Ongeveer 300 miljoen jaar geleden zag de aarde er heel anders uit dan hoe ze er nu uitziet. In die tijd waren de continenten met elkaar verbonden tot één continent genaamd Pangea. Vlakbij de evenaar lagen uitgestrekte kolenmoerasbossen. Het zuurstofgehalte in de atmosfeer was aanzienlijk hoger dan het huidige niveau. Regelmatig woedden er bosbranden in dit eeuwenoude land. Vissen floreerden in de oceaan, en amfibieën, vroege reptielen en verschillende geleedpotigen namen hun plaats op het land in, inclusief gigantische kakkerlakken. En in de lucht beheersten insecten de hemel, waarbij sommige soorten enorme afmetingen bereikten en hun moderne tegenhangers ver overtroffen.


Onder deze vliegende insecten bevinden zich zowel eendagsvliegachtige insecten met een spanwijdte van ongeveer 45 centimeter, als gigantische "libelleachtige" insecten met een spanwijdte van maximaal 70 centimeter. Deze gigantische insecten, vaak gezamenlijk 'griffioenen' genoemd, werden voor het eerst geïdentificeerd aan de hand van goed bewaarde fossiele afdrukken in fijnkorrelige sedimentaire gesteenten in Kansas en worden al bijna honderd jaar bestudeerd. Lange tijd was de heersende opvatting dat deze enorme insecten konden bestaan ​​omdat het zuurstofgehalte van de atmosfeer destijds ongeveer 45% hoger was dan nu, wat de noodzakelijke omstandigheden schiep om gigantische insecten te ondersteunen. Een recente studie gepubliceerd in Nature betwist echter deze klassieke verklaring van "een hoog zuurstofgehalte creëert gigantische insecten".

In de jaren tachtig begonnen wetenschappers methoden te ontwikkelen om de samenstelling van de oude atmosfeer te reconstrueren. Gerelateerde technologieën hebben aangetoond dat er ongeveer 300 miljoen jaar geleden een periode van aanzienlijke toename van het zuurstofgehalte in de atmosfeer heeft plaatsgevonden. In 1995 werd in een in Nature gepubliceerde studie deze periode van hoge zuurstof formeel in verband gebracht met het bestaan ​​van gigantische insecten, waarbij de hypothese werd voorgesteld dat "reuzeninsecten meer zuurstof nodig hebben, en een omgeving met veel zuurstof maakt deze omvang mogelijk." Dit idee is gebaseerd op de unieke ademhalingsmethode van insecten: insecten hebben geen longen, maar vertrouwen op het tracheale systeem om zuurstof te transporteren - een netwerk van vertakte luchtpijpen door het hele lichaam, die aan het einde kleine tracheolen vormen, en zuurstof diffundeert langs de concentratiegradiënt naar de vliegspieren. Vanwege de beperkte efficiëntie van diffusie over lange afstanden concludeerden de onderzoekers dat het moeilijk zou zijn om zulke enorme vliegende insecten in stand te houden onder de huidige lagere zuurstofomstandigheden in de atmosfeer, dus gigantische insecten worden als "onhaalbaar" beschouwd in moderne atmosferische omgevingen.

Nieuw onderzoek geeft een ander beeld. Een team onder leiding van Edward (Ned) Snelling van de Universiteit van Pretoria gebruikte elektronenmicroscopie met hoge resolutie om systematisch de relatie tussen de lichaamsgrootte van insecten en het aantal tracheale tubuli in de vliegspieren te analyseren. Ze ontdekten dat bij de meeste insectensoorten de tracheale tubuli doorgaans niet meer dan 1% van het volume van de vliegspieren uitmaken. Deze regel kan ook worden geëxtrapoleerd naar gigantische "griffioenvliegen" van 300 miljoen jaar geleden, inclusief die met een spanwijdte van meer dan 60 centimeter of zelfs bijna 60 cm. Dit betekent dat de zuurstoftoevoerstructuren in de vliegspieren niet veel ruimte in beslag nemen, en dat insecten "evolutionaire mogelijkheden" hebben om het aantal tracheale tubuli te vergroten wanneer dat nodig is, zonder drastische structurele kosten te hoeven betalen.

Op basis hiervan heeft het onderzoeksteam erop gewezen dat de zuurstoftoevoer naar de vliegspieren van insecten niet fundamenteel wordt beperkt door het zuurstofniveau in de atmosfeer. Als het zuurstofniveau in de lucht werkelijk een ‘harde bovengrens’ is voor de maximale grootte van insecten, dan zouden we bij grotere insecten een duidelijke ‘compenserende toename’ in de tracheale tubuli van de vliegspieren moeten zien. Snelling zei dat hoewel er inderdaad een zekere mate van compensatie wordt waargenomen bij grote insecten, deze compensatie, gezien in de algehele structuur, zeer beperkt is en verre van voldoende is om aan te geven dat het zuurstofgehalte in de atmosfeer alleen de bovengrens van de lichaamsgrootte bepaalt.

Om dit verder aan te tonen, vergeleken de onderzoekers insecten ook met vogels en zoogdieren. In het hartspierweefsel van vogels en zoogdieren nemen de haarvaten die worden gebruikt voor het transport van zuurstof ongeveer tien keer zoveel ruimte in beslag als de tracheale tubuli in de vliegspieren van insecten. Roger Seymour, een professor aan de Universiteit van Adelaide die aan het onderzoek deelnam, wees erop dat als zuurstoftransport echt de belangrijkste beperking is voor de lichaamsgrootte van insecten, insecten het potentieel hebben om de investering in tracheale tubuli, zoals gewervelde dieren, "aanzienlijk te vergroten" om de maximale lichaamsgrootte te doorbreken. Deze vergelijking verzwakt verder de enige causale verklaring dat hoge zuurstof de lichaamsgrootte van gigantische insecten bepaalt.

Natuurlijk hebben sommige wetenschappers gewaarschuwd dat het zuurstofniveau in de lucht ‘het vermoeden niet volledig heeft weggenomen’. Zuurstof kan de lichaamsgrootte nog steeds beperken in andere delen van het lichaam van het insect, of in de vroege stadia van de zuurstoftransportketen. Daarom is de hypothese dat "zuurstof de maximale lichaamsgrootte van insecten beperkt" nog steeds moeilijk te zeggen, volledig tenietgedaan. Uit nieuw onderzoek blijkt echter duidelijk dat zuurstof, althans bij de diffusie van tracheale tubuli in de vliegspieren, geen kritische factor is bij het bepalen van het bestaan ​​van gigantische insecten. Dit heeft onderzoekers gedwongen naar andere mogelijke verklaringen te kijken om de open vraag te beantwoorden hoe insecten ooit zo groot werden en waarom ze uiteindelijk verdwenen.

In de huidige discussie worden enkele alternatieve factoren genoemd: naarmate de evolutie vordert, nemen de roofdieren van gewervelde dieren toe, en kan de predatiedruk van vogels, reptielen, enz. een diepgaande invloed hebben op de evolutie van de lichaamsgrootte van insecten; Tegelijkertijd kan de bovengrens van de mechanische sterkte van exoskeletten van insecten ook een structureel "plafond" worden op een bepaalde lichaamsgrootte, waardoor de haalbaarheid van een verdere vergroting van de lichaamsgrootte wordt beperkt. Deze hypothesen ontberen momenteel echter kwantitatief bewijs dat net zo algemeen wordt aanvaard als de ‘hyperoxietheorie’ en moet nog steeds worden geverifieerd door toekomstig onderzoek. Wat zeker is, is dat deze nieuwe analyse van tracheale tubuli en vliegspieren het mysterie van de oorsprong van oude reuzeninsecten nog verwarrender maakt.