La mida sí que importa (pels insectes)!

En l’àmbit de la ciència ficció, hi ha nombrosos exemples de situacions en què els personatges es veuen amenaçats per insectes o altres artròpodes gegants (o fins i tot es transformen en un d’ells, com en “La metamorfosi”, de Kafka). Però, és això possible? Seria l’existència d’un insecte gegant un fet factible avui en dia? En aquest article, et desvetllem els principis biològics i anatòmics, així com les principals hipòtesis, que ens expliquen si de veritat seria possible un món ple d’abelles, formigues o aranyes gegants.

QUÈ LIMITA LA MIDA DELS INSECTES?

Els insectes, i en general els artròpodes, són organismes de mida “petita”. Òbviament, el calificatiu “petit” és totalment relatiu, encara que és cert que no trobarem formigues de la mida d’un elefant. I és precisamet en aquest punt en el qual podem introduir el terme d’al·lometria.

Si les formigues fossin gegants, tindrien potes d’elefant 

L’al·lometria es refereix als canvis en la mida relativa de les parts corporals en correlació amb els canvis en la grandària total. És, per així dir-ho, una regla de proporcionalitat. Existeixen diferents accepcions d’aquest terme: la ontogènica és la més famosa, és a dir, els canvis en les proporcions de les parts del cos al llarg del desenvolupament d’un organisme. Un nadó, per exemple, té el cap molt més gran en relació al cos que no pas un adult degut a què, durant el desenvolupament, no totes les parts del cos creixen igual ni a la mateixa velocitat (i aquestes parts sempre mantindran unes relacions de proporció que venen marcades pels gens).

Fig 1. Al·lometria ontogènica en humans (Moore, 1983).

En el cas que ens ocupa, el terme d’al·lometría ens interessa, sobretot, des d’un punt de vista anatòmic. Els insectes i altres artròpodes estan coberts per un exosquelet més o menys endurit que rep el nom de cutícula, la qual recanvien periòdicament mitjançant processos de muda (o ecdisi). Aquesta cutícula suposa moltes limitacions de creixement per a l’organisme, ja que, entre altres coses, es tracta d’una estructura “pesada”.

Així doncs, si una formiga creixés fins a esdevenir tan gran com un elefant, el pes de la cutícula seria desproporcionat. Tenint en compte, a més, que els artròpodes són invertebrats i que no presenten un esquelet intern que aporti solidesa al seu cos, el més probable és que les potes de la formiga no aguantessin tot el seu pes i l’animal quedés aixafat al terra. Per suportar el pes monstruós de la cutícula, les seves potes haurien de ser, probablement, tan gruixudes com les d’un elefant (o fins i tot més!).

Fig 2 i 3. Relació entre el creixement del volum corporal i els apèndixs locomotors (Imatges extretes de l’assignatura “Arbre de la Vida”, Màster de Biodiversitat, Universitat de Barcelona).

Si el seu cos creixés tant, les seves potes haurien de ser molt més grans per suportar tot el pes del seu exosquelet (cada part del cos creix de forma diferent: al·lometria). Passaria exactament el mateix amb les ales: si una libèl·lula assolís la mida d’un àguila reial, aquesta hauria de tenir unes ales d’uns quants metres de longitud.

Problema: les parts del cos no creixen il·limitadament, doncs existeixen limitacions (anatòmiques i genètiques) que modulen la mida de cada part o òrgan en relació a l’organisme de forma harmònica. Existeixen el que es coneix com a trade–offs: mai s’aconsegueix l’estat òptim de quelcom sense que això vagi en detriment d’una altra cosa. És per això que el cos optimitza el creixement global per tal que tot funcioni correctament. Tot això impediria que una formiga creixés fins a assolir la mida d’un elefant.

Artròpodes gegants = menjar pels depredadors

Encara que pugui semblar una incongruència, els artròpodes gegants serien, probablement, més vulnerables davant els depredadors; especialment, durant la muda. Després de mudar la cutícula, aquests passen per una fase de baixa activitat, per la qual cosa podrien ser fàcilment depredats.

Fig 4. Odonat mudant. La cutícula de l’organisme que acaba d’emergir encara no està del tot endurit (Foto de Carlos Tovar Ⓡ).

Pel que sembla, la cutícula suposaria molts més desavantatges que no pas beneficis pels insectes de mida gran!

Limitacions fisiològiques: la sang i el gran problema de l’oxigen

Els artròpodes tenen un sistema circulatori obert: això significa que  la sang no viatja dins de vasos conductors (venes o artèries), sinó que aquesta es troba en llacunes o sins venosos omplint la cavitat corporal. Quina limitació suposaria això per a un insecte gegant? En no existir un sistema de bombeig actiu (una pulsació), seria molt difícil transportar la sang a tot el cos degut a l‘efecte de la gravetat, quedant la sang estancada.

Fig 5. Sistema circulatori general d’un insecte (H. Weber, Grundriss der Insektenkunde, (1966)).

D’altra banda, respiren mitjançant sistemes passius. En el cas dels insectes, els òrgans respiratoris reben el nom de tràquees: no presenten cap sistema d’entrada activa de l’aire dins del cos (com els pulmons i el diafragma en els vertebrats), sinó que aquest entra a través de petits orificis situats als costats del cos i viatja passivament fins a l’interior de l’organisme, on contacta amb les cèl·lules.

Fig 6. Esquema d’una tràquea, estructura per on viatja l’oxigen fins a les cèl·lules (Imatge extreta dels apunts de “Arbre de la Vida”, Màster de Biodiversitat, Universitat de Barcelona).

Basant-nos en això, un insecte gegant tindria segurament unes tràquees d’un diàmetre i una llargada tan gran, que l’entrada passiva d’oxigen dins el seu cos es veuria limitada; d’altra banda, la concentració d’oxigen atmosfèrica actual (21%) no seria suficient com per oxigenar un organisme tan gran mitjançant un sistema tan simple.

Fig 7. Les tràquees són cada cop més grans i es fa més difícil el transport d’oxigen fins les cèl·lules (Imatge extreta dels apunts de “Arbre de la Vida”, Màster de Biodiversitat, Universitat de Barcelona).

Val a dir, però, que totes aquestes limitacions s’atenuen en els artròpodes que viuen en ambients aquàtics (com els crustacis), medi en el qual el pes de la cutícula i la difusió d’oxigen no suposen un problema tan gran per al creixement dels organismes. D’aquí que els artròpodes més grans es trobin, sobretot, en aquest medi.

INSECTES GEGANTS DEL PASSAT: PER QUÈ VAN DESAPARÈIXER? 

Segons evidències fòssils, els insectes van assolir la seva màxima grandària fa 300 MA a finals del Carbonífer i inicis del Pèrmic. Un dels exemples més famosos és el de la libèl·lula Meganeura monyi, la qual podria haver arribat fins als 70 cm de longitud.

Fig 8. Il·lustració de Meganeura monyi (per Emily Willoughby)

Però, per què van desaparèixer?

Del 30% al 21%

Les dades paleoclimàtiques indiquen que la concentració d’oxigen d’aleshores era superior al 30%, per la qual cosa aquest entraria en quantitats suficients a través de les tràquees dins els cos dels insectes. Més tard, la seva concentració va disminuir a poc a poc fins a assolir els valors actuals (21%), el que podria haver conduït, almenys en part, el decreixement de la mida dels insectes.

L’aparició de les aus

A finals del Juràssic i principis del Cretaci (150 MA), l’oxigen va augmentar considerablement, però els registres fòssils existents mostren que els insectes es van fer progressivament més petits. Com s’explica això?

Segons una hipòtesi una mica més recent, aquesta època coincideix amb l’aparició de les primeres aus, les quals s’alimentaven, molt probablement, dels insectes més grans; es suggereix, per tant, que va tenir lloc una selecció a favor dels insectes petits, que podien esquivar més fàcilment als seus depredadors. Però no només les aus: els ratpenats i altres depredadors posteriorment podrien haver exercit una certa pressió en la selecció de la mida dels insectes. No obstant això, la manca d’un registre fòssil complet fa difícil comprovar aquestes hipòtesis.

Fig. 9. Sphecotheres viridis caçant en ple vol (per Mdk572, CC).

El més probable, però, és que fos una combinació de factors ecològics i ambientals la que determinés la mida del cos dels insectes.

L’existència d’insectes gegants, per tant, té part de realitat i part de ficció. Per a molts, serà un alleujament que l’existència d’insectes tan grans com elefants sigui un fet quasi impossibe. A la resta, sempre els quedaran les pel·lícules de ciència ficció…

REFERÈNCIES

• Apunts obtinguts al Grau de Biologia Ambiental (Universitat Autònoma de Barcelona) i al Màster de Biodiversitat (Universitat de Barcelona).
• ABC: “el reino de los insectos gigantes”.
• Shingleton, A. (2010) Allometry: The Study of Biological Scaling. Nature Education Knowledge 3(10):2

Imatge de portada: fotograma de la pel·licula Them! (1954).