世界最大の恐竜は4階建ての高さです。彼らはどのようにしてこのような巨人に成長したのでしょうか?

陸上に生命が存在し始めてから4億年以上経ちますが、大型の竜脚類恐竜を除いて、体長20メートルを超える動物は存在しません。では、なぜ竜脚類はあんなに大きくなったのでしょうか?彼らは一日にどれくらい食べるのでしょうか？こんなに巨大な体をどうやって支えているのか、また、体のさまざまな器官はどうやって連携しているのでしょうか。

最大の恐竜の大きさはどれくらいですか

現在、この王座を争う恐竜は、バロサウルス、スーパーサウルス、パタゴニアサウルス、ディプロドクスなど多数存在します。しかし、現在古生物学者は、最大の恐竜はアルゼンチノサウルスであると一般的に認識しています。全長はバス3台をつなげた長さに相当する38メートル、高さは4階建てのビルの高さに近い10メートルに達する。この「巨人」の体重も驚くべきもので、60～90トンと推定されており、これは10頭の象の総重量を超えています。巨大なルヤンサウルスは私の故郷、河南省で発見されました。専門家の中には、骨が復元されると体長が38.1メートルに達する可能性があり、世界最大のドラゴンの称号を争う有力候補になると推測する者もいる。

史上最大の陸生哺乳類であるパラケラテリウムは、体長8メートル以上、体重22トンで、アルゼンチノサウルスの3分の1以下の大きさでした。その体の大きさからすると、アルゼンチノサウルスの前を走る小さな追随者でしかありませんでした。

恐竜が生息していた中生代は、酸素含有量が現在よりもはるかに高く、気候が温暖で、植物が豊かで、食べ物がどこにでもあったため、竜脚類恐竜が巨大に成長できたと考える人もいます。本当にそうなのでしょうか？最新の研究によると、ジュラ紀と白亜紀の大気中の平均酸素含有量は、現在の 21% 未満でした。竜脚類の主食であったシダ植物のエネルギー値は、現代の草本植物のエネルギー値とそれほど変わりません。哺乳類が繁栄した新生代には、温暖な気候と豊かな植生の時代もありましたが、大きさで竜脚類恐竜の優位な地位に挑戦できるような種は出現しませんでした。したがって、大気中の酸素の量と食物の豊富さは恐竜の成長の主な理由ではない可能性があります。

そうすると、考え方を変えて、研究対象そのものから答えを探す必要があります。幸いなことに、この問題は私たち一般人の関心を引くだけでなく、恐竜の専門家の注目も集めています。著名なドイツの古生物学者であるマーティン・ザンダー教授は、恐竜の巨大化に関する11年にわたる研究プロジェクトを立ち上げ、竜脚類恐竜がなぜ巨大化できたのかという疑問に次のような側面から答えを出しました。

何を頼りにここまで大きくなったのですか？

誰もが最も関心を持っているのは、竜脚類恐竜が山のように重い巨大な体をどうやって運んだかということです。

まず、竜脚類恐竜の足の裏は非常に幅広です。歩くとき、彼らは自分の大きな体重を4つの足の裏に分散させ、地面への圧力を減らして、動けなくなるのを防ぐことができます。

第二に、竜脚類は巨大であったものの、骨壁は薄く、空洞の穴が多かったため、骨の重量が大幅に軽減されていました。竜脚類の大半は鳥類に似た気嚢を持っており、それが背骨を取り囲み、四肢の骨の間の隙間を埋めて、体全体にかかる圧力を軽減していた。ある意味では、大型の竜脚類恐竜は肉でできた固い山ではなく、中が空洞で膨らんでいたのです。

研究により、竜脚類の歯は片側のみが摩耗していたことが判明した。これは、彼らが植物から皮を剥いた後、まったく噛まずに直接食べ物を飲み込んだことを示唆しています。この食べ方により、咀嚼時間を節約し、素早く連続的に食べることができ、単位時間あたりに食べる量を大幅に増やすことができます。

アルゼンチノサウルスの復元写真。写真はTuchong.comより

牛や馬などの現代の草食動物は、よく発達した咀嚼能力を有しており、確かに食物の利用効率は向上しますが、食べる効率は制限され、したがって体の大きさの継続的な成長も制限されます。

竜脚類が餌を食べる際のもう一つの利点は、体長の半分にもなる首です。これらは非常に長い狩猟用の竿のように機能し、一振りするだけで広範囲の植物を一掃することができます。これにより、短い距離を移動するだけで広い範囲で餌を食べることができるため、長時間の餌食になるときにエネルギーを節約できます。

これら2つの武器の助けにより、成体のアルゼンチノサウルスは毎日500キログラム以上の植物を食べることができ、中生代の植物「掃除機」となった。

古生物学者は竜脚類恐竜の化石の中に胃石を発見し、恐竜が消化する前に胃の蠕動運動によって食物を粉末にするために胃石を使用していたのではないかと推測した。現代の鶏やアヒルなどの動物と同じように、彼らは消化を助けるために小さな石を食べます。

さらに重要なのは、竜脚類の胃が巨大だった理由は、長い消化管を持っていて、大量の植物を長期間保存し消化するのを助けていたためだということです。これらの腸には植物を分解できる細菌が生息しており、大量の植物を消化するのに役立つ「発酵タンク」に似た特殊な構造を形成しています。しかし、大量の植物の分解によって発生したガスは竜脚類を歩くメタンタンクに変えたため、古生物学者は「中生代にタイムスリップするなら、竜脚類の後ろを歩かないように。この恐竜は頻繁にオナラをしているはずだから」と冗談を言った。

竜脚類恐竜は独特の空気取り入れシステムを持っています。彼らの巨大な体は常に大量の酸素を消費するため、効率的な呼吸システムが必要です。竜脚類恐竜の呼吸器系には、強力な肺に加えて、前述のように鳥のように体全体に広がる気嚢も備わっています。これらの気嚢は肺につながっており、前部と後部の 2 つの部分に分かれています。吸入時も呼気時も常に新鮮な空気が肺に流れ込むため、ガス交換の効率が大幅に向上し、酸素の吸収が増加します。そのため、酸素含有量が現在よりもさらに低かった中生代には、竜脚類は生存に必要な酸素を多く得るためにそれらに頼ることができました。

竜脚類恐竜は気嚢構造を利用して空気の流れを速め、熱を放散させ、体温の上昇による機能障害や死を防いだとも考えられます。

竜脚類の巨大な体は、体に血液を供給するために強力な心臓を必要とします。 4つの部屋を持つ心臓は強靭で力強いだけでなく、進化の過程で血管壁の肥厚や筋肉の静脈ポンプの強化などの構造的強化も受け、巨大な体全体の血液循環を確保しています。

効率的な成長と繁殖戦略

竜脚類恐竜は体が大きいにもかかわらず、生まれたときは体長1メートル未満、体重はわずか5キログラムと非常に小さかった。より速く成長するために、若い竜脚類は非常に高い基礎代謝率を持ち、年間1トンという驚異的な成長率を維持していました。

竜脚類は成体になると基礎代謝率が高から低に変化し、エネルギー消費量が少ない状態になります。しかし、成体の竜脚類は死ぬまでゆっくりと成長し続けるので、年を取れば取るほど大きくなるのです。哺乳類は基本的に成体になると成長が止まり、年齢とともに体の大きさは変化しません。

竜脚類恐竜は巣を作ったり子孫を育てたりしませんでした。その代わりに、カメのように一度に複数の卵を産み、数に頼っていたため、繁殖コストは低く抑えられました。これによりエネルギー消費も削減され、栽培と成長に集中できるようになります。

もちろん、竜脚類恐竜がこれほど大きく成長できた理由は、明らかに上記に挙げたものだけではありません。多くの理由が恐竜の大型化の原動力であると同時に制限にもなっています。竜脚類恐竜がこれらの限界を突破すると、彼らは徐々に最大の陸上動物の頂点に到達し、最終的に陸上の王の冠を獲得するでしょう。

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た作品です。

著者: 劉森

評者: 王元 (古動物学博物館館長)

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