在距今 3.6 亿至 2.86 亿年前的石炭纪，在一片沼泽森林中，翼展达两英尺半的蜻蜓在巨大的蕨类植物间穿梭。蜉蝣长得有金丝雀那么大。蟑螂（就像蟑螂一样）突然第一次出现。在石炭纪，昆虫家族的数量从 1 或 2 个增加到 100 多个，而且许多昆虫都非常巨大，但没有人能确切地解释原因。海洋学研究所的研究员杰弗里·格雷厄姆（Jeffrey Graham）从小就一直在思考这个问题。格雷厄姆回忆道，我记得小时候看到过巨型蜻蜓的模型，当时就想它们怎么能飞起来。现在，格雷厄姆、密歇根大学的动物学家卡尔·甘斯（Carl Gans）以及他们的同事们认为他们找到了答案。他们说，巨型蜻蜓的飞行，以及整个石炭纪昆虫的大爆发，可能都得益于富氧大气。
格雷厄姆和甘斯的想法是一个基于假设的假说。六年前，耶鲁大学地球化学家罗伯特·伯纳（Robert Berner）首次提出，石炭纪的大气含氧量比之前任何时期或之后任何时期都高——伯纳估计为 35% 的氧气，而今天为 21%。伯纳将此归因于陆地植物的普遍生长，特别是石炭纪特有的广阔而茂密的沼泽。所有这些沼泽植物将氧气释放到大气中，当它们死亡时，它们逃脱了细菌的露天分解，而这种分解会使氧气重新回到大气中。相反，它们沉入沼泽，最终形成了赋予石炭纪其名称的煤层。
没有直接证据表明 3 亿年前的大气含氧量；伯纳的假说基于计算机模型。但格雷厄姆说，如果周围有额外的氧气，那就如同维生素一样。它是一种生态和进化资源，动物利用它来实现更多功能。他认为，最壮观的受益者是昆虫。一方面，富氧大气是一种更浓厚的大气，提供了更大的升力，因此更容易飞行。格雷厄姆说，飞行的大爆发发生在石炭纪。翅膀变得更好，更有效率，飞行也得到了完善。
更重要的是，过量的氧气使昆虫更容易呼吸。与人类和其他脊椎动物不同，昆虫没有主动将氧气输送到细胞的循环系统。相反，氧气通过分支的气管被动地扩散到它们的组织中，气管将每个细胞都连接到皮肤上的气孔。这限制了昆虫的体型，因为在给定时间内，氧气只能扩散到一定的距离。但在含氧量为 35% 的大气中，气体扩散得更快——从而使石炭纪的昆虫能够长得更大。翼展达两英尺半的蜻蜓 Meganeura monyi，其身体厚度超过一英寸。如今最大的蜻蜓翼展仅有六英寸，身体比铅笔还细。
格雷厄姆说，富氧的石炭纪也是其他生命形式的黄金时代。他说，蕨类植物和其他史前树木长得非常大，因为充裕的氧气使它们更容易制造木质素，这是它们的主要结构材料（后来也是煤的主要成分）。石炭纪的开端也是我们最早的四足祖先爬出沼泽并登陆的时期。当它们学会了在水的帮助下支撑全身的重量，并用虚弱的肺而不是鳃呼吸，每次呼吸吸入 35% 的氧气，将极大地减轻它们的负担。通过减少呼气的次数，这也有助于它们避免脱水。
始于石炭纪的进化大爆发在随后的二叠纪结束了。二叠纪末期，约 2.5 亿年前，地球上估计有 95% 的物种灭绝，包括巨型飞行昆虫。对于这次大灭绝，提出了各种原因，从气候变化到小行星撞击。但同样重要的是，大气含氧量在二叠纪初开始下降；到灭绝时，它已降至约 15%。这可能是一个艰难的适应过程。甘斯推测，也许只有那些由于高含氧量而发展起来的生物，后来才遇到了麻烦。
