Milioni di anni fa, libellule giganti volavano sulla Terra grazie ad ali ampie oltre 70 centimetri. Secondo l'opinione comune, l'esistenza di insetti giganti era resa possibile soprattutto da livelli di ossigeno più elevati rispetto a quelli odierni, e un nuovo esperimento sembrerebbe essere una parziale prova a sostegno di questa teoria.

Non tutti gli insetti, però, raggiungono dimensioni giganti in presenza di alti livelli di ossigeno. E' il caso degli scarafaggi, che non sembrano aver modificato le loro dimensioni dal passato ad oggi. La questione non è se maggiore o minore ossigeno possa ingrandire o ridurre le dimensioni di un animale, ma come differenti specie siano in geado di reagire al cambiamebto della quantità di ossigeno atmosferico.

Le chiavi per comprendere questi meccanismi sembrano essere i condotti tracheali che gli insetti utilizzano per respirare. Una volta stabilito come crescenti livelli di ossigeno possano creare modifiche nelle dimensioni di questi condotti negli insetti moderni, potrebbe essere possibile formulare un quadro più chiaro sull'ossigeno di milioni di anni fa, studiando le dimensioni dell'apparato respiratorio degli insetti fossili.

"Il nostro interesse principale è su come i livelli di ossigeno nell'antichità possano aver influenzato l'evoluzione degli insetti" dice John VandenBrooks, della Arizona State University. Per fare questo, il team di VandenBrooks ha deciso di osservare la plasticità degli insetti moderni cresciuti in ambienti a differenti concentrazioni di ossigeno.

Come cavie sono stati utilizzati scarafaggi, libellule, cavallette, vermi e altri insetti, ponendoli in atmosfere artificiali in grado di simulare differenti livelli di ossigeno.

Si è osservato che gli insetti, come detto in precedenza, reagiscono in modo diverso al cambiamento della concentrazione di ossigeno atmosferico. Le libellule, per esempio, crescono più velocemente del normale, mentre gli scarafaggi rallentano la loro crescita.

Ma è interessante osservare come ben dieci specie di insetti su dodici, se espose in ambienti a basso tasso di ossigeno, diminuiscano le loro dimensioni medie.

"Le libellule erano gli insetti più difficili da far crescere" ha detto VandenBrooks, perchè gli esemplari giovani devono nutrirsi di prede vive. "Le libellule sono notoriamente difficili da portare a maturità in condizioni di laboratorio".

Risolti i problemi sull'allevamento delle libellule, il team di ricerca ha fatto crescere tre set di libellule, composti da 75 esemplari ciascuno, in un'atmosfera contenente il 12% di ossigeno (livello basso), 21% (come i livelli attuali) e 40%. Allo stesso modo è stato fatto per gli scarafaggi e le altre specie di insetti.

Sebbene ci si aspettasse che gli scarafacci potessero crescere più grandi e più velocemente del normale in ambienti ad alta concentrazione di ossigeno, la sorpresa è stata grande nel vedere che fanno proprio l'opposto: rallentano lo sviluppo, rimanendo allo stadio di larva per un tempo più lungo.

Per ottenere qualche risposta a questa sorpresa, sono stati analizzati i condotti tracheali degli scarafaggi all' Argonne National Lab, scoprendo che questi condotti erano più sottili in scarafaggi esposti ad alti livelli di ossigeno, probabilmente per via del fatto che parte dei tessuti vengono adibiti ad altre funzioni, come l'alimentazione o la riproduzione.

Gli scarafaggi cresciuti con poco ossigeno, invece, devono ridurre alcune funzionalità per consentire ai condotti tracheali di crescere, e permettere quindi la sopravvivenza in ambienti con scarso ossigeno atmosferico.

Il prossimo passo sarà quello di verificare le dimensioni dei condotti tracheali degli insetti fossilizzati, per avere un'idea più chiara di quali fossero i livelli di ossigeno nel passato. "Ci sono state molte ipotesi circa l'impatto dell'ossigeno sull'evoluzione degli animali, ma nessuno le ha mai testate per davvero" dice VandenBrooks. "Per cui abbiamo usato un approccio doppio: primo, studiare gli insetti moderni in ambienti con diverse concentrazioni di ossigeno; secondo, studiare gli insetti fossili e capire i cambiamenti dell'ossigeno nel passato".