Novo istraživanje u Nature pokazuje da trahiole — mikroskopski vazdušni kanali koji snabdevaju letne mišiće kiseonikom — zauzimaju samo ~1% zapremine mišića kod širokog spektra insekata. To znači da bi insekti lako mogli povećati ovu mrežu i nadoknaditi niži atmosferski kiseonik, pa hipoteza da je oksigenacija atmosfere bila glavni limit za gigantizam postaje upitna. Fokus se sada prebacuje na ekološke i mehaničke faktore, poput pojave ptica i problema sa disipacijom toplote.
Zašto su nestali džinovski praistorijski insekti? Novo istraživanje menja objašnjenje
The griffinfly, now extinct, once stretched its wings nearly 70 centimeters wide. (CREDIT: Werner Kraus / Wikimedia / CC BY-SA 4.0)
Pre oko 300 miliona godina nebo su patrolirali ogromni insekti nalik važkama — tzv. griffinfly — sa rasponom krila do ~70 cm. Dugo se smatralo da su takvi divovi nestali zato što današnja atmosfera sadrži znatno manje kiseonika nego paleoatmosfera. Novo istraživanje objavljeno u časopisu Nature osporava to objašnjenje i otvara nova pitanja o tome šta zaista ograničava veličinu insekata.
The long-extinct griffinfly (left) dwarfs even today’s heavyweight dragonflies, like the giant petaltail (right). (CREDIT: Estelle Mayhew / Aldrich Hezekiah)
Ključni nalaz
Tim istraživača je tokom pet godina analizirao 1.320 transmisijskih elektronskih mikrografa i odredio zapreminsku gustinu trahiola (mreže mikroskopskih vazdušnih kanala koji dovode kiseonik do mišića) u 44 vrste letećih insekata koje pokrivaju gotovo ceo spektar današnjih veličina. Rezultat: trahiole zauzimaju približno 1% zapremine letnih mišića i taj odnos se gotovo ne menja kroz razliku telesne mase od oko 10.000 puta.
Causation or coincidence: estimated atmospheric oxygen content and insect body size across the Phanerozoic. (CREDIT: Nature)
Zašto to menja prethodnu priču
Prethodno objašnjenje je bilo jednostavno: paleoatmosfera je imala ~30% kiseonika (naspram današnjih ~21%), pa je veći koncentracioni gradijent omogućavao difuzijom do mišića dovesti dovoljno kiseonika za krupnije insekte. Novo istraživanje pokazuje da trahiole zauzimaju toliko malo mesta da bi insekti mogli višestruko povećati njihov broj bez značajnog ugrožavanja prostora za mitohondrije ili strukturne proteine mišića. Modelne analize ukazuju da bi trostruko povećanje trahiolarne gustine moglo >4x povećati kapacitet isporuke kiseonika uz pad maksimalne mehaničke efikasnosti od samo ~2%.
The relative space occupied by tracheoles in the flight muscle of insects increases with body size but is typically 1% or less in most species. (CREDIT: Nature)
„Ovo ukazuje da veličina letećih insekata verovatno nije ograničena atmosferskim nivoom kiseonika...“, rekao je dr Nicholas Payne, koautor istraživanja.
Šta je sa najvećim izumrlim insektima?
Istraživači su projekcijom skaliranja procenili i trahiolarno ulaganje za najveću poznatu griffinfly vrstu Meganeuropsis permiana (procena mase ~100 g) i dobili je na približno 1% — isto kao kod modernih insekata. Nema naznaka da je trahijalni sistem u tim divovima radio blizu fizičkih granica.
The relative space occupied by analogous structures: tracheoles versus capillaries. (CREDIT: Nature)
Koji faktori onda ograničavaju veličinu?
Otvoreno su navedene alternative: ekološki pritisci (npr. pojava ptica i slepih miševa pre ~135 miliona godina koje su lako lovile velike insekte), termoregulacija (disipacija toplote tokom intenzivnog leta), mehanički zahtevi podizanja velike mase, ograničenja otvorenog cirkulatornog sistema u isporuci goriva i strukturna ograničenja egzoskeleta (posebno tokom presvlačenja).
Širi uticaj
Nalaz ima implikacije i za savremene debate o tome kako zagrevanje i deoksigenacija okeana mogu uticati na veličinu riba i drugih životinja. Ako organizmi mogu anatomski fleksibilnije kompenzovati niži kiseonik nego što je zamišljano, predviđanja o skraćenju veličina u odgovor na smanjen kiseonik mogu biti komplikovanija.
Zaključak: Atmosferski kiseonik više ne deluje kao jedinstveno ili neoborivo fiziološko objašnjenje za gigantizam praistorijskih insekata. Umesto toga, pažnja se preusmerava na ekološke i mehaničke faktore koji su mogli ograničiti veličinu, naročito posle pojave vazdušnih predatora.
Ishodi istraživanja objavljeni su u časopisu Nature.
Pomozite nam da budemo bolji.
