浙江
大约三亿年前，地球的面貌与今天截然不同。当时的大陆连成一片，被称为盘古大陆，赤道附近遍布广袤的煤沼森林，大气中的氧气含量显著高于当今水平，频繁的野火在这片古老大地上肆虐。海洋中鱼类繁盛，陆地上两栖动物、早期爬行动物和各类节肢动物占据一席之地，连巨大的蟑螂也在其中活动。而在空中，昆虫统治着天空，其中一些物种体型巨大，远超现代同类。
在这些飞行昆虫中，既有类似蜉蝣的昆虫，翼展可达约45厘米，也有“类蜻蜓”的巨型昆虫，翼展可达70厘米。这些巨虫常被统称为“griffinfly”（狮鹫蜓），最早是从堪萨斯细粒沉积岩中保存完好的化石压印中被识别出来，距今已有近百年研究史。长期以来，主流观点认为，这些体型庞大的昆虫之所以能存在，是因为当时大气含氧量比现在高出约45%，提供了支撑巨型昆虫的必要条件。然而，一项最新发表在《自然》上的研究，对这一“高氧造就巨虫”的经典解释提出了挑战。
上世纪八十年代，科学家开始发展重建古大气成分的方法，相关技术显示，在距今约3亿年前曾出现过一个大气含氧量显著升高的时期。1995年，一篇发表在《自然》上的研究正式将这一高氧时期与巨型昆虫的存在联系在一起，提出“巨虫需要更多氧气，而高氧环境让这种体型成为可能”的假说。这一观点建立在昆虫独特呼吸方式之上：昆虫没有肺，而是依靠气管系统输送氧气——一套遍布全身的分支气管网络，在末端形成微小的气管小管（tracheoles），氧气沿浓度梯度通过扩散进入飞行肌肉。由于扩散在长距离上效率有限，研究者据此推断，在当今较低的大气含氧条件下，很难维持如此巨大的飞行昆虫，因此巨型昆虫在现代大气环境中被视为“不可实现”的存在。
新研究则给出了截然不同的图景。由比勒陀利亚大学的Edward（Ned） Snelling领衔的团队，利用高分辨率电子显微镜，系统分析了昆虫体型大小与飞行肌肉中气管小管数量之间的关系。他们发现，在大多数昆虫物种中，气管小管在飞行肌肉中所占体积比例通常不超过1%。这一规律同样可以外推到三亿年前的巨型“狮鹫蜓”身上，包括那些翼展超过60厘米甚至接近2英尺的个体。这意味着，飞行肌肉内部的氧气供应结构并没有占据太多空间，昆虫完全有“演化余地”在需要时增加气管小管数量，而不必为此付出剧烈的结构代价。
研究团队据此指出，昆虫飞行肌肉的氧供应并未受到大气含氧水平的根本限制。如果大气氧气含量真的是昆虫最大体型的“硬上限”，那么在更大的昆虫身上，就应该能看到飞行肌肉气管小管明显的“补偿性增加”。Snelling表示，虽然在大型昆虫中确实观察到一定程度的补偿，但放在整体结构中来看，这种补偿非常有限，远不足以说明大气含氧量单独决定了体型上限。
为了进一步论证，研究人员还拿昆虫与鸟类、哺乳动物做了对比。在鸟类和哺乳动物的心肌组织中，用于输送氧气的毛细血管占据的空间比例，大约是昆虫飞行肌肉中气管小管的十倍。参与研究的阿德莱德大学教授Roger Seymour指出，相比之下，如果氧运输真是昆虫体型的关键约束因素，那么昆虫在进化上完全有潜力像脊椎动物那样“大幅增加”气管小管的投入，以突破体型上限。这一比较进一步削弱了“高氧决定巨虫体型”的单一因果解释。
当然，也有科学家提醒，大气氧气水平并未完全“洗清嫌疑”。氧气仍有可能在昆虫身体其他部位，或者在氧输送链条的早期环节对体型构成限制，因此“氧气约束昆虫最大体型”的假说目前仍难言彻底被推翻。然而，新研究清楚地表明，至少在飞行肌肉内部的气管小管扩散这一环节，氧气并不是决定巨型昆虫能否存在的关键因素。这迫使研究者把目光投向其他可能的解释，以回答“昆虫曾经为何能长得如此庞大，又为何最终消失”的开放问题。
在现有讨论中，一些被提及的备选因素包括：随着演化推进，脊椎动物捕食者增多，来自鸟类、爬行动物等的捕食压力或许对昆虫体型演化产生了深远影响；同时，昆虫外骨骼在力学上的强度上限，也可能在某一体型尺度上成为结构性“天花板”，限制进一步增大体型的可行性。不过，这些假说目前都缺乏像“高氧理论”那样被广泛接受的定量证据，仍有待未来研究加以验证。可以确定的是，这项关于气管小管与飞行肌肉的新分析，使得远古巨型昆虫的成因之谜不减反增，变得更加扑朔迷离。
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