Por que os insetos não podem atingir o tamanho de um ser humano?

Os insetos não conseguem crescer facilmente até atingir o tamanho de um ser humano porque seus tubos de ar ramificados têm dificuldade para fornecer oxigênio à medida que o corpo aumenta. O fóssil de Meganeura monyi tinha envergadura de 70 cm (2.3 ft), cerca de 2.3 vezes o comprimento de uma régua comum de 30 cm.

Os gigantes pré-históricos ainda não eram insetos do tamanho de seres humanos

Meganeura era um inseto voador aparentado com as libélulas atuais. Sua envergadura mostra a extensão de suas asas, não o comprimento do corpo. O relato do Museu de História Natural sobre libélulas gigantes (abre em uma nova guia) descreve esse inseto do Carbonífero, que viveu quando os níveis de oxigênio atmosférico eram excepcionalmente altos.

Titanomyrma giganteum dá outra ideia do tamanho dos insetos antigos. O corpo de sua rainha media 5 cm (2 in) de comprimento, cerca de 8.3 vezes o comprimento de um grão longo de arroz. Essa é uma medida do corpo, ao contrário da envergadura de Meganeura; portanto, os dois fósseis mostram dimensões diferentes, e não exemplos comparáveis de comprimento corporal.

Outro artrópode pré-histórico, Arthropleura armata, chegava a 2.6 m (8.5 ft) da cabeça à cauda, cerca de 1.3 vezes a altura de uma porta comum. Arthropleura era aparentado às centopeias gigantes, não era um inseto. Ele mostra o tamanho que um artrópode pré-histórico podia atingir, mas não pode ser considerado um inseto do tamanho de um ser humano.

O suprimento de ar dos insetos percorre tubos ramificados

O sistema respiratório dos insetos, baseado em tubos de ar, começa em aberturas ao longo do corpo. Essas aberturas se conectam a tubos ramificados chamados traqueias, que se dividem em passagens cada vez mais finas e levam o ar para perto dos tecidos. Diferentemente dos mamíferos, os insetos não dependem dos pulmões e do sangue para transportar oxigênio pelo corpo; a rede de traqueias leva o ar da superfície do corpo para dentro.

Nas extremidades mais finas da rede, o oxigênio chega às células por difusão. As moléculas se espalham de regiões onde estão mais concentradas para regiões onde estão menos concentradas. Os ramos pequenos levam o ar para perto dos músculos e dos órgãos, de modo que o oxigênio não precisa viajar desde um pulmão central por todo o corpo.

Esse sistema nem sempre é passivo. Alguns insetos movimentam o abdômen ou usam os músculos para ventilar partes da rede de traqueias, fazendo o ar circular por ela. Os restos fósseis de Meganeura não mostram exatamente como ela ventilava, mas suas asas pertenciam a um inseto que usava esse sistema básico de tubos. A ventilação ativa pode movimentar o ar pelas passagens, mas não elimina a dificuldade de levar oxigênio aos tecidos profundos de um corpo maior.

À medida que o corpo cresce, o fornecimento de oxigênio fica para trás

Imagine aumentar o tamanho de um inseto mantendo o mesmo plano básico: o ar ainda entra por aberturas externas e depois percorre caminhos ramificados em direção aos tecidos. Quanto mais distante uma parte do tecido estiver de uma abertura, mais longe o oxigênio terá de viajar. A difusão fica mais lenta em trajetos mais longos, enquanto o corpo maior contém mais tecido que consome oxigênio.

Isso é especialmente importante para os músculos ativos. Os músculos de voo precisam de oxigênio para liberar energia, e um inseto voador precisa fornecê-lo enquanto esses músculos trabalham. Uma rede de ramos mais finos pode levar o ar para mais perto desses músculos, mas essa rede precisa caber dentro do corpo e se conectar às aberturas. Ela não pode eliminar a distância entre a carapaça externa e todos os tecidos mais profundos.

A rainha de Titanomyrma tinha um corpo de 5 cm de comprimento; em um inseto do tamanho de um ser humano, o oxigênio precisaria chegar muito mais longe pelo corpo. Essa comparação não significa que Titanomyrma represente um limite máximo fixo. Ela mostra o tipo de problema de distância que aumenta com o corpo: os tecidos mais profundos precisam de um suprimento confiável, mesmo quando o caminho desde o exterior fica mais longo.

O oxigênio poderia elevar o limite, mas outras restrições continuam

Meganeura viveu durante o Carbonífero, quando os níveis de oxigênio atmosférico eram excepcionalmente altos. Uma maior quantidade de oxigênio no ar ao redor poderia ter ajudado o sistema traqueal a abastecer um inseto grande. O estudo sobre o oxigênio atmosférico e o tamanho dos insetos (abre em uma nova guia) examina essa relação. Uma maior concentração de oxigênio é uma das explicações propostas para o tamanho dos insetos pré-históricos, mas não é, por si só, uma explicação completa.

Arthropleura também viveu nas florestas do Carbonífero, mas pertencia a uma linhagem diferente de artrópodes. Seu comprimento não demonstra que os insetos tenham atingido o mesmo tamanho. O relato do Museum Wales sobre Arthropleura (abre em uma nova guia) aborda o transporte de oxigênio nos artrópodes e as exigências estruturais de um exoesqueleto grande. Mais oxigênio poderia aliviar o trabalho do sistema traqueal, mas o exoesqueleto ainda teria de sustentar o animal.

Um inseto maior precisaria de uma rede respiratória capaz de atender tecidos mais distantes da superfície do corpo, e seu esqueleto externo teria de sustentar um corpo mais pesado. O crescimento também envolve a muda: o inseto precisa substituir sua carapaça rígida externa à medida que cresce, em vez de simplesmente esticá-la como a pele. Músculos mais fortes, por si só, não resolveriam nenhum desses problemas se não conseguissem receber o oxigênio que consomem.

Essas são restrições ao tamanho dos insetos, não um limite máximo absoluto comprovado. Um inseto do tamanho de um ser humano precisaria de mais do que pernas enormes: seu plano corporal teria de conciliar o fornecimento de oxigênio, a sustentação e o crescimento. Sob a carapaça de um inseto, as traqueias ramificadas se estreitam em direção aos tecidos, como os galhos mais finos de uma árvore avançando pelos espaços onde suas células vivas precisam de ar.