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3억 년 전 지구 대기의 산소 농도는 지금보다 높은 약 30~35% 수준이었다. 당시 하늘을 수놓았던 고대 잠자리(Meganeuropsis permiana)는 양 날개 길이가 70cm에, 거대 하루살이는 45cm까지 자라났다. 이런 거대 곤충이 존재할 수 있었던 이유는 높은 산소 농도 때문이라는 가설이 그간 학계의 정설이었다. 그러나 3월 25일 에드워드 스넬링 남아프리카공화국 프레토리아대 해부생리학과 교수가 이끈 국제 공동연구팀은 곤충의 거대화에 높은 산소 농도가 크게 상관 없을 수 있다는 연구 결과를 국제학술지 ‘네이처’에 발표했다. doi: 10.1038/s41586-026-10291-3

곤충은 척추동물과 달리 폐호흡이 아닌 기관호흡을 한다. 몸 곳곳에 뻗어 있는 기관지라는 관 같은 구조를 통해 산소를 직접 공급받는다. 기관지의 끝부분인 기관소지에서 확산 작용을 통해 산소가 근육세포로 이동한다. 그간 학계를 지배한 의견은 비행근육이 큰 곤충일수록 산소 수요가 늘어나므로 높은 산소 농도가 필수적이라는 논리였다. 따라서 현대의 낮은 산소 농도로는 거대한 곤충이 존재할 수 없다고 지난 30년간 학계는 예상했다.

연구팀은 전자현미경으로 곤충 44종의 현미경 사진 1320개를 분석해 곤충의 비행근육에서 기관소지가 차지하는 공간을 측정했다. 그 결과 기관소지는 전반적으로 비행근육 부피의 1% 이하만 차지한다는 사실을 발견했다. 이 비율은 현대 곤충과 3억 년 전 고대 곤충 모두에서 동일했다. 스넬링 교수는 “만약 산소 공급이 곤충의 몸집을 제한한다면, 몸집이 커 산소 수요가 높은 곤충일수록 대기 산소 농도가 낮아질 때 기관소지의 수를 늘리는 방식으로 보상이 일어나야 한다”고 보도자료를 통해 설명했다. 그러나 기관소지가 차지하는 공간이 극히 작으므로, 현생 곤충은 필요하다면 더 큰 비행근육을 위해 기관소를 추가할 여유가 있다는 뜻이다.

연구팀은 조류와 포유류의 모세혈관이 심장 근육에서 차지하는 비율이 곤충의 기관소지가 비행근육에서 차지하는 비율보다 약 10배 크다는 점에 주목했다. 따라서 곤충도 산소를 더 얻기 위해 기관소지를 더 많이 발달시킬 진화적 여력이 충분하다는 결론에 도달했다. 결론적으로 스넬링 교수는 “몸집이 큰 곤충에서는 어느 정도 기관소지 수의 보상이 나타나지만, 전체적인 규모로 보면 (산소와 곤충 크기의 상관관계가) 미미한 수준”이라고 보도자료를 통해 밝혔다.

다만 기관소지가 아닌 신체의 다른 부위에서 산소 공급이 제한되며 몸집이 작아졌을 가능성은 여전히 남아 있다. 이에 학계에서는 3억 년 전 거대 곤충의 존재를 설명하기 위해 더 많은 연구가 필요하다고 전망한다.

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날개 길이가 70cm에 달하는 고대 잠자리 메가네우롭시스 화석(왼쪽)과 독일 박제사 베르너 크라우스가 메가네우롭시스의 모형을 들고 있는 모습(오른쪽).