飛行の進化の手がかりは鳥の小脳と化石記録にある

T約1億5000万年前に生息していた小動物、始祖鳥は、古代ジュラ紀の恐竜と現代の鳥類を掛け合わせたような姿をしている。 歯から長い尾の端までの長さは約20インチで、黒い羽毛の翼を持っており、多くの科学者はそれが空を飛ぶことができた最も初期の種の一つであると考えています。 1861 年にその化石が初めて発見されたとき、一部の人々はそれが天使であると考えました。

科学者たちは、さらに初期の鳥に似た恐竜が飛行できたことを示唆するいくつかの証拠を発見したが、そのタイムラインには疑問が残っている。 そして、鳥が実際に飛行することで恩恵を受ける前に、飛行に必要なすべての機能をどのように進化させたのかはまだ不明である。 オハイオ大学の鳥類古生物学者クリス・トーレス氏は、鳥類の進化については古くからの疑問があると語る。「翼の半分が何の役に立つのか？」

飛ぶことについて考える必要はありません。脊髄がすべてを引き受けるだけです。

最近、研究者らは、飛行中と休息中の生きた鳥の脳活動の最初のマップを作成することにより、飛行の進化に関するいくつかの手がかりを発見した。 科学者チームは、8羽の大きな白いハトが実験室で止まり木の間を行き来できるように訓練した。 次に、彼らにトレーサーを注射し、PETスキャナーを使用して、止まり木で休んでいるときと短期間の飛行後に脳のさまざまな部分の活動（グルコース代謝）を記録しました。 飛行中にどの領域がより活発であったかを確認するために、彼らはスキャンを比較しました。

ジョンズ・ホプキンス大学助教授で論文著者の一人であるエイミー・バラノフ氏によると、小脳は真っ赤に目立っていたという。 これらは 1 種のみの初期のデータであり、脳活動を秒ごとに追跡するものではありませんが、スキャンでは統計的に有意な増加が示され、小脳のいくつかのひだ (視覚情報の処理に関与することが知られているひだ) で最も劇的でした。

研究者らによると、このデータは、飛行中の開始、停止、または方向転換に関与する脳の部分を反映している可能性が高く、飛行時の実際の翼のストロークは、人間が歩くときに行うステップと同様に、脊髄によってより制御されているようであるためです。 。 「歩くことや飛ぶことを考える必要はありません。脊髄が一種の役割を担うだけです」とバラノフ氏は言う。

バラノフ氏とその共著者らは、脳信号を化石に結びつけるためにさらに一歩進んで、現生の鳥類に最も近縁な恐竜の頭蓋骨の内部を調べた。 次に、三次元スキャンを使用してこれらの形状のデジタルキャストを作成し、動物の小脳のサイズと形状を推定しました。

「小脳は、脳の後ろにこぶのようにあります」とアルバータ大学の生物学教授ダグラス・ワイリーは言う。 「したがって、脳の他の部分と比較して小脳の大きさをある程度推定することができます。」

翼の半分は何の役に立つのですか？

化石記録は、恐竜の小脳が1億5000万年前の始祖鳥の時代よりかなり前に大幅に拡大したことを示しており、マニラプトル類のような初期の生物が空を飛んでいた可能性があることを示唆している。 あるいは、おそらく小脳が大きくなったことでバランスと筋肉の調整が向上したことを少なくとも享受しており、後の動物は飛行するように進化する際にそれらの能力を利用したのかもしれない。

「化石記録から行動を再現するのは非常に困難です」と鳥類の化石を研究しているトーレス氏は言う。 「私たちは鳥の生態を説明するデータ量のほんの一部を使って活動しています。」 種間の差異を示す十分な証拠はなく、研究者らは鳥が最初に飛び立った方法について最小限の手掛かりしか残していない。

研究者らは、これらのヒントの中で、実際には鳥が飛んだ後にさらに明るくならない、飛行に関係していると考えられるいくつかの領域を発見した。 それでも、テスト環境では鳥はあまり操縦したり回避したりしなかったため、ハトの脳活動は野生での典型的な鳥の飛行とは異なる可能性があると、視覚運動処理を研究しているロンドン王立獣医大学のアンドレア・ゲーデ氏は指摘した。 。 そして、脳の一部の領域は、休息中に別の作業を行っているため、休息中も同様に活動しており、飛行の増加は見られない可能性があります。

トレス氏は、このような脳活動データが、他の行動がどのように進化したかを解明するのに役立つことを期待している。 彼は、これほど多くの強力な恐竜がいないのに、なぜガチョウやアヒルがまだここにいるのかを理解したいと考えています。 「恐竜は動力飛行が可能であったと断言できる唯一の恐竜です」とトーレス氏は語った。 「動力飛行の起源を理解することは、現代の生物多様性の起源を理解するのに役立ちます。」

リード画像: Dotted Yeti / Shutterstock

• エレナ・レンケン

  投稿日: 2024 年 2 月 16 日

  エレナ レンケンは、脳と医学に焦点を当てている科学レポーターです。 彼女の作品はNPRによって出版されており、 クアンタマガジン、PBS NOVA。

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