Matematica per l’Astrobiologia: Quanto Rapidamente si Forma una Nuova Specie in Natura?

Matematica per l’Astrobiologia: Quanto Rapidamente si Forma una Nuova Specie in Natura?

Quando pensiamo agli organismi viventi, di norma li pensiamo in termini di classificazione sistematica per distinguerli in funzione delle loro caratteristiche fisiche ed oggi anche genetiche.

Una farfalla monarca è distinta dalle altre farfalle secondo la “specie”, ma alcuni parametri biologici nella classificazione risultano invariati tra tutte le farfalle.

Classificazione farfalla monarca: Regno (Animalia), Phylum (Arthropoda), Classe (Insecta), Ordine (Lepidoptera), Famiglia (Papilionoidea), Genere (Danaus), Specie (D. Plexippus).

Quando pensiamo alla vita extraterrestre, è difficile immaginare uno schema di classificazione simile. Ci saranno più o meno attributi? Come si può classificarlo? Forse per aiutarci in questo arduo compito possiamo iniziare a capire in quanto tempo si forma una nuova specie sulla Terra o capire quante specie si sono formate fino ad oggi, cosa distingue diverse specie e via così.

Gli scienziati hanno stimato il numero di ordini distinti di animali non insetti (uccelli, rettili, mammiferi ed anfibi) che sono apparsi nella documentazione fossile durante gli ultimi 500 milioni di anni.

Devoniano (7 ordini), Missisipeano (5), Pennsylvaniano (20), Permiano (20), Triassico (15), Giurassico (25), Cretaceo (25), Paleogene (40) ed oggi (65).

Arriviamo per cui ai problemi a cui possiamo rispondere con i dati in nostro possesso.

Qual è il tasso medio di variazione nel numero di ordini per milione di anni nell’arco di 600 milioni di anni dall’Era Devoniana sulla Terra? Il tasso di variazione è semplicemente il numero di Ordini sull’ammontare del tempo, per cui O= (65-7) ordini /400 = 0.145 ordini per milione di anni.

Se ci sono in media 200 specie per Ordine, qual è il tasso medio di speciazione (nuove specie per milione di anni) durante gli ultimi 400 milioni di anni di storia della Terra? S= 0.145 (ordini / Myr) * 200 (specie / Ordine) = 29 Specie/ milioni di anni.

Supponiamo che sia stato scoperto un pianeta in cui l’era devoniana è iniziata 3 miliardi di anni dopo la sua formazione, ed il pianeta ha 5 miliardi di anni. Se la speciazione si è verificata rispettano il tasso terrestre, quante specie di animali potrebbero esistere nella biosfera di questo pianeta oggi? La crescita degli animali va avanti da 2 miliardi di anni a partire da 7 Ordini, quindi il numero corrente di ordini sarebbe O = 7+0.145 (ordini/Myr) * 2000 Myr = 297 Ordini. Poiché ci sono 200 specie per ordine, ci sarebbero circa 297 * 200 = 59400 specie di animali (anfibi, rettili, uccelli e mammiferi). In confronto ci sono circa 13000 specie di questi animali sulla Terra.

In questa trattazione sono stati inclusi solo animali equivalenti ad uccelli terrestri, rettili, mammiferi ed anfibi. Sulla Terra, questi rappresentano solo il 3% di tutte le specie nel regno animale perché il resto sono invertebrati (soprattutto insetti). Una quota ancora maggiore di specie è batterica.

In termini di probabilità, è molto più probabile che un pianeta selezionato sarebbe popolato da insetti (30 milioni di specie sulla Terra) che da invertebrati (1 milione di specie sulla Terra). La domanda è se sul nostro ipotetico pianeta ci siano sufficienti nicchie ecologiche affinché’ vivano circa 60000 specie di animali vertebrati complessi senza che si estinguano immediatamente.

Qui la modellazione matematica inizia a fallire perché ora il modello deve includere la presenza di nuove nicchie ecologiche su mondi alieni che non esistono sulla Terra. E che probabilmente non sono esistite negli ultimi 400 milioni di anni.

Autore: Luca Tonietti

Fonti: nasa.gov