進化生物学者にとって、クジラの耳は奇妙で魅力的な謎です。 子宮内で発達するときにそれらを研究することは、それらがどのように進化したかを理解するのに役立ちます。 しかし、クジラの狩猟は違法であり、科学者は座礁に頼らなければならないので、今日クジラの胎児を集めることは問題外です。
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スミソニアンの研究者である大和麻Mayaは、国立自然史博物館でアルコールで保存された56頭のクジラの胎児のコレクションを初めて知ったとき、博物館のCTスキャンラボに連れて行きました。 「この種の素材を二度と入手することはありません」とヤマトは言います。「それらはとても貴重で希少なため、それらを分析することは望ましくありません。」
化石海洋哺乳類のキュレーターであるニコラス・ペンソンと共同研究を行っているポスドクのヤマトは、クジラ胎児の耳がどのように発達したかをもっとよく見たいと思っていました。 このコレクションには100年前の標本が含まれており、そのほとんどは商業捕鯨が盛んであった20世紀初頭から20世紀半ばに遡ります。 1986年、国際捕鯨委員会によってクジラの狩猟が禁止されました。コレクション内の標本の一部は混獲や座礁からのものですが、多くは以前の時代のクジラの狩猟に関連しています。
「誰も二度と収集できない種があるので、彼らはユニークです」と、Pyensonが言います。 「場合によっては、それらが収集された状況を再現できないか、生物が野生に存在しないことがあります。」
標本の解剖やあらゆる種類の侵襲的検査の実施は選択肢ではなかったため、ヤマトは非侵襲的CT技術を使用して、クジラの頭蓋骨内部の非常に繊細な特徴を検査しました。 大和の仕事の結果は、今日のジャーナルPLOS ONEの新しい研究に掲載されています。 大和が発見したことは、化石記録がクジラがどのようにして陸から海へ劇的に変化したか、そしてクジラの家族が水中環境でさまざまなライフスタイルに適応するために多様な身体的特徴を進化させ続けたことを確認するのに役立ちます。
大和麻Maya（右）と同僚は、耳に関連する軟部組織を調べるために、チェサピーク湾で死亡した座礁したフィンクジラの頭を解剖します。 （バージニア水族館の座礁対応プログラム） クジラ類は2つの異なるグループに進化しました。歯のあるグループとヒゲのあるグループ-ケラチンで作られた剛毛のような構造です。 マッコウクジラ、シャチ、イルカなどの歯を持つクジラは、歯のある顎で獲物を捕まえ、獲物を捕まえますが、ザトウクジラ、ブルー、ホッキョククジラなどのヒゲクジラは水を飲み干し、ヒゲクジラを通して小魚やオキアミを捕まえます。
彼らは全く異なる方法で餌をとるだけでなく、クジラの2つのグループも異なって聞こえます。 これらのグループは、哺乳類の聴覚の周波数スケールの両端で音を処理します。 ヒゲクジラは、超低周波音を使用して長距離で通信します。 彼らは、ゾウも含め、陸生哺乳類が使用する周波数よりも低い周波数を使用して音声を発声します。
一方、ハクジラは、最も高いピッチの陸生哺乳類である小さな茶色のコウモリよりも高い周波数で音を聞いて生成します。 歯のあるクジラは、反響定位の能力に頼ってナビゲートし、獲物を見つけます。
胎児のクジラコレクションのCTスキャンを使用して、ヤマトとピエンソンは、これら2つの非常に異なるタイプのクジラの発達を追跡できました。 「スミソニアンにCTスキャナーがなく、世界最大の海洋哺乳類コレクションがなかったら、この研究はおそらく行われなかっただろう」とヤマトは言った。
彼女とPyensonは、胎児標本の耳に発生する「音響漏斗」を特定した最初の科学者です。 クジラの耳は完全に内部にあります。 彼らは、クジラのみに見られる円錐形の音響漏斗に関連する脂肪組織に依存しています。 それらがどのように機能するかは、まだ完全には理解されていません。 すべてのハクジラでは、音響漏斗は前向きですが、一部のヒゲクジラでは、じょうごは頭の側面に向けられています。
研究チームは、「音響漏斗」（上：ピンクコーン）として知られるクジラのみに見られる耳の特定の領域の発達をその場で特定し描写する科学者の最初のグループになりました。ヒゲクジラ（下）とハクジラ（上）が水生環境でどのように聞こえるかをよりよく理解するため。 （大和M、Pyenson ND（2015）） 胎児の耳の発達の初期段階は、陸生の祖先からの鯨類の進化的発散と平行しています。 そして、さらに重要なことは、2つのグループが互いに離れていることです。 音響ファンネルは、最初はすべての鯨類で同様に発達します。 その後、2つのグループの胎児が発達すると、脳の向きと形が変わり、進化の過程を模倣します。
「耳の中のすべての構造を追跡できるようにしたいのです」とヤマトは言います。 「初期の胎児では、典型的な哺乳類の構造が見られます。 それらは他のすべての哺乳類、つまり陸上哺乳類に似ています。 これらの珍しい標本を研究するこの非侵襲的な方法により、現代のクジラの耳を形成するためにそれらの典型的な陸上哺乳類の成分がどのように再配置されるかを観察することができます。
この種の情報を取得するのは困難です。 古代の胎児は、化石の記録ではうまく保存されていません。 Pyensonによると、胎児の化石化された既知の標本は1つだけです。 したがって、ハクジラとヒゲクジラの15種類のクジラを含むこれらの歴史的標本を調べることは、データの宝庫を開くようなものです。 科学界でスキャンが利用できるようになった今、他の科学者はすでにクジラの発達の他の特徴を研究するためにそれらを使用し始めています。
「特に子宮内でどのように成長するかは、私たちがどのように進化したかについて多くのことを教えてくれます」と、Pyensonは言います。 「胎児のデータを見ると、動物がどのように発達するかという点で多くの答えが得られます。」
「この種の研究は、地球上の生命の信じられないほどの多様性と適応を説明するのに役立ちます」とヤマトは付け加えます。 「私たちはすべて同じ祖先から派生していますが、非常に異なる環境に対処するための異なる戦略があります。」
