化石化した恐竜の器官を3Dで再現、進化の謎に挑む科学者たち

羽毛の起源はいつなのか

ハンク・グリーン氏：現代において恐竜の家系の最後の種、鳥類は飛行の名人です。しかし2億年ほど前には、「プテロサウルス（翼竜）」と呼ばれる巨大な爬虫類が空を支配していました。

そしていくつかの研究によれば、彼らの現代の鳥類との類似点は、飛行できるという点だけではなかったようです。

ちょうど今週の古生物学者の発表によれば、プテロサウルスの化石から見つかった羽毛が、今まで言われていた羽毛の起源よりも約7,000万年も前に遡るものであり、すべての恐竜になんらかの羽毛が生えていたという証拠になるというのです。

1990年代後半に発見された、保存状態の良いたくさんの化石には、シンプルな羽毛が含まれており、それが鳥類は恐竜であり、恐竜の中には全身が羽毛に覆われる突然変異が生じたものがいたという証拠となっています。

それからというもの、古生物学者たちは、羽毛がいつから進化してきたのかを究明してきました。最新の証拠では、「鳥のような骨格を持つ草食動物」であった恐竜の共通の先祖が、初めて羽毛を持つようになったことを示しています。そのグループには「トリケラトプス」や「ステゴサウルス」、それから「コエルロサウルス」といった、現代の鳥類の先祖が含まれます。

そうすると、初めて羽毛が現れたのは、約1億5,000万年から1億8,000万年前になると思われます。『Nature Ecology and Evolution』誌で発表されたこれらの新しい発見によれば、彼らが進化したのはもっとずっと前の約2億3,000万から2億5,000万年前、プテロサウルスが残りの爬虫類と分岐した頃にさかのぼるはずだというのです。

翼竜プテロサウルスはふわふわの毛で覆われていた

プテロサウルスが毛深かったのではないか、という説はしばらく前からありました。その化石からは、彼らが「ピクノファイバー」という、単一フィラメントのようなふわふわとした哺乳類のような毛で覆われていたことがわかります。

しかし、今まで「ピクノファイバー」は、本当の羽毛であるとはみなされてきませんでした。なぜなら「ピクノファイバー」は、枝分かれしている部分がなく、恐竜の化石に見られる羽軸とは様子がまったく異なっていたからです。

実際、科学者たちは「ピクノファイバー」がなんだったのか、はっきりとわかっていません。それゆえ、彼らは「ピクノファイバー」というまったく異なる名前をつけたのです。最新の論文では、研究者が中国からの2つのプテロサウルスの標本を顕微鏡で観察した結果、4種の異なる「ピクノファイバー」が見つかったというのです。

その中には、根元から分かれている小さな束になった繊維もあり、それはまるでダウンの羽毛に似ていました。また、大きくて枝分かれしていない剛毛のような、恐竜や現代の鳥類の羽毛に似ているものもありました。

謎に包まれた「ピクノファイバー」の機能

古生物学者には、羽毛と総称されるこれらの毛が一体どんな機能を持っていたのか、まだわかっていませんが、きっと断熱のためであったのだと思われます。プテロサウルスは活動的に飛行していたので、飛ぶために筋肉を十分に暖かく保つ必要があったのです。

また、もしかしたら羽毛により体型が合理化され、空気力学的に有利になったのかもしれません。また、プテロサウルスの口の近くにあった毛は、飛行中に触感を助けたり、獲物を捕らえるときに、猫のヒゲのような役割をしたのかもしれません。それらの機能がどうであったにせよ、もし「ピクノファイバー」が本当に羽毛であったとしたら、羽毛の起源は古生物学者が思っていたよりも、かなり昔であったことになります。

この論文の著者は、羽毛がプテロサウルスと恐竜の両方の先祖で、初めて存在するようになったと考えています。そうすると、鳥類ではない恐竜にも、羽軸や形の違った羽毛があったか、羽毛を形成する遺伝子を持っていたのかもしれないということになります。

ちょうど豚やクジラが、ふわふわではないものの、毛を持っているのと同じ感じでしょう。しかし、他の科学者はその研究を疑問視し、プテロサウルスは独立して進化していて、しっかりとした皮膚が体を暖かく保護していたはずだと主張しています。

他の人たちは、そもそも「ピクノファイバー」が断熱のためにあったのではないといっています。羽毛や毛皮になるのではなく、その繊維がいずれかの理由で翼を強化していたというのです。ですから、この論文は古生物学者のコミュニティの中でかなり白熱した討論を引き起こすこととなりました。かなり白熱しているので、もっと多くの化石が発見され、研究されるまで収まることはないでしょう。

化石化した恐竜の鼻腔を3Dで再現

もう一つの恐竜に関するニュースですが、科学者たちは「よろい竜」の「アンキロサウルス」がその精巧な鼻腔を使って体温を調整していたと発表しました。「アンキロサウルス」は、そのおしゃれな鼻より、こん棒のような尻尾の方がよく知られているかもしれませんが、科学者たちはその鼻の管が何のためにあったのかを追求しました。

哺乳類は「鼻甲介」と呼ばれる曲がった鼻腔を、エアコンのように、吸い込む空気を温めたり湿度を持たせるために用いたり、息を吐き出す時に空気を冷やして乾かすために用いたりします。

「アンキロサウルス」の「鼻甲介」は曲がりくねった状態ではなく、長い柔軟性のある一本の管状で、古生物学者はそれが声を出すために使われたのかもしれないと考えています。『PLoS One』誌で発表された最新の論文で、研究者たちは「熱交換仮説」をテストするために、二種類の「アンキロサウルス」の化石化した鼻腔を3Dで再現しました。

そして、鼻の中を空気がどのように動いていくのかをコンピューターでモデル化し、その途中で熱にどのような変化が生じるかを観察しました。そこでわかったのは、鼻甲介の曲がりくねった状態により、息を吐くときにその空気から熱を回収し、次に、吸い込む息をその熱で温められるということでした。

進化の歴史は常に変化している

そして、究極的に「アンキロサウルス」の鼻は、65パーセント～84パーセントのエネルギーを抑えることができ、それは哺乳類が鼻甲介により抑えることのできるエネルギーの値と似ていました。

研究者たちがコンピューター上で「アンキロサウルス」の鼻腔をまっすぐにしたところ、抑えることのできるエネルギー量はなくなってしまったので、その鼻腔の曲がりくねった形状は重要であることがわかりました。

それに、肺に温かい空気が入り込むとき、長く曲がった鼻腔は恐竜の脳の余分な熱を逃がすことができるのです。白亜紀に生活するには、頭が冴えていなければいけませんからね。

もちろん、これらすべてのことは、研究所に生きた「アンキロサウルス」がいなければ確実なこととは言えませんが、このようなシュミレーションは、科学者たちがこの鎧を着た生物のエコシステムを理解するのにかなりの助けとなりました。このような曲がった鼻腔は、「サウロポッド」など、他の大型の恐竜にも見られるので、科学者たちは、大きな体が先にできたのか、精巧な鼻腔が先か、疑問を感じています。

ふわふわの羽毛であれ、精巧な鼻であれ、新しい化石の証拠が掘り出されたり、すでに持っている化石をさらによく観察することで新たなことがわかるたび、我々の抱く進化の図面は常に変化しています。