3644
300 мільйонів років тому над кам’яновугільними болотними лісами ширяли бабкоподібні створіння з розмахом крил 70 сантиметрів — завбільшки з невеликого яструба. Протягом 30 років наука пояснювала це просто: тоді в атмосфері було на 45% більше кисню, ніж сьогодні, і лише тому комахи могли досягти таких розмірів. Як повідомляє ScienceDaily з посиланням на Університет штату Арізона та Університет Преторії, нова публікація в Nature ці 30 років пояснення скасовує: система дихання комах виявилась принципово не обмеженою киснем. Трахеоли займають лише ~1% польотної мускулатури і теоретично мають колосальний еволюційний простір для збільшення. Справжня причина появи і зникнення гігантських комах знову стала відкритим питанням.
Що відомо коротко
- : Snelling E.P., Lensink A.V., Clusella-Trullas S., Weldon C., Lehmann P., Terblanche J.S., Payne N.L., Harrison J.F., Hickey A.J.R., Donaldson A., Deschodt C.M., Seymour R.S. «Oxygen supply through the tracheolar–muscle system does not constrain insect gigantism», Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10291-3.
- Установи: Університет Преторії + Університет штату Арізона (Harrison) + Університет Аделаїди (Seymour) + інші.
- Метод: потужна електронна мікроскопія — вимірювання частки трахеол у польотній мускулатурі для широкого спектру видів комах різного розміру.
- Ключовий результат: трахеоли займають ~1% або менше обсягу польотних м’язів у більшості досліджених видів — незалежно від розміру.
- Порівняння з хребетними: капіляри в серцевому м’язі птахів і ссавців займають ~10 разів більше відносного простору, ніж трахеоли в польотних м’язах комах — при тому, що метаболічні потреби польоту надзвичайно великі.
- Висновок: якби кисень справді обмежував розмір — трахеол мало б бути значно більше. Цього немає. Отже, кисень не є обмежувальним фактором.
- Деякі вчені обережно зауважують: кисень може обмежувати інші частини тіла або ранні стадії транспорту — питання остаточно не закрите.
- Нові гіпотези: хижацтво хребетних (птахоподібні рептилії), фізичні обмеження екзоскелету.
Що це за явище
Сучасні комахи вже наближаються до своїх теплових меж через кліматичні зміни — але 300 млн р. тому їхні предки стикались із зовсім іншою проблемою: вони росли до неймовірних розмірів. Ці «грифонові мухи» (griffinflies) — Meganeuropsis permiana — залишили відбитки у тонкозернистому осадовому камені Канзасу і досі вражають уявою.
Класичне пояснення — «кисневий гігантизм» — з’явилось у 1995 р. в Nature. Воно базувалось на реконструкції давньої атмосфери: близько 300 млн р. тому O₂ складав ~35% (проти сучасних 21%). Запропонована логіка: оскільки комахи дихають через систему трубок (трахеї і трахеоли), що переносять кисень до м’язів дифузією, а дифузія неефективна на великих відстанях, то більший розмір вимагав більшої концентрації O₂. Теорія здавалась елегантною — і проіснувала 30 років.
Деталі відкриття
Снеллінг і команда підійшли до проблеми інакше: замість реконструювати давні умови, вони поміряли реальну анатомію сучасних комах. Якщо кисень дійсно обмежує розмір, то більші комахи мали б мати більшу частку трахеол у польотних м’язах — адже їм потрібно більше кисню через більшу відстань.
Електронна мікроскопія показала: ні. У всіх досліджених видів — від дрібних мух до великих жуків — трахеоли займають не більше 1% обсягу польотних м’язів. Навіть якщо екстраполювати ці дані на максимальні розміри griffinfly, пропорція залишається малою. «Якщо б кисень справді встановлював межу максимального розміру, мав би бути доказ компенсації на рівні трахеол. Є деяка компенсація у більших комах, але вона незначна у широкому масштабі», — говорить Снеллінг.
Що показали нові спостереження
Переосмислення довговічних теорій через нові анатомічні дані вже відбувалось у палеонтології: аналіз кісток ящірок через КТ-сканування перевернув уявлення про еволюцію Squamata. Тепер те саме відбувається з комахами — але через електронну мікроскопію.
Цікаво: дослідники зіставили систему дихання комах з серцем птахів і ссавців. У хребетних капіляри серцевого м’яза займають близько 10% його обсягу — у 10 разів більше, ніж трахеоли у польотних м’язах комах. А між тим, серце і польотні м’язи мають порівнянно інтенсивний метаболізм. Це означає: комахи мають колосальний «запас» для збільшення трахеол, якби кисень справді бракував. Але вони цей запас не використовують — і ніколи не використовували.
Чому це важливо для науки
Цікаві факти про коників і бабок показують, наскільки дивовижно ефективна трахеальна система: бабка може перехопити здобич у 95% випадків переслідування — більше, ніж будь-який наземний хижак. Ця ефективність прямо пов’язана з постачанням кисню до польотних м’язів. Тепер виявляється, що ця система виявилась набагато «просторішою», ніж вважалось.
Якщо кисень не пояснює гігантизм, що пояснює? Дослідники називають два кандидати. Перший — хижацтво: з появою великих крилатих рептилій і ранніх птахів у пізньому пермі і тріасі наявність великих хижаків могла зробити гігантизм «еволюційно невигідним». Другий — фізичні обмеження екзоскелету: хітинові покриви складніше підтримувати в стабільному стані при дуже великих розмірах, особливо при линянні.
Цікаві факти
Meganeuropsis permiana — найбільша комаха з усіх, що будь-коли існували: розмах крил до 71 см, довжина тіла до 43 см. Її скам’янілості знайшли у 1940 р. у відкладеннях пермського періоду Канзасу. Вона вже не є бабкою в сучасному розумінні — це представниця вимерлого ряду Meganisoptera, або «грифонових мух», що з’явились у карбоні і вимерли в кінці пермі разом із 90% усіх видів. Джерело: Snelling et al., Nature 2026.
Трахеальна система комах — геніальне еволюційне рішення: замість крові з гемоглобіном (як у хребетних), повітря надходить безпосередньо до тканин через розгалужену сітку трубок. Трахеї відкриваються назовні через стигми (дихальця) на черевці і грудях. Менші гілки — трахеоли — закінчуються в клітинах і підтримують надзвичайно ефективний газообмін навіть під час польоту з частотою 500+ ударів крил за секунду. Джерело: Arizona State University, 2026.
Карбоновий (кам’яновугільний) ліс — один із найдивовижніших екосистем в історії Землі. Густі болотисті ліси гігантських плаунів (Lepidodendron, до 30 м), хвощів і папоротей покривали екватор суперконтиненту Пангея. Рівень O₂ ~35% підвищував ризик пожеж — що добре підтверджується частими вугільними прошарками. Саме рештки цих лісів утворили більшість сучасних кам’яновугільних родовищ — звідси і назва «кам’яновугільний» (карбоновий) період. Джерело: Berner R.A., Science 2006.
Класична теорія «кисневого гігантизму» 1995 р. базувалась на кореляції між реконструкціями атмосферного O₂ і максимальними розмірами скам’янілих комах. У науковій літературі кореляція часто помилково сприймається як причинно-наслідковий зв’язок. Нова робота Снеллінга — рідкісний приклад механістичного тесту гіпотези: замість просто простежити кореляцію, вчені перевірили фізіологічний механізм, що мав би підтверджувати теорію — і не знайшли його. Джерело: Nature 2026, DOI: 10.1038/s41586-026-10291-3.
FAQ
Чи означає це, що рівень кисню взагалі не впливав на розмір давніх комах? Не обов’язково повністю. Деякі вчені вказують, що кисень може обмежувати інші частини тіла (наприклад, центральну нервову систему або личинкові стадії у воді) або більш ранні етапи системи транспорту кисню. Але конкретний механізм «нестача O₂ у польотних м’язах = менший розмір», який був центральним у теорії 1995 р., — спростований.
Чому griffinfly вимерли в кінці пермського періоду? Велике Пермське вимирання (~252 млн р. тому) знищило ~90% усіх видів на Землі — це найбільша масова загибель в історії життя. Griffinfly вимерли в цій катастрофі. Але чому вони не відновились після неї — поки незрозуміло. Поява літаючих хребетних (птерозаврів, пізніше птахів) могла зробити повторну появу великих комах еволюційно невигідною.
Які ще теорії пропонуються для пояснення гігантизму? Наразі кандидати: (1) відсутність хижаків з поза-комашиного світу (перші великі крилаті хребетні ще не з’явились); (2) рясна їжа в карбонових лісах; (3) «гонка озброєнь» між комахами — де більший розмір давав перевагу в хижацтві або захисті. Але жодна з цих гіпотез ще не отримала такого ж масштабного кількісного підтвердження, як спростування кисневої теорії.
Гігантські комахи не потребували надлишку кисню — нова загадка з’явилася спочатку на Цікавості.
