一只已灭绝的狮鹫与现存最大型蜻蜓之一——巨型花瓣尾蜻蜓的对比。图片来源：埃斯特尔·梅休，图片由奥尔德里奇·赫西家改编
新研究打破三亿年前巨型昆虫仅受氧气限制的说法
科学家发现昆虫飞行肌肉中气管细枝仅占1%空间，表明氧气并未成为体型限制
在亚利桑那州立大学生命科学学院与彼得堡大学等多国团队的合作下，2026年3月最新研究揭示，三亿年前的巨型蜻蜓状昆虫并非仅因高氧环境而存在。该研究通过高倍率电子显微镜对昆虫飞行肌肉中气管细枝（tracheoles）的空间占比进行细致分析，结果显示即便是体型庞大的griffinflies，其气管细枝所占空间仅为1%或更少，足以满足氧气输送需求，从而否定了以往“高氧限制体型”这一理论。
三亿年前的地球与巨型昆虫三亿年前，地球的大陆已汇聚为盘古大陆，赤道地区被广阔的煤沼森林主宰。高氧气环境导致野火频发。海中鱼类繁盛，陆地由两栖类、爬行动物、爬行节肢动物和巨型蟑螂主宰，天空则被飞行昆虫统治，其中一些昆虫体型巨大。
17英寸（45 cm）翼展的巨型蜻蜓状物种
27英寸（70 cm）翼展的巨型蜻蜓状物种
这些“griffinflies”近一个世纪前在堪萨斯州细粒沉积岩中首次被发现为化石印记。
过去的高氧假说20世纪80年代，地球化学家借助新技术重建过去大气的气体组成，发现三亿年前曾出现过高氧大气时期。1995年，《自然》杂志发表的一项研究指出，该高氧时期与巨型昆虫的出现相吻合，并提出巨型古生代昆虫对氧气需求更高、体型更大，因而需要更高的氧气浓度。
昆虫通过其独特的气管系统获取氧气，气管系统是一种树状分支的气道网络，最终通向最末端的气管细枝（tracheoles）。氧气必须通过浓度梯度在气管细枝中扩散，以为飞行肌肉细胞提供能量。科学家曾推断，今天的低氧水平无法满足如此巨型昆虫飞行肌肉的高氧需求，因此这类巨型昆虫不可能在现今大气中存在。
最新显微镜研究的突破在一项近期发表于《自然》的新研究中，彼得堡大学的Edward（Ned）Snelling团队运用高倍率电子显微镜，评估了体型如何影响飞行肌肉中气管细枝的数量。研究发现，在大多数物种中，飞行肌肉中气管细枝占据的空间通常仅为1%或更少，并且当将这一比例延伸至三亿年前的巨型2英尺（约60 cm）以上的griffinflies时，该观察结果依旧成立。这表明昆虫的飞行肌肉并不受大气氧气水平的限制，因为它们可以轻松地在肌肉中增加气管细枝，而气管细枝占用的空间极小。
“如果大气氧气真的限制了昆虫的最大体型，那么在气管细枝层面应该能看到补偿的证据。” 彼得堡大学动物科学学院副教授、本文第一作者Edward（Ned）Snelling说。“在较大型昆虫中确实存在一定程度的补偿，但从宏观来看，这种补偿是微不足道的。”
“相较之下，鸟类和哺乳动物心肌中的毛细血管所占空间大约是昆虫飞行肌肉中气管细枝的十倍，因此如果氧气输送真的是限制体型的因素，昆虫在进化上有极大的潜力进一步增加气管细枝。” 阿德莱德大学的Roger Seymour教授补充道。
结论与未来展望虽然仍有科学家认为气管细枝前的氧气流动或身体其他部位的氧气运输可能限制体型，但这些新数据明确表明，飞行肌肉中气管细枝的扩散无法成为体型限制。科学家们需要寻找其他原因来解释这些巨型昆虫为何存在。可能的因素包括脊椎动物捕食压力，或外骨骼的生物力学支撑限制。
“如果氧气并未限制昆虫的最大体型，那么其他因素——如脊椎动物捕食或外骨骼的生物力学限制——可能是导致昆虫体型相对较小的真正原因。”
本研究为古生物学界提供了新的视角，指出昆虫体型并非单一由大气氧浓度决定，未来研究将进一步探索古代昆虫体型演化的多因素驱动机制。
勇编撰自论文"Oxygen supply through the tracheolar muscle does not constrain insect gigantism".Nature.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。