生命在各种环境中都极其丰富。海洋中充满了鱼类，而陆地则是两栖动物、早期爬行动物、爬行节肢动物甚至巨型蟑螂的家园。头顶的天空中属于昆虫，其中一些体型达到了惊人的程度。
拥有巨大翼展的蜻蜓
在这些史前昆虫中，有翼展达17英寸（45厘米）的类蜉蝣物种，以及翼展可达27英寸（70厘米）的类蜻蜓生物。这些巨型昆虫通常被称为“巨脉蜻蜓”，近一个世纪前，人们首次在堪萨斯州细粒沉积岩中发现的化石印痕中鉴定出它们。
几十年来，科学家们认为这些巨型昆虫之所以能够存在，仅仅是因为大气中的氧气含量比今天高出约45%。如今，一项新研究对这一长期存在的观点提出了挑战。
巨型昆虫背后的氧气理论
20世纪80年代，研究人员开发出了能够重建古大气成分的技术。他们的结果表明，氧气含量在大约3亿年前达到峰值。
基于这一发现，1995年发表在《自然》杂志上的一项研究将那个富氧时期与巨型昆虫的存在联系了起来。科学家提出，体型较大的昆虫需要更多的氧气，而较高的大气氧气含量使它们的体型成为可能。
这一解释基于昆虫的呼吸方式。昆虫没有肺，而是依靠一个充满空气的管道网络，称为气管系统。这些管道遍布全身，末端是称为微气管的微小结构。氧气通过扩散作用在这些微气管中移动，顺着浓度梯度到达飞行肌。
由于扩散在较长距离上的效率会降低，研究人员得出结论，现代氧气水平不足以支持巨型飞行昆虫的能量需求。
新研究挑战长期持有的假设
发表在《自然》杂志上的一项新研究提供了一个不同的视角。由比勒陀利亚大学的Edward (Ned) Snelling领导的研究团队，使用高倍电子显微镜检查了昆虫体型与飞行肌中微气管数量的关系。
他们的发现表明，在大多数昆虫物种中，微气管通常仅占飞行肌的1%或更少。即使将这种关系应用于生活在3亿年前的巨型巨脉蜻蜓，这一比例仍然很小。
这表明昆虫的飞行肌不受氧气可用性的限制。由于微气管占据的空间非常小，理论上昆虫可以在没有主要结构限制的情况下增加其数量。
来自现代昆虫的证据
“如果大气氧气真的限制了昆虫的最大体型，那么在微气管层面上应该有补偿的证据，”第一作者、比勒陀利亚大学兽医科学学院副教授Edward (Ned) Snelling说，“较大的昆虫确实存在某种补偿，但在宏观层面上微不足道。”
为了进一步支持这一观点，研究人员将昆虫与脊椎动物进行了比较。在鸟类和哺乳动物中，心肌中的毛细血管占据的空间约为昆虫飞行肌中微气管的十倍。
“相比之下，鸟类和哺乳动物心肌中的毛细血管占据的相对空间约为昆虫飞行肌中微气管的十倍，因此，如果氧气传输真的限制了体型，那么增加微气管投入的进化潜力一定很大，”阿德莱德大学的Roger Seymour教授说。
巨型昆虫体型之谜依旧存在
一些科学家告诫说，氧气可能仍然在限制昆虫体型方面发挥作用，特别是在身体的其他部位或氧气传输的早期阶段。因此，氧气限制昆虫体型的观点尚未被完全排除。
然而，新发现清楚地表明，飞行肌微气管内的氧气扩散并不是限制因素。这意味着研究人员必须探索其他解释，以说明昆虫曾经为何长得如此巨大。
可能的因素包括来自脊椎动物的捕食增加，或昆虫外骨骼的物理限制。目前，巨型昆虫兴起与消失背后的真正原因仍是一个未解之谜。