3亿年前，蜻蜓能长到羽毛球拍那么大，但可能不是因为那时的高氧环境 | Nature

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（来源：环球科学科研圈）

已灭绝的巨蜻蜓与现存最大蜻蜓之一——巨型瓣尾蜓的对比图。（巨蜻蜓图片来源：ESTELLE MAYHEW，改编自 ALDRICH HEZEKIAH）

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三亿年前的地球面貌与今迥异。如今的各大洲还是汇聚在一起的泛大陆，赤道地区则广布着浩瀚的煤沼森林。在当时的富氧大气环境下，野火频发成为常态。

水域中鱼类繁盛，陆地上则由两栖动物、爬行类、爬行节肢动物及巨型蟑螂主宰，而天空则被飞行昆虫所统治，其中一些昆虫的体型甚至达到了惊人的庞大程度。

其中包括翼展达 45 厘米的巨型蜉蝣类昆虫，以及翼展达 70 厘米、和羽毛球拍一样大的巨型蜻蜓类昆虫。这些让人联想到狮鹫兽的昆虫最早是近一个世纪前在美国堪萨斯州的细粒沉积岩中作为化石印痕被发现的。

是什么让这些昆虫长得如此巨大？20 世纪 80 年代，一项新技术应运而生，使地球化学家得以重建古大气的气体成分。他们惊人的发现是，三亿年前曾出现过一段大气高氧时期——当时大气中的氧气含量比如今高出约 45%。

在一项 1995 年发表于《自然》（Nature）的研究中，科学家指出这段大气高氧期恰与巨型昆虫的出现时期吻合。他们提出，巨型古生代昆虫对氧气的更高需求及其庞大体型，理应需要更高的大气氧浓度。这一推论合乎逻辑，因为昆虫通过其独特的气管系统获取氧气——那是一个树状分支的气道网络，末端连接着微气管。氧气必须顺着浓度梯度通过微气管扩散，为飞行肌细胞供能。科学家们推断，如此巨大的飞行昆虫如今不可能存在，因为当前大气中的氧含量过低，无法满足飞行肌肉对氧气的高需求。

如今，一项由国际研究团队 3 月 25 日发表在《自然》的新研究提供了有力证据，反驳了这个已经存在了 30 多年的理论。研究者采用高功率电子显微镜评估了体型大小对飞行肌中微气管数量的影响，结果发现，大多数物种飞行肌内微气管所占空间通常仅为 1% 或更少，这一观察结果在延伸至三亿年前体型巨大、翼展超过 60 厘米的巨大蜻蜓时依然成立。这表明昆虫飞行肌并不受大气氧含量限制，因为微气管占空间极小，昆虫可轻易在肌肉中增加微气管数量。

“如果大气含氧量确实限制了昆虫的最大体型，那么气管末梢层面应当存在补偿机制的证据，”研究主要作者、南非比勒陀利亚大学（University of Pretoria）兽医学院副教授 Edward (Ned) Snelling 表示，“较大型昆虫体内确实存在某种补偿机制，但从整体来看这种补偿微乎其微。”

澳大利亚阿德莱德大学（Adelaide University）的 Roger Seymour 教授表示：“相比之下，鸟类和哺乳动物心肌中的毛细血管所占的相对空间，约为昆虫飞行肌中微气管所占空间的十倍。因此，如果氧气输送确实限制了体型大小，那么增加微气管的投入应该具有巨大的演化潜力。”

一些科学家反驳称，气管末端上游或身体其他部位的氧气流动仍可能限制体型大小，因此昆虫最大体型受氧气限制的理论或许尚未被推翻。

无论如何，这些新数据明确显示飞行肌微气管中的扩散作用并非此类限制因素。科学家们必须另寻他处来探究这些巨型昆虫存在的原因。若氧气并非限制昆虫体型上限的因素，比如被脊椎动物捕食，或是外骨骼自身的生物力学支撑限制。

https://www.eurekalert.org/news-releases/1121268

论文信息

【标题】Oxygen supply through the tracheolar–muscle system does not constrain insect gigantism

【作者】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

【期刊】Nature

【时间】25 March 2026

【DOI】https://doi.org/10.1038/s41586-026-10291-3

【摘要】The idea that atmospheric oxygen has dictated the maximum body size of insects across their evolutionary history is ingrained in popular and scientific literature1,2,3. In Nature 30 years ago, the hypothesis was put forward that a limitation on oxygen diffusion at the level of the tracheoles constrains the maximum body size of insects and that increased atmospheric oxygen concentration in the late Palaeozoic permitted insect gigantism4. Here we contest this hypothesis by showing that the relative space occupied by tracheoles in the flight muscle of insects (1) increases by only 1.8-fold over a 10,000-fold body mass range (1,320 micrographs, 44 species, 10 orders), (2) is typically 1% or less in most species, and (3) that this observation holds when we extend our relationship to the long-extinct gigantic dragonfly-like Meganeuropsis permiana (approximately 100 g). The small space requirement and the lack of a strong increase in tracheolar investment with body size, despite clear evolutionary potential to do so, provide convincing evidence that diffusive oxygen transport through the tracheolar–muscle system does not constrain the maximum body size of extant or gigantic prehistoric insects.

【链接】https://www.nature.com/articles/s41586-026-10291-3