Hace unos 300 millones de años, la Tierra tenía un aspecto muy diferente al de hoy. En ese momento, los continentes estaban conectados en un solo continente llamado Pangea. Había vastos bosques de turberas de carbón cerca del ecuador. El contenido de oxígeno en la atmósfera era significativamente mayor que los niveles actuales. Frecuentes incendios forestales arrasaron esta antigua tierra. Los peces florecieron en el océano y los anfibios, los primeros reptiles y diversos artrópodos ocuparon su lugar en la tierra, incluidas las cucarachas gigantes. Y en el aire, los insectos dominaban los cielos, y algunas especies crecían hasta alcanzar tamaños enormes, superando con creces a sus homólogos modernos.
Entre estos insectos voladores, hay tanto insectos parecidos a efímeras con una envergadura de aproximadamente 45 centímetros como insectos gigantes parecidos a "libélulas" con una envergadura de hasta 70 centímetros. Estos insectos gigantes, a menudo denominados colectivamente "grifos", fueron identificados por primera vez a partir de impresiones fósiles bien conservadas en rocas sedimentarias de grano fino en Kansas y han sido estudiados durante casi cien años. Durante mucho tiempo, la opinión generalizada ha sido que estos enormes insectos podrían existir porque el contenido de oxígeno de la atmósfera en ese momento era aproximadamente un 45% más alto que ahora, lo que proporcionaba las condiciones necesarias para sustentar a los insectos gigantes. Sin embargo, un estudio reciente publicado en Nature cuestiona esta explicación clásica de que "el alto nivel de oxígeno crea insectos gigantes".
En la década de 1980, los científicos comenzaron a desarrollar métodos para reconstruir la composición de la atmósfera antigua. Las tecnologías relacionadas demostraron que hubo un período de aumento significativo en el contenido de oxígeno atmosférico hace unos 300 millones de años. En 1995, un estudio publicado en Nature vinculó formalmente este período de alto contenido de oxígeno con la existencia de insectos gigantes, proponiendo la hipótesis de que "los insectos gigantes necesitan más oxígeno, y un ambiente con alto contenido de oxígeno hace posible este tamaño". Esta idea se basa en el método de respiración único de los insectos: los insectos no tienen pulmones, pero dependen del sistema traqueal para transportar oxígeno: una red de tráqueas ramificadas por todo el cuerpo, que forman pequeñas traqueolas al final, y el oxígeno se difunde a lo largo del gradiente de concentración hacia los músculos de vuelo. Debido a la limitada eficiencia de la difusión a largas distancias, los investigadores concluyeron que sería difícil mantener insectos voladores tan enormes en las condiciones actuales de menor oxígeno atmosférico, por lo que los insectos gigantes se consideran "inalcanzables" en los entornos atmosféricos modernos.
Una nueva investigación ofrece una imagen diferente. Un equipo dirigido por Edward (Ned) Snelling de la Universidad de Pretoria utilizó microscopía electrónica de alta resolución para analizar sistemáticamente la relación entre el tamaño del cuerpo del insecto y el número de túbulos traqueales en los músculos de vuelo. Descubrieron que en la mayoría de las especies de insectos, los túbulos traqueales normalmente no representan más del 1% del volumen de los músculos de vuelo. Esta regla también se puede extrapolar a las "moscas grifo" gigantes de hace 300 millones de años, incluidas aquellas con envergaduras superiores a 60 centímetros o incluso cercanas a 2 pies. Esto significa que las estructuras de suministro de oxígeno dentro de los músculos de vuelo no ocupan mucho espacio y los insectos tienen un "margen evolutivo" para aumentar el número de túbulos traqueales cuando sea necesario sin tener que pagar un costo estructural drástico.
Basándose en esto, el equipo de investigación señaló que el suministro de oxígeno a los músculos voladores de los insectos no está limitado fundamentalmente por el nivel de oxígeno en la atmósfera. Si los niveles de oxígeno atmosférico son realmente un "límite superior estricto" para el tamaño máximo de los insectos, entonces en los insectos más grandes deberíamos ver un claro "aumento compensatorio" en los túbulos traqueales de los músculos de vuelo. Snelling dijo que aunque se observa un cierto grado de compensación en insectos grandes, cuando se mira en la estructura general, esta compensación es muy limitada y está lejos de ser suficiente para indicar que el contenido de oxígeno atmosférico por sí solo determina el límite superior del tamaño corporal.
Para demostrarlo aún más, los investigadores también compararon insectos con aves y mamíferos. En el tejido del músculo cardíaco de aves y mamíferos, los capilares utilizados para transportar oxígeno ocupan una proporción de espacio aproximadamente diez veces mayor que los túbulos traqueales en los músculos de vuelo de los insectos. Roger Seymour, profesor de la Universidad de Adelaida que participó en el estudio, señaló que si el transporte de oxígeno es realmente la limitación clave en el tamaño corporal de los insectos, entonces los insectos tienen el potencial de "aumentar significativamente" la inversión en los túbulos traqueales, como los vertebrados, para superar el límite superior del tamaño corporal. Esta comparación debilita aún más la explicación causal única de que el alto nivel de oxígeno determina el tamaño del cuerpo de un insecto gigante.
Eso sí, algunos científicos han advertido que los niveles de oxígeno atmosférico no han “despejado por completo la sospecha”. El oxígeno aún puede limitar el tamaño corporal en otras partes del cuerpo del insecto o en las primeras etapas de la cadena de transporte de oxígeno. Por lo tanto, la hipótesis de que "el oxígeno limita el tamaño máximo del cuerpo de los insectos" todavía es difícil de afirmar, ha sido completamente revocada. Sin embargo, una nueva investigación muestra claramente que, al menos en la difusión de los túbulos traqueales dentro de los músculos voladores, el oxígeno no es un factor crítico para determinar la existencia de insectos gigantes. Esto ha obligado a los investigadores a buscar otras posibles explicaciones para responder a la pregunta abierta de cómo los insectos crecieron tanto y por qué finalmente desaparecieron.
En la discusión actual, algunos factores alternativos mencionados incluyen: a medida que avanza la evolución, los depredadores vertebrados aumentan y la presión de depredación de aves, reptiles, etc. puede tener un impacto profundo en la evolución del tamaño corporal de los insectos; al mismo tiempo, el límite superior de la resistencia mecánica de los exoesqueletos de insectos también puede convertirse en un "techo" estructural en una determinada escala de tamaño corporal, lo que limita la viabilidad de seguir aumentando el tamaño corporal. Sin embargo, estas hipótesis carecen actualmente de evidencia cuantitativa que sea tan ampliamente aceptada como la "teoría de la hiperoxia" y aún deben ser verificadas mediante investigaciones futuras. Lo cierto es que este nuevo análisis de los túbulos traqueales y los músculos de vuelo confunde aún más el misterio del origen de los antiguos insectos gigantes.