翼展半米的巨脉蜻蜓等巨型昆虫生活在3亿年前的地球上。图片来源：MARK GARLICK/SCIENCE SOURCE

一项3月25日发表于《自然》的研究表明，远古时期巨大飞行昆虫的肌肉吸收氧气的能力，并不比现在体形较小的同类更为出色。

“这项研究或许给古代昆虫很大是因为更多氧气的观点带来致命一击。”美国佛罗里达自然历史博物馆的Caleb Gordon说。

大约3亿年前，翼展半米的巨型蜻蜓状昆虫从远古盘古大陆的森林中飞过。科学家一直在争论，是什么让这些“巨脉蜻蜓”及类似的可怕飞行昆虫在石炭纪长得如此巨大。当时大气中的氧气比现在多，教科书上的假说认为，这些巨型昆虫进化出更多的呼吸管道，可以将氧气输送到肌肉，从而不断生长。

不同于脊椎动物通过复杂的循环系统主动将血液泵送到肌肉中，昆虫会用一种更简单、更缓慢的扩散过程将氧气通过呼吸管道输送出去。昆虫体形越大，氧气传播的表面积就越大。因此，体形更大的昆虫需要更多的氧气和更多的气管，才能有效地将氧气输送到肌肉。

“这一观点由来已久，在如今的文献中也很普遍。”论文第一兼通讯作者、南非比勒陀利亚大学的Edward Snelling说。

在石炭纪，巨大的苔藓和其他植物向大气中释放了大量氧气。当时的大气氧含量约为30%，而今天是21%。但是，如此丰富的氧气真的造就了巨大的昆虫吗？

为验证这一观点，Snelling和同事将目光聚焦于气管。这是昆虫呼吸管的分支系统，负责将氧气输送到组织。他们研究了44种现代昆虫飞行肌肉中的气管。这些昆虫来自多个目，大小各异。

研究人员利用高倍电子显微镜，扫描并模拟了昆虫体形大小与气管数量的关系，还详细分析了气管体积随体形大小变化的规律。研究发现，无论体形大小，气管在昆虫肌肉中的比例都不到1%。接下来，他们分析了有史以来最大的昆虫——3亿年前重100克的巨脉蜻蜓的气管与肌肉的比例，发现与现代昆虫一样，它的气管在肌肉中的比例也低于1%。

Snelling说，这一发现表明，相对于体形，这些远古巨虫输送到肌肉的氧气量，并不比体形较小的现代昆虫多。尽管体形较大的昆虫的气管数量确实增加了，但幅度很小。

阿根廷布宜诺斯艾利斯大学的Pablo Schilman表示，这项研究令人信服。“它直接检验并挑战了一个自20世纪60年代以来就被广泛接受的假说。”

那么又是什么让现代昆虫比它们的“巨人”祖先要小得多呢？Snelling说，最简单的解释是捕食者也变大了，最终将体形较大的昆虫吞食殆尽。

“巨型昆虫出现的时候，鸟类和蝙蝠还没有出现。”Snelling说，“体形大的昆虫更容易被鸟类和蝙蝠捕获，这促使它们保持较小的体形。”

Snelling表示，不管原因是什么，他们的研究都对“氧气水平曾限制昆虫体形大小”的旧观点提出了强烈质疑。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10291-3