アメリカのF-16ファイティングファルコンよりも大きい巨大翼竜をどうやって飼いならすのか？

翼竜はおそらく地球上でドラゴン（西洋の神話や伝説に登場するドラゴン）に最も近い実在の生物です。翼竜は火を吐くことができないにもかかわらず、巨大な体格に進化し、翼幅は飛行機と同じくらいの大きさになりました。もし『三国志演義』が白亜紀末期の小惑星衝突を生き延びていなかったら、関羽が龍に乗って華雄を殺す『氷と炎の歌』の「現実版」になっていたかもしれない。そして今、あなたはドラゴンに乗って仕事に行っているかもしれません...しかし、まだ希望はあります。いつかタイムマシンが発明されるかもしれません。それではまず、巨大翼竜の育て方を学びましょう！

著者：ヤン・ズィシャオ（アイルランド、コーク大学）

氷と炎の歌の静止画

翼竜は魔法に満ちた生き物です。彼らは、魅力的なスーパーパワーを持った、ハリー・ポッターの世界の魔法の動物のようです。翼竜がかつて本当に地球上に生息していたとは想像しがたい。

彼らは歴史上、青空を征服した最初の脊椎動物でした。これは、私たちがよく知っている鳥類よりも約 1 億年早く、コウモリよりも約 1 億 5 千万年早いことになります。

青い空は彼らの空飛ぶ子孫に占領されてしまいましたが、翼竜が樹立した世界記録は今日まで残っています。翼竜は地球上で最大の空飛ぶ動物です。現在までに知られている最大の翼竜であるケツァルコアトルスは、翼を完全に広げると翼幅が 10 メートルを超え、地面に立つとキリンと同じくらいの身長になります (比率の比較については図 1 を参照)。

図 1. 巨大なケツァルコアトルスの大きさを、人間、キリン、F-16 戦闘機と比較します (比例)。左の画像では、陸上での移動を容易にするために、翼竜の翼の大部分（第 4 指）が折り畳まれ、体の側面に押し込まれていることに注目してください。 （左の人々、翼竜、キリンはマーク・ウィットンが描いたもので、右の写真はテキサス工科大学博物館の公式ウェブサイトから改変したものです。
https://today.ttu.edu/posts/2012/11/researcher-uncovers-more-information-about-rare-pterosaur”)

諺にあるように、一口で太ることはできませんし、翼竜も最初に現れたときはそれほど大きくありませんでした。翼竜の大きさの進化は、おおまかに2つの段階に分けられます。三畳紀からジュラ紀にかけて生息していた初期の翼竜（非翼竜類）は比較的小型で、ほとんどの翼竜の翼開長はわずか1～2メートルでした。その後出現した翼竜（テロダクティロイド翼竜）は大型化し、白亜紀後期には飛行機ほどの大きさの巨大翼竜が出現し、同時期に存在していた鳥類を矮小化した[1]（下図参照）。

図2. 翼竜の翼幅の進化。白い三角形は初期の翼竜（非テロダクティルス）を表し、円はさまざまな種類の翼竜を表し、灰色の三角形は鳥類を表します。画像出典：ベンソン他、2013[1]

そこで疑問なのは、後から現れた翼竜がなぜこれほど大きく成長できたのかということです。

翼竜の幼少時代

翼竜が最初に発見されたとき、人々はそれが鳥類のように晩成性に進化するだろうと考えました。翼竜も巣を作り、一生懸命に子どもを育てていたのではないかと推測されています。翼竜の赤ちゃんは親の丁寧な世話のもと、すくすくと成長します。親とほぼ同じ大きさになると、親のもとを離れ、青空に飛び立ち、自立して生活するようになります。実際、翼竜は前肢が変形した翼、中空の骨、長い鼻、鋭い爪など、多くの点で鳥類によく似ていました。科学者たちは後に、翼竜が恐竜の近縁種であり、一部の恐竜が今日まで生き残り、鳥類になっていることを発見しました。それだけでなく、鳥類と同様に、翼竜にも羽毛がありました[2, 3]。
図 3. 翼竜は絶滅した鳥類イクチオルニス (Ichthyornis) と食物をめぐって競争している。画像出典: スティーブ・ホワイトとダレン・ネイシュ、「中生代の芸術: 芸術における恐竜とその他の古代動物」

翼竜が鳥のように成長したという考えは、過去数十年で完全に覆されました。翼竜は実際には早熟しており、その成長戦略は爬虫類に近いものであったことが発見されました。この小さな翼竜は幼い頃から独立して暮らしており、両親は基本的に彼のことを気にかけていません。この見解を裏付ける証拠には、主に以下の側面が含まれます。

まず、翼竜の卵殻には、非常に薄いカルシウムの硬い殻の層（約 30 ミクロン、1 ミリメートルの 30 分の 1 未満）しかなく、これは鳥の卵よりもはるかに薄く、おそらく鳥の卵殻の厚さの 10 分の 1 程度です。翼竜の卵の中には、カルシウムでできた硬い殻を持たないものもある。つまり、翼竜の卵の殻は爬虫類の軟殻卵に似ていたということになります。翼竜の卵は非常に壊れやすいため、鳥のように卵の上に直接横たわって孵化させることはできません。彼らは爬虫類と同じように卵を地中に埋め、適切な温度と湿度で卵が孵化できるようにしていたと考えられる。[4]

図 4. 殻から孵化した赤ちゃんトカゲ。画像ソース |
https://www.lfwseq.org.au/hatching-wildlife-dig-reptile-eggs/

卵を産む爬虫類のほとんどと同様に、翼竜の胎児や幼体は孵化時にすでに四肢が完全に発達しており、生後すぐに自由に動くことができました。幼い翼竜の翼の骨のほとんどは軟骨がほとんどなく、高度に骨化しています。もちろん、最も顕著な特徴は大きな翼です。卵の殻の中にいるときでさえ、翼竜の象徴的な大きな翼はすでにはっきりと見ることができます[5]（図5を参照）。実際、赤ちゃん翼竜の四肢の比率は成体の翼竜と似ており、一部の骨は赤ちゃんの方がさらに大きかった[6, 7]。

図 5. 胚を含む翼竜の卵 2 個と対応する復元画像。画像はDavid M. UnwinとD. Charles Deemingによる2008年[4]より改変

これは鳥類とは全く異なります。ほとんどの鳥は、ほとんど役に立たない小さな翼を持って生まれます。鳥は成長するにつれて、体に対する翼の割合が増加し続け、ほぼ成鳥の大きさに成長して初めて翼が飛行をサポートできるようになります。翼竜の赤ちゃんはすでに大きく完全に発達した翼を持っており、その骨のいくつかは成体の翼竜よりもさらに太いものもあったことを考えると、翼竜は非常に若い年齢で飛行を開始したに違いありません。[5]この推論は最近確認されました。古生物学者はモデル化を使用して、幼少期と成体の翼竜の骨の強度と飛行能力を比較し、孵化したばかりの翼竜の赤ちゃんでさえ、非常に強い骨（成体よりも強い）と優れた飛行能力を持っていることを発見しました[8]。

翼竜は生まれたときから飛べるというこの結論と一致して、若い翼竜は食料を親に頼るのではなく、自分で狩りをして餌をとっていたことを示す化石証拠もいくつかある。たとえば、多くの翼竜の首と鼻は成長するにつれてどんどん長くなりました。歯を持つ翼竜のほとんどは成長するにつれて歯が増え、一部の翼竜では歯の形が成長するにつれて変化した。[9]これらの生理学的構造は食物の獲得と密接に関係しています。成長するにつれて生じた変化は、翼竜が現代のワニと同様に、成長するにつれて食生活を絶えず変化させ、異なる獲物を食べていたことを示唆している。たとえば、ナイルワニ（Crocodilus niloticus）は非常に小さいときには昆虫、クモ、カエルなどを食べます。体長が2メートルを超えると、主に魚類を食べますが、カニや水生の巻貝も食べます。ナイルワニは体長が3～4メートルに成長すると、大型爬虫類や哺乳類を捕食するようになります。

図 6. 生まれたばかりのゲルマノダクティルスの赤ちゃん (上) と成体 (下) の比較。画像はグレゴリー・S・ポール著『プリンストン翼竜フィールドガイド』より

しかし、一部の翼竜は非常に特異で、幼少期から成体に至るまで同じものを追いかけて食べ続けることにこだわっています。アヌログナトゥス科翼竜がその典型的な例です。名前が示すように、ガマグチヨタカ類翼竜の最も顕著な特徴は、カエルのような大きな口です。そしてカエルのように、昆虫を捕食することを好みます。このため、成長するにつれて、頭は体に比べて小さくなり、口は広くなりますが、歯は爪のような形のままで、空中の昆虫を捕まえるのに役立ちます。[6]同じように、ガマグチヨタカ類の翼竜も幼いころから独立して生活しており、親の世話を必要としませんでした。

図 7. 夜間に昆虫を狩るガマグチヨタカの翼竜。イラスト：ルドルフ・ヒマワン

では、すべての翼竜はこのように成長したのでしょうか?翼竜の卵殻は非常に薄く、大きな体積を支えることができないため、翼竜の卵や赤ちゃん翼竜はすべて非常に小さいはずです。誰もが同じような出発点から来ているのに、なぜ初期の翼竜は翼開長が1～2メートルにしか成長しなかったのに対し、白亜紀後期に出現した巨大翼竜はキリンほどの大きさにまで成長できたのでしょうか。

これらの巨大な翼竜は、普通ではない幼少時代を過ごしたに違いありません。残念ながら、翼竜の成長に関する証拠のほとんどは比較的小型の翼竜から得られたもので、巨大な翼竜がどのようにしてこれほど大きく成長したのかは未だに謎のままです。最近まで…

巨大翼竜の幼少時代

2023年7月19日、Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciencesに掲載された研究により、巨大翼竜の幼少期は他の動物とは異なっていたことがついに確認された。小型の翼竜は、大きく完全に発達した翼を持って生まれましたが、巨大翼竜プテラノドンは、小さな腕と大腿骨を持って生まれましたが、成長するにつれて急速に大きくなっていました (図 8 を参照)。

図 8. 大型翼竜と小型翼竜の異なる成長パターン。写真提供：著者

これらの骨格節とそれが付着する筋肉は、飛行と陸上移動の動力を供給する役割を担っているため、非常に重要です。[9]これらの生理学的構造の発達が遅いことは、巨大翼竜の赤ちゃんは小型翼竜の赤ちゃんほど自立しておらず、親からのより多くの世話を必要としていたことを示しています。

図 9. プテラノドンの前肢の主な骨格筋構造。画像はマーク・ウィットン著「翼竜：自然史、進化、解剖学」より

巨大な翼竜にとって、親に育てられることは、親が彼らを無視して小さな翼竜を独りで成長させるよりも、はるかに合理的な成長戦略です。赤ちゃんの翼竜を大きく成長させたい場合、明らかに 2 つの選択肢があります。成長時間を長くすることと、成長速度を速くすることです。しかし、翼竜が独自に成長することを許すことは、明らかにいかなる計画の実行にも役立ちません。

親の保護がなければ、若い個体は捕食者の優先的な標的になることが多い。翼竜については、若い翼竜は飛ぶことができたものの、飛行中の事故や死亡率が高かったことが研究で示されています。同様の現象は巣立ち前の鳥にもよく見られます[10]。若い個体の死亡率が高いことを考えると、自然選択は成長時間を最小限に抑えることを好む傾向があります。

独立して生活する若者は成長も遅くなる傾向があります。小さな翼竜が、餌を探すために飛んだり、天敵を避けたりと、毎日生きるために奮闘しなければならなかったとしたら、エネルギー摂取量の大部分は走り回る過程で消費され、体の成長に使えるのはほんの一部だけであることは想像に難くありません。同時に、温血動物（鳥類や哺乳類）は代謝率が高いため、骨や筋肉は成長と機能という 1 つのことだけに集中することができます。急速に成長する骨や筋肉組織は、その中のほとんどの細胞が増殖し分化しているため、弱くなることがよくあります。日常の身体の支え、運動、その他の機能のニーズを満たすために、骨や筋肉組織は一定の成熟度（組織成熟度）まで発達する必要があります。その結果、増殖細胞と分化細胞の数が減少し、全体的な成長速度が低下します[11, 12]。翼竜の生理学的レベルは現代の温血動物のそれと似ていると考えられているため[13, 14]、成長率と機能的パフォーマンスの間にもトレードオフが存在するはずです。

したがって、巨大翼竜にとっては親による育児の方がより合理的な成長戦略である。親の丁寧な世話により、翼竜の赤ちゃんはより長い成長時間とより速い成長率を楽しむことができます（下の写真を参照）。

図10. 赤ちゃんを大切に育てるプテラノドン。イラスト：ジェームズ・ロビンス

翼竜がどのように成長したかという話題がまだ終わっていないことは疑いようがなく、私たちはきっとさらに多様な翼竜の幼少期を発見するだろう。結局のところ、翼竜は約 1 億 5000 万年もの間地球上に存在しており、これは他のどの翼のある脊椎動物よりもはるかに長い期間です。いつかタイムマシンに乗って、本物のドラゴンを見に（そして乗って）行ける日が来ることを願っています...

図11. 翼竜の運転指示。ソース | BBC: 科学によれば、翼竜に乗る方法 (
https://www.youtube.com/watch?v=9TKgupAZVzE)

参考文献

[1] Benson, RB, Frigot, RA, Goswami, A., Andres, B. and Butler, RJ, 2014.競争と制約が巨大飛行爬虫類の進化におけるコープ則を推進した。ナット。コミュニケーション。 5、3567。

[2] Yang, ZX, Jiang, BY, McNamara, ME, Kearns, SL, Pittman, M., Kaye, TG, Orr, PJ, Xu, X. および Benton, MJ 2019 複雑な羽毛のような分岐を持つ翼竜の外皮構造。ナット。エコール。エボル。 3、24–30。

[3] Cincotta A Nicolaï, M.、Campos, HBN、McNamara, M.、D'Alba, L.、Shawkey, MD、Kischlat, EE、Yans, J.、Carleer, R.、Escuillié, F.、Godefroit, P. 2022 翼竜のメラノソームは初期羽毛のシグナル伝達機能をサポートしています。ネイチャー604、684-688。

[4] アンウィン、DMおよびディーミング、DC 2008。翼竜の卵殻構造と翼竜の生殖生物学への影響。ジッテリアナ28、199-207。

[5] アンウィン、DMおよびディーミング、DC 2019。翼竜の出生前発達と出生後の運動能力への影響。プロセスR. ソシエテB: 生物学。科学。 286、20190409。

[6] Yang, Z., Benton, MJ, Hone, DW, Xu, X., McNamara, ME and Jiang, BY, 2021. 相対成長分析によりアヌログナトゥス科翼竜の系統学と発生が明らかになる。 J. ヴェルテブル古生物。 41、e2028796。

[7] Yang, Z.、Jiang, BY、Benton, MJ、Xu, X.、McNamara, ME、Hone, DW 2023。翼の成長の相対成長が親の育児と翼竜の巨大化を結びつける。プロセスR. ソシエテB: 生物学。科学。 290、20231102。

[8] Naish, D., Witton, MP and Martin-Silverstone, E. 2021.孵化したばかりの翼竜の動力飛行：翼の形状と骨の強度からの証拠。科学。報告書11、13130。

[9] ウィットン、MP、2013年。「翼竜：自然史、進化、解剖学」プリンストン大学出版局。

[10] Hone, DWおよびHenderson, DM 2014.浮遊性翼竜の姿勢：海洋および淡水生息地での生息に対する生態学的影響。古地理学。古気候学。パレオエコル。 394、89–98ページ。

[11] Ricklefs, RE, Shea, REおよびChoi, IH 1994.鳥類骨格筋の機能的成熟と指数関数的成長率の逆相関：進化的反応に対する制約。進化48、1080–1088。

[12] キャリア、DR、1996年。運動能力の個体発生的限界。生理学。ズール。 69、467-488。

[13] Wiemann, J., Menéndez, I., Crawford, JM, Fabbri, M., Gauthier, JA, Hull, PM, Norell, MA and Briggs, DE 2022.化石生体分子が祖先恐竜の鳥類代謝を明らかにする。ネイチャー606、522-526。

[14] Benton, MJ, Dhouailly, D., Jiang, B.およびMcNamara, M. 2019.羽毛の起源。トレンドエコル。エボル。 34、856–869。

この記事は科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けています

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司

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