恐竜から鳥類まで、なぜ進化は遅くなったのでしょうか?

顎の出現、魚の陸への着陸、爬虫類の青空への飛翔など、生命進化の歴史において重要な節目の出来事がいくつかあります。かつて科学者たちは、ある集団に「進化的革新」を暗示する特徴や形態学的機能が初めて現れたとき、その集団の進化速度が上昇し、多様性が増加することを当然のことと考えていた。その理由は、これらの「革新」によって生物が新しい生態学的地位に素早く参入できるようになるからです。

中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の研究員である王敏氏は、初期の鳥類の進化の研究に携わってきた。しかし、彼が観察した中生代の鳥類の化石標本によれば、空に飛び立ったばかりの初期の鳥類の多様性は高くなかったようだ。そこで彼は進化生物学におけるこの「常識」を再検証したのだが、その結果は確かにこれまでの認識とは大きく異なっていた。 6月5日、関連する研究成果が「Nature Ecology & Evolution」誌に掲載されました。

恐竜から鳥類への進化は、脊椎動物の進化の歴史の中で最も衝撃的な出来事の一つです。このプロセスには、骨格系、筋肉系、表皮派生物の多数の構造変化が伴い、これらの変化のほとんどは飛行の起源に関連しています。

「最も重要な変化は、四肢の骨の長さで表される体型の変化です。」王敏氏は、例えば全体的な傾向として、進化の系統において、鳥類に近い獣脚類恐竜は前肢が比較的長いことを紹介した。

これまでの推測によれば、初期の鳥類の四肢骨の進化速度は比較的速く、全体的な多様性も比較的高かったはずだ。しかし、研究者らは、鳥類、非鳥類の準鳥類、非鳥類の獣脚類恐竜の3つのグループの四肢骨の多様性を体系的に比較し、初期の鳥類の四肢骨の全体的な多様性は最も低く、非鳥類の獣脚類恐竜の四肢骨の多様性は最も高いことを発見した。この違いは主に前肢に反映されました。

研究者らはまた、鳥類を含む中生代の獣脚類恐竜の四肢骨の進化速度を計算し、同様のパターンを発見した。実際、前肢と後肢の全体的な進化速度は鳥類の起源ノードに近づくにつれて遅くなり、この傾向は前肢で最も顕著でした。

趙創が描いた朱のクラトン猛禽類復元地図

初期の鳥類における四肢骨の形態の多様性の低さと進化速度の鈍化をどのように説明するのでしょうか?

王敏氏は、この現象は主に鳥の前肢の「抗力」によるものだと考えている。 「飛行は、初期の鳥類の進化において強力な自然選択要因でした。そのため、原始的な鳥類の前肢は、空気力学の枠組み内で限られた変化しか受けることができませんでした。」

「微細な飛行動作の完成に関わる筋肉、靭帯、骨の関節など、飛行に関連する多くの高度な特徴の出現により、鳥類の前肢の変化は「ボトルネック」を突破し、最終的に現代の鳥類が示す多様な前肢構造へと進化することができました。」

王敏氏は例を挙げた。その後、魚鳥や夕闇鳥など、海に「潜って」飛ぶことができる高度に特殊化した鳥も現れました。このユニークなライフスタイルは、彼らの微妙な筋肉、靭帯、骨の関節の進化と密接に関係していました。彼らは、初期の鳥たちよりも、四肢の骨の限界を突破する能力に優れていた。

「生物が重要な特性や機能を獲得すると、種全体の発達に大きな促進効果をもたらします。しかし、この促進効果の影響は進化の段階によって異なるため、細かい区別をする必要があることをこの研究は示しています」と王敏氏は語った。