Prečo dnes už nelieta po Zemi gigantický hmyz? Roky sa predpokladalo, že za to môže kyslík, no nová štúdia odhalila skutočný dôvod
Pred státisícmi rokov vyzeral život na Zemi diametrálne odlišne. Vo vzduchu lietal gigantický hmyz a výskumníci zisťovali, čo viedlo k jeho zmenšeniu.
Pred približne 300 miliónmi rokov vyzerala Zem úplne inak než dnes. Namiesto kontinentov existoval superkontinent Pangea, rovníkové oblasti zapĺňali obrovské močiarne lesy a atmosféra obsahovala výrazne viac kyslíka. V takomto prostredí lietali tvory, ktoré dnes pôsobia skôr ako sci-fi než realita. Napríklad na Zemi existoval hmyz, ktorý dosahoval rozmery, ktoré dnes nedávajú zmysel.
Na takejto prehistorickej Zemi by sme mohli nájsť napríklad obrovské „vážky“, známe ako griffinflies, s rozpätím krídel až okolo 70 centimetrov, čo je veľkosť, ktorá prekoná mnohé dnešné vtáky. Dlhé roky sa vedci držali teórie, že za väčší vzrast hmyzu mohlo viac kyslíka v atmosfére. Nový výskum ale hovorí, že vysvetlenie leží niekde úplne inde.
Hmyz dýcha úplne inak než človek, nemá pľúca. Kyslík sa dostáva do tela cez sieť drobných trubíc, tracheí, ktoré sa vetvia až do buniek. Celý proces funguje na difúzii. Kyslík sa „posúva“ z miest s vyššou koncentráciou do miest s nižšou.
Vedci z Arizona State University preto predpokladali, že veľký hmyz potrebuje viac kyslíka, najmä na pohon letových svalov. A keďže pred 300 miliónmi rokov obsahovala atmosféra výrazne viac kyslíka, zdalo sa logické, že práve to umožnilo vznik obrovských druhov. Ide o teóriu, ktorá dominovala vo vedeckých diskurzoch celé desaťročia.
Svaly hmyzu hovoria, že kyslík nie je jedinou prekážkou
Tím vedcov teraz použil moderné mikroskopické techniky a pozrel sa priamo na štruktúru letových svalov hmyzu. Zameral sa na to, koľko miesta zaberajú tracheoly, najmenšie vetvy dýchacieho systému. Ukázalo sa, že tieto tracheoly zaberali v svaloch len približne 1 % objemu, často aj menej. A tento pomer sedel aj pri prepočtoch na obrovský praveký hmyz.
Neprehliadni
To znamená, že aj keby hmyz potreboval viac kyslíka, mal dostatok priestoru na rozšírenie dýchacej siete.
„Ak by kyslík skutočne obmedzoval maximálnu veľkosť hmyzu, videli by sme výraznú kompenzáciu na úrovni tracheí,“ hovorí hlavný autor štúdie, Edward Snelling.
Takáto kompenzácia sa však vo výskume objavila len minimálne.
Kde teda leží veľkostná hranica hmyzu?
Zistenie znamená zásadnú vec. Samotný prenos kyslíka v letových svaloch pravdepodobne neobmedzoval veľkosť hmyzu tak, ako si vedci mysleli.
„Kapiláry v srdcovom svale vtákov a cicavcov zaberajú asi desaťnásobne viac priestoru než tracheoly v svaloch hmyzu,“ dodáva spoluautor štúdie, Roger Seymour.
Zaujímavý zlom nastal približne pred 150 miliónmi rokov. Hladina kyslíka opäť rástla, no hmyz sa nezväčšoval, práve naopak, začal sa zmenšovať. Výskumníci veria, že za to môže úplne nový druh predátora, ktorý sa v tom čase na Zemi objavil, vtáky.
Prvé lietajúce stavovce boli rýchle, obratné a dokázali loviť vo vzduchu. Veľký hmyz sa zrazu stal ľahkým cieľom.
Evolúcia tak začala uprednostňovať menšie a manévrovateľnejšie telá. Veľkosť prestala byť výhodou.
Niektoré hypotézy idú ešte ďalej. Podľa nich nebol problém nedostatok kyslíka, ale jeho nadbytok.
Larvy mnohých druhov žili vo vode, kde kyslík dosahoval extrémne hodnoty. Pre malé organizmy to mohlo byť nebezpečné, vysoké koncentrácie spôsobujú oxidačný stres, ktorý poškodzuje bunky.
Jedným zo spôsobov, ako tento problém zmierniť, je rast. Väčšie telo má menší pomer povrchu k objemu, takže kyslík preniká pomalšie.
Gigantizmus tak mohol vzniknúť ako vedľajší efekt snahy prežiť v prostredí „presýtenom“ kyslíkom.
Vzduch mal ešte jednu vlastnosť, ktorá pomáhala obriemu hmyzu
Vyšší obsah kyslíka mal ešte jeden dôsledok, vzduch bol hustejší. Pre lietanie to znamenalo výhodu. Krídla sa mohli lepšie „oprieť“ o vzduch a udržať aj väčšie telo. Obrovské griffinflies tak nemuseli vynaložiť toľko energie na udržanie sa vo vzduchu.
Keď hladina kyslíka neskôr klesla, vzduch sa „zriedil“. Lietanie sa stalo náročnejším, najmä pre veľké telá. Biomechanika teda začala uprednostňovať menšie dizajny.
Autori štúdie hovoria, že obrovský hmyz z praveku prestáva byť jednoduchým príbehom o pomere kyslíka a tela. Nový výskum ukázal, že v realite na evolúciu vplývajú viaceré faktory naraz. V tomto prípade ide o fyziku vzduchu, chemické prostredie, predátorov aj samotnú stavbu tela.
