空に舞い上がる「覇者」：恐竜はいかにして青空で「生命を取り戻した」のか？

人民教育出版社が発行する小学校4年生の中国語教科書第1巻には、「青空を飛ぶ恐竜」という科学人気記事が掲載されている。このテキストでは、恐竜の仲間が数十億年かけて進化し、地上から徐々にさまざまな鳥のような特徴を発達させ、飛行器官と飛行能力を進化させ、最終的に青空に飛び立ち、色鮮やかな鳥になった様子が描かれています。恐竜は本当に絶滅したのでしょうか？鳥が恐竜の子孫であることを証明する証拠は何ですか？恐竜の化石の発見にはどんな秘密が隠されているのでしょうか?

▲人民教育出版社の中国教科書『青空を飛ぶ恐竜』（撮影/徐星）

『青空を飛ぶ恐竜』の著者であり、中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の研究者である徐星氏が、恐竜が鳥類に進化した経緯を明らかにします。

好奇心が「初心者」を作る

最も多くの化石を発見した人物となった

恐竜が好きな人はたくさんいます。その理由は、その巨大さ、奇妙な外見、あるいは遠く離れた存在のためかもしれません。さらに、ティラノサウルス・レックス、トリケラトプス、マメンチサウルスといった恐竜スターも登場します。

▲マメンチサウルスの復元 (写真/Xu Xing/Zhao Chuang)

2005 年、アメリカの雑誌『サイエンス』は、宇宙を構成するものは何なのか、など 125 の科学的問題をリストアップしました。生命はどのようにして誕生したのでしょうか?恐竜はどのようにして絶滅したのかなど、恐竜研究に関連した質問もいくつかあります。恐竜はなぜあんなに大きくなったのでしょうか？

▲恐竜の星の復元（写真/徐星/ブライアン・チュー）

古生物学は恐竜の化石だけでなく、他の種類の化石も研究する学問です。恐竜の化石はなぜそれほど魅力的なのでしょうか?その理由は、他の科学分野と同様に、古生物学の研究では世界を探索するために頭脳を使う必要があるが、同時に、地球に隠された生命進化の謎を見つけるために自然を受け入れ、野生に赴く必要があるという特別な側面もあるからです。

作業に加わったばかりのチームメンバーは、野生のあらゆる細部に興味を持ち、いかなる異常現象も見逃さなかったため、その好奇心が彼らを多くの重要な化石の発見へと導いたのです。

恐竜化石発掘者は「恐竜化石ハンター」と呼ばれ、彼らの仕事で最も重要なステップは恐竜化石を発見することです。驚くべきことに、化石を最も多く発見するのは、経験豊富な現場作業員ではなく、現場作業に参加したばかりのチームメンバーであることが多いのです。これは、野生のあらゆる細部に好奇心を持ち、いかなる異常現象も見逃さないからです。彼らが多くの重要な化石を発見するきっかけとなったのは、好奇心でした。

▲現場に加わったばかりのチームメンバーは、好奇心から手がかりから最も重要な化石を見つけることができました（写真/徐星）

私のお気に入りの恐竜化石地域は、新疆ウイグル自治区のジュンガル盆地にある五彩湾地域です。ここの景色はとても美しいです。探検隊のメンバーが暮らす小さなテントは岩のすぐそばにあり、そこで彼らは野生生活の楽しさを満喫しています。遠くにゴビ砂漠が見えます。

▲新疆のジュンガル盆地にある五彩湾地区。遠くに雪をかぶった山々が見える（写真提供：徐星）

実際、フィールド科学研究中に遭遇する最も一般的な環境は、砂嵐、洪水、その他の過酷な環境です。ゴビ砂漠で化石を探す上での最大の課題は、高温、蚊、有毒昆虫、野生動物です。私たちはジュンガル盆地での現地発掘調査中に多くの重要な発見をしました。例えば、1億6000万年前に形成された岩石の中に、トリケラトプスの祖先である両性具有者の化石が見つかりました。

▲隠された龍の化石（写真提供：徐星）

▲殷龍が生きた時代の再現（写真提供：徐星）

また、ティラノサウルス・レックスのジュラ紀の祖先の化石も発見されました。これはティラノサウルス科の進化の歴史を理解する上で非常に重要です。

▲ジュラ紀のティラノサウルスの祖先、グアンロンの化石（写真提供：徐星）

▲関龍の再建（写真/徐興/張宗達）

白亜紀の地層では、アルヴァレスサウルスの化石の首の近くで非常に小さなワニの化石が見つかりました (下の写真の赤い点)。恐竜はワニを食べた後に死んだのではないかと推測しています。私たちはこの化石を「最後の晩餐」と名付けました。

▲アルヴァレゾサウルスの化石（写真提供：徐星）

化石は層状に保存されており、上部には小さな化石、中央には中くらいの化石、下部には大きな化石が保存されています。私たちはこれを「恐竜サンドイッチ」保存法と呼んでいます。調査の結果、この地域には比較的小型の恐竜だけでなく、最大で体長が40メートル近くになるマメンチサウルスも生息していたという説が浮かび上がりました。彼らは川沿いの柔らかい泥を踏みつけて小さな穴を掘り、そこに泥水があふれて小さな泥沼を形成した。この地域に生息していた小型恐竜の一部は偶然泥の中に落ちて死に、その後泥と砂に埋もれて化石となったと考えられます。この話は何度も繰り返され、最終的に「恐竜サンドイッチ」という保存方法が生まれました。

▲恐竜化石のサンドイッチ保存法、巨大な恐竜が踏みつけた穴に閉じ込められた小さな恐竜（写真/徐星）

「恐竜サンドイッチ」では、奇妙な恐竜を見つけました。最も奇妙なことは、恐竜の胃の中に小石が詰まっていたことが発見されたことだ。現代の鳥類のように、一部の恐竜には歯がなく、小さな石が食物をすりつぶすのに効果的だったことが分かっています。鳥の中には腸をきれいにするために石を食べるものもいます。実際、1億6000万年前のジュラ紀の小型恐竜の中に鳥のような行動が発見されました。私たちはこの恐竜を「逃れられないマッドサウルス」と名付けました。この種の恐竜は泥にはまって逃げられず、死んで化石になったのです。

▲不可避泥竜の化石からは小石が発見された（上の写真の赤枠内、右の写真は拡大写真）（写真提供：徐星）

化石を研究した結果、1億6000万年前に生息していたミレオサウルスは3歳になる前に歯が生え、成体になって初めて鳥のような姿になり、くちばしを持つようになったことがわかりました。研究により、この恐竜は幼い頃は肉食を好んで雑食だったが、成体になってからは植物を食べるようになったことが分かりました。これは歯の喪失とくちばしの形成に関係しています。

▲泥から抜け出せない龍の再現（撮影/徐星/ポーシャ・スローン）

偶然の発見の裏には

大変な努力が必要だったに違いない

恐竜の睡眠行動の証拠として世界初となる、恐竜の頭と体が円形に巻かれた化石が発見された。この化石を初めて発見したとき、私たちはそれが単に非常に美しく保存された化石だと思いました。

▲中国遼寧省北票市で、白亜紀前期の1億4千万年前の梅龍の化石が発見され、恐竜の睡眠行動が世界で初めて証明された（写真/徐星/ミック・エリソン）

恐竜の口が翼の下に埋まっていることに偶然気づきました。動物によって睡眠スタイルが異なることは知られています。鳥は暖かく保つ必要があり、しばしばくちばしや頭を翼の下に隠します。この詳細から、恐竜も鳥類と同様の睡眠行動をとっていたかもしれないと気付いたのです。内モンゴルのエレンホトは恐竜化石の聖地です。 1920年代、アメリカ自然史博物館は北京を出発し、北と西へ向かう探検隊を結成しました。彼らはモンゴル高原で人類の祖先の化石が見つかることを期待していた。しかし、探索中に人類の化石は見つからず、代わりに恐竜の化石を含むさまざまな化石が予想外に発見されました。 20年以上前、中国の研究者たちはこの地域で多くの恐竜の化石を発見し始め、その中にはいくつかの新しい恐竜の種も含まれていました。私たちは2つの恐竜の種に名前を付けました。1つは内モンゴルドラゴン、もう1つは二連ドラゴンと呼ばれています。当時、CCTVは内モンゴルのエレンホトに来て、内モンゴルのドラゴンとエレノサウルスの化石の発見の過程を示すドキュメンタリーを撮影したいと考えていました。撮影終了後、CCTVのディレクターは、ドキュメンタリーをより鮮明にするために、科学研究者が化石を掘るシーンをあと数ショット追加する必要があると提案した。発掘場所を選ぶ際、チームメンバーの一人が帽子を空中に投げ、帽子が落ちた場所で発掘作業を行った。岩を開けた瞬間、帽子が落ちた岩の下に新しい恐竜の化石があるのを発見し、私たちは皆驚きました。

▲CCTVがドキュメンタリー撮影中に偶然竜脚類恐竜の化石を発見（写真提供：徐星）

私たちはこれらの化石を修復と研究のために研究所に持ち帰り、この化石が竜脚類の背椎の化石であり、この地域で発見された化石とはまったく異なるものであることを発見しました。この化石に基づいて、私たちは小型の竜脚類恐竜に属するスニトサウルスという新しい恐竜の種に命名しました。

▲竜脚類恐竜ソニトサウルスの化石と一緒に写真を撮る徐星さん（左）（写真提供：徐星さん） 一般的に竜脚類恐竜は体長が少なくとも20メートル、時には30メートルにもなるが、ソニトサウルスは竜脚類の中でも「小型」で、体長はわずか10メートルほどだ。私たちはこの発見にとても興奮しています。日本のテレビ局もスニトサウルスの発見を報道するために二連浩特市を訪れ、そのディレクターも数枚の撮影を依頼した。研究チームのメンバーは、数十メートル離れた乾いた川床の端で骨片が露出しているのが見られ、その大きさから判断して、それはスニトサウルスのものである可能性が高いと示唆した。茂み越しに化石をさらに露出させると、その化石はスニトサウルスではなく、これまで見たことのない恐竜の化石であることがわかりました。

▲日本のテレビ局が偶然、大型獣脚類恐竜ギガントプサウルスの化石を発見（写真提供：徐星）

私たちはその化石を修復と研究のために研究所に持ち帰り、それが実は大型獣脚類のギガントラプトルの化石であることを発見しました。この恐竜はダチョウによく似ており、鳥類に近い種ですが、その大きさは驚くほど大きかったです。死んだときの体重は約3,000キログラムだったと推定されます。また、CTスキャンを使用して骨格の内部を調べ、それがどのような生物であるかを調べました。この恐竜の骨はCTスキャンで見ると巣のような構造をしているように見えます。骨は軽量ですが、非常に丈夫です。この発見は、タイム誌によって2007年の世界トップ10の科学的発見の1つに選ばれました。

▲巨大猛禽類は11歳で死亡、体重は約3250kg（写真提供：徐星）

▲ギガントラプトルの化石の骨格はCTスキャンで見ると巣のような構造をしていることが分かる。骨格は軽量だが非常に頑丈である（写真提供：徐星）

科学における大きな発見にはなぜ常に偶然の要素があるのか​​？実際、偶然の発見に至るまでには、多大な努力と献身があったに違いありません。

「最終日の幸運」

粘り強さと献身から

恐竜の化石を発見するには、好奇心と偶然に加えて、粘り強さも重要です。遼寧省とその周辺地域の環境は内モンゴルのそれとは全く異なります。ここの植生は非常に密集しており、この地域の化石は恐竜の進化の過程における鱗や装甲についての疑問を解明するのに役立ちます。これまで、世界のいくつかの地域で発見された恐竜の化石は、北米で発見されたカモ形の嘴を持つ恐竜や角竜などの恐竜が体に鱗と装甲を持っていたことを示している。したがって、恐竜は鱗と装甲で覆われているべきだと私たちは考えています。しかし、これは本当にそうなのでしょうか? 1996年、羽毛が保存された最初の恐竜の化石が中国で発見されました。科学者たちはこれを「チャイニーズ バード ドラゴン」と名付けましたが、別名「チャイニーズ ドラゴン バード」とも呼ばれています。この命名は化石に関する私たちの理解の進歩を反映しています。この化石は他の化石のように骨が保存されているだけでなく、さらに重要なことに、黒い本来の羽も保存されています。

▲羽毛が保存された最初の恐竜が発見された - シノルニトサウルスの化石（写真提供：徐星）

実際、恐竜が原始的な羽毛を持っていたという考えは新しいものではありません。 1960年代初頭、アルゼンチンの学者は、鳥類と近縁関係にある恐竜の中には、体に羽毛があったはずだと提唱した。 1970年代と1980年代には、すでに何人かのアメリカ人芸術家が恐竜に羽毛を付けていたが、恐竜に羽毛があったという証拠を発見した科学者はこれまでいなかった。私たちも、シノルニトサウルスの化石が発見された直後の1997年にこの地域を訪れました。冬でとても寒かったので、私たちはもっと多くの羽毛恐竜の化石を発見したいと強く願っていました。

30日以上働きましたが、まだ何も得られませんでした。最終日、私たちが出発しようとしていたとき、地元の人々が、科学研究に役立つことを願って、数百個の非常に壊れた化石を寄付してくれました。私たちは化石をつなぎ合わせ、修復し、研究した結果、それが新種のものであることを発見し、ベイピアオサウルスと名付けました。これは、羽毛の進化と恐竜がどのようにして鳥になったかを理解するための非常に重要な発見です。

▲ベイピアオサウルスの化石は発見当時、かなり壊れていました。この化石は、羽毛の進化と恐竜が鳥類になった経緯を理解する上で重要な証拠となる（写真提供：徐星）

▲北標龍発のオリジナル写真（写真提供：ナショナルジオグラフィック）

「最終日の幸運」はなぜあるのでしょうか?理由は単純で、粘り強さの結果です。毎回、「最後の日の幸運」は、野生で30日、40日、50日、あるいは60日経った後に発見されます。多大な努力をすることで、ようやく発見ができるようになります。

1998年、私たちは再び「最終日の幸運」を経験しました。その時、私たちは70日以上も野生の中で過ごしました。探検が終わろうとしていたとき、同僚が多くの骨と羽の跡が保存された重要な化石を発見しました。この化石は恐竜の新種を表しており、私たちはそれをシノルニトサウルスと名付けました。この恐竜は、恐竜が実際に鳥のように羽ばたくことができたことを示しています。これは飛ぶことを学ぶ上で非常に重要です。

▲シノサウルスの化石（写真提供：徐星）

▲シノサウロプテリクスの復元図（写真提供：ナショナルジオグラフィック）

多くの科学的発見は

疑いと批判から

科学における多くの重要な発見は、実は最も一般的なタイプの発見であり、疑問や批判から生まれるものです。伝統的に、恐竜は地上に生息し、走る能力に​​優れた大型動物です。科学者たちはさまざまな種類の恐竜を観察することで、恐竜の体の構造が地上での生存と走行に適していることを発見しました。一般的に、恐竜の足の爪は比較的まっすぐで、手の爪だけが比較的湾曲しています。

▲ミクロラプトルの最初の化石（写真提供：徐星）

しかし、ミクロラプトルの化石には 2 つの特別な特徴があることが分かりました。第一に、ミクロラプトルは非常に小さく、体重は 1 キログラム以下でした。第二に、足の爪の形は樹上に生息する鳥の爪に似ていました。これは、ミクロラプトルがおそらく樹上で生活していた恐竜であったことを意味します。これには非常に重要な進化の出来事が関わっています。科学者たちは長い間、恐竜が鳥類に進化したと信じてきましたが、鳥類になるためには、恐竜は鳥類のさまざまな特徴を進化させる必要があり、その中で最も重要な特徴の 1 つが飛行でした。

▲ミクロラプトルの足指の長さの比率と爪の曲率は、樹上で生活していた可能性を示している（写真提供：徐星）

▲樹上で暮らすミクロラプトルの復元図（写真提供：徐星）

恐竜はどうやって地上から青空まで飛んだのでしょうか？現代生物学によれば、飛ぶことを学んだ、あるいは飛ぶ能力を少し獲得したばかりの生物はすべて樹上に生息します。たとえば、滑空するトカゲ、ムササビ、さらにはカエルもいます。これらの滑空動物は、高いところから飛び降りる方が簡単なので、通常は木や高いところから飛び降ります。しかし、地上から空へ直接飛ぶのは非常に困難です。飛行機が離陸するのと同じように、非常に速い速度がなければ青空に飛ぶことはできません。そのため、多くの専門家は、恐竜は地上で生活していたため、飛行能力を進化させることは不可能だったと考えています。しかし、ミクロラプトルの出現は、一部の恐竜が樹上で生活していた可能性があることを物語っています。彼らは木から飛び降り、滑空し、最終的には飛ぶ能力を習得した可能性があります。さらに多くのミクロラプトルの化石を研究した結果、さらに驚くべき現象が発見されました。鳥の翼と尾には幅広い羽があり、これを風切羽と呼びます。典型的な風切羽は非対称で、左右の羽の大きさが異なり、一方は広く、もう一方は狭い。科学者たちは、鳥の飛行能力が優れているほど、その羽毛の非対称性が増すことを発見した。飛行能力が弱い鳥や、まったく飛べない鳥の風切羽はほぼ左右対称です。しかし、ミクロラプトルの化石では、実際には非対称の羽毛が見られました。さらに驚いたのは、ミクロラプトルの足にも非対称の羽毛が分布していたことです。

▲ミクロラプトルの化石では、前肢と尾だけでなく、後肢にも非対称の羽毛が分布している（赤丸）（写真提供：徐星）

ミクロラプトルの化石の羽毛の非対称な分布から、4枚の翼を持つ恐竜という説が生まれました。翼は4枚あり、尾も翼とみなすと、5枚の翼を持つ動物ということになります。実は、これは私たちが直接思いついたものではなく、継続的な改良の末に得られたものなのです。

▲ミクロラプトルの化石（左）と現生鳥類の羽毛（右）には非対称の羽毛が見られた。飛行能力が強くなるほど、羽毛は非対称になります。空気力学的観点から見ると、非対称構造は飛行を助ける（写真提供：徐星）

当時、ミクロラプトルの化石を研究する国際チームが数多く存在していました。 2002年には、私たちより先に、他の2つの研究チームがミクロラプトルの新しい化石に関する研究結果を発表していました。彼らの研究によれば、ミクロラプトルの足には風切羽がなかったことが示唆されている。別の研究チームは観察を通じてミクロラプトルの羽毛は対称的であると信じていた。 2つの研究チームの観察結果は私たちのものとは完全に逆です。同じ化石からなぜ異なる結論が導かれるのでしょうか?それは、すでに獲得した知識が思考を制限してしまうためだと私は考えています。年齢を重ねると経験や知識は増えますが、自由な思考も失われます。あなたが習得した科学的知識はあなたの思考を制限し、科学者の世界の観察は多かれ少なかれ「偏り」があります。私たちにできるのは、私たち自身の「偏見」を減らすように努めることだけです。科学の進歩は、さまざまな「偏見」との衝突の中でゆっくりと形成され、最終的には真実の向こう側に到達します。

あなたが習得した科学的知識はあなたの思考を制限し、科学者の観察は多かれ少なかれ「偏り」があります。私たちにできるのは、私たち自身の「偏見」を減らすように努めることだけです。

最初の研究チームはなぜ足に風切羽がないと考えたのでしょうか?現代の鳥類について私たちが知っていることによると、非対称の羽毛は足には見られず、翼と尾にのみ見られる。そのため、研究チームは、ミクロラプトルの化石の足元近くに埋もれていた羽毛は、ミクロラプトルがもともと生やしていた羽毛ではなく、化石の形成過程で翼や尾から飛び出した羽毛であるに違いないと推測した。

▲第1チームはミクロラプトルの足には風切羽がないとする論文を発表した（写真提供：徐星）なぜ第2チームは風切羽が左右対称だと考えたのか？彼らは主に恐竜を研究し、多くの経験を持っていたため、固定観念を持っており、恐竜はまだ飛ぶことを学んでいなかったと信じていました。そのため、ミクロラプトルの化石の羽毛を見たとき、その羽毛は実際には非対称であったにもかかわらず、彼らの目には対称的に見えたのです。思考の制約は認知の逸脱につながります。

▲最初のチームは、ミクロラプトルの風切羽が左右対称であると主張する論文を発表しました（写真提供：徐星） 2003年に、私たちは科学界に、ミクロラプトルの羽は左右非対称であり、この左右非対称の羽は足にも生えていると発表しました。私たちの論文は英国の雑誌「ネイチャー」に掲載され（化石と復元画像は表紙をご覧ください）、世界中で大きな反響を呼びました。この発見により、恐竜が地上から青空へと飛び始めたのではないかと推測できます。ある種の恐竜は樹上に登り、最終的に4枚の翼を進化させた可能性がある。前翼が発達するにつれて、後ろ翼は徐々に退化していき、今日の鳥は飛ぶために2つの翼だけを使い、歩くために足を使うようになりました。

▲2003年、英国の有名な学術誌「ネイチャー」に徐星氏のチームによる四枚羽の恐竜の飛行の進化に関する仮説に関する論文が掲載され、世界中で大きな話題を呼んだ（写真提供：徐星氏）。私たちの論文が発表された後、多くの学者から疑問が投げかけられました。カリフォルニア大学バークレー校の著名な学者ケビン・パディアン教授は、私たちの論文に疑問を投げかけ、批判する論文をいくつか書きました。彼は、四枚の翼を持つ恐竜が存在することは不可能だと信じており、化石が偽物である可能性もあるという。彼はまた、たとえそれが本物の化石であったとしても、飛行の起源とは何の関係もないと示唆した。それは特別な現象、個別のケースであり、鳥が飛ぶことを学ぶこととは何の関係もないはずです。ケビン・ペディエンが四枚羽の恐竜を信じない理由は、彼が恐竜から鳥類への進化を研究する先駆者であり、ある種の生来の考え方に影響されているからだ。彼は現代の鳥が翼で飛び、後ろ足で歩くことをよく知っていた。したがって、彼は恐竜が4つの翼を持っているとは想像できなかったのです。実際、疑問や批判は科学界ではよくある現象であり、科学の進歩は疑問、批判、議論のプロセスの中で起こります。疑問や批判に応える最善の方法は、より多くの科学的証拠を探すことです。私たちはさらなる証拠を探すために、現場と研究室でより多くの時間を費やしました。その後、ミクロラプトルの化石の4枚の翼の現象は化石の偽物ではなく、実際の生物学的現象であることが証明されました。さらに重要なのは、ミクロラプトルに4枚の翼の証拠が見つかっただけでなく、ポッサム、アンキオルニス、シャオティングサウルス、アウリニアなどの初期の化石にも4枚の翼の現象が見つかったことです。 4枚の翼を持つ段階は、恐竜が鳥類に進化する上で避けられない段階でした。

▲その後10年間、研究者たちはさらに多くの4枚羽の恐竜や4枚羽の鳥の化石を探した（写真提供：徐星）

疑問や批判は科学界ではよくある現象です。疑問や批判に応える最善の方法は、より多くの科学的証拠を見つけることです。科学の進歩は疑問と批判のプロセスの中で起こります。

▲2014年12月12日、アメリカの雑誌『サイエンス』に徐星氏のチームが書いた鳥類の起源に関するレビュー記事が掲載された。記事は、恐竜が鳥類に進化するには四翼の段階を経なければならないと指摘した（写真/徐星）

恐竜から鳥類への進化に関する研究成果が国内外の大学や小中学校の教科書に取り入れられたことは喜ばしいことです。

▲鳥類の起源に関する研究は、2014年にサイエンス誌によって世界の10大科学的ブレークスルーの一つに選ばれた（撮影：徐星）

現在地球上に生息する 11,000 種の鳥類は、実際には中生代の恐竜の直系の子孫である生きた恐竜であるため、恐竜が絶滅したことはないと断言できます。

▲恐竜は絶滅せず、鳥類に進化して青空に飛び立った（撮影：徐星）

（この記事の内容は首都科学講堂からのものです。講堂は北京科学技術協会が主催し、北京科学センターが主催し、北京科学技術通信社が共催しています。毎週学者や専門家を招いて講演を行い、科学精神を促進し、一般の人々が科学的思考を確立し、基本的な科学的方法を習得し、必要な科学知識を理解するのを助けています）