恐竜はなぜあんなに大きかったのでしょうか？上限はありますか？

編集者注:

「恐竜はなぜあんなに大きかったの？」これは科学者たちが長い間議論してきた問題であり、現在最も挑戦的な科学の最先端課題の 1 つとも考えられています。

パート1

地球上で最も大きな恐竜はどれくらいの大きさだったのでしょうか？

現在、地球上で最大の陸上動物はアフリカサバンナゾウ（Loxodonta africana）です。この大男の肩までの平均の高さは3.2メートル、体重は6トンです。彼らの前に立つと、私たちはいつも自分たちの取るに足りないことを嘆きます。アフリカのサバンナゾウは、最大の恐竜の前に立つと、自分の取るに足りない存在を嘆くだろう。

象と人間の大きさの比較 画像出典: wikipedia-Steveoc 86

最も大きな恐竜はすべて竜脚類に属します。では、知られている中で最大の恐竜はどれでしょうか?アルゼンチノサウルスです。発見された化石は不完全なため、その大きさについては議論がある。 2019年のポール・グリアの推定によると、アルゼンチノサウルスの体長は30メートルを超え、体重は65～75トンだったという。[1]

アルゼンチノサウルスがどれほど巨大だったか知らない人は多い。長さと高さがどれくらいだったか見てみましょう。アルゼンチノサウルスの全長は35メートルで、胴体の長さがわずか28.6メートルの民間航空業界の主力機種であるボーイング737-300よりも長い。アルゼンチノサウルスが頭を上げたとき、地面からの高さは10メートル以上あり、これは3階建てのビルの高さに相当します。

アルゼンチノサウルスと人間の大きさの比較。画像ソース: SlateWeasel

では、アルゼンチノサウルスより大きい恐竜は存在するのでしょうか?いるかもしれません。バロサウルスとスーパーサウルスです。

まずはバロサウルスを見てみましょう。バロサウルスはディプロドクス科に属し、ディプロドクスに非常によく似ています。ディプロドクスの特徴は、体が大きいにもかかわらず、細身で、体重が比較的軽いことです。そのため、従来の理論では、バロサウルスは体長が 25 メートルあったものの、体重は 12 〜 15 トンしかなかったと考えられています。体長や体重の点から見ても、バロサウルスは竜脚類の中では巨大ではないと考えられています。しかし、2016年に古生物学者のマイケル・P・テイラーは、バロサウルスは非常に大きかったという驚くべき説を提唱しました。

マイケル・テイラーは、スーパーサウルス（番号：BYU 9024）として特定された椎骨がバロサウルスに属する可能性が高いことに気づいたことが判明しました。この頸椎の大きさから判断すると、バロサウルスは全長48メートル、体重は約66トンあった可能性がある[2]。もちろん、この計算は古生物学界で満場一致で認められているわけではないので、バロサウルスの体長が 48 メートルというのは単なる理論に過ぎません。

BYU9024 とそのレプリカの寸法 画像ソース: svpow.com

重ドラゴンの次は超ドラゴンについてお話しましょう。バロサウルスと同様に、スーパーサウルスはディプロドクス科に属します。その化石が発見されたとき、非常に衝撃的でした。片方の肩甲骨（番号：BYU 9025）だけでも高さは 2.4 メートルありました。スーパーサウルスが最初に命名されたとき、古生物学者はその体長は40〜45メートルであると信じていましたが、後に35メートルに短縮されました。

博物館にあるスーパーサウルスの化石。右下の訪問者はサイズの参考として使用できます。画像提供: 米国プリマスのザック・ティレル

2021年11月に北米古脊椎動物学会の年次総会が開催されました。会議では、古生物学者たちはスーパーサウルスに関する研究を再提案し、控えめな見積もりでもスーパーサウルスの長さは39メートルに達していた可能性があるが、通常の体長は42メートルに達する可能性があると指摘した[3]。スーパーサウルスに関する研究は学界に認められ、これまで発見された恐竜の中で最も長いものとなったが、最も重いものではなかった。スーパーサウルスは、体長が40メートルを超えるにもかかわらず、細身のディプロドクス属に属しているため、体重は40トン程度に制限されており、アルゼンチノサウルスのほぼ半分です。

画像出典：参考文献[4]

多くの友人が、最大の恐竜はアンフィコエリアス・フレイリムスではないのかと尋ねているに違いありません。ディプロドクス・フラギリスは、体長が60メートル以上、体重が120トン以上あったと推定されています。かつては伝説のスーパードラゴンだった！ディプロドクス・フラギリスが実在したかどうかの議論は1世紀以上続いてきましたが、2018年に古生物学者ケネス・カーペンターは、ディプロドクス・フラギリスの化石は実際にはレバキサウルスに属していたという驚くべき説を提唱し、それをマラアプニサウルスと改名しました[5]。

ディプロドクス・フラギリスと人間の大きさの比較、画像出典：Wikipedia

この研究によれば、ディプロドクス・フラギリスは存在せず、メガロサウルスは体長28～32メートル、体重62トンであり、世界最大の恐竜の称号を争う資格は完全に失った。同時に、ディプロドクス・フラギリスの神話は完全に打ち砕かれました。

ディプロドクス・フラジャイル（黒）とメガロサウルス（緑）の大きさ比較。画像出典：参考文献[7]

アルゼンチノサウルス（黒）とメガロサウルス（赤）の大きさ比較。画像出典: Franoys

上記では代表的な巨大竜脚類恐竜をいくつか紹介しました。人類が知る最大の恐竜は今でもアルゼンチノサウルスです。体長は30～35メートル、体重は65～75トンで、知られている恐竜の中で最大の地位を占めています。その大きさは恐竜サイズの天井、つまり恐竜サイズの上限を表しています！

パート2

恐竜はなぜあんなに大きくなったのでしょうか？

陸生脊椎動物として、哺乳類の中で現存する最大の陸生種は、前述のアフリカゾウです。知られている陸生哺乳類全体を見ても、最大のものはパラケラテリウム・リンシアエンセで、体長8メートル、肩高5メートル、体重24トンであり、恐竜科の中では中型の竜脚類のレベルに過ぎない[6]。

巨大サイと著者自身の身長比較

では、なぜ恐竜はあんなに大きかったのでしょうか?

ここで、有名なアメリカの古生物学者エドワード・ドリンカー・コープが観察した（ただし、彼によって正式に提案されたわけではない）有名なコープ則について言及する必要があります。彼は化石記録の情報に基づいて、集団の系統内の種のサイズは一般的にどんどん大きくなっている、つまり生物は大きくなる傾向があると信じていました。しかし、今日の研究に基づくと、コープ法則はすべての種の進化に当てはまるわけではなく、一部の生物群の傾向にのみ適合することが判明しています。

伝統的な見解では、恐竜がこれほど大きく成長できた理由は、恐竜が生息していた時代の大気の組成、気温、食物などの要因と切り離せないものだと考えられています。率直に言えば、恐竜が巨大になったのは環境によるものであり、これは一般的に受け入れられている説明でもあります。

古生物学者の見解では、動物の成長を制限する重要な問題はエネルギー消費です。巨大な竜脚類恐竜はどのようにしてエネルギーの摂取量と消費量を等しく保ったのでしょうか?古生物学者は、中生代には竜脚類の主食であったC3植物が豊富に存在していたことを発見した。これらの植物のエネルギー価値は、今日の草本植物のエネルギー価値と同様です。

消化生物学: 牛、馬、羊など、私たちがよく知っている現代の草食動物はすべて、咀嚼能力と消化器系を発達させており、それによって食物の利用効率は確かに向上しますが、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。竜脚類恐竜も異なります。彼らは食べ物をほとんど噛むことができないので（これが竜脚類の頭が小さい理由でもある）、飲み込むのに多くの時間を費やします。大量の食物は巨大な胃と腸でゆっくりと消化されますが、その巨大な消化器系を支えるには巨大な体が必要です。

竜脚類は大量の食物を食べるため、食べるのを止めても消化器系は働き続けてエネルギーを得るので、エネルギーの少ない状態でも動き続けることができるのです。

竜脚類の食事におけるもう一つの利点は、首が非常に長いことです。これにより、動きに余分なエネルギーを費やすことなく、より広い範囲で食事することができ、長時間の食事中に多くのエネルギーを節約できます。

呼吸器系: 竜脚類恐竜は、今日の鳥類のような気嚢構造を持っていました。竜脚類恐竜の呼吸器系には、肺だけでなく、首や体全体に多数の気嚢がありました。多数の気嚢が存在すると、呼吸効率が大幅に向上し、酸素の吸収が増加します。そのため、中生代、大気中の酸素含有量が現在よりそれほど高くなかった時代には、竜脚類は効率的な呼吸器系によって、自らの生存ニーズを満たすためにより多くの酸素を得ることができました。

呼吸効率を向上させることに加え、気嚢の存在は体の熱を放散させるのにも役立ちます。体温も大型動物にとって重要な問題だからです。体温が高すぎると、機能障害を引き起こしたり、場合によっては生物の死につながることもあります。竜脚類恐竜は気嚢構造を利用して体温を効果的に制御し、過熱を防ぐことができました。

心臓血管系: 竜脚類は巨大な体を持っているため、体に血液を供給するために強力な心臓が必要であり、4 つの部屋を持つ強力な心臓は、この役割を十分に果たしています。同時に、進化の過程で、竜脚類の血管壁は厚くなり、毛細血管の透過性は低下し、結合組織は発達し続け、筋肉の静脈ポンプは強化されるなど、巨大な体の中での血液の循環が確保されました。

成長戦略: 竜脚類は巨大な体格にもかかわらず、卵から孵ったときは非常に小さく、体長約 1 メートル、体重はわずか 1 キログラムでした。より速く成長するために、若い竜脚類はより速く成長する必要があり、また成体の恐竜とは異なる高い基礎代謝率を持っていました。そのため、生まれたときから若い竜脚類は驚異的な成長率を維持し、年間の体重増加はトン単位で計算されます。竜脚類は高い代謝率と成長率を維持しながら、成熟年齢も遅らせました。研究によれば、ディプロドクスは20歳を過ぎてから成体になったとされており、これは人間よりも長い年齢である。これにより、竜脚類恐竜はより長い期間にわたって急速な発達を遂げることができ、急速に成長する時間が増えました。

竜脚類恐竜は成体になると、元々高かった基礎代謝率が低い状態に変化し、エネルギー消費量が少ない状態になります。竜脚類恐竜は成体になった後も完全に成長を止めなかった。彼らのサイズは死ぬまでゆっくりと大きくなり続けるので、年齢が上がるほど、個体も大きくなります。

竜脚類の化石の研究によると、竜脚類の骨細胞の表面積は広く、それが竜脚類恐竜の急速な成長を促していたこともわかっています。

繁殖戦略: 恐竜は子供を産むが子孫を大事にしない動物だと思われてきましたが、化石証拠が次々と発見され、多くの恐竜が巣を守るだけでなく、生まれたばかりの赤ちゃん恐竜を育てていたことが分かってきました。しかし、巨大な竜脚類恐竜には明らかにこのような行動がなかったので、繁殖コストは低かった。

繁殖コストの低さとは対照的に、竜脚類恐竜の繁殖能力は高い。カメのように、一度にたくさんの卵を産み、その数によって急速に個体数を回復させます。この生殖戦略は「R 戦略」と呼ばれます。

一度に多くの卵を産むためには恐竜がより大きくなる必要があり、巣作りや子育てにエネルギーを費やす必要がないため、サイズに関する制限が相殺される。結局のところ、体長30メートルの恐竜が巣を作り、子育てをすることは不可能です。

いくつかの外的要因: 竜脚類自体の構造と行動に加えて、獣脚類の捕食者からの圧力、同様の生態学的地位を持つ種間の競争、種内競争などが、竜脚類の巨大な成長をもたらした理由である可能性があります。

その他の環境要因の中でも、1億8300万年前に起きた絶滅イベントなど、いくつかの突然の大規模な出来事も、大型で進化した竜脚類の出現に寄与しました。

1億8300万年前、ジュラ紀前期のプリンシアン-トアルシアン期に、ゴンドワナ大陸の分裂が一連の大規模な火山噴火を引き起こした。当時の火山の噴火は地球の気候に深刻な混乱をもたらした。気温が上昇し、気候が乾燥し、植生の構成も劇的に変化しました。種子シダやソテツなどの一般的な低くて柔らかい植物は姿を消し、背の高い裸子植物が地球を占め始めました。原始的な竜脚類恐竜にとって、植生構造の変化は良いニュースではありませんでした。硬い針を噛むことができず、消化管で消化するのが困難だったからです。しかし、より強い顎と硬い歯を持つ真の竜脚類は、裸子植物が占める世界に完璧に適応し、新世界の新たなエリートとなったのです。

1億8300万年前に起こったこの絶滅は、ジュラ紀前期絶滅と呼ばれています。絶滅の規模は大きくなかったものの、陸上の生態系構造が変化し、真の竜脚類が出現する機会が生まれました。ジュラ紀初期に起こった絶滅イベントも、絶滅イベントに関する私たちの理解を覆すものでした。大型動物は絶滅イベントの影響を受け、消滅する可能性が高いという従来の見解は、ここでは当てはまりません。代わりに、大型動物は絶滅イベントで変化した環境に適応し、絶滅の危機に瀕した最大の勝者となり、巨大な竜脚類恐竜が地球を歩き回る幕が開かれた。

恐竜がこれほど大きく成長できた理由は、明らかに一つではありません。恐竜の大型化を促進した理由と制限した理由の両方が数多くありました。竜脚類恐竜がこれらの制限を突破すると、徐々に最大の陸上動物の頂点に躍り出て、ついには王座を獲得することになるのです。

今後も古生物学者は恐竜がなぜあんなに大きかったのかを研究し続けるだろう。最終的には古生物学と古環境を統合した総合的なモデルが確立され、このモデルによって先史時代の最大の陸生動物の大規模成長の謎が解明されるでしょう。

参考文献:

1. ポール、GS（2019）。 「既知の最大の陸上動物の特定: 絶滅した動物の体積と質量を復元するためのさまざまな方法の批判的比較」(PDF)。カーネギー博物館の年鑑。 85 (4): 335–358.doi:10.2992/007.085.0403. S2CID 210840060。

2. 「BYU 9024 動物のサイズ」 2019年6月16日。

3.カーティス、ブライアン（2021）。 「ドライメサ恐竜採石場のスーパーサウルス・ビビアナエ（ジェンセン1985）の軸要素は、その系統関係と大きさに関するさらなる洞察を提供し、体長が39メートルを超える動物であったことを示唆している。

4. ラブレス、デイビッド、ハートマン、スコット、ウォール、ウィリアム。 （2008年）。ワイオミング州のモリソン層から発見されたスーパーサウルス（恐竜、竜脚類）の標本の形態とディプロドクス科の系統発生の再評価。リオデジャネイロのアルキーヴォス国立美術館。 65.

5. カーペンター、ケネス（2018）。 「マラアプニサウルス・フラギリムス、NG（旧称アンフィコエリアス・フラギリムス）、コロラド州のモリソン層（上部ジュラ紀）産の基底的なレッバキサウルス科恐竜」。インターマウンテンウェストの地質。 5: 227–244.

6. Deng T、Lu X、Wang S、他。漸新世の巨大サイはパラケラテリウムの進化に関する洞察を与えてくれる[J]。コミュニケーションバイオロジー、2021年、4(1):1-10。

7. カーペンター，K.（2018）。 「マラアプニサウルス・フラギリムス、NG（旧称アンフィコエリアス・フラギリムス）、コロラド州のモリソン層（上部ジュラ紀）産の基底的なレッバキサウルス科恐竜」。インターマウンテンウェストの地質。 5: 227–244.出典：http://www.gil/gil/gilgamesh/ 2018年10月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年10月21日閲覧。

制作：中国科学博覧会×知乎

著者：江紅、知湖古生物学の優秀な回答者

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