獣脚類グループの恐竜は、進化の過程でますます安定した顎を発達させたことが研究で示されています。したがって、肉食動物と草食動物は、それぞれの食事に適応した異なる戦略を使用しました。草食動物では下顎が下に曲がり、肉食動物では下顎が上に曲がりました。両方の形状変更により、噛み込み時の機械的安定性が向上しました。研究者らによると、進化の発達は若い獣脚類の個体の発達にも反映されているという。
獣脚類恐竜のグループは、ティラノサウルスやヴェロキラプトルなどの二足歩行の肉食動物で知られています。しかし、グループのすべてのメンバーはもともと肉を食べていましたが、一部のメンバーは草食動物または雑食動物に進化しました。このようにして、彼らは新たな生態学的地位を占めることができ、生物多様性が増加しました。彼らの歯、特に下顎の形状は、彼らの食事に関する重要な情報を提供します。しかし、進化の過程における正確な変化については、これまでのところ十分に研究されていません。
コンピューターモデルにおける獣脚類の顎
バーミンガム大学のワイサム・マー率いるチームは、コンピューターシミュレーションを使用して、さまざまな肉食獣脚類と草食獣脚類の顎が進化の過程でどのように発達し、それぞれの食事にどのように適応したかを調査しました。これを行うために、彼らは 43 種類の異なる獣脚類の下顎のデジタル モデルを作成し、生体力学的コンピューター シミュレーションを使用して、恐竜が噛んだときにどのような機械的ストレスが顎に影響を与えるかを分析しました。
「獣脚類の恐竜は、1億6,500万年の進化の歴史の中で、食生活に極端な変化を遂げてきました」とマー教授は説明する。 「彼らは肉食動物として始まり、後に特殊な肉食動物、雑食動物、草食動物に進化しました。彼らの食事がどのように変化したかを調査することは、他の脊椎動物の食事の変化を理解する鍵となります。」
湾曲したジョーにより機械的ストレスが軽減されます
分析の結果、肉食動物と草食動物の両方の後の種は祖先よりも強い顎を持っていたことが示されました。特に顎の後ろの部分は進化の過程で太くなりました。草食動物では、顎も下向きに湾曲し、機械的安定性がさらに高まり、植物の一部が引きちぎられるときに生じる大きな負荷を補いました。 「これらの変化により、草食獣脚類は、植物を食べることに適応していなかった初期の獣脚類には利用できなかった植物材料を利用できるようになりました」と研究者らは説明する。
一方、肉食動物の場合、強く噛むことができれば十分ではありません。獲物を逃がさないようにするには、速くなければなりません。 「下向きの下顎は、獲物を掴んで保持するのには好ましくない可能性がある」と研究者らは書いている。したがって、下向きの歯列は最良の機械的緩和を提供しますが、肉食恐竜は異なる適応を発達させました。「初期の肉食獣脚類と比較して、後のティラノサウルス科とその近縁種は、同様の咀嚼面の波状の縁を備えた上向きの歯列を発達させました。」ワニのような現代の捕食者のそれに比べて」とマー氏と彼の同僚は報告している。後期の肉食動物の上向きに湾曲した形状は、草食動物の下向きに湾曲した形状に比べて安定性が劣りますが、それでも祖先のより細長く狭い下顎と比較すると、機械的な利点があります。
安定性を高めるためのさまざまな戦略
「獣脚類恐竜が、食事に応じて顎の安定性を高めるさまざまな戦略をどのように開発したかを見るのは興味深いことです。これは、骨のリモデリング、つまり食物摂取中に高いストレスにさらされる顎の領域に骨が沈着するメカニズムによって達成されました」とマー氏の同僚のステファン・ラウテンシュラーガー氏は言う。
研究者らは、若い獣脚類の顎を使って、個体が成長するにつれて顎も強くなることも発見した。 「私たちの結果は、ティラノサウルスとタルボサウルスの下顎が、幼体から成体に成長するにつれて、咬合によるストレスに対する耐性がより強くなることを示しています」と研究者らは報告している。 「成長と時間の経過に伴う顎の強化の類似性は、幼体の恐竜の発達パターンが最終的にグループ全体の進化に影響を与えたことを示唆しています」とラウテンシュラーガー氏は言う。 「これがおそらく獣脚類恐竜の顎の進化と、1億5千万年にわたる彼らの全体的な成功を促進したのでしょう。」
出典: Waisum Ma (バーミンガム大学) ら、Current Biology、 doi: 10.1016/j.cub.2021.11.060
