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Studiare la Geobiologia

La geobiologia è una disciplina scientifica che studia le interazioni tra la Terra e i viventi nel tempo. È un esempio perfetto di integrazione tra i diversi ambiti scientifici tra cui la geologia, la biologia, la chimica, la geochimica, la peleontologia e persino la genetica e la genomica.

Il termine geobiologia fu coniato nel 1934 dal botanico e microbiologo olandese Lourens Baas-Becking per descrivere le interazioni tra gli organismi e l’ambiente a livello chimico.

Il pensiero geobiologico ho preso definitivamente corpo negli anni ‘70 del novecento a seguito della formulazione della Ipotesi Gaia da parte dello scienziato inglese James Lovelock (1979). Lovelock sosteneva che i viventi, l’aria, l’acqua e le rocce interagiscono in modi complessi all’interno di un Sistema Terra e che gli organismi regolano il Sistema Terra a proprio beneficio:

“… the physical and chemical condition of the surface of the Earth, of the atmosphere, and of the oceans has been and is actively made fit and comfortable by the presence of life itself. This is in contrast to the conventional wisdom which held that life adapted to the planetary conditions as it and they evolved their separate ways.

Lovelock, Gaia: A New Look at Life on Earth.

 

Se l’idea di un pianeta che mantiene le sue caratteristiche chimico-fisiche in condizioni idonee alla presenza della vita grazie al comportamento degli organismi viventi stessi, talvolta chiamata “strong Gaia”, ha trovato poco favore sia tra i biologi che i geologi, la maggior parte della comunità scientifica accetta il punto di vista più generale, ossia che gli ambienti superficiali della Terra non possono essere compresi senza il contributo delle scienze della vita.

Negli ultimi anni, l’interesse per la geobiologia è andato aumentando anche grazie alle ricerche sul controllo microbico dei cicli degli elementi (elemental cycling), sulla diversità ecologica delle forme di vita microscopiche anche nelle condizioni ambientali più estreme (estremofili), sull’utilizzo di microrganismi per contrastare l’inquinamento (biorisanamento) o sul recupero di metalli preziosi dagli scarti delle miniere (biorecovery),

La geobiologia si basa, quindi, sull’osservazione che i processi biologici interagiscono con i processi fisici sulla o in prossimità della superficie terrestre. Prendiamo ad esempio il carbonio, l’elemento chimico della vita. Nella biosfera (l’insieme di tutti gli ambienti che supportano la vita sulla Terra) il carbonio esiste in un certo numero di forme e in parecchi serbatoi chiave. È presente come CO2 nell’atmosfera, come CO2, HCO3 e CO32- disciolto nelle acque dolci e salate, nei minerali carbonatici nel suolo, nei sedimenti e nelle rocce e nella grande varietà di molecole organiche negli organismi, nei sedimenti e nel suolo e disciolto in laghi e oceani. I processi fisici spostano il carbonio da un serbatoio ad un altro. Per esempio, i vulcani aggiungono CO2 all’atmosfera e l’alterazione chimica superficiale la rimuove. I processi biologici fanno lo stesso. Ad esempio, la fotosintesi riduce la CO2 a glucosio e la respirazione ossida le molecole organiche a CO2. A partire dalla rivoluzione industriale, l’uomo ha ossidato materia sedimentaria organica (bruciando combustibili fossili) a velocità sempre maggiori rispetto a quelle delle epoche precedenti, prendendo parte attivamente, quindi, al ciclo del carbonio della Terra.

Anche altri elementi biologicamente importanti vanno in ciclo attraverso la biosfera. Lo zolfo, l’azoto e il ferro, ad esempio, collegano la Terra fisica e biologica interagendo tra loro e con il ciclo del carbonio.

L’ossigeno, elemento chiave per gli ambienti che supportano i grandi animali, uomo incluso, è regolato da un complesso, e ancora non totalmente compreso, insieme di processi che hanno componenti sia biologiche che fisiche.

La vita, però, evolve e così la serie di processi in gioco nella biosfera è cambiata nel tempo e modificando così anche le condizioni dell’ambiente che supporta le comunità biologiche. Data la relazione stretta tra l’ambiente e la distribuzione della popolazione sulla Terra odierna, è ragionevole ipotizzare che la vita in evoluzione abbia influenzato in modo significativo l’ambiente chimico nel tempo e, allo stesso tempo, il cambiamento ambientale ha influenzato, a sua volta, il corso dell’evoluzione.

Ad esempio, molti organismi precipitano minerali, sia indirettamente alterando ambienti chimici locali, sia direttamente attraverso la costruzione di scheletri mineralizzati. Oggi, la deposizione di carbonati e silice sui fondali marini è dovuta essenzialmente agli scheletri, ma non era così prima dell’evoluzione di conchiglie, spicole e gusci.

Mentre la maggior parte delle geobiologia si concentra sui processi chimici, non bisogna dimenticare però che gli organismi influenzano la Terra anche attraverso attività di tipo fisico: basti pensare alle comunità microbiche che possono stabilizzare letti di sabbia o vermi che fertilizzano i sedimenti mentre si scavano tane. Anche le piante e gli animali agiscono come agenti geobiologici e lo fanno da più di 500 milioni di anni.

In sintesi, se un tempo i processi superficiali terrestri che si verificano in natura erano considerati prevalentemente di tipo fisico, per esempio l’alterazione superficiale e l’erosione, ora sappiamo che ci sono anche componenti chiave biologici: i viventi hanno un ruolo critico nel Sistema Terra. I geobiologi, quindi, studiano in che modo i processi biologici e fisici hanno interagito nel corso della storia del nostro pianeta. La maggior parte delle ricerche si concentra sul modo in cui gli organismi partecipano al sistema Terra e su quali conseguenze hanno queste attività per l’ambiente a livello locale e globale.

La geobiologia è già entrata a tutti gli effetti anche a scuola. Negli Stati Uniti, ad esempio, la primavera scorsa sono stati pubblicati i nuovi standard educativi (NGSS) e tra le idee chiave di questi standard c’è la disciplinary core idea ESS2E che riguarda proprio labiogeologia:

L’evoluzione è modellata da cambiamenti nelle condizioni geologiche della Terra. Improvvisi cambiamenti in  tali condizioni (per esempio impatti meteoritici o grandi eruzioni vulcaniche) hanno causato estinzioni di massa, ma questi cambiamenti, come anche quelli più graduali, hanno fondamentalmente permesso ad altre forme di vita di prosperare.

L’evoluzione e la proliferazione degli organismi viventi nel tempo geologico ha a sua volta modificato la velocità di alterazione superficiale e l’erosione della superficie terrestre, alterato la composizione del suolo e dell’atmosfera e influenzato la distribuzione dell’acqua nell’idrosfera.

 

 

Le scienze integrate sono già nelle nostre indicazioni ministeriali. Dalla geobiologia possiamo quindi attingere una grande quantità di esempi su cui costruire percorsi veramente significativi.

Se volete saperne di più vi consiglio di visitare il sito del MITOPENCOURSEWAREdedicato proprio alla geobiologia dove si possono scaricare gratuitamente i materiali didattici del corso.

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