi che raggiunsero il pieno sviluppo in questo periodo e si estinsero verso la fine dell’era paleozoica. Altri gruppi ben rappresentati erano i brachiopodi, i briozoi e i foraminiferi; comparvero inoltre i primi molluschi. Per ciò che riguarda il regno vegetale, erano presenti alghe in ambiente marino e licheni sulla terraferma.

In questo periodo, iniziato 500 milioni di anni fa, le forme animali più caratteristiche erano i graptoliti, piccoli organismi coloniali di aspetto bizzarro. Comparvero inoltre i primi vertebrati, sotto forma di pesci primitivi, e i coralli. L’animale di dimensioni maggiori era un cefalopode dotato di conchiglia, che raggiungeva la lunghezza di 3 m. Le forme vegetali erano simili a quelle del periodo precedente.

Durante questo periodo, iniziato 430 milioni di anni fa, comparvero i primi invertebrati terrestri, capaci di respirare fuori dall’acqua. Si svilupparono inoltre le piante vascolari (dotate di tessuti specializzati nel trasporto dell’acqua e delle sostanze nutritive), che erano comunque estremamente semplici, prive di un fusto differenziato e di vere e proprie foglie.

Le forme animali dominanti in questo periodo, iniziato circa 395 milioni di anni fa, erano pesci primitivi tra cui condroitti, dipnoi, placodermi corazzati e crossopterigi. Alcuni resti fossili della Pennsylvania e della Groenlandia sembrano indicare anche la comparsa dei primi anfibi. In rocce di età devoniana si trova il più antico insetto conosciuto. Si svilupparono inoltre le prime piante legnose; verso la fine del periodo le forme vegetali di terraferma comprendevano felci primitive, equiseti e licopodi in forma arborea, che costituivano vere e proprie foreste: alcuni fusti mineralizzati di piante del Devoniano pervenute fino a noi hanno un diametro di 60 cm.

Durante la prima parte di questo periodo, iniziato circa 345 milioni di anni fa, i mari contenevano una grande varietà di echinodermi e foraminiferi, oltre alla maggior parte delle forme animali del periodo precedente. È da menzionare l’ampia colonizzazione della terraferma da parte degli anfibi labirintodonti, il primo gruppo di vertebrati uscito dall’ambiente marino. Le flore continentali si diversificarono particolarmente in ambiente palustre.

La seconda parte del Carbonifero vide l’evoluzione dei primi rettili a partire da un gruppo di anfibi. Altri animali colonizzarono la terraferma, tra cui ragni, scorpioni, lumache, oltre 800 specie di blatte e il più grande insetto mai esistito: una specie simile a una libellula con apertura alare di circa 75 cm. Le piante più grandi erano alberi dalla corteccia embricata con tronchi di quasi 2 m di diametro e altezza di circa 30 m. Alcune gimnosperme primitive, le cordaitali, erano più alte e sottili. In questo periodo si svilupparono anche le prime conifere.

Durante il Permiano, iniziato circa 280 milioni di anni fa, si verificò la più grande estinzione di massa della storia della Terra: scomparvero molte specie marine, vale a dire la maggior parte degli invertebrati che avevano popolato le acque del pianeta nei periodi precedenti. Nello stesso periodo, sulla terraferma, ebbe inizio la rapida evoluzione dei rettili, che portò alla differenziazione di due gruppi distinti: da una parte si diffusero forme simili a lucertole, prettamente terrestri, dall’altra le prime forme semiacquatiche. Apparve inoltre un gruppo minore di rettili, i teromorfi, con caratteri simili a quelli dei primissimi mammiferi. Gran parte della vegetazione permiana era costituita da felci e conifere.

L’era mesozoica, durata circa 160 milioni di anni, è anche detta “era dei rettili” perché dominata da questa classe di vertebrati. Comprende tre periodi: Triassico, Giurassico e Cretaceo. I suoi fossili guida principali sono le ammoniti.

Questo periodo, iniziato 225 milioni di anni fa, vide la comparsa dei primi dinosauri. Si trattava di animali di dimensioni contenute, non ancora sviluppati quanto quelli che si sarebbero affermati nei periodi successivi; correvano sugli arti posteriori bilanciando il corpo con pesanti code e raramente superavano i 4,5 m di lunghezza. Accanto ai dinosauri si evolvettero altri ordini di rettili, tra cui alcuni acquatici (ad esempio, gli ittiosauri), e altri capaci di volare (pterosauri).

Durante questo periodo fecero la loro comparsa anche i primi mammiferi; sebbene i resti fossili siano frammentari, si pensa che questi animali fossero generalmente di piccole dimensioni e avessero un aspetto simile a quello dei rettili. La vita vegetale marina comprendeva una grande varietà di alghe. Sulla terraferma, erano dominanti piante sempreverdi come le ginkgoali, le conifere e le palme; i piccoli equiseti e le felci continuavano a prosperare, ma le forme più grandi di questi gruppi erano ormai estinte.

Durante il Giurassico, periodo iniziato circa 195 milioni di anni fa, i dinosauri continuarono a evolversi in specie di forma e dimensioni svariate: da pesanti sauropodi come Apatosaurus (un tempo noto come Brontosaurus), che camminavano su quattro zampe, a carnivori bipedi come Tyrannosaurus, a erbivori bipedi come Trachodon e a dinosauri corazzati quadrupedi come Stegosaurus. Anche tra i rettili alati vi erano specie estremamente piccole e altre che presentavano aperture alari di oltre un metro. I rettili marini comprendevano i plesiosauri, animali dal corpo largo e appiattito come quello delle testuggini, con lungo collo e grandi pinne natatorie, gli ittiosauri, che assomigliavano a delfini, e loricati primitivi.

I mammiferi del Giurassico avevano taglia mediamente più piccola di quella dei cani attuali. Nello stesso periodo comparvero molti insetti degli odierni ordini, tra cui mosche, cavallette e termiti. Tra i crostacei erano già presenti aragoste e gamberi; tra i molluschi erano assai diffuse le ammoniti e le belemniti, specie di calamari con conchiglia interna a forma di sigaro. La flora era dominata dalle cicadine (vedi Cycas), che assomigliavano a palme dal fusto ispessito. Fossili della maggior parte delle specie vegetali giurassiche sono ampiamente distribuiti in zone temperate e nelle regioni polari, indicando come in quel periodo il clima dovesse essere piuttosto uniforme e mite.

Durante il Cretaceo, iniziato circa 136 milioni di anni fa, i rettili erano ancora le forme animali dominanti; la maggior parte di essi, tuttavia, si estinse circa 65 milioni di anni fa, alla fine del periodo. Nel Cretaceo vissero i più grandi pterosauri: alcuni dei loro fossili portati alla luce nel Texas presentano un’apertura alare superiore ai 15 m. Comparvero inoltre i primi serpenti e molti tipi di uccelli; Hesperornis, ad esempio, era un uccello con ali vestigiali inadatte al volo, capace di immergersi, come i pinguini attuali. Tra i mammiferi del Cretaceo si trovano i primi marsupiali, che assomigliavano molto al moderno opossum, e i primi placentati insettivori.

Il più importante avanzamento evolutivo nel regno vegetale fu lo sviluppo delle angiosperme, o piante con fiore, i cui primi fossili appaiono in formazioni rocciose del Cretaceo inferiore. Il fico, la magnolia e il pioppo furono tra le prime piante decidue. Verso la metà del periodo comparvero faggi, agrifogli, aceri e querce. Al termine del Cretaceo erano ormai apparse molte delle varietà attuali di alberi e piante a basso fusto.

Il Cenozoico, iniziato 65 milioni di anni fa, è anche chiamato era terziaria, o era dei mammiferi; questi ultimi, infatti, dopo l’estinzione dei dinosauri, divennero le forme di vita dominanti sul pianeta. I fossili guida del periodo sono i minuscoli gusci dei foraminiferi e le numerose varietà di pollini fossili, utilizzati per datare gli strati rocciosi dei vari periodi dell’era cenozoica: Paleocene, Eocene, Oligocene, Miocene e Pliocene.

Sono noti sette gruppi di mammiferi paleocenici, che sembrano essersi sviluppati in Asia settentrionale ed essere migrati successivamente nelle altre parti del mondo. Erano mediamente più piccoli di un orso moderno, erano quadrupedi e plantigradi, quasi tutti dotati di una scatola cranica piuttosto contenuta. Le specie dominanti erano parte di gruppi oggi estinti, come creodonti e condilartri; tra i mammiferi del paleocene rappresentati da forme viventi vi sono i marsupiali, gli insettivori, i primati e i roditori.

All’Eocene, iniziato circa 54 milioni di anni fa, risale la comparsa di numerosi diretti antenati evolutivi di animali attuali. I creodonti continuarono a svilupparsi, ma i condilartri si estinsero prima del termine del periodo. Apparvero i primi mammiferi acquatici, predecessori dei moderni cetacei, e uccelli come aquile, pellicani, quaglie e avvoltoi.

Durante questo periodo, iniziato circa 37 milioni di anni fa, scomparve gran parte delle forme arcaiche dei mammiferi precedenti, creodonti compresi, via via sostituiti da un gran numero di mammiferi attuali: ad esempio i primi veri carnivori. Risalgono all’Oligocene anche le prime scimmie antropomorfe.

Lo sviluppo dei mammiferi in epoca miocenica, iniziata circa 26 milioni di anni fa, fu influenzata da un importante sviluppo evolutivo del regno vegetale: la comparsa delle piante erbacee, le quali, ideali per il pascolo, incentivarono lo sviluppo di animali come cavalli, cammelli e rinoceronti. Si evolvettero i mastodonti, predecessori degli elefanti, i carnivori, e, in Europa e in Asia, si diffuse un primate simile al gorilla, Dryopithecus.

La paleontologia del Pliocene, iniziato circa 5,2 milioni di anni fa, non si discosta molto da quella dell’epoca precedente; molti zoologi, tuttavia, considerano questo periodo come l’apice dell’era dei mammiferi.

Con la fine del Pliocene, circa 1,6 milioni di anni fa, si chiude l’era cenozoica e si passa all’ultima suddivisione della scala dei tempi geologici: l’era quaternaria o Neozoico, distinta nei due periodi Pleistocene e Olocene. Nel primo si diffusero in Nord America e in Europa molte delle specie di grandi mammiferi (alcune delle quali ancora rappresentate nella fauna attuale), quali bisonti, elefanti, mammut e mastodonti. In Europa vivevano anche antilopi, leoni e ippopotami. Tra i carnivori spiccavano il tasso, la volpe, la lince, la lontra, i puma e la moffetta, nonché specie oggi estinte, come i felidi dai denti a sciabola. In Nord America comparvero i primi orsi, provenienti dall’Asia. Fu in questo periodo che apparvero i primi esponenti del genere Homo (vedi Evoluzione umana). L’Olocene, che si fa iniziare convenzionalmente 10.000 anni fa, è l’ultimo periodo della storia geologica ed è quello in cui stiamo vivendo.