Τα πρώτα έντομα της Γης ήταν τεράστια
Τα πρώτα έντομα της Γης ήταν τεράστια, μερικά είχαν άνοιγμα φτερών πάνω από 60 εκατοστά, και οι επιστήμονες δεν είναι σίγουροι γιατί.
Φανταστείτε τη Γη πριν από 300 εκατομμύρια χρόνια. Οι ήπειροι ενώθηκαν στην Παγγαία. Πυκνά δάση από βάλτους άνθρακα απλώνονταν στις τροπικές περιοχές. Με υψηλά επίπεδα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, οι πυρκαγιές ξεσπούσαν συχνά.
Στην ξηρά, τα αμφίβια και τα πρώιμα ερπετά μοιράζονταν τον χώρο με τα έρποντα αρθρόποδα και τις υπερμεγέθεις κατσαρίδες. Πάνω απ' όλα, τα έντομα κυριαρχούσαν στον ουρανό - συμπεριλαμβανομένων και ορισμένων που ακούγονται σχεδόν καρτουνίστικες με τα σύγχρονα πρότυπα.
Τότε, υπήρχαν έντομα που μοιάζουν με μύγες του κυνόδοντα με άνοιγμα φτερών περίπου 45 εκατοστά και αρπακτικά που μοιάζουν με λιβελούλες με άνοιγμα φτερών σχεδόν 70 εκατοστά.
Αυτοί οι συγγενείς της λιβελούλας ονομάζονται συχνά « έντομα γρύπες» και τα απολιθώματά τους αναγνωρίστηκαν για πρώτη φορά σε λεπτές εντυπώσεις σε λεπτόκοκκους βράχους στο Κάνσας πριν από σχεδόν έναν αιώνα.
Για δεκαετίες, κυριαρχούσε μια συνοπτική εξήγηση: τα γιγάντια έντομα ήταν πιθανά επειδή τα επίπεδα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα ήταν πολύ υψηλότερα από ό,τι σήμερα.
Μια νέα έρευνα με επικεφαλής τον Edward Snelling στο Πανεπιστήμιο της Πρετόρια και συν-συγγραφέα ερευνητές στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα υποστηρίζει ότι αυτή η κλασική ιστορία δεν ευσταθεί - τουλάχιστον όχι με τον τρόπο που υπέθεταν οι άνθρωποι.
Υψηλό οξυγόνο = γιγάντια έντομα;
Η ιδέα «υψηλό οξυγόνο = γιγάντια έντομα» ξεκίνησε στα τέλη του 20ού αιώνα. Τη δεκαετία του 1980, οι γεωχημικοί ανέπτυξαν εργαλεία για την ανακατασκευή της αρχαίας ατμοσφαιρικής σύνθεσης και αυτές οι ανακατασκευές υπέδειξαν μια εντυπωσιακή κορύφωση οξυγόνου πριν από περίπου 300 εκατομμύρια χρόνια.
Στη συνέχεια, μια διάσημη δημοσίευση στο περιοδικό Nature του 1995 επεσήμανε κάτι που φαινόταν πολύ τέλειο για να είναι σύμπτωση: η κορύφωση του οξυγόνου ευθυγραμμίστηκε με την εποχή των γιγάντιων εντόμων.
Η λογική φαινόταν σταθερή επειδή τα έντομα αναπνέουν με πολύ διαφορετικό τρόπο από τα θηλαστικά και τα πτηνά. Δεν έχουν πνεύμονες. Βασίζονται σε ένα τραχειακό σύστημα - ένα διακλαδωμένο δίκτυο σωλήνων που παρέχει οξυγόνο απευθείας στους ιστούς.
Στην πιο μικρή κλίμακα υπάρχουν μικροσκοπικοί σωλήνες που ονομάζονται τραχειόλες, όπου το οξυγόνο μετακινείται στα κύτταρα σε μεγάλο βαθμό μέσω διάχυσης προς τα κάτω, με διαβαθμίσεις συγκέντρωσης. Οι μύες πτήσης, οι οποίοι απαιτούν τεράστιες ποσότητες οξυγόνου, φάνηκαν σαν το προφανές σημείο συμφόρησης.
Έτσι, οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι ένα γιγάντιο ιπτάμενο έντομο θα είχε περιορισμένο οξυγόνο στη σημερινή ατμόσφαιρα. Με τα σύγχρονα επίπεδα οξυγόνου, η διάχυση μέσω των τραχειολών δεν θα πρέπει να είναι σε θέση να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις των τεράστιων μυών πτήσης.
Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο παρελθόν θα μπορούσε να έχει κάνει τη διαφορά - επιτρέποντας στα μεγαλύτερα έντομα να «πάρουν αρκετό αέρα» για να τροφοδοτήσουν την πτήση.
Ήταν μια συναρπαστική εξήγηση επειδή ταίριαζε τόσο με τη βιολογία όσο και με τον χρόνο. Είχε επίσης μια ικανοποιητική απλότητα: το οξυγόνο ανεβαίνει, τα έντομα μεγαλώνουν· το οξυγόνο μειώνεται, τα έντομα μικραίνουν.
Κοιτάζοντας μέσα στους μύες της πτήσης
Ο Snelling και οι συνάδελφοί του πήραν αυτή την μακροχρόνια ιδέα και έθεσαν ένα πρακτικό ερώτημα. Εάν το οξυγόνο περιορίζει πραγματικά το μέγιστο μέγεθος των εντόμων, τα γιγάντια έντομα θα πρέπει να εμφανίζουν ισχυρή ανατομική «αντιστάθμιση» στο σύστημα παροχής οξυγόνου τους, ειδικά στις τραχειόλες μέσα στους μύες πτήσης.
Με άλλα λόγια, αν η μεταφορά οξυγόνου είναι το αυστηρό όριο, η εξέλιξη θα έπρεπε να έχει ωθήσει τα μεγάλα έντομα να επενδύσουν σε μεγάλο βαθμό σε τραχειόλες. Αυτό θα σήμαινε την ενσωμάτωση περισσότερων από αυτές στους μύες πτήσης, ώστε αρκετό οξυγόνο να μπορεί να φτάσει στα ενεργοβόρα κύτταρα.
Για να το δοκιμάσουν αυτό, η ομάδα χρησιμοποίησε ηλεκτρονική μικροσκοπία υψηλής ισχύος για να μετρήσει πόσο από τον μυ πτήσεως καταλαμβάνεται στην πραγματικότητα από τις τραχειόλες σε έντομα διαφορετικών μεγεθών.
Επέκτειναν επίσης την ανάλυση σε απολιθωμένους γίγαντες, συμπεριλαμβανομένων των γρυπών που έφταναν σε μέγεθος 60 εκατοστών ή περισσότερο, συγκρίνοντας τα αναμενόμενα μοτίβα κλιμάκωσης.
Τα δεδομένα αμφισβητούν παλιές υποθέσεις
Αυτό που διαπίστωσαν ήταν εκπληκτικά συνεπές: οι τραχειόλες καταλαμβάνουν περίπου ένα άτομο ή λιγότερο χώρο μυών πτήσης στα περισσότερα είδη, και αυτό το μοτίβο εξακολουθεί να ισχύει όταν επεκτείνεται στους αρχαίους γίγαντες.
Αυτό είναι το κλειδί. Αν οι τραχειόλες καταλαμβάνουν ένα τόσο μικρό κλάσμα του μυός πτήσης, τα έντομα έχουν άφθονο φυσικό «χώρο» για να προσθέσουν περισσότερο, αν η παροχή οξυγόνου ήταν πραγματικά ο περιοριστικός παράγοντας.
«Εάν το ατμοσφαιρικό οξυγόνο θέτει πραγματικά ένα όριο στο μέγιστο μέγεθος σώματος των εντόμων, τότε θα πρέπει να υπάρχουν ενδείξεις αντιστάθμισης στο επίπεδο των τραχειολών», δήλωσε ο Snelling. «Υπάρχει κάποια αντιστάθμιση που συμβαίνει σε μεγαλύτερα έντομα, αλλά είναι ασήμαντη στο γενικότερο σχέδιο των πραγμάτων».
Η σύγκριση που κάνει η ομάδα είναι αποκαλυπτική. Στα πτηνά και τα θηλαστικά, τα τριχοειδή αγγεία στον καρδιακό μυ καταλαμβάνουν πολύ περισσότερο σχετικό χώρο από ό,τι οι τραχειόπλακες των εντόμων στον μυ που πετάει. Αυτό υποδηλώνει ότι τα ζώα μπορούν, και πράγματι, επενδύουν σε μεγάλο βαθμό σε δομές παροχής οξυγόνου όταν χρειάζεται.
Στα πτηνά και τα θηλαστικά, τα τριχοειδή αγγεία καταλαμβάνουν πολύ περισσότερο χώρο στον καρδιακό μυ από ό,τι οι τραχειόλες στον ιπτάμενο μυ των εντόμων - περίπου δέκα φορές περισσότερο. Αυτό υποδηλώνει ότι τα έντομα θα μπορούσαν να επεκτείνουν σημαντικά τις τραχειόλες τους εάν το οξυγόνο περιόριζε πραγματικά το μέγεθός τους.
Σύγκριση μιας εξαφανισμένης γρύπας με μια από τις μεγαλύτερες ζωντανές λιβελούλες, την γιγάντια πεταλούδα. (Estelle Mayhew, προσαρμογή από εικόνα του Aldrich Hezekiah. γιγάντια πεταλούδα).
Σύγχρονες σκέψεις για το οξυγόνο και τα έντομα
Η μελέτη δεν ισχυρίζεται ότι το οξυγόνο είναι άσχετο με τη φυσιολογία των εντόμων. Το οξυγόνο προφανώς έχει σημασία. Αλλά αμφισβητεί μια πολύ συγκεκριμένη εκδοχή της ιστορίας: ότι τα όρια διάχυσης στις τραχειόλες των μυών πτήσης ορίζουν ένα αυστηρό μέγιστο μέγεθος για τα ιπτάμενα έντομα κάτω από τα σύγχρονα επίπεδα οξυγόνου.
Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι τα δεδομένα τους καθιστούν αυτόν τον συγκεκριμένο περιορισμό απίθανο. Εάν οι τραχειόλες καταλαμβάνουν μόνο περίπου το 1% των μυών, υπάρχει μεγάλη ικανότητα για τα έντομα να αυξήσουν την πυκνότητα των τραχειολών εάν χρειαστεί.
Υπό αυτή την έννοια, ο μυς πτήσης δεν μοιάζει σαν να ζει στην άκρη ενός γκρεμού οξυγόνου. Ωστόσο, η εργασία αναγνωρίζει επίσης ότι ορισμένοι επιστήμονες εξακολουθούν να πιστεύουν ότι το οξυγόνο θα μπορούσε να επιβάλει περιορισμούς αλλού - ανάντη στο τραχειακό σύστημα ή σε άλλα μέρη του σώματος.
Έτσι, η ευρύτερη υπόθεση «το οξυγόνο έχει σημασία» μπορεί να μην είναι νεκρή σε κάθε μορφή της. Αλλά τα νέα αποτελέσματα βάζουν μια σημαντική ρωγμή στην πιο δημοφιλή και πιο διαισθητική εκδοχή της.
Επανεξετάζοντας τα γιγάντια έντομα
Αν το οξυγόνο δεν είναι το κύριο όριο, προκύπτει ένα πιο ενδιαφέρον ερώτημα: γιατί δεν υπάρχουν σήμερα έντομα μεγέθους γρύπα; Οι συγγραφείς επισημαίνουν άλλες πιθανότητες. Μία από αυτές είναι η οικολογία. Τα σπονδυλωτά αρπακτικά άλλαξαν δραματικά με την πάροδο του χρόνου.
Τα πουλιά τελικά εμφανίστηκαν, οι νυχτερίδες πολύ αργότερα, και τα εναέρια οικοσυστήματα έγιναν πολύ πιο γεμάτα με ζώα που μπορούσαν να κυνηγούν αποτελεσματικά μεγάλα ιπτάμενα έντομα.
Ένα άλλο ζήτημα είναι η βιομηχανική. Τα έντομα φέρουν τον σκελετό τους εξωτερικά. Η αντοχή, το βάρος και η δομική στήριξη του εξωσκελετού μπορεί να γίνουν περιοριστικά σε μεγάλα μεγέθη, ειδικά για την πτήση.
Με άλλα λόγια, τα γιγάντια έντομα μπορεί να μην εξαφανίστηκαν επειδή άλλαξε ο αέρας. Μπορεί να εξαφανίστηκαν επειδή άλλαξε ο κόσμος γύρω τους. Αυτό περιλαμβάνει τις αλλαγές στους θηρευτές, τον ανταγωνισμό στους ουρανούς και τα φυσικά όρια της κατασκευής ενός ιπτάμενου σώματος από έναν εξωσκελετό.
Όποια και αν είναι η τελική απάντηση, η νέα μελέτη μετατοπίζει το θέμα. Οι επιστήμονες δεν μπορούν πλέον απλώς να υποδεικνύουν το οξυγόνο και να σταματούν εκεί.
Αυτά τα τεράστια έντομα υπήρχαν, πετούσαν και οι μύες πτήσης τους δεν μοιάζουν σαν να ήταν εγκλωβισμένοι από τη διάχυση των τραχειολίων. Έτσι, ο πραγματικός λόγος που οι γρύπες κάποτε κυριαρχούσαν στον αέρα και γιατί τώρα έχουν εξαφανιστεί περιμένει ακόμη να αποσαφηνιστεί.
Η πλήρης μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature .
Γεωδίφης με πληροφορίες από το earth.com
περισσότερα,
Oxygen supply through the tracheolar–muscle system does not constrain insect gigantism- Edward P. Snelling, Antonia V. Lensink, Susana Clusella-Trullas, Chris Weldon, Philipp Lehmann, John S. Terblanche, Nicholas L. Payne, Jon F. Harrison, Anthony J. R. Hickey, Ashleigh Donaldson, Christian M. Deschodt & Roger S. Seymour
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10291-3
https://www.earth.com/news/earths-first-insects-massive-wingspans-over-two-feet-long-oxygen-levels/