Trecento milioni di anni fa, i cieli del tardo Paleozoico brulicavano di insetti giganti. Meganeuropsis permianaInsetto predatore simile ad una moderna libellula, con un’apertura alare di oltre 70 cm e un peso di 100 g. I biologi hanno osservato questi antichi colossi e si sono chiesti perché gli insetti non fossero più così grandi. Trent’anni fa ne inventarono uno la risposta Conosciuta come “Ipotesi della limitazione dell’ossigeno”.
Per decenni abbiamo pensato che qualsiasi libellula delle dimensioni di un falco avesse bisogno di aria altamente ossigenata per sopravvivere perché i sistemi respiratori degli insetti sono meno efficienti di quelli di mammiferi, uccelli o rettili. Quando i livelli di ossigeno nell’atmosfera diminuirono, non ce n’era più abbastanza per sostenere gli insetti giganti. “È una spiegazione semplice ed elegante”, ha affermato Edward Snelling, professore di scienze veterinarie all’Università di Pretoria. “Ma questo è sbagliato.”
Respirazione degli insetti
A differenza dei mammiferi, gli insetti non hanno coppie concentriche di polmoni e un sistema circolatorio chiuso che fornisce sangue ricco di ossigeno ai loro tessuti. “Respirano attraverso un tubo interno chiamato sistema tracheale”, ha spiegato Snelling.
L’aria entra nel corpo degli insetti attraverso speciali oblò presenti nel loro esoscheletro chiamati spiracoli. Da lì scorre in tubi più grandi, la trachea, che gradualmente drenano in tubi microscopicamente sottili e con estremità cieca noti come tracheole. Queste tracheole sono incorporate in profondità nei tessuti degli insetti e contengono mitocondri in gruppi cellulari vicini accanto a loro.
Gli insetti possono flettere attivamente i loro corpi per pompare aria nella grande trachea, ma questo pompaggio attivo si ferma proprio all’estremità della linea, la piccola trachea. In questo caso, l’erogazione dell’ossigeno si basa sulla diffusione passiva per attraversare la barriera finale nel tessuto.
Il problema con la diffusione è che è notoriamente lenta. L’ipotesi della limitazione dell’ossigeno sosteneva che man mano che l’insetto cresceva, l’ossigeno doveva viaggiare più in profondità per raggiungere i tessuti.
“Man mano che gli insetti diventano sempre più grandi, la sfida della dispersione diventa maggiore”, ha detto Snelling.
Per evitare che i muscoli soffochino, un grande insetto avrebbe bisogno di tracheole significativamente più larghe o più numerose per mantenere l’apporto di ossigeno, il che implica che deve esserci un punto di non ritorno strutturale. Se un insetto diventa troppo grande, i tubi respiratori necessari per fornire ossigeno ai suoi muscoli occuperanno troppo spazio fisico. Le tracheole affollano proprio le fibre muscolari che stavano cercando di alimentare e lasciano l’insetto con prestazioni di volo gravemente compromesse.
