史前昆虫曾统治地球，翼展接近1米，为什么它们

在石炭纪（距今3.55亿年～2.95亿年前）之前，树木是不存在的。泥盆纪末大灭绝结束，海洋消退使陆缘海底暴露出来，淡水河流在新增的陆地上纵横切割，沉积淤塞，形成大片富饶肥沃的沼泽和湿地，这才出现了“树木”。但它们与我们今天所知的树木不同，它们是石松类，节蕨类和真蕨类，根系浅，容易倒下。在此期间，它们遍及整个地球大部分地区的沼泽中生长，十几米甚至几十米高的蕨类巨木汇聚成遮天蔽日的雨林，绵延不绝。

不过植物都具有一个共同特征，它们都是由纤维素和木质素组成。树木也恰好是碳的极佳储存者，随着这些树木越长越高以争夺阳光，它们从大气中吸收了越来越多的碳并将其交换为氧气，从根本上改变了大气的组成。

如果是在今天，树木死亡后会分解并释放出碳到环境中。但在石炭纪时期，这没有发生。当时的树木是地球上的一种新生食物，陆地还没演化出能够消化木质素的酶系统，无论巨虫，脊椎动物还是细菌和真菌，都无法快速分解坚固的韧皮组织。因此当这些树木倒下并死亡时，它们留在原地、渐渐被深埋地下。树干缓慢地堆积在沼泽的地球上，经过漫长的地质作用，变成了黝黑的煤炭。石炭纪的名字由来，也是因为全球至少一半的煤炭储量，都来自这个时期形成的沉积岩层中。

因此在大约3亿年前，由于植物狂吸碳猛放氧，只吸碳不排碳，地球犹如一个开足马力生产的光合工场，以至于当时大气中的氧气浓度飙升到35%左右（比今天多出了14个百分点），达到地球有史以来的最高值。

那为什么石炭纪的昆虫会变得如此巨大？

泥盆纪末大灭绝，陆地成为了新的绿洲，蛛形类、多足类和甲壳类动物又展开了新一轮的竞争。而当六足动物从甲壳类分化出来时，陆地上的生态位基本上都被占据了。但那时的天空，还是一片空白的处女地。正在这个时候，昆虫走出逆天改命的一步——演化出飞行能力。

有了翅膀后，正所谓“天高任鸟飞”。昆虫再不用蜷缩在陆地的某个角落，默默地分解垃圾。为此它们演化出针状口器，吸食动植物的汁液。同时树冠层没有天敌威胁，当它们将卵产在树冠层，族群繁殖的成功率翻倍上涨。

不过发表于《美国国家科学院院刊》的一篇研究指出：富氧的大气让昆虫摆脱食物链底层的同时，它们的身体太小，容易出现氧气中毒现象。

我们都知道，昆虫是不使用肺呼吸的。昆虫的呼吸依赖于散布在其体内的一系列微气管或气管，而氧气是被动扩散到整个呼吸系统中，所以根本无法控制氧气的摄入量。因此在大气氧气浓度过高的时候，过小的体型就会出现中毒现象，为了活命，昆虫增大体型，所以出现了翼展接近1米的巨脉蜻蜓。

通常来说，体型变大是一件好事：大型动物在战斗中立于不败之地，可以在资源匮乏时存储更多能量，并更有效地保留热量。当然，石炭纪的昆虫体型为何变大的原因仍存在争论。

那这些史前巨虫又是如何消失的呢？

虽然石炭纪巨虫的体型缩小到现在仍是个谜，但科学家怀疑和环境气候变化、鸟类的出现有关。

大约2.6亿年前，真菌和微生物的生命演化出消化木质素的酶系统，尚未转化为煤炭的树木被迅速消化，其碳被释放回大气中，使得大气中碳氧比率开始达到平衡。而随着气候变得更冷也变得更干燥，绵延无尽的雨林迅速萎缩、瓦解，这一事件被称为“石炭纪雨林崩溃（CRC）”。没有了有利的大气条件和日增的捕食压力，摄取的能量无法维持其庞大的体型，因此那些史前巨虫逐渐萎缩到我们所熟悉的大小。

加州大学教授Matthew Clapham团队建立了一个数据库，该数据库收集了过去3.2亿年昆虫进化过程中种化石昆虫的翼展变化数据。结果发现，在昆虫进化的前1.5亿年中，昆虫的翼展反映了大气中的氧气含量。大气中的氧气越多，环境所能支撑的昆虫就越大。飞行的昆虫需要大量的氧气来支撑其飞行的肌肉，并且由于它们的呼吸管效率低下，因此它们需要高的大气中的氧气水平才能长大。环境中的氧气越多，昆虫可以为其提供氧气的肌肉就越多，而昆虫的体积就越大。

但是，大约在1.4亿年前，情况发生了变化。昆虫的翼展因大气含氧量下降而开始缩小。另外团队注意到，这种变化发生在鸟类首次飞向天空的同时。随着时间的推移，鸟类逐渐形成了能够快速飞行和更好地操纵的飞行结构，于是鸟类开始吃大型昆虫，并与它们争夺食物来源（小型昆虫）。

文章来源：《环境昆虫学报》 网址: http://www.hjkcxbzz.cn/zonghexinwen/2021/1116/1917.html