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四翼恐竜と飛行の起源

飛行恐竜と鳥の雛は鳥類がどのように翼を獲得したのかについての新しい手がかりをもたらす



Michael Balter


華奢な飛行動物? 新しい研究は羽毛があるドロマエオサウルス科恐竜、ミクロラプトルが後ろ脚を方向舵として使って木々のあいだを操縦したことを示す。
CREDIT: JULIUS T. CSOTONYI


ローリー―ほとんどの科学者は鳥類が生きた恐竜、すなわち6500万年前の白亜紀末に他のすべての恐竜が死に絶えた大絶滅の生き残りであることに同意する。鳥類は、恐竜を地上の強力な支配者から軽くて羽の生えた空の君主へと変形させた、一連の注目すべき進化イベントの結果でもある。先月ここで開かれた古脊椎動物学者たちの会議(古脊椎動物学会第72回年会、ノースカロライナ州ローリー、10月17-20日)で、研究者たちは羽毛恐竜と鳥の雛の研究から飛行の起源についての新しい手がかりを検討した。

「これは脊椎動物の歴史におけるもっとも重要な形態および行動の変化の一つだった」とアメリカ自然史博物館(ニューヨーク市)の古生物学者、スティーヴン・ブルサット(Stephen Brusatte)は話す。それがどのように起こったかについてのもっとも待ち焦がれたいくつかの手がかりが過去12年前後の間に姿を現した。30種近くの羽毛恐竜がその期間に報告された。その多くは中国からであるが、つい先週カナダのチームが以前アルバータ州から発見された恐竜の詳細な観察は彼らも羽毛で覆われていたことを明らかにしたと発表した(Science, 26 October, p. 510)。

たぶんこれらの発見のなかでもっとも目を見張るものは、2000年に中国の古生物学者たちによって報告された、ミクロラプトル(Microraptor)と呼ばれるカラスサイズの恐竜の美しく保存された化石だ(Science, 8 December 2000, p. 1871)。ミクロラプトルはドロマエオサウルス科と呼ばれる肉食恐竜のグループに属する。それにはジュラシック・パークで有名なヴェロキラプトル(Velociraptor)も含まれる。ドロマエオサウルス科恐竜の多くに羽毛があり、最初期の鳥類と近縁だった。だけれど全ての恐竜グループの中で鳥類にもっとも近縁だったか――そして彼らの中に実際に飛べたものはいたのか――はまだ議論の的だ。

ドロマエオサウルス科恐竜の中に飛べたものがいるとすれば、多くの研究者が同意するように、それはミクロラプトルだっただろう。この細身の恐竜はその前肢と後肢の両方に羽毛を持ち、羽毛がある尾も持っていた。有名な恐竜ハンター徐星(Xu Xing)を含む、それを最初に報告した中国の科学者たちは、ミクロラプトルが木から飛び立つとその4本の羽毛がある肢を広げる滑空動物だったと主張している。彼らと他の研究者たちは、無飛行恐竜から飛行鳥類への変化はそのような四翼段階を伴っていたが、鳥類はより精巧な翼と羽毛を彼らの前肢に進化させると最終的に彼らの後肢にあった羽毛を失った、とも提唱している。だが、ブルサットを含む一部の古生物学者たちは、ドロマエオサウルス科恐竜のボディプランではミクロラプトルはその後肢を翼として役割を果たすのに十分なほど広げられないとして、この仮説に反論している(Science, 24 January 2003, p. 491)。

レイリーの学会で発表された2つの論文のなかで、サザン・カリフォルニア大学(ロサンジェルス)の生物学者、マイケル・ハビブ(Michael Habib)とUSCおよびロサンジェルス郡立自然史博物館の生物学者、ジャスティン・ホール(Justin Hall)の2人は、三次元モデルとコンピュータ・シミュレーションを使ってミクロラプトルがどのように飛んでいたのかを計算する新しい研究を記述した。研究者たちはミクロラプトルの後肢がさまざまな姿勢でどれぐらい持ち上がり、運動性能を実現したかをモデリングした。すると、前肢は広げたままにして後肢は体の下に押し込んだ場合に飛行性能がはるかに良くなることを見いだした。その姿勢で後肢は傾斜したり旋回するときにこの動物を制御下に保つ方向舵として使うことができる。後肢をこの方法で使うことによって、ミクロラプトルは二翼動物の二倍の速さで旋回できたと考えられる、とチームは結論づけた。

チームはミクロラプトルの長い尾――ヴェロキラプトルや他の多くのドロマエオサウルス科恐竜の尾より相対的に長い――はこの制御の重要な部分で安定化器官であり、密集した木々のあいだを操縦するときにこの動物の高度を調節する助けになった、と考えられることを見いだした。基本的ボディプランの「非常に少しの[解剖学的]修理だけでこの恐竜の体を空中に出してみよう」とホールはScienceに語る。

カリフォルニア大学バークリー校の古生物学者、ケヴィン・パディアン(Kevin Padian)はチームが「以前の研究の一部を改善し明らかに解剖学的に間違っている要素を取り除いてきた」と話す。彼もミクロラプトルがその後肢を側方に開いたとする意見に反対している。しかしパディアンはこのモデルがまだ鳥類が木から滑空降下する恐竜から進化したという古い仮定に基づいているとして反対する。多くの研究者たちは今では、羽毛恐竜と初期鳥類が空中に飛び立つのに翼を羽ばたかせたとする、「グラウンドアップ」シナリオに賛成している。ハビブとホールは彼らのモデルがどちらのタイプのシナリオでも働くと反論する。

メリーランド大学(カレッジ・パーク)の地質学者、トーマス・ホルツ(Thomas Holtz)は2つの仮説をめぐる議論は「20世紀末に終わった」と話す。その頃に、モンタナ大学(ミズーラ)の古生物学者、ケネス・ダイアル(Kenneth Dial)は飛行は鳥類の祖先が、木や他の傾斜面を駆け上がるときに少しの上昇をもたらすために羽毛がある前肢を使い始めた後に進化したと提唱した(Science, 17 January 2003, p. 329)。ダイアルの「翼に補助された傾斜走行」仮説は進化敵に意味がある、とホルツは話す。なぜなら多くの動物――現在のニワトリとクジャクを含む――は捕食者を逃れるために木に隠れる。「木に登りそしていちど登ったところから下りる選択圧があっただろう」と彼は話す。

ローリーで、ダイアルの院生のアシュリー・ヒアズ(Ashley Heers)は広く称賛された講演の中で、若鳥が飛び始めるときに経る段階を研究することによって飛行の起源への手がかりを調査すべきだと主張した。「個体発生は系統発生を繰り返す」という19世紀の考え方は広く信用されなくなったが、ヒアズによると、多くの若い動物は誕生と成熟の間に重要な進化ステップをなぞるという。たとえば、彼女は主張した。ヤマウズラの仲間である、イワシャコなどの若鳥は絶滅した肉食恐竜に典型的に見られるが成鳥には存在しない多くの特徴を持つ。それらには未融合の胸椎と小型の骨盤および非常に小さな竜骨突起(肋骨の外側に突出する胸骨の延長)が含まれる。若いイワシャコと他の幼鳥も対称的な特徴を持つが成鳥では非対称なものに取って変わられる。これは初期と後期の羽毛恐竜の間の違いを映すパターンだ。そしてヒアズとダイアルはイワシャコの雛における翼が補助する傾斜走行を立証した。彼らはまだ飛べないが、彼らの翼を切り取ったり固定したりすると、傾斜を駆け上がる能力が大きく損なわれる。

現生の幼鳥の研究は飛行の進化を理解するのに重要である、とヒアズはScienceに語る。なぜなら「それらを化石として見たら、たぶんそれらの翼を実際に何に使っているのか想像できないだろう」から。ホルツも同意するが、彼は新しい化石の発見の重要性も強調する。「我々は、これらの中国からの素晴らしい新しい化石なしにはまったく想像もできなかった、鳥類進化の段階の良い、筋の通った絵を得ている」

Science, News & Analysis
Flying Dinos and Baby Birds Offer New Clues About How Avians Took Wing
Michael Balter
Science 2 November 2012: 591-592.
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