¿Por qué los insectos no pueden alcanzar el tamaño de un ser humano?

Los insectos difícilmente pueden alcanzar el tamaño de un ser humano porque sus tubos ramificados para el aire tienen problemas para suministrar oxígeno a medida que sus cuerpos crecen. El fósil de Meganeura monyi tenía una envergadura de 70 cm (2.3 ft), aproximadamente 2.3 veces la longitud de una regla estándar de 30 cm.

Los gigantes prehistóricos tampoco eran insectos del tamaño de un ser humano

Meganeura era un insecto volador emparentado con las libélulas actuales. Su envergadura indica hasta dónde llegaban sus alas, no la longitud de su cuerpo. El artículo del Natural History Museum sobre las libélulas gigantes (se abre en una pestaña nueva) describe a este insecto del Carbonífero, que vivió cuando los niveles de oxígeno atmosférico eran inusualmente altos.

Titanomyrma giganteum nos da una imagen distinta del tamaño de los insectos antiguos. El cuerpo de su reina medía 5 cm (2 in) de largo, aproximadamente 8.3 veces la longitud de un grano de arroz largo. Esa es una medida del cuerpo, a diferencia de la envergadura de Meganeura, así que los dos fósiles muestran dimensiones distintas, no ejemplos comparables de longitud corporal.

Otro artrópodo prehistórico, Arthropleura armata, alcanzaba los 2.6 m (8.5 ft) desde la cabeza hasta la cola, aproximadamente 1.3 veces la altura de una puerta estándar. Arthropleura era un pariente gigante de los milpiés, no un insecto. Muestra hasta qué tamaño podía crecer un artrópodo prehistórico, pero no se puede contar como un insecto del tamaño de un ser humano.

El aire llega a los insectos a través de tubos ramificados

El sistema respiratorio traqueal de los insectos comienza en unas aberturas situadas a lo largo del cuerpo. Estas aberturas se conectan con tubos ramificados llamados tráqueas, que se dividen en conductos cada vez más finos y llevan el aire cerca de los tejidos. A diferencia de los mamíferos, los insectos no dependen de los pulmones y la sangre para transportar oxígeno por el cuerpo: la red traqueal lleva el aire hacia el interior desde la superficie corporal.

En los extremos más finos de la red, el oxígeno pasa a las células por difusión. Las moléculas se desplazan desde las zonas donde están más concentradas hacia aquellas donde están menos concentradas. Las ramificaciones pequeñas acercan el aire a los músculos y órganos, así que el oxígeno no tiene que viajar desde un pulmón central por todo el cuerpo.

El sistema no siempre funciona de forma pasiva. Algunos insectos mueven el abdomen o usan los músculos para ventilar partes de la red traqueal, impulsando el aire por ella. Los restos fósiles de Meganeura no permiten saber exactamente cómo ventilaba, pero sus alas pertenecían a un insecto que usaba este sistema básico de tubos. La ventilación activa puede hacer circular el aire por los conductos, pero no elimina la dificultad de llevar oxígeno a los tejidos situados en el interior de un cuerpo más grande.

A medida que crece el cuerpo, el suministro de oxígeno se queda atrás

Imagina que agrandamos un insecto sin cambiar su plan básico: el aire sigue entrando por aberturas en el exterior y luego recorre ramificaciones hasta los tejidos. Cuanto más lejos esté un tejido de una abertura, más tendrá que viajar el oxígeno. La difusión es más lenta cuando el trayecto es más largo, mientras que el cuerpo más grande contiene más tejido que consume oxígeno.

Esto importa especialmente para los músculos activos. Los músculos de vuelo necesitan oxígeno para liberar energía, y un insecto volador debe suministrárselo mientras trabajan. Una red de ramificaciones más finas puede acercar el aire a esos músculos, pero la red debe caber dentro del cuerpo y conectarse con sus aberturas. No puede hacer desaparecer la distancia entre la cubierta exterior y cada tejido más profundo.

La reina de Titanomyrma tenía un cuerpo de 5 cm de largo; en un insecto del tamaño de un ser humano, el oxígeno tendría que llegar mucho más adentro del cuerpo. Esta comparación no afirma que Titanomyrma establezca un límite máximo fijo. Muestra el tipo de problema de distancia que aumenta con el tamaño del cuerpo: los tejidos más profundos necesitan un suministro fiable aunque el trayecto desde el exterior sea cada vez más largo.

El oxígeno podría elevar el límite, pero aún habría otros obstáculos

Meganeura vivió durante el Carbonífero, cuando los niveles de oxígeno atmosférico eran inusualmente altos. Una mayor cantidad de oxígeno en el aire circundante podría haber ayudado al sistema traqueal a abastecer a un insecto grande. El estudio sobre el oxígeno atmosférico y el tamaño de los insectos (se abre en una pestaña nueva) examina esa relación. Un mayor nivel de oxígeno es uno de los factores propuestos para explicar el tamaño de los insectos prehistóricos, pero no es una explicación completa por sí solo.

Arthropleura también vivió en los bosques del Carbonífero, pero pertenecía a un linaje de artrópodos distinto. Su longitud no demuestra que los insectos alcanzaran ese mismo tamaño. El artículo de Museum Wales sobre Arthropleura (se abre en una pestaña nueva) trata el transporte de oxígeno en los artrópodos, junto con las exigencias estructurales de un exoesqueleto grande. Más oxígeno podría aliviar el trabajo del sistema traqueal, pero el exoesqueleto aún tendría que sostener al animal.

Un insecto más grande necesitaría que su red respiratoria abasteciera tejidos más alejados de la superficie corporal, y su esqueleto externo tendría que sostener un cuerpo más pesado. El crecimiento también implica la muda: un insecto debe reemplazar su rígida cubierta exterior a medida que crece, en vez de simplemente estirarla como si fuera piel. Ni siquiera unos músculos más fuertes resolverían estos problemas si no pudieran recibir el oxígeno que consumen.

Estas son limitaciones del tamaño de los insectos, no un máximo absoluto demostrado. Un insecto del tamaño de un ser humano necesitaría más que patas enormes: su plan corporal tendría que gestionar conjuntamente el suministro de oxígeno, el soporte y el crecimiento. Bajo la cubierta de un insecto, las tráqueas ramificadas se estrechan hasta llegar a los tejidos, como las ramas más pequeñas de un árbol que se extienden hacia los espacios donde sus células vivas necesitan aire.