首長竜の非常に長い首の体型は、これまで考えられていたよりも水泳時のエネルギーコストが低いことに関連していることが研究で示された。どうやら、ウミイグアナの大きな体の効果が、その体形による水の抵抗の増加という欠点を補ったようです。首長竜の一部の代表的な首が進化の歴史の過程で体の大きさと相まって長くなったのはこのためだと科学者らは述べている。
ティラノサウルスやティタノサウルスなどが地球を闊歩していたとき、海にも奇妙な生き物が生息していました。白亜紀の終わりまでは、陸上に住んでいた祖先から進化した爬虫類が存在していました。これは今日の海洋哺乳類に似ています。しかし、魚竜が魚や現在のイルカのような流線型の体形を発達させたのに対し、首長竜の代表者は今日では同等のものは存在しない構造を発達させました。これらの爬虫類の小さな頭は長さ最大 15 メートルで、細長い首の端にあり、これはエラスモサウルスの亜群で特に顕著でした。いくつかの種では幹の2倍以上の長さでした。これらの蛇のような首は、おそらく 4 つのヒレを使って水中を「飛ぶ」ように移動しながら、速く泳ぐ魚を捕まえるのに役立ったと考えられます。
これまで、この異常な体形にはかなりの代償が伴うと考えられていた。水中を移動する際の流体力学的効果により、泳ぐ際の速度が比較的大幅に低下することは明らかだった。とりわけ、長い首は、その大きな表面積と水中での乱流により抵抗を引き起こした可能性があります。したがって、首長竜は、流体力学的に最適化された魚竜とは対照的に、水中を移動する際のエネルギー効率が低いと考えられました。しかし、形状や大きさが実際に首長竜が泳ぐのに必要なエネルギーにどの程度影響を及ぼしているのかは不明のままだった。
古生物の流れのシミュレーション
ブリストル大学の学際的な研究者チームが現在、このテーマに専念しています。 「考えられる影響を明らかにするために、私たちはさまざまな 3D モデルを作成し、首長竜、魚竜、クジラの代表的な動物について流れシミュレーションを実行しました」と筆頭著者のスサナ・グタラ・ディアスは述べています。 「これらの実験はコンピューター上で行われましたが、水槽内での実験に相当します」と古生物学者は説明する。
研究チームが報告しているように、彼らの流れシミュレーションでは、首の長い首長竜の珍しい形状が実際に泳ぐ際に比較的高いブレーキ効果を実際に引き起こしていることが最初に確認された。しかしその後、体のサイズが大きくなるにつれて、この要因が果たす役割はますます小さくなることが明らかになりました。「首長竜は同じ質量の魚竜やクジラよりもわずかに高い耐水性を持っていたことが判明しましたが、最終的にはこれらの違いは比較的小さかったです」と博士は言います。共著者のコリン・パーマー。 「サイズを考慮に入れると、形状の違いはそれほど重要ではなくなります」と研究者は言います。
研究者らはシミュレーションを通じて、首の役割を具体的に示すこともできた。「私たちは特に弾竜類の非常に長い首に興味があったので、さまざまな長さの首を持つ首長竜の仮説的な 3D モデルを作成しました」とグタラ・ディアス氏は言います。 「これらのモデルのシミュレーションでは、特定の点を超えると首にさらなる抵抗が生じ、水泳に特にコストがかかることがわかりました。比較的好ましい首の長さの限界は、動物の胴の長さの約 2 倍です」と研究者は報告しています。
長い首はほとんど減速しません
研究者らはこの結果を化石記録の情報と比較した。「多くの異なる首長竜の代表的な大きさと比率を調べたところ、それらのほとんどの首が高い抵抗力の閾値を下回る、つまり範囲内の首を持っていることが判明した」 「ネックの長さは抵抗に過度の影響を与えません」と共著者のベンジャミン・ムーン氏は述べています。ただし、例外はエラスモサウルス類でした。 「特に興味深いのは、これらの特に首の長い首長竜が非常に大きな胴体も発達していたことを示すことができたことです。 「明らかに、水の抵抗の増加を補っていたようです」と海洋爬虫類の専門家は言う。
古生物学的情報はまた、エラスモサウルス類の代表的な割合が進化の歴史の過程で非常に急速に変化したことを示した。 「これは、長い首が狩猟の際にエラスモサウルス類にとって有益であることを裏付けていますが、彼らがこの適応を利用できるのは、体にかかる水の抵抗の増加によるコストを相殺するのに十分な大きさになることだけです」と共著者のトム・スタッブス氏は言う。彼の同僚のマイク・ベントンは次のように結論付けています。「首の長さを最大にすると、狩猟の利点と、長い首を成長させ維持するコストのバランスがとれるようです。言い換えれば、これらの並外れた生き物の首は、水の抵抗の影響を可能な限り低く保つために、体全体のサイズとのバランスをとって進化したのです。」
出典: ブリストル大学、専門記事: Commun Biol、doi: 10.1038/s42003-022-03322-y
