U prošlosti su se na Zemlji, osim gigantskih dinosaura, mogla pronaći i vretenca s rasponom krila do 70 centimetara. Ovakav nevjerojatan rast danas nježnih kukaca pripisuje se većoj razini kisika u atmosferi tijekom prošlosti Zemlje. Ima li veze veličina vretenaca, žohara i skakavaca s količinom kisika koju danas udišemo, otkrijte u nastavku.
Razvitak divovskih vretenaca (Odonata – Anisoptera) drevne Zemlje generalno se pripisuju većim razinama kisika u atmosferi tijekom prošlosti. Novi eksperimenti s uzgojem suvremenih vrsta kukaca u različitim atmosferskim uvjetima potvrdili su da vretenca rastu veća u prisutnosti veće koncentracije kisika, tj. hiperoksije. No, nisu svi insekti bili veći kada je tijekom prošlosti bilo više kisika. Kao primjer možemo spomenuti žohare (Dictyoptera – Blattodea) među kojima najveći primjerci ikada trenutno šetaju Zemljom. Pitanje koje se postavlja je kako i zašto različite grupe kukaca odgovaraju na promjene u koncentraciji atmosferskog kisika. Rješenje se može potražiti u šupljem sustavu cjevčica (traheola) kojeg kukci koriste za disanje. Bolje razumijevanje promjena tog sustava kod suvremenih kukaca može omogućiti korištenje fosilnih vrsta kao „uređaje” za očitavanje razina kisika tijekom prošlosti.
„Naše glavno područje intresa je kako su razine kisika tijekom prošlosti utjecale na evoluciju kukaca”, kaže John VandenBrooks s Državnog sveučilišta u Arizoni (Tampa). Da bi u tome uspjeli, odlučili su proučavati plastičnost s
uvremenih kukaca uzgojenih u uvjetima različite koncentracije kisika. Tim znanstvenika uzgajao je žohare, vretenca, skakavce (Orthoptera), kukce brašnare (Coleoptera – Tenebrionidae) i još nekoliko vrsta kukaca u atmosferama koje su sadržavale različite koncentracije kiska.
Jedan od rezultata pokazao je da vretenca rastu brže u veće odrasle oblike u uvjetima hiperoksije. S druge strane, žohari su rasli sporije i nisu se razvili u veće odrasle oblike. Sveukupno gledano, 10 od 12 vrsta proučavanih kukaca razvilo se u manje odrasle oblike u uvijetima niže razine kisika. Međutim, bilo je različitih rezultata kada su ih smjestili u uvjete s višim razinama kisika. Od svih insekata, vretenca predstavljaju najveći izazov za uzgoj jer, između ostalog, ne postoji posebna vrsta hrane za njih. U početku svog životnog ciklusa moraju loviti živi plijen te su studenti koji rade s dr. VandenBrookom, Elyse Munozi Michael Weed morali ručno hraniti vretenca svaki dan. Budući da su vretenca iznimno teška za uzgoj, ova skupina znanstvenika je jedna od rijetkih koja je uspjela uzgojiti ih do odraslih stadija u laboratorijskim uvjetima.
Nakon što su riješili problem hranjenja, uzgajali su tri skupine vretenaca (od 75 jedinki) u atmosferama koje su sadržavale 12% (najniža koncentracija kisika u prošlosti), 21% (kao današnja koncentracija kisika) i 31% kisika (najveća koncentracija kisika u prošlosti).
Žohari, kao što svatko tko je kod kuće imao iskustva s njima zna, puno se lakše uzgajaju. To je omogućilo znanstvenicima da uzgoje sedam skupina žohara (od 100 jedinki) u sedam različitih atmosfera u rasponu od 12% do 40% kisika, oponašajući raspon drevnih razina kisika u Zemljinoj atmosferi. Žoharima je bilo potrebno gotovo dvostruko više vremena da se razviju u uvijetima s više kisika. „To je bilo upravo suprotno od onoga što smo očekivali!”, kaže dr. VandenBrook. Jedna mogućnost je da su žohari uzgojeni u uvjetima hiperoksije ostajali duže u svojoj ličinačkoj fazi, možda zato što su čekali da se njihov okoliš promijeni na niže, za njih možda manje stresne koncentracije kisika.
Ovaj iznenađujući rezultat potaknuo je znanstvenike da bolje pogledaju sustav za disanje kod žohara – njihove traheje. One su zapravo šuplje cijevčice u tijelu kukaca koje dopuštaju plinovitom kisiku da direktno uđe u tkiva kukca.
VandenBrooks i njegova ekipa znanstvenika su uz pomoć posebnog uređaja (sinkrotrona) promatrali traheje žohara uzgojenih u atmosferskim uvjetima s većom koncentracijom kisika. Pronašli su da su traheje žohara iz hiperoksičnih uvjeta manje nego u žohara koji su odrasli u uvjetima s manje kisika. Smanjenje veličine cjevčica za disanje, bez povećanja ukupne veličine tijela, omogućuje žoharima da ulože više energije u tkiva koja su važna za ostale vitalne funkcije osim disanja – poput hranjenja i razmnožavanja. Žohari uzgojeni u uvjetima s manje kisika morali bi odustati od ulaganja u ta druga tkiva da bi mogli disati.
Idući korak, kako kaže VandenBrook, bit će detaljnije promatranje traheja fosilnih kukaca iz jantara da bi se vidjelo što oni imaju za reći o koncentracijama kisika u različitim razdobljima Zemljine prošlosti. „Bilo je mnogo teorija o utjecaju razine kisika na evoluciju životinja, no nitko ih nije zapravo testirao. Zato smo mi upotrijebili dvosmjerni pristup: 1. proučavanje suvremenih vrsta kukaca u različitim koncentracijama kisika i 2. proučavanje fosilnih kukaca te razumijevanje promjena tjekom prošlosti u svjetlu ovih rezultata”, zaključuje dr. VandenBrooks.
Izvori: Esciencenews.com, Sciencedaily.com // Biologija.com.hr