巨大な恐竜の作り方| 科学| スミソニアン - 記事、科学、恐竜

彼らは地球を歩くのにこれまでで最も巨大な動物でした。竜脚類恐竜—「一方の端が薄い。真ん中がずっと厚いです。コメディアンのジョンクリーズが説明したように、1億3千万年以上にわたって繁栄したタイタンでした。先史時代の南アメリカのアルゼンチノ サウルスやフタログンコサウルスなどの最大の既知の種は、長さ100フィート以上、体重70トンを超えていました。 1870年代に見つかった（そして何とかして失われた）骨は、 アンフィコエリアスと呼ばれる謎の種がさらに大きくなった可能性があることを示唆しています。

これらの巨大な恐竜のサイズに近い陸生哺乳類はこれまでありませんでした。先史時代の角のないサイのパラセラテリウム-これまでで最大の陸上哺乳類-はわずか40フィートの長さで、17トンのわずかな重量しかありませんでした。（100フィート200トンのシロナガスクジラは竜脚類よりも少し大きいですが、水生環境で大きくなるのは生理学的には簡単です。）

これらの恐竜が、史上最大の陸生動物になった理由は何ですか？古生物学者は、1世紀以上にわたってこの問題について困惑しています。初期の博物学者は信じていたアパトサウルスやディプロドクスなどの比較的小さなサイズの巨人でさえ、恐竜のかさを支えるのに十分な深さの川や湖に閉じ込められていたに違いないと信じていました。地上では、これらの恐竜は自重で崩壊するだろうと議論が行われました。 1970年代までに、骨格の証拠と線路の保存された足跡により、竜脚類は土地に住んでいたことが確認されました。しかし、古生物学者が生涯にわたってどのように見えそうにないこれらの動物がどのように発達し、そもそもどのように進化したかの秘密を解き明かし始めたのはごく最近のことです。

竜脚類の自然史を理解することは、竜脚類がどのように大きくなったかを理解するために重要です。アルゼンチンの2億3千万歳のパンファギアなど、竜脚類の最も初期のメンバーの一部は5フィート未満の長さでしたが、彼らが最終的にグループが巨大なサイズを達成することを可能にする特徴のユニークな組み合わせを所有していました。

竜脚類の繁殖方法は、そのような驚異的なサイズに成長する能力の鍵だったかもしれません。母竜脚類は小さな巣に一度に約10個の卵を産みました。化石化された卵のクラッチの数は、世界中のサイトからの数千の卵と同様に発見されました。（一部の胚は内部に保存されており、古生物学者はその形状によって竜脚類の卵を明確に識別することができます。）つまり、これらの恐竜は母親の体の外側で成長しました。ブラウン大学のクリスティーヌ・ジャニスとスミソニアン国立自然史博物館のマシュー・カラーノによると、産卵はこれらの恐竜の進化の可能性を切り開きました。

大型哺乳類の場合、胎児を運ぶことは大きな投資です。たとえば、アフリカのブッシュゾウの発育は、母親の体内で驚くほど22か月間妊娠し、大型の哺乳動物種になると、子孫は出生前に発育する時間が長くなります。流産を含む長い妊娠中には多くのことが起こりますが、そのような大きな胚を長く育てることは、妊娠中の母親の大きなエネルギー消費です（赤ちゃんを育てることや出産後のケアは言うまでもありません）。哺乳動物が大きくなると、子孫を運ぶリスクとコストが増加するため、陸上の哺乳動物が通過できないサイズのしきい値がある場合があります。

一方、母竜脚類は発育中の赤ちゃんを2年近く運ぶ必要がなく、比較的短い間隔で多数の卵を産むことができました。種によっては、hatch化後に親の世話をしている場合があります。まれな線路では、いくつかの群れが異なる年齢の竜脚類を含んでいる可能性が高いことが示されています。しかし、アニメ映画「The Land Before Time 」のファンは、他の人がおそらく彼らの若者を気にかけていなかったことを知ってがっかりするかもしれません。古生物学者は、 アラモサウルスなどの種の若い竜脚類のみを含む骨床も発見しました。これらの恐竜は巣を出た後、自分たちでいたことを示しています。

しかし、若い竜脚類が大きな群れで遊んだのか、それとも同年代の恐竜の小さなグループで遊んだのかに関係なく、若い恐竜はおそらくうるさい食べる人でした。彼らは大人のサイズに成長する場合には、彼らはある必要がありました。 ディプロドクスは最も象徴的な竜脚類恐竜の1つであり、このジュラ紀の草食動物の成虫は、無差別な食餌を示す幅の広い四角い銃口を持っていました。モンキーパズルと呼ばれるエネルギーに富んだイチョウの木や針葉樹に加えて、ソテツや針葉樹の丈夫な部分のような低品質の食物でも生き延びたかもしれません。昨年、ジョン・ホイットロック、ジェフリー・ウィルソン、マシュー・ラマンナによって描かれた少年の頭蓋骨は、若いディプロドクスが異なる味を持っていることを示唆しています。

古生物学者は、草食動物の放牧とブラウジングのメニュー選択の違いが一般に頭蓋骨の形で見られることを認識しています。草食動物は幅広い種類の食物をスカーフするために幅広い銃口を持っていますが、選択的なブラウザは特定の植物や植物の部分を選択できるように狭くて丸い鼻を持っています。（いくつかの空想的な再構成により、 ディプロドクスや他の竜脚類に象のようなトランクを与えて食べ物を摘み取りましたが、この考えは徹底的に暴かれています。）幼いディプロドクスの頭蓋骨はより丸い形をしていたため、幼いディプロドクスは、大人がするように、入手可能なものを吸い取るのではなく、スギナ、シダ、高エネルギー常緑樹などの食物に焦点を合わせていたかもしれません。

エネルギーの観点からは、若い竜脚類が選択するのは理にかなっています。小型の恐竜は、食物の面で最も大きな力を必要としました。彼らは急速な成長を促進するために高エネルギー植物を選ぶことに特化していた。大人はすでに大きく、成長するのではなく、大きな体を維持するだけでよいため、大量の低品質の燃料を大量に消費する余裕がありました。彼らは絶対的な観点でより多くの食物を消費しましたが、大人の竜脚類は低品質の食物を食べることができましたが、小さな竜脚類は高品質の食物を必要としました。（これは今日でも動物に見られる一般的なパターンです：小さなトガリネズミはほとんど常に栄養価の高い昆虫を食べる必要がありますが、アフリカゾウは低品質の草や他の植物性食物の食事で生き残ることができます。）生態学者が「ニッチ分割」と呼ぶ現象を通じて同じ地域に住む成熟したディプロドクスは、少年の専門化と大人のより一般的な食事により、彼らは絶え間なく食物を奪い合いませんでした。彼らが2つの異なる種だった場合。

初期の博物学者は、竜脚類は非常に巨大で、その大部分を支えるのに十分な深さの川や湖に閉じ込められていたに違いないと考えていました。骨格の証拠と保存された足跡が竜脚類が土地居住者であることを確認したのは1970年代まででした。（©Julius T. Csotonyi、csotonyi.com）

先史時代の南アメリカで撮影されたArgentinosaurusとFutalognkosaurusは 、100フィート以上の長さで、70トン以上の重さでした。（©Julius T. Csotonyi、csotonyi.com）

しかし、そのすべての食物を消費するために、竜脚類はそれに到達しなければなりませんでした。マーティン・サンダーと他の15人の科学者による最近のレビューによると、長い首は竜脚類が大きな体の大きさを達成することを可能にする重要な初期の適応でした。先史時代の森の端に立つアパトサウルスを思い浮かべてください。恐竜の長い首は、体をまったく動かさずに、幅の広い植生（高低、左右）に到達できるようにします。竜脚類の進化の初期から、長い首はこれらの恐竜を他の草食動物がアクセスできない資源に到達できるようにし、小さな頭でさえ大きな竜脚類は簡単に大量の食物を吸い上げることができたでしょう。

これらの恐竜がこのすべての緑色の食物をエネルギーと組織にどのように変換したかは、より難しい問題です。竜脚類は、食物を噛むための頑丈な臼歯のバッテリーを持っていませんでした。多くは、全体を飲み込む前に食べ物を摘み取るために、ほんの数本の鉛筆またはスプーンの形の歯を持っていました。竜脚類の食卓マナーの悪さを考えると、科学者たちは、恐竜が石を飲み込んで、一部の鳥のように胃の中に残っている食物をすりつぶしたのではないかと考えていました。古生物学者のオリバー・ウィングスとマーティン・サンダーは、これはおそらくそうではないと主張しました。一部の竜脚類の化石で見つかったいわゆる「胃石」は、この方法で使用された場合に予想されるものと一致する摩耗のパターンを示しません。代わりに、恐竜は消化器系で長期間保持することで、食物から可能な限り多くの栄養を抽出しました。

竜脚類の消化の詳細は、2008年にユルゲンフンメルと同僚によって実験的にモデル化されました。彼らは、植物の食物が最初に分解される羊の消化器系の一部から採取した微生物を偽の内臓に接種しました。植物が発酵するにつれて、科学者はどのくらいの栄養を放出したかを追跡しました。

想定されていたものとは逆に、これらの植物の多くは、粗い胃の環境で比較的簡単に劣化しました。つくしと猿のパズルは特に栄養価が高かった。実際の恐竜の胃は、これらの植物を分解する能力がさらに優れていた可能性があり、竜脚類が大きく成長する当時の植物には確かに十分なエネルギーがありました。竜脚類はおそらく生き残るために並外れた腸の構造を必要としなかったでしょう。

別の主要な機能により、これらの巨人はサイズを大きくすることができました。それは彼らが鳥と共有する特性です。鳥は、 ヴェロキラプトルやアンキオルニスなどの種に関連する小さな獣脚類恐竜の直接の子孫ですが、竜脚類恐竜とはあまり密接に関連していません。彼らは2億3000万年以上前に共通の祖先を最後に共有しました。それでも、獣脚類と竜脚類の両方の系統は、進化に非常に重要である独特の特性を共有しました。これは、肺につながる内部気嚢のネットワークです。

柔らかい空気嚢は化石記録には直接見られませんでしたが、構造は骨に侵入した場所にはっきりとしたポケットを残しました。ナチュラリストは1世紀以上前に刻み目を認識していましたが、現代の古生物学者はそれらの重要性を理解し始めたばかりです。鳥類のように、竜脚類の肺はおそらく一連の気嚢につながっており、これらの器官には、恐竜の首、胸、腹部の骨に浸潤した憩室と呼ばれる小さなポケットのネットワークが付いていました。構造的な観点から、この空気で満たされた構造のネットワークは竜脚類の骨格の密度を下げ、これらの恐竜がそのサイズに対して比較的軽量な構造を持つことを可能にしました。かつて提案されていたように、余分な強度の骨を持つのではなく、竜脚類の骨格は鳥と共有する特性によって軽量化され、空気嚢のネットワークにも他の利点があったと思われます。

鳥類では、気嚢は、哺乳類の呼吸器系よりもはるかに効率的に酸素を抽出するフロースルー呼吸装置の一部です。竜脚類が鳥と同じように呼吸するかどうか-気嚢によって骨格が変化する程度は種によって異なるかどうかはまだわかりませんが、巨大恐竜の気嚢は酸素を供給するのにより適していると思われます巨大な哺乳類で見られる代替よりも体。鳥の代謝率は高く、持続的な飛行には大量の酸素が必要です。同様に、竜脚類のサイズと活発な生活には大量の酸素が必要であり、空気嚢システムはそれらに本質的な呼吸の利点を提供するでしょう。

すべての竜脚類恐竜が巨人というわけではありません。ルーマニアの地層のマジャロサウルスなどの一部の種は、はるかに大きな種の小さな子孫でした。そのような島の小人が進化する正確な理由は科学者によって議論されていますが、島の孤立のために彼らはサイズが縮小しました。それでも、40トンを超える竜脚類は、この恐竜グループの長期在職期間中に少なくとも4つの系統で独立して進化しました。これはすべて、大きなボディサイズを可能にする一連の特性のおかげです。

古生物学者は、そのような大きな形を有利にする進化的圧力をまだ調査しています。彼らのサイズは、おそらく彼らに捕食者からのいくらかの保護を与えました、そして、彼らの長い首は彼らがより小さな生き物が貪欲に見たが到達できなかった食物に到達させました。巨大なサイズが提供する他の利点は不明のままです。それにもかかわらず、竜脚類は驚くべき生き物であり、特異な出来事の合流のおかげでしか存在できなかった。それらは、以前に来た、またはその後進化してきたものとは異なり、素晴らしい形でした。