Quelle maledette scimmie della savana: la nuova grande provincia ignea

Da "The Proud Holobionts" Giovedì 2 febbraio 2023

In un post precedente, ho descritto come le scimmie della savana si sono evolute e come hanno cambiato l'ecosistema terrestre nel processo. Qui diamo uno sguardo al futuro. Le scimmie potrebbero davvero fare molti danni.

Le gigantesche eruzioni vulcaniche chiamate "Grandi Province Ignee" o LIP ("Large Igneous Provinces") tendono a verificarsi sul nostro pianeta a  intervalli dell'ordine di decine o centinaia di milioni di anni. Sono eventi giganteschi che provocano la fusione della superficie di interi continenti. I risultati sono devastanti: ovviamente, tutto ciò che è organico sulla traiettoria della massa lavica in crescita viene distrutto e sterilizzato, ma l'effetto planetario dell'eruzione è ancora più distruttivo. Si ritiene che le LIP riscaldino i giacimenti di carbone a temperature sufficientemente elevate fargli prendere fuoco. Questi enormi incendi assorbono ossigeno dall'atmosfera, trasformandolo in CO2. Il risultato è un intenso riscaldamento globale, accompagnato da anossia. Nel caso del più grande di questi eventi, l'estinzione della fine del Permiano di circa 250 milioni di anni fa, l'intera biosfera rischiò seriamente di essere sterilizzata. Fortunatamente, il sistema si è ripreso e siamo ancora qui, ma è ci siamo andati vicini.

Si ritiene che le LIP siano il risultato di movimenti interni del nucleo terrestre. Per qualche ragione, giganteschi pennacchi di lava tendono a svilupparsi nel mantello terrestre e a spostarsi verso la superficie. È lo stesso meccanismo che genera i vulcani, solo su scala molto più ampia. Da quello che sappiamo, le LIP sono imprevedibili, sebbene possano essere correlati a un "effetto di copertura" generato dalla danza dei continenti sulla superficie terrestre. Quando i continenti sono raggruppati insieme, tendono a riscaldare il mantello sottostante, e questa potrebbe essere l'origine del pennacchio che crea la LIP.

Naturalmente, se una LIP dovesse aver luogo oggigiorno, i risultati sarebbero alquanto catastrofici, forse più catastrofici di quanto la fantasia dei cineasti di Hollywood possa immaginare. Nei loro film, ci hanno tirato addosso tutti i tipi di disastri possibili, dagli tsunami a interi asteroidi. Ma immaginare che l'intero continente nordamericano diventi un bacino di lava incandescente, beh, è ​​davvero catastrofico!

Fortunatamente, i LIP sono processi geologici lenti e anche se ci sarà un altro di questi eventi nel nostro futuro, non accadrà nella scala temporale delle vite umane. Ma ciò non significa che gli umani, quelle noiose scimmie della savana, non possano fare del loro meglio per creare qualcosa di simile. E, sì, sono impegnati nella straordinaria impresa di creare un equivalente di una LIP bruciando enormi quantità di carbonio organico ("fossile") che si era sedimentato sottoterra in decine o centinaia di milioni di anni di attività biologica. 

È notevole quanto sia stata rapida la LIP delle scimmie. Le LIP geologiche coprono in genere milioni di anni. La LIP delle scimmie ha attraversato il suo ciclo in poche centinaia di anni: la vediamo svilupparsi proprio ora. Finirà quando la concentrazione di carbonio fossile immagazzinato nella crosta diventerà troppo bassa per autosostenere la combustione con l'ossigeno atmosferico. Proprio come tutti gli incendi, il grande incendio del carbonio fossile finirà quando finirà il carburante, probabilmente tra meno di un secolo. Anche in così poco tempo, è probabile che la concentrazione di CO2 raggiunga, e forse superi, livelli visti nel passato solo prima dell'Eocene, circa 50 milioni di anni fa. Non è impossibile che possa raggiungere più di 1000 parti per milione e anche di più. Oltre quattro volte i valori della concentrazione di prima che le scimmie mettessero mano ai loro fuochi alimentati da carbonio fossile. 

C'è sempre la possibilità che una così alta concentrazione di carbonio nell'atmosfera spinga la Terra oltre il limite della stabilità e uccida Gaia surriscaldando il pianeta. Ma non è uno scenario molto interessante: moriamo tutti e basta. Quindi, esaminiamo la possibilità che la biosfera sopravviva al grande impulso di carbonio generato dalle scimmie della savana. Che cosa accadrà?

Le stesse scimmie saranno probabilmente le prime vittime dell'impulso di CO2 che hanno generato. Senza i combustibili fossili su cui fanno affidamento, il loro numero diminuirà molto rapidamente. Dall'incredibile numero di 8 miliardi di individui, che hanno recentemente raggiunto, torneranno ai livelli tipici dei loro primi antenati della savana: forse solo poche decine di migliaia. Molto probabilmente, si estingueranno. In ogni caso, difficilmente riusciranno a mantenere la loro abitudine di abbattere intere foreste. Senza scimmie impegnate nel business del taglio e con alte concentrazioni di CO2, le foreste sono avvantaggiate rispetto alle savane, ed è probabile che ricolonizzino la terra, e vedremo di nuovo un pianeta lussureggiante e boscoso (le scimmie arboree probabilmente sopravvivranno e prospereranno). Tuttavia, le savane non scompariranno. 

Su tempi molto lunghi, il grande ciclo di riscaldamento e raffreddamento terrestre potrà ricominciare dopo la fine della grande LIP delle scimmie, proprio come è successo per le LIP geologiche "naturali". Tra qualche milione di anni, la Terra potrebbe assistere a un nuovo ciclo di raffreddamento che porterà di nuovo a una serie di ere glaciali simili a quelle del Pleistocene. A quel punto, potrebbero evolversi nuove scimmie della savana. Potrebbero riprendere la loro abitudine di sterminare la megafauna, bruciare foreste e costruire utensili in pietra. Ma non avranno la stessa abbondanza di combustibili fossili che le scimmie chiamate " Homo sapiens " avevano trovato quando emersero nelle savane. Quindi, il loro impatto sull'ecosistema sarà minore. 

E poi cosa? In tempi molto lunghi, il destino della Terra è determinato dal lento aumento dell'irradiazione solare che, a lungo andare,  eliminerà tutto l'ossigeno dall'atmosfera e sterilizzerà la biosfera , forse tra meno di un miliardo di anni. Nel frattempo, potremmo assistere a più cicli di riscaldamento e raffreddamento prima che l'ecosistema terrestre collassi. A quel punto, non ci saranno più foreste, né animali, e potrà persistere solo la vita unicellulare. Deve essere così. Gaia, povera signora, sta facendo il possibile per mantenere in vita la biosfera, ma non è onnipotente. E nemmeno immortale. 

Tuttavia, il futuro è sempre pieno di sorprese e non bisogna mai sottovalutare quanto sia intelligente e intraprendente Gaia. Pensate a come ha reagito alla carenza di CO2 delle ultime decine di milioni di anni. Ha inventato non solo uno, ma due nuovi meccanismi di fotosintesi progettati per funzionare a basse concentrazioni di CO2: il meccanismo detto "C4" tipico delle erbe e un altro chiamato metabolismo dell'acido crassulaceo (CAM) . Per non parlare di come la simbiosi fungo-pianta nella rizosfera si sia evoluta con nuovi stratagemmi e nuovi meccanismi. Non ci possiamo immaginare cosa possa inventare la vecchia signora nel suo garage insieme ai suoi Elfi scienziati (quelli che lavorano anche part-time per Babbo Natale). 

Ora, cosa succede se Gaia inventa qualcosa di ancora più radicale in termini di fotosintesi? Una possibilità sarebbe che gli alberi adottassero il meccanismo C4 e creassero nuove foreste che sarebbero più resistenti alle basse concentrazioni di CO2. Ma possiamo pensare a innovazioni ancora più radicali. Per esempio di un percorso di fissazione dell'energia solare che non funzioni solo con meno CO2, ma che non richiede nemmeno CO2. Sembra quasi miracoloso ma, sorprendentemente, quel percorso esiste . Ed è stato sviluppato esattamente da quelle scimmie della savana che hanno armeggiato con - e parzialmente rovinato - l'ecosfera. 

Il nuovo percorso fotosintetico non usa nemmeno molecole di carbonio ma usa solo silicio solido (le scimmie la chiamano "energia fotovoltaica"). Immagazzina l'energia solare sotto forma di elettroni eccitati che possono essere conservati a lungo sotto forma di metalli ridotti o altre specie chimiche. Le creature che utilizzano questo meccanismo non hanno bisogno di anidride carbonica nell'atmosfera, non hanno bisogno di acqua e possono cavarsela anche senza ossigeno. Ciò che le nuove creature possono fare è difficile da immaginare per noi (anche se  possiamo provarci ). 

In ogni caso, Gaia è una donna tosta, e potrebbe sopravvivere molto più a lungo di quanto possiamo immaginare, anche con un sole abbastanza caldo da ridurre in cenere la biosfera. Le foreste sono le creature di Gaia, e lei è benevola e misericordiosa (non sempre, però), quindi potrebbe tenerle con sé per molto, molto tempo. (e, chissà, potrebbe anche risparmiare le scimmie della savana dalla sua ira!). 

Potremmo essere scimmie della savana, ma rimaniamo intimoriti dalla maestosità delle foreste. L'immagine di una foresta fantastica dal film di Hayao Miyazaki, "Mononoke no Hime", risuona molto con noi.

Gaia in movimento: l'ascesa delle scimmie della savana

 Da "The Proud Holobionts"

Non esistono scimmie boreali. O forse, ne esiste solo una, ma non è non esattamente una scimmia!

I primati sono creature arboree che si sono evolute nell'ambiente caldo delle foreste dell'Eocene. Usavano i rami degli alberi come rifugio e potevano adattarsi a vari tipi di cibo. Ma, dal punto di vista di questi antichi primati, la riduzione dell'area occupata dalle foreste tropicali iniziata con la " Grande Coupure," circa 30 milioni di anni fa, fu un disastro. Non erano attrezzati per vivere nelle savane: erano lenti a terra: un facile pranzo per i predatori dell'epoca. Inoltre, i primati non colonizzarono mai le foreste settentrionali della taiga eurasiatica. Molto probabilmente non perché non potessero vivere in ambienti freddi (alcune scimmie di montagna moderne possono farlo), ma perché non potevano attraversare la steppa che separava le foreste tropicali da quelle settentrionali. Se per caso ci hanno provato, i carnivori della steppa hanno fatto in modo che non ci riuscissero.  

Alla fine, le scimmie furono costrette a trasferirsi nella savana. Durante il Pleistocene, circa 4 milioni di anni fa, apparvero in Africa gli Australopitechi, (fonte immagine ). Possiamo chiamarle le prime "scimmie della savana". Parallelamente, forse un po' più tardi, si è evoluto in Africa anche un altro tipo di scimmia che viveva nella savana, il babbuino. All'inizio, australopitechi e babbuini probabilmente praticavano tecniche di vita simili, ma col tempo si svilupparono in specie molto diverse. I babbuini esistono ancora oggi: sono una specie robusta e adattabile che, tuttavia, non ha mai sviluppato le caratteristiche speciali degli australopitechi che li hanno trasformati in esseri umani. Le prime creature che classifichiamo come appartenenti al genere Homo, l' homo habilis, sono apparse circa 2,8 milioni di anni fa. Erano abitanti della savana. 

Questo ramo di scimmie della savana ha vinto il gioco della sopravvivenza attraverso una serie di innovazioni evolutive. Hanno aumentato le loro dimensioni corporee per una migliore difesa, hanno sviluppato una posizione eretta per avere un campo visivo più esteso, hanno potenziato il loro metabolismo eliminando i peli del corpo e usando la sudorazione profusa per rinfrescarsi, hanno sviluppato linguaggi complessi per creare gruppi sociali per la difesa dai predatori, e hanno imparato a realizzare strumenti di pietra adattabili a diverse situazioni. Infine, hanno sviluppato uno strumento che nessun animale sulla Terra aveva mai imparato prima: il fuoco. Nel giro di poche centinaia di migliaia di anni, si sono diffuse in tutto il mondo dalla loro base iniziale in una piccola area dell'Africa centrale. Le scimmie della savana, ora chiamate "Homo sapiens," furono uno straordinario successo evolutivo. Le conseguenze sull'ecosistema sono state enormi.

Innanzitutto, le scimmie della savana hanno sterminato la maggior parte della megafauna, i grandi erbivori che popolavano le steppe e le savane. Gli unici grandi mammiferi sopravvissuti all'assalto furono quelli che vivevano in Africa, forse perché si sono evoluti insieme agli australopitechi e hanno sviluppato specifiche tecniche di difesa. Ad esempio, le grandi orecchie dell'elefante africano sono un sistema di raffreddamento destinato a rendere gli elefanti in grado di far fronte all'incredibile resistenza dei cacciatori umani. Ma in Eurasia, Nord America e Australia, l'arrivo dei nuovi arrivati ​​è stato così rapido e inaspettato che la maggior parte dei grandi animali è stata spazzata via. 

Eliminando i megaerbivori, le scimmie avevano, teoricamente, dato una mano ai concorrenti dell'erba, delle foreste, che ora avrebbero avuto più facilità a invadere i prati senza vedere calpestati i loro germogli. Ma anche le scimmie della savana avevano assunto il ruolo di megaerbivori. Hanno usato gli incendi con grande efficienza per disboscare le foreste per fare spazio alla selvaggina che cacciavano. In seguito, con lo sviluppo della metallurgia, le scimmie riuscirono ad abbattere intere foreste per fare spazio alla coltivazione delle specie erbacee che nel frattempo avevano addomesticato: grano, riso, mais, giura e molte altre. 

Ma le scimmie della savana non erano necessariamente nemiche delle foreste. Parallelamente all'agricoltura, gestivano anche intere foreste come fonti di cibo. La storia delle foreste di castagno del Nord America è oggi quasi dimenticata ma, circa un secolo fa, le foreste della regione erano in gran parte  formate da alberi di castagno  piantati dai nativi americani come fonte di cibo ( fonte immagine). All'inizio del XX secolo, il castagneto fu devastato dalla "peronospora del castagno", una malattia fungina originaria della Cina. Si dice che siano stati distrutti circa 3-4 miliardi di castagni e, ora, il castagneto non esiste più. Il castagneto americano non è l'unico esempio di foresta gestita, o addirittura creata, dall'uomo. Anche la foresta pluviale amazzonica, a volte considerata un esempio di foresta "naturale", mostra segni di essere stata gestita in passato dai nativi amazzonici come fonte di cibo e altri prodotti. 

L'azione delle scimmie della savana è sempre stata massiccia e, nella maggior parte dei casi, si è conclusa con un disastro. Anche gli oceani non erano al sicuro dalle scimmie: riuscirono quasi a sterminare le balene, trasformando vaste aree degli oceani in deserti. A terra, intere foreste furono rase al suolo. Ne seguì la desertificazione, provocata da "mega siccità" quando il ciclo delle piogge non era più controllato dalle foreste. Anche quando le scimmie risparmiavano una foresta, spesso la trasformavano in una monocoltura, soggetta ad essere distrutta dai parassiti, come dimostra il caso dei castagneti americani. Eppure, in un certo senso, le scimmie stavano facendo un favore alle foreste. Nonostante le enormi perdite causate da seghe e accette, non sono mai riusciti a  sterminare completamente una specie di albero , anche se oggigiorno alcune sono in grave pericolo di estinzione. 

L'azione più importante delle scimmie in tempi recenti è la loro abitudine di bruciare specie di carbonio sedimentate che erano state rimosse dall'ecosfera molto tempo prima. Le scimmie chiamano queste specie di carbonio "combustibili fossili." Hanno trovato una vero tesoro sepolto usando l'energia immagazzinata in questo antico carbonio senza la necessità di passare attraverso il lento e laborioso processo di fotosintesi. Così facendo, hanno innalzato la concentrazione di CO2 nell'atmosfera a livelli che non si vedevano da decine di milioni di anni prima. Questo carbonio è cibo gradito per gli alberi, che ora si stanno riprendendo dalla loro precedente situazione difficile durante il Pleistocene, quando la concentrazione di CO2 era talmente bassa da mettere a rischio il meccanismo fotosintetico detto "C3", quello usato dagli alberi. In questo modo, le foreste stanno riconquistando alcune delle terre che avevano perso a causa dell'invasione dell'erba. Nel nord dell'Eurasia, la taiga si sta espandendo e sta gradualmente eliminando la vecchia steppa dei mammut. Stiamo vedendo la tendenza a un ritorno del verde nel deserto del Sahara. 

Il problema, però, è che l'aumento della concentrazione di biossido di carbonio sta portando la terra a una nuova situazione di equilibrio di temperature molto elevate che non si vedeva dal lontano Eocene. E' una Terra diversa quella che le scimmie della savana stanno creando, e lo stanno facendo senza rendersene conto. E senza nemmeno rendersi conto che loro stesse potrebbero non sopravvivere alla trasformazione. 

Quello che le scimmie della savana hanno potuto fare è stata probabilmente una sorpresa per la stessa Gaia, che ora deve  essere lì a grattarsi la testa, chiedendosi cosa sia successo alla sua amata Terra. E cosa succederà ora con l'aumento delle temperature che sembra essere inarrestabile? Ci sono diverse possibilità, inclusa un'estinzione catastrofica della maggior parte dei vertebrati, o forse di tutti. O, forse, una nuova esplosione evolutiva potrebbe sostituirli con forme di vita completamente nuove. Quello che possiamo dire è che l'evoluzione ha "messo il turbo" in questa fase dell'esistenza del pianeta Terra. I cambiamenti saranno molti e molto rapidi. Non necessariamente piacevoli per le specie esistenti ma, come sempre, Gaia ne sa più di noi. 

Pensare come un albero. Comprendere il ruolo delle foreste nell'ecosistema

 

Il blog " Effetto Seneca " si occupa molto di crolli e potreste trovarlo un po' catastrofico. Ma sto anche esplorando altri campi con uno stato d'animo più positivo. Uno è il concetto di "olobionte", come le creature viventi si organizzano per formare complessi sistemi adattativi. Ecco un post su questo argomento dal mio blog " The Proud Holobionts ". Una versione precedente di questo post è stata pubblicata su "apocalottimismo"

Il più grande olobionte sulla Terra: foreste secolari

Riprodotto da "The Proud Holobionts"

Un "olobionte" è una creatura vivente formata da organismi indipendenti, ma cooperanti. È un concetto ad ampio raggio che può spiegare molte cose non solo sull'ecosistema del nostro pianeta, ma anche sulla società umana, e anche di più. Foto per gentile concessione di Chuck Pezeshky. Questo post è stato modificato e migliorato grazie ai suggerimenti ricevuti da Anastasia Makarieva.

Quando è stata l'ultima volta che avete camminato in una foresta secolare? Vi ricordateil silenzio, la quiete dell'aria, la sensazione di camminare in un luogo sacro? L'interno di una foresta sembra una cattedrale o, forse, è l'interno di una cattedrale che è stato costruito in modo tale da assomigliare a una foresta, con colonne come alberi e volte come baldacchino. Se non avete una foresta o una cattedrale nelle vicinanze, potete provare la stessa sensazione guardando la scena magistrale del Dio della foresta che appare nel film di Miyazaki, " Mononoke no Hime " (La principessa dei fantasmi). 

In un certo senso, quando camminiamo tra gli alberi, ci sentiamo a casa, la casa che i nostri remoti antenati hanno lasciato per intraprendere la folle avventura di diventare umani. Eppure, per alcuni umani, gli alberi sono diventati nemici da combattere. E, come è tradizione in tutte le guerre, sono demonizzati e disprezzati. È stato il latifondista inglese Jonah Barrington  a commentare  la distruzione delle vecchie foreste irlandesi dicendo che "gli alberi sono ceppi forniti dalla natura per il rimborso del debito". E, come è tradizione in tutte le guerre di sterminio, nessun nemico è rimasto in piedi. 

La metafora della guerra è radicata nella nostra mente dei primati, gli unici mammiferi che fanno la guerra contro gruppi della loro stessa specie. Tanto che a volte immaginiamo gli alberi che reagiscono. Nella " Trilogia dell'Anello " di Tolkien, vediamo alberi che camminano, gli "ent", in armi contro nemici umanoidi e li sconfiggono. Chiaramente, ci sentiamo in colpa per quello che abbiamo fatto alle foreste della Terra. Un senso di colpa che risale al tempo in cui il re sumero Gilgamesh e il suo amico Enkidu furono maledetti dalla Dea per aver distrutto gli alberi sacri e ucciso il loro guardiano, Humbaba. Da quel tempo remoto, abbiamo continuato a distruggere le foreste della Terra e lo stiamo ancora facendo. 

Eppure, se c'è una guerra tra alberi e umani, non è ovvio che gli umani la vinceranno. Gli alberi sono creature complesse, strutturate, adattabili, resistenti e piene di risorse. Nonostante i tentativi umani di distruggerli, sopravvivono e prosperano. I dati più recenti indicano una tendenza all'inverdimento dell'intero pianeta [3], probabilmente il risultato del pompaggio di anidride carbonica (CO2) nell'atmosfera da parte dell'uomo (questo inverdimento non è necessariamente una buona cosa, né per gli alberi né per l'uomo [4], [5]). 

Ma cosa sono gli alberi, esattamente? Non hanno sistema nervoso, sangue, muscoli, così come noi non abbiamo la capacità della fotosintesi, né di estrarre minerali dal suolo. Gli alberi sono davvero creature aliene, eppure sono costituiti dagli stessi mattoni che formano i nostri corpi: le loro cellule contengono molecole di DNA e RNA, il loro metabolismo si basa sulla riduzione di una molecola chiamata adenosina trifosfato (ATP) creata dai mitocondri all'interno delle loro cellule, e altro ancora. E, in un certo senso, gli alberi hanno un cervello. L'apparato radicale di una foresta è una rete simile a quella di un cervello umano. È stato definito il "Wood-Wide Web" da Suzanne Simard e altri [1]. Cosa “pensano” gli alberi è una domanda difficile per noi scimmie ma, parafrasando Sir. Thomas Browne [2], che cosa pensano gli alberi, proprio come quale canzone cantarono le Sirene a Ulisse, non è al di là di ogni possibile congettura.

Che gli alberi pensino o meno, hanno le caratteristiche di base di tutti i sistemi viventi complessi: sono olobionti. E' un concetto reso popolare da Lynn Margulis come elemento costitutivo di base dell'ecosfera. Gli olobionti sono gruppi di creature che collaborano tra loro mantenendo le loro caratteristiche individuali. Se state leggendo questo testo, probabilmente siete esseri umani e, come tali, anche degli olobionti. Il vostro corpo ospita un'ampia varietà di creature, per lo più batteri, che ti aiutano in vari compiti, ad esempio nella digestione del cibo. Una foresta è un altro tipo di olobionte, più vasto ma anche più strutturato in termini di creature che collaborano. Gli alberi non potrebbero esistere da soli, hanno bisogno dell'importantissima "simbiosi micorrizica". Ha a che fare con la presenza nel terreno di funghi che collaborano con le radici delle piante per creare un'entità chiamata "rizosfera", l'olobionte che rende possibile l'esistenza di una foresta. I funghi trasformano i minerali che esistono nel terreno e li convertono in forme che le piante possono assorbire. La pianta, a sua volta, fornisce ai funghi energia sotto forma di zuccheri ottenuti dalla fotosintesi. 

Quindi, anche se gli alberi sono creature familiari, è sorprendente quante cose sappiamo a malapena su di loro e alcune non siano affatto conosciute. Quindi, esaminiamo alcune domande che svelano mondi completamente nuovi di fronte a noi. 

Primo: il legno. Tutti sanno che gli alberi sono fatti di legno, certo, ma perché? Naturalmente il suo scopo è il supporto meccanico dell'intero impianto. Ma non è una domanda banale. Se il legno serve per il supporto meccanico, perché le nostre ossa non sono fatte di legno? E perché gli alberi, invece, non sono fatti della materia di cui sono fatte le nostre ossa, principalmente fosfato solido?

Come al solito, se qualcosa esiste, c'è una ragione per cui esiste. Entro certi limiti, l'evoluzione può prendere strade diverse semplicemente perché ha iniziato a muoversi in una certa direzione e non può tornare indietro. Ma, per come stanno le cose sulla Terra, i tronchi di legno sono perfettamente ottimizzati per il loro scopo di sostenere una creatura che non si muove. I tronchi degli alberi (non le palme, però) crescono in strati concentrici: è risaputo che si può datare un albero contando gli anelli di crescita nel suo tronco. Quando un nuovo livello cresce, gli strati interni muoiono. Diventano solo un supporto per lo strato esterno chiamato “ cambium ” che è la parte viva del tronco, contenente l'importantissimo “ xilema ”, i condotti che portano acqua e sostanze nutritive dalle radici alle foglie. Il cambio contiene anche il "floema ", un altro insieme di condotti che spostano l'acqua carica di zuccheri nella direzione opposta, verso le radici. La parte interna del tronco è morta, quindi non ha alcun costo metabolico per l'albero. Eppure, continua a fornire il supporto statico necessario all'albero. 

Lo svantaggio è che, poiché la parte interna del legno è morta, quando si rompe un ramo o un tronco, non si può guarire ricollegando le due parti tra loro. Negli animali, invece, le ossa sono vive: c'è sangue che scorre attraverso di esse. Quindi, possono ricrescere e ricostruire le parti danneggiate. Probabilmente è una caratteristica necessaria per gli animali. Saltano, corrono, volano, cadono, rotolano e fanno più acrobazie, spesso causando ossa rotte. Naturalmente, un osso rotto è un grave pericolo, soprattutto per un grosso animale. Non sappiamo esattamente quanti animali soffrono le ossa rotte e sopravvivono, ma sembra che non sia raro: le ossa vive sono una caratteristica cruciale per la sopravvivenza [6], [7]. Ma non è così importante per gli alberi: non si muovono e lo stress principale che devono affrontare è una forte raffica di vento. Ma gli alberi tendono a proteggersi dal vento stringendosi l'uno contro l'altro, che è, tra l'altro, un'altra caratteristica tipica dell'olobionte: gli alberi si aiutano a vicenda a resistere al vento, ma non perché gli venga ordinato da un albero maestro. È come sono fatti.

Questa non è solo l'unica caratteristica che rende il legno buono per gli alberi ma non per gli animali. Un altro è che le ossa, essendo vive, possono crescere con la creatura che sostengono. Possono anche essere cavi, come negli uccelli, e quindi essere leggeri e resistenti allo stesso tempo. Se le nostre ossa fossero di legno, dovremmo portare in giro un grosso peso di legno morto nella parte interna dell'osso. Non è un problema per gli alberi che, invece, traggono vantaggio da un peso maggiore in termini di migliore stabilità. E non devono correre a meno che non siano le creature fantastiche chiamate "ent". Spettacolari, ma Tolkien avrebbe bisogno di eseguire alcune acrobazie biofisiche per spiegare come alcuni alberi della Terra di Mezzo possono camminare velocemente come fanno gli umani.

Quindi, c'è molta logica nel fatto che gli alberi usino il legno come materiale strutturale. Non sono le uniche creature a farlo. Anche i bambù (bambusoideae) sono di legno, ma non sono alberi. Sono una forma di erba apparsa sulla Terra circa 30 milioni di anni fa, quando hanno sviluppato un'innovazione evolutiva che rende il loro "tronco" più leggero, essendo cavo. Quindi, possono sopportare molto più stress degli alberi prima di rompersi e questo ha ispirato molti Filosofi orientali sui vantaggi di piegarsi senza rompersi.Tra gli animali, insetti e artropodi usano un materiale strutturale simile al legno, chiamato "chitina". "Non hanno risolto il problema di come farlo crescere con l'intero organismo, quindi lo usano come un esoscheletro che devono sostituire man mano che crescono.

Ora, passiamo a un'altra domanda sugli alberi. Come funziona il loro metabolismo? Si sa che gli alberi creano il loro cibo, i carboidrati (zucchero), tramite la fotosintesi, un processo alimentato dalla luce solare che funziona combinando molecole di acqua e di biossido di carbonio. Un problema è che la luce solare arriva dall'alto, mentre gli alberi estraggono l'acqua dal terreno. Quindi, come riescono a pompare l'acqua fino alle foglie? 

Noi animali abbiamo familiarità con il modo in cui l'acqua (in realtà, il sangue) viene pompata all'interno dei nostri corpi. È fatto da un organo chiamato "cuore", fondamentalmente una "pompa volumetrica" alimentata dai muscoli. I cuori sono macchine meravigliose, ma costose in termini di energia di cui hanno bisogno e, sfortunatamente, soggette a guastarsi con l'avanzare dell'età. Ma gli alberi, come tutti sappiamo, non hanno muscoli né parti mobili. Non c'è "cuore" da nessuna parte all'interno di un albero. Perché solo il metabolismo febbrile degli animali può permettersi di usare tanta energia quanta ne viene usata nei cuori. Gli alberi sono più lenti e più intelligenti (e vivono molto più a lungo). Usano pochissima energia per pompare l'acqua sfruttando le forze capillari e le piccole differenze di pressione nel loro ambiente. 

"Forze capillari" significa sfruttare le forze di interfaccia che compaiono quando l'acqua scorre attraverso condotti stretti. Lo sfrutti ogni volta che usi un tovagliolo di carta per assorbire l'acqua versata. Non accade nei dotti artificiali, né nei grandi vasi sanguigni di un corpo animale. Ma è una caratteristica fondamentale nel movimento dei fluidi nelle piante senza cuore (non nel senso cattivo del termine). Ma le forze capillari non sono sufficienti. È necessaria anche una differenza di pressione per tirare l'acqua abbastanza in alto da raggiungere la chioma dell'albero. Si può ottenere facendo evaporare l'acqua sulla superficie delle foglie. L'acqua che va via come vapore acqueo crea una piccola differenza di pressione che può attirare più acqua dal basso. Questa è chiamata "pompa di aspirazione". Lo sperimentiamo ogni volta che usiamo una cannuccia per bere da un bicchiere.

Ora, c'è un grosso problema con le pompe di aspirazione. Se avete studiato fisica elementare a scuola, avete imparato che non si può usare una pompa aspirante per tirare acqua a un'altezza di più di 10 metri perché il peso della colonna d'acqua non può superare la spinta atmosferica. In altre parole, non potremmo bere una Coca Cola coca usando una cannuccia più lunga di 10 metri. Probabilmente nessuno di noi ha mai fatto l'esperimento, ma sappiamo che non funzionerebbe. Ma gli alberi sono molto più alti di dieci metri. Bata visitare il parco più vicino per trovare alberi molto più alti di così. 

Che gli alberi possano crescere così alti è un piccolo miracolo che ancora oggi non siamo sicuri di aver capito del tutto. La teoria generalmente accettata su come l'acqua può essere pompata a tali altezze è chiamata "teoria della coesione-tensione" [8]. In breve, l'acqua si comporta, entro certi limiti, come un solido nella parte viva di un tronco d'albero, lo “ xilema". I condotti non contengono aria e l'acqua viene tirata su da un meccanismo che coinvolge ogni molecola per tirare tutte le molecole vicine. La storia è complicata e non si sa tutto al riguardo. Il punto è che gli alberi riescono a pompare acqua ad altezze fino a circa 100 metri e anche di più. C'è un albero di sequoia (Sequoia sempervirens), in California, che raggiunge un'altezza di 380 piedi (116 m). È un albero così eccezionale, che ha un nome specifico "Hyperion". 

Gli alberi potrebbero crescere ancora più in alto? Apparentemente no, almeno non su questo pianeta. Non siamo sicuri di quale sia il principale fattore limitante. È possibile che il meccanismo di pompaggio che porta l'acqua alle foglie smetta di funzionare oltre una certa altezza. Oppure potrebbe essere il problema opposto: il floema non riesce a trasportare i carboidrati fino alle radici. O, forse, ci sono limiti meccanici alle dimensioni del tronco che possono sostenere una chioma abbastanza grande da nutrire l'intero albero. 

Tuttavia, alcune opere di narrativa immaginano alberi così enormi che gli esseri umani possono costruire intere città all'interno o attorno al tronco. Il primo potrebbe essere stato Edgar Rice Burroughs, noto per i suoi romanzi di Tarzan. In una serie ambientata sul pianeta Venere, nel 1932, immaginò alberi così grandi che un'intera civiltà si era rifugiata in essi. Solo un paio d'anni dopo, Alex Raymond ha creato il personaggio del principe Barin di Arboria per la sua serie " Flash Gordon ". Arboria, come dice il nome, è una regione boscosa e, ancora una volta, gli alberi sono così grandi che le persone possono viverci dentro. Più recentemente, possiamo ricordare i giganteschi "hometree" dei Na'vi del pianeta Pandora nel film "Avatar" (2009). Nel mondo reale, alcune persone costruiscono le loro case sugli alberi - sembra essere popolare in California. Questi alloggi devono essere angusti, per non parlare dei problemi con la stabilità statica dell'intero aggeggio. Ma, a quanto pare, una parte della nostra sfera fantastica sogna ancora i tempi in cui i nostri remoti antenati vivevano sugli alberi. 

Ma perché gli alberi fanno un tale sforzo per diventare alti? Se l'idea è quella di raccogliere la luce solare, che è l'attività in cui sono impegnate tutte le piante, ce n'è tanta a livello del suolo quanta ce n'è a 100 metri di altezza. Richard Dawkins era perplesso su questo punto nel suo libro " The Greatest Show on Earth " (2009), dove ha detto:

“Guarda un unico albero alto che si erge fiero in mezzo a un'area aperta. Perché è così alto? Non per non essere più vicino al sole! Quel lungo tronco poteva essere accorciato fino a che la chioma dell'albero non fosse sparpagliata sul terreno, senza alcuna perdita di fotoni e un enorme risparmio sui costi. Allora perché spendere tutta quella energia per spingere la chioma dell'albero verso il cielo? La risposta ci sfugge finché non ci rendiamo conto che l'habitat naturale di un tale albero è una foresta. Gli alberi sono alti per superare gli alberi rivali - della stessa specie e di altre specie. ... Un esempio familiare è un accordo suggerito per sedersi, piuttosto che stare in piedi, quando si guarda uno spettacolo come una corsa di cavalli. Se tutti si sedessero, le persone alte avrebbero comunque una visuale migliore rispetto alle persone basse, proprio come farebbero se tutti si alzassero, ma con il vantaggio che stare seduti è più comodo per tutti. I problemi iniziano quando una persona bassa seduta dietro una persona alta sta in piedi, per avere una visuale migliore. Immediatamente, la persona seduta dietro di lui si alza, in modo da vedere qualcosa. Un'ondata di persone che si alzano percorre la platea, finché tutti sono in piedi. Alla fine, tutti stanno peggio di come sarebbero se fossero rimasti tutti seduti".

Dawkins è un pensatore acuto, ma a volte prende la strada sbagliata. Qui ragiona come un primate, in realtà un primate maschio (non sorprende, perché è quello che è). L'idea che gli alberi “ competono con alberi rivali – della stessa specie e di altre specie" semplicemente non funziona. Gli alberi possono essere maschi e femmine, anche se in modi che i primati troverebbero strani, ad esempio con organi maschili e femminili sulla stessa pianta. Ma gli alberi maschi non combattono per gli alberi femminili, come fanno i primati maschi con i primati femmine. Un albero non avrebbe alcun vantaggio nell'uccidere i suoi vicini oscurandoli - ciò non fornirebbe a "lui" o "lei" più cibo o più partner sessuali. Uccidere i vicini forse permetterebbe a un albero di di diventare un po' più grande, ma, in cambio, sarebbe più esposto alle raffiche di vento che potrebbero farlo cadere. Nel mondo reale, gli alberi si proteggono a vicenda rimanendo uniti ed evitando il pieno impatto delle raffiche di vento. 

Non sempre funziona e se il vento riesce a far cadere alcuni alberi, potrebbe verificarsi un effetto domino e un'intera foresta potrebbe essere abbattuta. Nel 2018, circa 14 milioni di alberi sono stati distrutti nel Nord Italia da forti tempeste. Il disastro è stato probabilmente il risultato di più di una singola causa: il riscaldamento globale ha creato venti di una forza sconosciuta in passato. Ma è anche vero che la maggior parte dei boschi distrutti erano monocolture di abete rosso, piantagioni destinate alla produzione del legno. Nel mondo naturale, le foreste non sono fatte di alberi identici, distanziati l'uno dall'altro come soldati in parata. Sono un mix di specie diverse, alcune più alte, altre meno alte. L'interazione tra le diverse specie di alberi dipende da una serie di fattori differenti e vi è evidenza di complementarità tra le diverse specie di alberi in una foresta mista [9], [10]. La disponibilità di luce solare diretta non è l'unico parametro che influenza la crescita degli alberi e le chiome miste sembrano adattarsi meglio alle condizioni variabili. 

Come ulteriore vantaggio dell'essere alto, una fitta chioma che si erge in alto protegge il terreno dai raggi solari ed evita l'evaporazione dell'umidità dal suolo, conservando l'acqua per gli alberi. Quando il sole rende la chioma più calda del suolo, il risultato è che l'aria diventa più calda più in alto, tecnicamente si parla di "lapse rate negativo" [11]. Poiché l'aria fredda è al di sotto dell'aria calda, la convezione è molto ridotta, l'aria rimane ferma e l'acqua rimane nel terreno. Se non vi è del tutto chiaro, provate questo esperimento: in una giornata calda, se possibile torrida, mettitevi al sole mentre indossate un cappello invernale di lana spessa per diversi minuti. Poi indossate un sombrero. Confrontate gli effetti. 

Quindi, vedete che avere una chioma ben separata dal suolo è un altro effetto collettivo generato dagli alberi che formano una foresta. Non aiuta molto i singoli alberi, ma aiuta la foresta a conservare l'acqua generando qualcosa che potremmo chiamare un "olobionte delle ombre". Ogni albero aiuta gli altri ombreggiando una frazione del terreno, sotto. E questo crea, per inciso, l'"effetto cattedrale" che sperimentiamo quando camminiamo attraverso una foresta. Ancora una volta, vediamo che questo punto è sfuggito a Dawkins quando ha detto che " Quel lungo tronco potrebbe essere accorciato fino a quando la chioma dell'albero non è stata appoggiata al terreno , senza perdita di fotoni ed enormi risparmi sui costi".  Un'altra conferma di quanto sia difficile per i primati pensare come gli alberi. 

Ciò non significa che gli alberi non competano con altri alberi o altri tipi di piante. Lo fanno, certamente. È tipico di una foresta soprattutto dopo che un'area è stata danneggiata, ad esempio da un incendio. In quella zona, vedi prima crescere le piante che crescono più velocemente, tipicamente erbe. Quindi, vengono sostituiti da arbusti e infine da alberi. Il meccanismo è generato dall'ombreggiatura delle specie più basse creata da quelle più alte. È un processo chiamato "ricolonizzazione" che può richiedere decenni, o addirittura secoli, prima che la zona bruciata diventi indistinguibile dal resto della foresta.

Questi sono processi dinamici: gli incendi sono parte integrante dell'ecosistema, non dei disastri. Alcuni alberi, come gli eucalipti australiani e le palme africane, sembrano essersi evoluti con lo scopo specifico di bruciare il più velocemente possibile e diffondere fiamme e scintille intorno. Avete notato come le palme siano "pelose"? Sono progettate in modo tale da prendere fuoco facilmente. Tanto che può essere pericoloso potare una palma usando una motosega mentre ci si arrampica. Una scintilla del motore può dare fuoco ai filamenti di legno secco e ciò può essere molto dannoso per la persona legata al tronco. Non è che le palme abbiano sviluppato questa caratteristica per difendersi dalle scimmie armate di motosega, ma sono piante a crescita rapida che possono trarre vantaggio dal modo in cui un fuoco ripulisce una fetta di terreno, permettendo loro di ricolonizzarlo più velocemente di altre specie. Notate come le palme si comportano come kamikaze: singole piante si sacrificano per la sopravvivenza del loro seme. È un'altra caratteristica degli olobionti. Alcuni primati fanno lo stesso, ma è raro. 

Altri tipi di alberi adottano l'approccio opposto. Ottimizzano le loro possibilità di sopravvivenza quando sono esposti al fuoco per mezzo della loro spessa corteccia. Il pino giallo ( Pinus ponderosa)  è un esempio di pianta che adotta questa strategia. Poi ci sono altri trucchi: vi siete mai chiesti perché alcune pigne sono così appiccicose e resinose? L'idea è che la resina incolla il cono su un ramo o sulla corteccia dell'albero e mantiene i semi all'interno. Se un fuoco brucia l'albero, la resina si scioglie e i semi all'interno vengono lasciati liberi di germogliare. Ulteriori prove che gli incendi non sono un difetto ma una caratteristica del sistema. 

Alla fine, una foresta, come abbiamo visto, è un tipico olobionte. Gli olobionti non si evolvono attraverso la lotta per la sopravvivenza che alcune interpretazioni della teoria di Darwin avevano immaginato essere la regola nell'ecosistema. Gli olobionti possono essere spietati quando è necessario eliminare gli inadatti, ma mirano a una convivenza amichevole delle creature che sono fanno quello che devono fare. 

La caratteristica di "olobionti" delle foreste è meglio evidenziata dal concetto di "pompa biotica", un esempio di come gli organismi traggano beneficio dall'olobionte di cui fanno parte senza la necessità di gerarchie e pianificazione.



Il concetto di pompa biotica [11] è stato proposto da Viktor Gorshkov, Anastasia Makarieva e altri, come parte del più ampio concetto di regolazione biotica [12]. È una sintesi profonda di come funziona l'ecosfera: ne sottolinea il potere regolatore che impedisce all'ecosistema di allontanarsi dalle condizioni che rendono possibile l'esistenza della vita biologica. Da questo lavoro nasce l'idea che lo squilibrio ecosistemico che chiamiamo "cambiamento climatico" sia causato solo in parte dalle emissioni di CO2. Un altro fattore importante è la deforestazione in corso. 

Questa è, ovviamente, una posizione controversa. L'opinione generale tra i climatologi occidentali è che la coltivazione di una foresta abbia un effetto rinfrescante perché rimuove un po' di CO2 dall'atmosfera. Ma, una volta che una foresta ha raggiunto il suo stato stabile, ha un effetto riscaldante sul clima terrestre perché la sua albedo (la luce riflessa nello spazio) è inferiore a quella del suolo nudo. Ma esistono studi [13] che mostrano come le foreste raffreddano la Terra non solo sequestrando il carbonio sotto forma di biomassa ma anche a causa di un effetto biofisico legato all'evapotraspirazione. L'acqua evapora a bassa quota dalle foglie, provocando il raffreddamento. Restituisce il calore quando condensa sotto forma di nuvole, ma le emissioni di calore ad alta quota si disperdono più facilmente verso lo spazio perché il principale gas serra, l'acqua, esiste in concentrazioni molto piccole. Può essere un effetto minore rispetto a quello dell'albedo, ma è un punto non molto ben quantificato. 

Il concetto di pompa biotica afferma che le foreste agiscono come "sistemi di pompaggio planetari", trasportando l'acqua dall'atmosfera sopra gli oceani fino a migliaia di chilometri nell'entroterra. È il meccanismo che genera i “fiumi atmosferici” che forniscono acqua a terre lontane dai mari [14]. Il meccanismo della pompa biotica dipende da fattori quantitativi ancora poco conosciuti. Ma sembra che l'acqua traspirata dagli alberi si condensi sopra la volta della foresta e il passaggio di fase da gas a liquido generi una caduta di pressione. Questa caduta aspira l'aria dall'ambiente circostante, fino all'aria umida sopra il mare. Questo meccanismo è ciò che consente alle aree interne dei continenti di ricevere pioggia sufficiente per essere ricoperta di foreste. Non funziona ovunque, in Nord Africa, per esempio, non ci sono foreste che portano l'acqua nell'entroterra, e il risultato è la regione desertica che chiamiamo Sahara. Ma la pompa biotica opera in Eurasia settentrionale, Africa centrale, India, Indonesia, Sud e Nord America.

Il concetto di pompa biotica è un esempio particolarmente chiaro di come operano gli olobionti. I singoli alberi non fanno evaporare l'acqua nell'aria perché in qualche modo "sanno" che questa evaporazione andrà a beneficio degli altri alberi. Lo fanno perché hanno bisogno di generare la differenza di pressione di cui hanno bisogno per estrarre acqua e sostanze nutritive dalle loro radici. In un certo senso l'evapotraspirazione è un processo inefficiente perché, dal punto di vista di un singolo albero, molta acqua (forse più del 95%) viene "sprecata" sotto forma di vapore acqueo e non utilizzata per la fotosintesi. Ma, dal punto di vista di un bosco, l'inefficienza dei singoli alberi è ciò che genera quella spinta di umidità del mare che permette alla foresta di sopravvivere. Senza la pompa biotica, la foresta finirebbe rapidamente l'acqua e morirebbe.  

Notate un'altra caratteristica olobiontica degli alberi nelle foreste: immagazzinano pochissima acqua, individualmente. Si basano quasi totalmente sull'effetto collettivo del pompaggio biotico per l'acqua di cui hanno bisogno: questo perché sono buoni olobionti! Non tutti gli alberi sono strutturati in questo modo. Un esempio diverso è il baobab africano, che ha un tipico tronco a botte, dove immagazzina l'acqua più o meno allo stesso modo delle piante succulente (cactus). Ma i baobab sono alberi solitari, 

Per inciso, l'evapotraspirazione è uno dei pochi punti che gli alberi hanno in comune con i primati chiamati "homo sapiens". Anche i sapiens "evapotranspirano" molta acqua dalla loro pelle - si chiama "sudorazione". Ma il metabolismo dei primati è completamente diverso: gli alberi sono eterotermici, cioè la loro temperatura segue quella del loro ambiente. I primati, invece, sono omeotermici e controllano la loro temperatura con vari meccanismi, tra cui la sudorazione. Ma questo non crea una pompa biotica! 

Il concetto di "pompa biotica" generato dall'olobionte forestale è cruciale quello correlato di "regolazione biotica", [12] l'idea che l'intero ecosistema sia strettamente regolato dagli organismi che lo abitano. La selezione naturale ha funzionato a livello di olobionte per favorire quelle foreste che funzionavano in modo più efficiente come pompe biotiche. Piante diverse dagli alberi, e anche animali, beneficiano dei fiumi d'acqua generati dalla foresta anche se potrebbero non evotraspirare nulla. Sono altri elementi dell'olobionte forestale, un'entità incredibilmente complessa dove non necessariamente tutto è ottimizzato, ma dove, nel complesso, le cose si muovono in concerto. 

È una storia che noi scimmie abbiamo difficoltà a capire: con la massima buona volontà, è difficile per noi pensare come alberi. Probabilmente, è vero anche il contrario e il comportamento delle scimmie deve essere difficile da capire per la rete cerebrale del sistema di radici degli alberi della foresta. Non importa, siamo tutti olobionti e parte dello stesso olobionte. Alla fine, il grande olobionte terrestre che chiamiamo "foreste" si fonde nel più vasto ecosistema planetario che include tutti i biomi, dal mare alla terraferma. Sono i grandi olobionti che chiamiamo "Gaia". 

Riferimenti

[

[1] S. W. Simard, D. A. Perry, M. D. Jones, D. D. Myrold, D. M. Durall, and R. Molina, “Net transfer of carbon between ectomycorrhizal tree species in the field,” Nature, vol. 388, no. 6642, pp. 579–582, Aug. 1997, doi: 10.1038/41557.

[2] T. Browne, “Hydriotaphia,” in Sir Thomas Browne’s works, volume 3 (1835), S. Wilkin, Ed. W. Pickering, 1835.

[3] Shilong Piao et al., “Characteristics, drivers and feedbacks of global greening,” | Nature Reviews Earth & Environment, vol. 1, pp. 14–27.

[4] D. Reay, Nitrogen and Climate Change: An Explosive Story. Palgrave Macmillan UK, 2015. doi: 10.1057/9781137286963.

[5] A. Sneed, “Ask the Experts: Does Rising CO2 Benefit Plants?,” Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/ask-the-experts-does-rising-co2-benefit-plants1/ (accessed Jun. 23, 2021).

[6] S. Hoffman, “Ape Fracture Patterns Show Higher Incidence in More Arboreal Species,” Discussions, vol. 8, no. 2, 2012, Accessed: Jun. 26, 2021. [Online]. Available: http://www.inquiriesjournal.com/articles/799/ape-fracture-patterns-show-higher-incidence-in-more-arboreal-species

[7] C. Bulstrode, J. King, and B. Roper, “What happens to wild animals with broken bones?,” Lancet, vol. 1, no. 8471, pp. 29–31, Jan. 1986, doi: 10.1016/s0140-6736(86)91905-7.

[8] Pi. Cruiziat, “Plant Physiology and Development, Sixth Edition,” in Plant Physiology and Development, Oxfprd University Press, 2006. Accessed: Jun. 24, 2021. [Online]. Available: http://6e.plantphys.net/essay04.03.html

[9] L. J. Williams, A. Paquette, J. Cavender-Bares, C. Messier, and P. B. Reich, “Spatial complementarity in tree crowns explains overyielding in species mixtures,” Nat Ecol Evol, vol. 1, no. 4, pp. 1–7, Mar. 2017, doi: 10.1038/s41559-016-0063.

[10] S. Kothari, R. A. Montgomery, and J. Cavender-Bares, “Physiological responses to light explain competition and facilitation in a tree diversity experiment,” Journal of Ecology, vol. 109, no. 5, pp. 2000–2018, 2021, doi: 10.1111/1365-2745.13637.

[11] Gorshkov, V.G and Makarieva, A.M., “Biotic pump of atmospheric moisture as driver of the hydrological cycle on land,” Hydrology and Earth System Sciences Discussions, vol. 3, pp. 2621–2673, 2006.

[12] V. G. Gorshkov, A. Mikhaĭlovna. Makarʹeva, and V. V. Gorshkov, Biotic regulation of the environment : key issue of global change. Springer-Verlag, 2000. Accessed: Sep. 24, 2017. [Online]. Available: http://www.springer.com/it/book/9781852331818

[13] R. Alkama and A. Cescatti, “Biophysical climate impacts of recent changes in global forest cover,” Science, vol. 351, no. 6273, pp. 600–604, Feb. 2016, doi: 10.1126/science.aac8083.

[14] F. Pearce, “A controversial Russian theory claims forests don’t just make rain—they make wind,” Science | AAAS, Jun. 18, 2020. https://www.sciencemag.org/news/2020/06/controversial-russian-theory-claims-forests-don-t-just-make-rain-they-make-wind (accessed Jun. 25, 2021).

Non siamo più nell'Olocene: un mondo senza ghiaccio permanente.

Il post che segue è riprodotto dal mio blog " Gli Olobionti Orgogliosi ", ma penso che l'argomento sia compatibile con la visione del blog "Effetto Seneca". In effetti, tutto è correlato su questo pianeta e il concetto di "olobionte" può essere visto come strettamente connesso al concetto di "Dirupo di Seneca". I sistemi complessi, sia virtuali che reali, sono reti che possono essere quasi sempre viste come olobionti nella loro struttura. Un collasso, quindi, si verifica quando la rete subisce una rottura della catena di collegamento in un processo noto come "meccanismo di frattura di Griffith" in ingegneria (invero, tutto è correlato!)

Questo post fa anche parte del materiale che io e Chuck Pezeshki stiamo assemblando per un nuovo libro che si intitolerà (provvisoriamente) "Olobionte: la nuova scienza della collaborazione", in cui abbiamo in programma di esplorare come i nuovi concetti in biologia e scienza delle reti possono unirsi per darci la chiave per la gestione di sistemi altamente complessi: società umane, grandi e piccole. Il concetto dominante che lega tutto questo è uno: l' empatia.

 

Quando il ghiaccio se ne sarà andato: il più grande cambiamento visto sulla Terra in 30 milioni di anni.

Da: "The Proud Holobionts", 27 luglio 2021

 

Un'immagine dal film del 2006 "The Meltdown", il secondo della serie "L'era glaciale". Questi film hanno tentato di presentare un'immagine della Terra durante il Pleistocene. Ovviamente non erano intesi come lezioni di paleontologia, ma mostravano la megafauna dell'epoca (mammut, tigri dai denti a sciabola e altri) e il ghiaccio persistente, come si vede nella figura. La trama di "The Meltdown" si basava su un evento reale: la rottura della diga di ghiaccio che teneva chiuso il lago Agassiz all'interno dei grandi ghiacciai della Laurentide, nel continente nordamericano. Quando la diga si è rotta, circa 15.000 anni fa, il lago è sfociato nel mare in una gigantesca inondazione che ha cambiato il clima della Terra per più di mille anni. Quindi, il concetto di ere glaciali in relazione al cambiamento climatico sta penetrando nella memesfera umana. È strano che accada proprio quando l'attività umana sta riportando l'ecosistema a un periodo pre-glaciale. Se accadrà, sarà il più grande cambiamento visto sulla Terra in 30 milioni di anni. E non saremo più nell'Olocene.

 

Sappiamo tutti che ai poli della Terra c'è ghiaccio permanente: forma ghiacciai e copre vaste aree di mare. Ma è lì per caso o è in qualche modo funzionale all'ecosfera terrestre? 

Forse il primo a fare questa domanda è stato James Lovelock, il proponente (insieme a Lynn Margulis) del concetto di "Gaia", il nome del grande olobionte che regola l'ecosistema planetario. Lovelock è sempre stato una persona creativa e nel suo libro " Gaia: A New Look at Life on Earth " (1979) ha ribaltato la visione convenzionale del ghiaccio come entità negativa. Invece, ha proposto che il ghiaccio permanente ai poli facesse parte dell'omeostasi planetaria, ottimizzando di fatto il funzionamento dell'ecosfera. 

Lovelock è stato forse influenzato dall'idea che l'efficienza di un motore termico è direttamente proporzionale alle differenze di temperatura che incontra un fluido circolante. Potrebbe essere sensato: il ghiaccio permanente crea una grande differenza di temperatura tra i poli e l'equatore e, di conseguenza, i venti e le correnti oceaniche sono più forti e le "pompe" che portano i nutrienti ovunque sostengono più vita. Sfortunatamente, questa idea è probabilmente sbagliata, ma Lovelock ha il merito di aver aperto il coperchio su una serie di profonde domande sul ruolo del ghiaccio permanente nell'ecosistema. Cosa sappiamo di questa faccenda?

Ci volle del tempo perché i nostri antenati si rendessero conto che il ghiaccio permanente esisteva. Il primo che vide la calotta glaciale della Groenlandia fu probabilmente Eric il Rosso, l'avventuriero norvegese, quando vi viaggiò intorno all'anno 1000. Ma non aveva modo di conoscere la vera estensione del ghiaccio interno, e non ne parlò nei suoi rapporti.

Il primo rapporto che ho trovato sulla calotta glaciale della Groenlandia è la " Storia della Groenlandia " del 1820 , una traduzione di un precedente rapporto (1757) in tedesco di David Crantz. All'inizio del XX secolo, le mappe mostravano chiaramente la Groenlandia completamente ricoperta di ghiaccio. Per quanto riguarda l'Antartide, alla fine del XIX secolo, già si sapeva che era completamente ricoperta da uno spesso strato di ghiaccio. 

Ancora prima, a metà del XIX secolo, Louis Agassiz aveva proposto un'idea davvero rivoluzionaria: quella dell'era glaciale. Secondo Agassiz, nei tempi antichi, gran parte del Nord Europa e del Nord America era ricoperta da spesse lastre di ghiaccio. Gradualmente, divenne chiaro che non c'era stata una sola era glaciale, ma diverse, che andavano e venivano a cicli. Nel 1930, Milutin Milankovich propose che questi cicli fossero legati a variazioni periodiche nell'insolazione dell'emisfero settentrionale, a loro volta causate da cicli nel moto della Terra. Per quasi un milione di anni, la Terra è stata una sorta di pendolo gigante in termini di estensione della calotta glaciale. 

Il film del 2006 " Una scomoda verità " è stata la prima volta in cui queste scoperte sono state presentate al grande pubblico. Qui vediamo Al Gore che mostra i dati delle temperature dell'ultimo mezzo milione di anni.

Un'idea ancora più radicale sulle ere glaciali è apparsa nel 1992, quando Joseph Kirkschvink ha proposto il concetto di "Terra palla di neve". L'idea è che la Terra fosse completamente ricoperta di ghiaccio in qualche momento, circa 600-700 milioni di anni fa, il periodo giustamente chiamato "Criogeniano".

Questa super era glaciale è ancora controversa: non sarà mai possibile dimostrare che ogni chilometro quadrato del pianeta fosse sotto il ghiaccio e ci sono alcune prove che non era così. Ma, sicuramente, abbiamo a che fare con una fase di raffreddamento molto più pesante di qualsiasi cosa vista durante tempi geologici relativamente recenti.

Mentre sono state scoperte altre ere glaciali, è anche diventato chiaro che la Terra è stata priva di ghiaccio per la maggior parte della sua lunga esistenza. I nostri tempi, con ghiaccio permanente ai poli, sono piuttosto eccezionali. Diamo uno sguardo alle temperature degli ultimi 65 milioni di anni (il "Cenozoico"). Date un'occhiata a questa straordinaria immagine (cliccate per vederla in alta risoluzione)

All'inizio del Cenozoico, la Terra èra ancora sotto l'effetto del grande disastro della fine del Mesozoico, quello che portò alla scomparsa dei dinosauri (incidentalmente, quasi certamente non causato da un impatto asteroidale ). Ma, da 50 milioni di anni fa in poi, la tendenza è stata costante: raffreddamento. 

La Terra è ora circa 12 gradi centigradi più fredda di quanto non fosse durante il periodo caldo dell'Eocene. A partire da circa 35 milioni di anni fa, il ghiaccio permanente ha iniziato ad accumularsi, prima nell'emisfero australe, poi in quello settentrionale. Durante il Cenozoico, la Terra non è mai stata così fredda come lo è ora.

Le ragioni del graduale raffreddamento sono oggetto di dibattito, ma la spiegazione più semplice è che sia dovuto al graduale calo delle concentrazioni di CO2 nell'atmosfera durante l'intero periodo. Questo, a sua volta, potrebbe essere causato da un rallentamento del degassamento del carbonio dall'interno della Terra. Forse la Terra sta solo diventando un po' più vecchia e più fredda, e quindi meno attiva in termini di vulcani e fenomeni simili. Ci sono altre spiegazioni, tra cui la collisione dell'India con l'Asia centrale e l'ascesa dell'Himalaya che ha causato un prelievo di CO2 generato dall'erosione dei silicati. Ma è una storia estremamente complicata e non entriamo nei dettagli.

Torniamo ai nostri tempi. Probabilmenteavete sentito dire che, solo pochi decenni fa, quegli allocchi degli scienziati avevano predetto che saremmo tornati a un'era glaciale. È un'esagerazione: non c'è mai stata una simile affermazione nella letteratura scientifica. Ma è vero che l'idea di una nuova era glaciale galleggiava nella memesfera, e per buoni motivi: se la Terra aveva visto ere glaciali in passato, perché non una nuova? Guardiamo questi dati:

Queste sono le temperature e le concentrazioni di CO2 delle carote di ghiaccio di Vostok, in Antartide (potreste aver visto questi dati nel film di Al Gore). Descrivono i cicli glaciali degli ultimi 400.000 anni. Senza entrare nei dettagli di ciò che provoca le oscillazioni (i cicli di irraggiamento solare le attivano, ma non le causano), si può notare quanto le temperature si sono abbassate insieme alle concentrazioni di CO2 nei momenti più freddi delle passate ere glaciali. L'ultima era glaciale è stata particolarmente fredda e associata a concentrazioni di CO2 molto basse. 

La Terra era pronta a scivolare in un'altra condizione di "palla di neve"? Non si può escludere. Quello che sappiamo per certo è che, durante l'ultimo milione di anni, la Terra si è avvicinata alla catastrofe della palla di neve ogni 100.000 anni circa. Cosa la ha salvata dallo scivolare fino in fondo in una morte gelida?

Ci sono diversi fattori che potrebbero aver impedito al ghiaccio di espandersi fino all'equatore. Per prima cosa, l'irradiazione solare è oggi circa il 7% maggiore di quella che era al momento dell'ultimo episodio di palla di neve terra, durante il criogeniano. Ma potrebbe non essere abbastanza. Un altro fattore è che il freddo e le basse concentrazioni di CO2 possono aver portato ad un indebolimento - o addirittura ad un arresto - della pompa biologica negli oceani e della pompa biotica sulla terra. Entrambe queste pompe fanno circolare l'acqua e le sostanze nutritive, mantenendo la biosfera viva e vegeta. La loro quasi scomparsa potrebbe aver causato una generale perdita di attività della biosfera e, quindi, la perdita di uno dei meccanismi che eliminano la CO2 dall'atmosfera. Di conseguenza, le concentrazioni di CO2 sono aumentate a causa delle emissioni geologiche. Si noti come, in figura, la concentrazione di CO2 e le temperature siano perfettamente sovrapponibili nella fase di riscaldamento: la reazione della temperatura all'aumento di CO2 è stata istantanea su scala temporale geologica. Un altro fattore potrebbe essere stata la desertificazione del territorio che ha portato a un aumento della polvere atmosferica che si è depositata sulla superficie dei ghiacciai. Questo ha ridotto l'albedo (la frazione di luce riflessa) del sistema e ha portato a una nuova fase di riscaldamento. Una storia molto complicata che deve ancora essere svelata.  

Ma quanto era vicina la biosfera al disastro totale? Non lo sapremo mai.

Quello che sappiamo è che, 20mila anni fa, l'atmosfera conteneva appena 180 parti per milione (ppm) di CO2 (oggi siamo a 410 ppm). Questo era vicino al limite di sopravvivenza delle piante verdi e ci sono prove di un'estesa desertificazione durante questi periodi. La vita è stata dura per la biosfera durante le recenti ere glaciali, anche se le cose non erano così difficili come nel criogeniano. L'idea di Lovelock che il ghiaccio permanente ai poli faccia bene alla vita non sembra essere giusta .

Naturalmente, l'idea che nel prossimo futuro si potesse tornare a una nuova era glaciale era legittima negli anni '50, non più oggi poiché comprendiamo il ruolo delle attività umane sul clima. Alcuni sostengono che sia stata una buona cosa che gli umani abbiano iniziato a bruciare idrocarburi fossili poiché questo "ci ha salvato da una nuova era glaciale". Forse, ma questo è un classico caso di troppa grazia, Sant'Antonio. Stiamo pompando così tanta CO2 nell'atmosfera che il nostro problema ora è l'opposto: non siamo di fronte a una possibile nuova era glaciale, ma a una "warmhouse" (Terra serra) o addirittura una "hothouse" ("bagno turco planetario"). 

Un bagno turco planetario sarebbe un vero disastro poiché è stato la causa principale delle estinzioni di massa avvenute nel remoto passato del nostro pianeta. Principalmente, gli episodi di bagno turco sono stati il ​​risultato di esplosioni di CO2 generate dalle enormi eruzioni vulcaniche chiamate "grandi province ignee". In linea di principio, le emissioni umane non possono nemmeno lontanamente eguagliare questi eventi. Secondo alcuni calcoli, bisognerebbe continuare a bruciare combustibili fossili per 500 anni ai ritmi attuali per creare una concentrazione di CO2 simile a quella che ha sterminato i dinosauri (ma c'è sempre quel dettaglio che i sistemi non lineari ti sorprendono sempre... )

Tuttavia, considerando effetti di feedback come il rilascio di metano sepolto nel permafrost, è perfettamente possibile che le emissioni umane possano portare concentrazioni di CO2 nell'atmosfera a livelli dell'ordine di 600-800 ppm, o anche più, paragonabili a quelli del Eocene, quando le temperature erano 12 gradi più alte di adesso. Potremmo raggiungere la condizione chiamata, a volte, "Terra Serra".

Dal punto di vista umano, sarebbe un disastro. Se il cambiamento dovesse avvenire in un tempo relativamente breve, diciamo, dell'ordine di pochi secoli, la civiltà umana non sopravviverebbe. Non siamo attrezzati per far fronte a questo tipo di cambiamento. Basti pensare a cosa accadde circa 14.500 anni fa, quando la grande calotta glaciale Laurentide in Nord America si frammentò e collassò. ( fonte immagine ) (il film del 2006 "Meltdown" è stato ispirato proprio da questo evento).

 

Le preoccupazioni per la sopravvivenza umana sono legittime, ma probabilmente irrilevanti nel più ampio schema delle cose. Se torniamo all'Eocene, l'ecosistema subirebbe un duro colpo durante la transizione, ma sopravvivrebbe e poi si adatterebbe alle nuove condizioni. In termini di vita, l'Eocene è stato descritto come "lussureggiante". Con molta CO2 nell'atmosfera, le foreste erano fiorenti e, probabilmente, la pompa biotica forniva acqua abbondante ovunque nell'entroterra, anche se le temperature erano relativamente uniformi a diverse latitudini. Un possibile modello mentale per quel periodo sono le moderne foreste tropicali dell'Africa centrale o dell'Indonesia. Non abbiamo dati che ci permettano di confrontare la produttività della Terra oggi con quella dell'Eocene, ma non possiamo escludere che l'Eocene sia stato più produttivo. 

Di nuovo, sembra che Lovelock si sia sbagliato quando ha detto che le ere glaciali ottimizzano il funzionamento della biosfera. Ma forse c'è di più in questa idea. Almeno per una cosa, le ere glaciali hanno un buon effetto sulla vita. Date un'occhiata a questa immagine che riassume le principali ere glaciali della lunga storia della Terra

 ( fonte immagine )

Il punto interessante è che le ere glaciali sembrano verificarsi appena prima delle principali transizioni nella storia evolutiva della Terra. Non sappiamo molto dell'era glaciale dell'Uroniano, ma avvenne proprio al confine dell'Archeano e del Proterozoico, al tempo della comparsa degli eucarioti. Poi, il criogeniano ha preceduto il periodo ediacarano e la comparsa della vita multicellulare che ha colonizzato la Terra. Infine, anche l'evoluzione della specie Homo Sapiens può essere messa in relazione con il più recente ciclo glaciale. Con il raffreddamento del pianeta e la riduzione dell'estensione delle aree di foresta, i nostri antenati furono costretti a lasciare le foreste confortevoli dove avevano vissuto fino ad allora e ad adottare uno stile di vita più pericoloso nelle savane. E sapete a cosa ha portato!

Quindi, forse c'è qualcosa di buono nelle ere glaciali e, dopo tutto, James Lovelock potrebbe aver suggerito un'importante intuizione su come funziona l'evoluzione. Rimane la domanda su come esattamente le ere glaciali guidino l'evoluzione. Forse hanno un ruolo attivo, o forse sono semplicemente un effetto parallelo della vera causa che guida l'evoluzione. Molto probabilmente tutto è dovuto alla crescente concentrazione di ossigeno atmosferico che ha accompagnato la biosfera negli ultimi 2,7 miliardi di anni. L'ossigeno è la pillola magica che aumenta il ritmo metabolico delle creature aerobiche, è quello che rende possibili creature come noi. 

In ogni caso, è probabile che le ere glaciali saranno presto un ricordo sul pianeta Terra. L'effetto della perturbazione umana potrebbe essere modesto e, quando gli umani smetteranno di bruciare idrocarburi fossili (devono, un giorno o l'altro), il sistema potrebbe riassorbire la CO2 in eccesso e tornare gradualmente ai cicli dell'era glaciale del passato. Questo si potrebbe verificare in tempi dell'ordine di almeno diverse migliaia di anni , forse diverse decine di migliaia, forse anche di più. Ma, alla fine, il pianeta potrebbe semplicemente dimenticarsi di aver ospitato una particolare specie di primati che ha quasi distrutto l'ecosistema prima di sparire. 

Ma il clima è un sistema non lineare e potrebbe reagire rafforzando la perturbazione: i risultati sono impossibili da valutare. Non possiamo nemmeno escludere di andare incontro a una nuova megaestinzione, come quella che fece scomparire i dinosauri, 65 milioni di anni fa.

Quello che sappiamo per certo è che il ciclo dell'ecosistema terrestre (Gaia) ha una durata limitata. Abbiamo ancora circa 600 milioni di anni prima che la crescente luminosità del sole porti la Terra in una condizione diversa: quella di "serra umida" che porterà gli oceani a bollire ed estinguerà tutta la vita sul pianeta. E così sarà quello che dovrà essere. Gaia è longeva, ma non eterna.