Ooit vlogen er reuzeninsecten rond op aarde: dit is de reden dat ze zo groot werden

De meeste insecten zijn hooguit een paar centimeter groot en dan al vinden we ze er vaak eng uitzien. Het is dus maar goed dat we niet 300 miljoen jaar geleden op aarde rondliepen. Toen waren er insecten met soms wel een spanwijdte van 70 centimeter. Onderzoekers hebben nu ontdekt dat het niet de grote hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer was waardoor ze zo reusachtig konden worden.

Driehonderd miljoen jaar geleden zag de aarde er totaal anders uit. Er was één supercontinent, Pangea, dat bestond uit uitgestrekte moerasbossen rond de evenaar. De atmosfeer zat vol zuurstof en bosbranden waren aan de orde van de dag. In die wereld krioelde het van het leven: vissen vulden de zeeën, amfibieën en reptielen heersten op land en in de lucht zoemden insecten rond die vele malen groter waren dan hun moderne soortgenoten.

Sommige van die vliegende giganten bereikten indrukwekkende afmetingen. De libelachtige Meganisoptera haalde een spanwijdte tot wel 70 centimeter. Decennialang dachten wetenschappers te weten waarom: meer zuurstof betekende grotere insecten. Maar nieuw onderzoek zet die klassieke verklaring nu op losse schroeven.

Giganten in een zuurstofrijke wereld

De fossiele resten van deze enorme insecten werden bijna een eeuw geleden ontdekt in sedimentgesteenten in de Amerikaanse staat Kansas. Sindsdien proberen wetenschappers te begrijpen hoe zulke grote vliegende insecten mogelijk waren.

In de jaren tachtig ontwikkelden geochemici technieken om de samenstelling van de oude atmosfeer te reconstrueren. Hun conclusie was opvallend: zo’n 300 miljoen jaar geleden lag het zuurstofgehalte ongeveer 45 procent hoger dan nu.

Dat leek perfect te passen bij een invloedrijke studie uit 1995. Daarin werd gesteld dat de enorme omvang van insecten alleen mogelijk was dankzij die zuurstofrijke lucht. Insecten ademen namelijk via een uniek systeem van buisjes, de zogeheten tracheeën, die zuurstof rechtstreeks naar hun cellen brengen.

Omdat zuurstof zich via diffusie door deze buisjes verplaatst, leek het logisch dat grotere insecten simpelweg meer zuurstof nodig hadden. En dus, zo redeneerden wetenschappers, konden zulke reuzen vandaag niet bestaan: de huidige atmosfeer bevat daarvoor te weinig zuurstof.

Microscopisch onderzoek zet theorie onder druk

Nieuw onderzoek, gepubliceerd in Nature, stelt die redenering nu ter discussie. Een internationaal team onder leiding van de Universiteit van Pretoria gebruikte krachtige elektronenmicroscopie om de vliegspieren van insecten tot in detail te bestuderen.

De onderzoekers richtten zich op de tracheolen: de allerkleinste vertakkingen van het ademhalingssysteem die zuurstof direct naar spiercellen brengen. Hun vraag was simpel: neemt het aantal of de omvang van deze structuren toe bij grotere insecten?

Het antwoord bleek verrassend. Tracheolen nemen in de vliegspieren van insecten doorgaans slechts zo’n 1 procent van de ruimte in beslag en dat verandert nauwelijks bij grotere soorten. Zelfs als deze relatie wordt doorgetrokken naar de gigantische Meganisoptera uit het verleden, blijft dat aandeel klein.

Volgens hoofdonderzoeker Edward Snelling wijst dit erop dat zuurstoftransport via tracheolen geen beperkende factor is. “Als zuurstof echt de maximale lichaamsgrootte zou beperken, zouden we duidelijke aanpassingen in deze structuren verwachten”, stelt hij. “Die zien we nauwelijks.”

Ook andere onderzoekers benadrukken dat er nog volop ruimte is voor uitbreiding. Ter vergelijking: bij vogels en zoogdieren nemen haarvaten in hartspieren relatief tien keer zoveel ruimte in als tracheolen bij insecten.

Nieuwe zoektocht naar de echte oorzaak

Betekent dit dat de zuurstoftheorie definitief van tafel is? Niet helemaal. Sommige wetenschappers wijzen erop dat zuurstoftransport elders in het lichaam, vóór het de tracheolen bereikt, nog steeds een rol kan spelen. Maar de beperkende factor ligt niet in de laatste stap van het zuurstoftransport naar de vliegspieren. Daarmee valt een belangrijk fundament onder de klassieke verklaring weg.

De vraag blijft dus: waarom zijn insecten tegenwoordig zo klein? Onderzoekers kijken nu naar alternatieve verklaringen. Zo kunnen roofdieren, met name gewervelde dieren, een rol hebben gespeeld in het klein houden van insecten. Ook biomechanische beperkingen van het exoskelet, het harde pantser van insecten, worden genoemd als mogelijke factor.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Deze barnsteenklompjes tonen mogelijk een samenwerking tussen insecten uit de oertijd en Insecten aangetrokken tot licht? Het antwoord is verrassend (en een vinding van de mens helpt niet mee). Of lees dit artikel: Onmisbare insecten in de knel: verstedelijking jaagt bestuivers weg.

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: