[뉴스스페이스=이종화 기자] 수십 년 동안 3억년 전 날개 길이가 70센티미터에 달하는 잠자리 같은 곤충들이 하늘을 지배했던 이유에 대한 지배적인 설명은 간단명료했다. 바로 대기에 훨씬 더 많은 산소가 포함되어 있었다는 것이다.

하지만 '그리핀플라이(griffinfly)' 같은 거대 곤충의 비밀을 풀 열쇠로 여겨졌던 고산소 대기 이론이 최근 네이처(Nature) 연구로 본격적으로 도전받고 있다. 3월 24일 Nature에 발표된 연구는 이 이론을 뒤집으며, 비행 근육으로의 산소 공급이 곤충 신체 크기의 제한 요인이 결코 아니었다는 증거를 제시했다.

PNAS, Phys.org, PLoS ONE, nationalgeographic, semanticscholar, news.asu.edu에 따르면, 프리토리아대 에드워드 스넬링(Edward Snelling) 교수팀은 고성능 전자현미경으로 비행 근육 내 기관세관(tracheoles) 밀도를 분석, 대형 곤충에서도 이 미세 기도가 근육 공간의 1% 미만만 차지한다고 밝혔다. 이는 산소 확산이 크기 제한 요인이 아니라는 결정적 증거로, 1995년 네이처 연구에서 제기된 '대기 산소 35% 시대(현재 21% 대비 45%↑)가 거대화 촉진' 가설의 근본을 흔든다.

연구팀은 현대 곤충 10여 종의 비행 근육 샘플을 확대 관찰, 몸집이 커질수록 기관세관 비율이 미미하게(최대 0.5%포인트) 증가하나 전체 1% 수준을 유지한다고 확인했다. 그리핀플라이처럼 몸무게 200g 이상 추정되는 고대 종으로 외삽해도 동일 패턴이 관찰됐다.

애들레이드대 로저 시모어(Roger Seymour) 교수는 "조류·포유류 심장 근육의 모세혈관은 곤충 기관세관의 10배 공간(약 10%)을 차지한다"며 "산소 공급 여력이 충분해 진화적 제약이 아니다"고 분석했다. 이는 산소 부족으로 대형화가 불가능하다는 기존 논리를 직접 반박하는 수치적 증거다.

이 이론은 1980년대 지화학 분석으로 밝혀진 고산소 시대(약 3억년 전 35% 수준)와 거대 곤충 화석(날개폭 45~70cm) 시기 일치를 근거로 30년째 지배적이었다. 그러나 캘리포니아대 산타크루즈 매튜 클래펌(Matthew Clapham)의 2012년 PNAS 연구는 1만500개 이상 화석 날개 데이터를 통해 곤충 크기가 산소 수준을 1억5000만년 추종하다 1억3000만년 전 조류 등장 후 소형화됐다고 밝혔다. 이는 생물상 상호작용(포식 압력)이 산소보다 크기 변화를 주도했다는 점을 시사한다.

스넬링팀 연구는 비행 근육 산소 확산만 부인한 게 아니다. 일부 전문가는 "기관세관 상류 기도나 다른 장기 산소 흐름이 여전히 제한될 수 있다"고 반론하나, 근육 수준 증거는 산소 가설을 크게 약화시켰다. 대안으로는 척추동물 포식(초기 조류·양서류), 외골격 생체역학 한계(무게 지탱 불가)가 부상 중이다. 애리조나주립대 존 해리슨(Jon Harrison) 교수는 "고대 산소가 크기를 뒷받침했으나, 다른 요인이 결정적"이라고 phys.org 보도에서 강조했다.

이번 연구(DOI: 10.1038/s41586-026-10291-3)는 곤충 호흡 생리학의 패러다임을 바꿀 전망이다. 고대 생태계 재해석을 촉발하며, 미래 연구는 화석 데이터와 산소 모델링을 결합한 다각 분석으로 이어질 가능성이 크다. 거대 곤충 시대의 진짜 비밀은 여전히 미궁 속에 남아 학계의 뜨거운 논쟁을 예고한다.