(Comparison of an extinct griffinfly alongside one of the largest living dragonflies, the giant petaltail. Credit: Estelle Mayhew, adapted from image by Aldrich Hezekiah)
(Insect flight muscle, captured in fine detail with an electron microscope, showing the air-filled tracheoles that supply oxygen directly to the cells. Credit: Antoinette Lensink)
(Insect flight muscle (left) compared against mammalian cardiac tissue (right), contrasting the different size and space needed to accommodate the oxygen-supply structures of insects (tracheoles; profiles outlined in yellow) versus mammals (capillaries). Credit: Antoinette Lensink and Edward Snelling)
3억 년 석탄기에는 지구 대기 중 산소 농도가 지금보다 높았던 것으로 알려져 있습니다. 이 시기 지구의 대륙은 거대한 나무들도 덮혀 있었고 이들이 내뿜는 막대한 양의 산소가 대기 중 산소 농도를 30% 이상으로 높였던 것입니다. 덕분에 석탄기에는 지금은 볼 수 없는 거대 절지동물과 곤충이 등장했습니다. 이 가운데 대표적인 종인 고대의 거대 잠자리인 메가네우라입니다.
메가네우라는 사실 현재의 잠자리와 같은 종류는 아니고 다른 목에 속하지만, 외형상 잠자리와 거의 똑같습니다. 다른 점은 날개 너비가 70cm에 달할 정도로 크고 당시 날아다니던 날짐승 가운데 가장 커서 지금의 최상위 포식자와 같은 지위를 지니고 있다는 것입니다. 하지만 이런 거대 곤충류는 지구의 산소 농도가 떨어지면서 자취를 감추게 됩니다.
다만 산소 농도가 석탄기 거대 곤충의 크기를 설명해줄 유일한 이유인지에 대해서는 아직도 논쟁이 계속되고 있습니다. 프리토리아 대학교의 에드워드(네드) 스넬링(Edward (Ned) Snelling of the University of Pretoria)이 이끄는 연구팀은 고출력 전자 현미경을 사용하여 신체 크기가 비행 근육의 기관지 수에 어떤 영향을 미치는지 평가했습니다.
곤충의 호흡기는 나뭇가지처럼 펼쳐진 작은 기관지로 이뤄져 있습니다. 외골격 시스템을 사용하다보니 척추동물처럼 폐를 진화시키진 못하고 외골격에서 이어진 구멍을 따라 작은 기관지로 확산되는 산소를 이용하는 것입니다. 따라서 곤충 같은 절지동물은 물속보다 육지에서 아무래도 크기의 제약이 있을 수밖에 없습니다. 다만 지금보다 산소 농도가 높다면 몸집을 좀 더 키우는데 유리했을 것으로 볼 수 있습니다.
하지만 연구팀이 전자 현미경으로 실제 곤충의 비행근육을 조사한 결과 근육에서 기관관이 차지하는 공간이 대부분의 종에서 일반적으로 1% 이하에 불과하며, 이러한 관찰 결과가 3억 년 전에 살았던 고대 곤충에서도 동일하게 나타난다는 사실을 발견했습니다. 이는 곤충의 비행근육이 대기 중 산소 농도에 제약을 받지 않는다는 것을 시사합니다. 기관관이 차지하는 공간이 매우 작기 때문에 만약 산소가 부족하다면 근육 내에 기관관을 쉽게 추가할 수 있기 때문입니다.
또 연구팀은 44종, 1,320개 전자현미경 이미지를 분석해 비행근 내 미세기관 (tracheole) 비율이 체질량 10,000배 변화에도 약 1.8배만 증가한다는 점을 확인했습니다. 이는 실제로 호흡이 크기를 제한하는 주요 요소가 아닐 수 있다는 점을 보여줍니다.
다만 이 주제는 상당히 논쟁의 대상이 될 수 있습니다. 다른 과학자들은 기관지 상류 또는 신체의 다른 부위에서의 산소 흐름이 여전히 몸 크기를 제한할 수 있다고 반박하며, 따라서 산소 부족이 곤충의 최대 크기를 제한한다는 이론이 완전히 틀린 것은 아닐 수도 있다고 주장합니다. 실제로 고농도의 산소에서 곤충을 키울 경우 더 커지는 경향을 확인할 수 있습니다.
확실하게 말할 수 있는 것은 크기는 여러 가지 요소에 영향을 받는다는 것입니다. 산소 농도는 기관지를 추가해서 어느 정도 극복이 가능할 수 있으나 비용 효율적이지 않아서 생존에는 유리하지 않을 수 있습니다. 또 중생대 이후로는 익룡과 조류, 신생대에는 조류와 박쥐의 등장으로 인해 큰 비행 곤충이 생존에 그다지 유리하지 않게 된 것 역시 사실입니다.
그럼에도 최대 크기를 결정하는 가장 중요한 요소가 산소인지 아닌지는 앞으로도 게속 뜨거운 논쟁의 대상이 될 것으로 보입니다.
참고
https://phys.org/news/2026-03-massive-insect-body-size-million.html
Edward Snelling, Oxygen supply through the tracheolar muscle does not constrain insect gigantism, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10291-3. www.nature.com/articles/s41586-026-10291-3
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