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颠覆传统认知:石炭纪巨型昆虫的体型演化或与大气氧含量无关

2026-04-13 15:49 Edward Snelling Sci.News 阅读 0
核心摘要: 一项发表于《Nature》的最新研究挑战了“大气氧含量限制昆虫体型”的经典假说。通过高分辨率电子显微镜分析,研究人员发现巨型蜻蜓类昆虫(griffinflies)的飞行肌中气管分布比例极低,并未表现出为应对低氧环境而进行的代偿性演化。这一发现表明,石炭纪巨型昆虫的体型演化可能受到捕食压力或外骨骼生物力学限制等其他因素的驱动,而非单纯受限于氧气扩散效率。

在古生物学界,一个流传已久的观点认为:石炭纪(约3亿年前)大气中极高的氧含量,是当时出现翼展巨大的巨型蜻蜓类昆虫(Griffinflies)的必要条件。长期以来,科学家推测,由于昆虫依赖气管系统(Tracheal system)通过弥散作用将氧气输送至飞行肌,其体型必然受到大气氧浓度梯度的严格制约。然而,由比勒陀利亚大学古生物学家Edward Snelling领导的一项最新研究,通过严谨的微观结构分析,对这一经典假说提出了强有力的挑战。

研究团队利用高功率电子显微镜,深入评估了昆虫体型与飞行肌中气管数量之间的定量关系。实验数据揭示了一个关键事实:在大多数昆虫物种中,气管在飞行肌中占据的空间比例仅为1%或更低。当研究人员将这一比例模型外推至史前巨型蜻蜓时,发现其肌肉组织并未表现出为了适应氧气需求而增加气管密度的代偿性演化特征。

“如果大气氧含量确实是限制昆虫体型上限的瓶颈,那么在气管层面理应观察到明显的代偿性证据,”Snelling博士指出,“虽然大型昆虫确实存在微小的代偿,但从宏观演化角度看,这种补偿微不足道。”阿德莱德大学的Roger Seymour教授进一步对比指出,鸟类和哺乳动物心肌中的毛细血管占据了约10%的组织空间,远高于昆虫气管的占比。这意味着,如果氧气供应真的成为演化瓶颈,昆虫在演化过程中完全有潜力大幅增加气管的投资比例,但事实并非如此。

尽管有学者认为气管上游或其他身体部位的氧气流速可能仍对体型构成限制,但该研究明确证实,飞行肌气管的弥散效率并非限制昆虫体型演化的决定性因素。这一结论迫使科学界重新审视巨型昆虫的演化驱动力。研究人员推测,除了氧气环境,捕食者压力(如脊椎动物的出现)或外骨骼的生物力学支撑极限,可能是塑造史前昆虫体型演化的更核心因素。


Journal Reference: E.P. Snelling et al. Oxygen supply through the tracheolar-muscle system does not constrain insect gigantism. Nature, published online March 25, 2026; doi: 10.1038/s41586-026-10291-3

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