מגבלת הנשימה

פרוקי-רגליים נושמים בעזרת טרכאות – מערכת צינורות מסועפת הפתוחה לחוץ ומגיעה לכל איברי הגוף. החמצן מגיע בפעפוע לרקמות השונות מהאוויר החודר דרך פתחי הנשימה spiracles.

פעפוע (בלועזית דיפוּזיה – מעבר של חומר דרך מפל ריכוזים) יעיל רק כאשר המרחק שצריך החמצן לעבור קטן מאוד. ככל שמרחק זה גדל, רקמות יקבלו פחות חמצן ויעילות תפקודן תפגע. נמצא שמגבלת המרחק היא כחצי ס"מ. מגבלה זו מכתיבה מבנה גוף מסויים, אצל פרוקי-רגליים גדולים מוצאים גוף ארוך וצר מאוד (מקלונים) או רחב ושטוח (נדלים וחיפושיות), כך אפשר לעמוד במגבלת המרחק באחד מהמימדים לפחות.

ההשערה המקובלת על חלק מהחוקרים היא, שלפני כ-300 מיליוני שנים שיעור החמצן באטמוספרה היה כ-35% אחוזים, 14% יותר בהשוואה להיום. חישבו שהבדל זה איפשר לשפר את הפעפוע ב-67%. מניחים שמצב זה הוא שאיפשר לפרוקי-רגליים רבים להיות ענקים, אף כי סוברים שרק כ-10% מהמינים היו ענקים של ממש. וגם אז, אם בוחנים היטב את הפרופורציות של הענקים הללו מגלים שאף הם שמרו על הכללים. דמויי שפיראים שמוטת כנפיהם הגיעה לכ-70 ס"מ היו בעלי גוף צר מאוד וארוך. אצל מרבי-רגליים ענקים, שהגיעו לאורך של כ-2 מטרים, הגוף היה רחב ושטוח.

מחקרים הראו שבריכוז החמצן של היום – אם רוצים לספק חמצן ביעילות לחרק ענק – צריכה מערכת הטרכאות לגדול ביחס כזה שהגוף לא יכול להכילה. בעבר, כאשר ריכוז החמצן היה גדול יותר, הענקים יכלו להסתפק במערכת טרכאות קטנה יחסית ועדיין לקבל את כל החמצן הדרוש.

מחקר שבדק את נפח הטריכאות אצל חיפושיות – ממספר משפחות, בגדלים שונים – בעזרת קרני רנטגן מצא (בניגוד לדעה שרווחה קודם המחקר): שנפח הטרכאות אומנם גדל ככל שנפח החיפושית עלה, אבל ביחס גדול מהצפוי (20% מהצפוי). חישובים שנעשו על בסיס המידע הראו על קיום מחסום גידול מעליו אין המערכת יכולה לתפקד משום שנפח הטרכאות הצפוי יעלה על נפח גוף החיפושית (ומה עם מקום לשאר האיברים). הנחה זו תאמה לנתוני השוואה שנאספו מחיפושיות הענק המודרניות (המגיעות לגדלים של כ-15 ס"מ).

תיאוריה אחרת גורסת שהשערת ריכוז חמצן גבוה באוויר מעלה הרבה בעיות שלא תואמות לממצאים מהשטח ולכן צריך לחפש כיוון אחר. מחקר שבדק חרקים חיים באמצעות טכנולוגיית רנטגן חדישה, מצא אצל אחדים מערכת טרכאות בראש והחזה המסוגלת לתפקד בדומה למערכת הנשימה שלנו על ידי כיווץ לסירוגין (ראו סרטון) של הצינורות ובכך להזרים יותר אוויר רווי חמצן פנימה ולשפר משמעותית את יכולת הנשימה (תחלופה של עד 50% אוויר בשנייה). ממצא זה הוביל חוקרים לטענה שמערכת טרכאות אקטיבית² היא סיבה שאפשרה בעידנים קדומים לחרקים להיות ענקים גם בריכוזי חמצן דומים להיום. מגבלות נוספות שככל הנראה הגבילו גם את הענקים של פעם כל שכן של היום.