翼竜は何を食べていたのか？歯をよく見てみよう

翼竜たちはそれを知る由もなかったが、やがて科学者にとって頭痛の種となるだろう。この空飛ぶ爬虫類は2億1000万年前から6600万年前まで恐竜と共存しており、その体高はスズメほどから、翼が33フィート（約10メートル）にも伸びたケツァルコアトルス・ノースロピのようにキリンほどにまで及んだ。

鳥のように飛んだものの、実際には爬虫類だったとしたら、食性はどのグループに似ているのでしょうか？古生物学者はしばしば現生動物にヒントを求めます。例えば、コモドドラゴンは肉を切り裂くための鋸歯状の歯を持ち、ワニは獲物を掴んで丸呑みするために鋤歯を使用します。そのため、翼竜は絶滅して久しいにもかかわらず、今日の科学者は彼らの頭蓋骨と歯の形状を分析することで、特定の種が昆虫、魚、あるいは陸生動物の肉を狩っていた可能性を推測することができます。

現在、ある研究グループが、翼竜が何を食べていたかだけでなく、その獲物がどのように噛み返したかを推測できる画期的なツールを開発しました。様々な物質を噛むことで、歯に100万分の1メートル単位の特徴的な「微小摩耗」のパターンが形成されることが分かりました。（同じことが人間の歯にも、そしてワニやオオトカゲといった現代の爬虫類にも起こります。）これらのパターンは、動物の食習慣を解明する手がかりとなります。

研究者たちは本日、ネイチャー・コミュニケーションズ誌に、 3次元で測定する無限焦点顕微鏡と呼ばれる高度な技術を用いて翼竜の歯を撮影した方法について述べている。そして、その歯を、食性が非常に詳細にわかっている現生の獣の歯と比較した。その結果、調査した翼竜の全種において、古代の動物が食べていなかったものはほとんどないことがわかり、頭骨と歯の形態だけでは決して得られない新たな知見が科学者たちにもたらされた。「肉食動物、魚食動物、そして無脊椎動物も発見しました」と、新論文の筆頭著者であるレスター大学およびバーミンガム大学の古生物学者ジョーダン・ベストウィック氏は述べている。「トンボやコオロギと同程度の硬さの、やや柔らかい昆虫を食べていた可能性のある翼竜と、カニ、甲虫、カタツムリなど、よりカリカリとした物を食べていた可能性のある翼竜も発見しました」

また、数千万年にわたる進化の過程で、このグループの食生活がどのように変化したかを明らかにすることができ、世界中の生態系における翼竜の役割をより鮮明に描き出すことができました。研究者たちは、個々の翼竜の食生活が成長するにつれてどのように変化したかについての手がかりさえも解明しました。

この新たな研究以前、古生物学者は翼竜の食生活を解明するいくつかの方法を持っていました。例えば、いくつかの希少な化石には軟組織が保存されており、科学者は胃の中に骨や魚の鱗を探すことができます。また、コプロライトと呼ばれる翼竜の糞の化石も役立ちます。さらに、かつて沿岸環境だった場所でこれほど多くの翼竜の化石が発見されているという事実は、彼らが魚などの魚介類を食べていたという確かな手がかりとなります。

しかし、ベストウィック氏とその同僚たちは、無限焦点顕微鏡のおかげで、これまでにないほど翼竜の食性を詳細に分析することができました。この顕微鏡は、翼竜の歯一つ一つに光子を照射し、それらが装置に戻ってくるまでの時間を測定しました。歯の組織にある溝の底に当たる光子は、山に当たる光子よりもわずかに長い時間かかります。彼らはこのデータを、機械加工部品の滑らかさを計測するためにエンジニアが使用するソフトウェアに通し、翼竜の歯の粗さを定量的に測定しました。

研究チームは17種の翼竜の歯の化石、具体的には獲物を捕らえるために使われた前歯から着手した。現代の爬虫類と同様に、翼竜は獲物を捕らえて丸呑みしていた。そのため、前歯は、例えば魚類やカニなど、特定の種が獲物としていたものに応じて、独特の微細摩耗パターンを呈していた。歯は定期的に抜け落ちて新しいものに生え変わるものの、歯は微細摩耗を蓄積するのに十分な期間持続した。

上の画像を見ると、それぞれ10分の1ミリメートル四方の面積に相当する6枚の画像が確認できます。上部には現生種3種、魚類を食べるインドガビアル、カタツムリや甲殻類などの硬質無脊椎動物を食べるアメリカワニ、そして雑食性のオオトカゲがいます。下部には翼竜3種が描かれています。

特徴的な摩耗パターンに基づき、研究者たちはイスティオダクティルスは肉食だったと推測しています。コロボリンクスはおそらくより幅広い獲物、おそらく魚類と軟体動物の両方を捕食していたでしょう。また、古生物学者が魚類か肉類を捕食していたと推測していたオーストリアダクティルスは、現在では無脊椎動物、つまり背骨のない生き物を捕食していたことが明らかになっています。「つまり、この種は歯ごたえのある昆虫などを食べていた可能性があります」とベストウィック氏は言います。「これは、これらの動物が古代の食物連鎖の中でどのような行動をとっていたのかを理解する上で非常に役立つでしょう。」

翼竜の歯の微細摩耗を現生種のそれと比較することで、研究者たちは古代の飛翔生物が何を食べていたのかをより明確に理解できるかもしれない。しかし、異なる種類の獲物がどのようにして歯に異なる微細摩耗パターンをもたらしたのかはまだ解明されていない。「歯が食物とどのように相互作用し、欠けたり、引っ掻いたり、へこんだりするメカニズムは、まだ完全には解明されていません」とベストウィック氏は言う。「特に爬虫類は食物を噛まないので、その傾向は顕著です。しかし、爬虫類の食性に関する知識に基づいて、ある程度の論理的飛躍をすることは可能です」

なぜわざわざマイクロウェア分析に苦労する必要があるのでしょうか？それは、歯が嘘をつくからです。パンダの頭蓋骨とホッキョクグマの頭蓋骨を渡して、頭と歯の形を調べてもらうと想像してみてください。ホッキョクグマはほぼアザラシしか食べず、パンダは竹を専門に食べているにもかかわらず、どちらもかなり似ているように見えるでしょう。「これらの動物は同じものを食べていたと仮定するでしょう」とベストウィック氏は言います。「こうした比較は必ずしも最善とは限りません。ですから、食生活を観察するには、より定量的な実験的な方法が必要なのです。」

また、現代のワニと同様に、一部の翼竜種は多様な食物を食べていた可能性があります。「成体のワニはカメの甲羅を砕き、骨を砕き、魚のような非常に柔らかいものも食べます」と、この研究には関与していないデイメン大学の脊椎動物解剖学者ドメニック・ダモーレ氏は述べています。「つまり、歯は必ずしもその生物が食べていた食物の種類を示すものではないだけでなく、その生物が食べていた食物の幅広さを示すものでもありません。」

微細摩耗痕の分析により、ベストウィック氏と同僚たちは、個々の翼竜の謎に満ちた成長過程を垣間見ることにも成功した。翼竜の古生物学において難しいのは、鳥類のように子供を育てていたのか、爬虫類のように自力で生き延びさせていたのかを見分けるのが難しいことだ。幸運にも、研究者たちは様々な年齢のランフォリンクスの標本の歯を入手していた。幼少期の歯は、成獣が魚を食べていたのに対し、ランフォリンクスが昆虫などの無脊椎動物を多く食べていたことを示していた。「ランフォリンクスが子供の世話をしていたのであれば、微細摩耗痕も年齢に関わらず同じだったはずです」とベストウィック氏は語る。なぜなら、両親は子供たちに食べさせる魚を家に持ち帰っていたはずだからだ。「つまり、翼竜の生活様式は鳥類よりも爬虫類に近かった可能性があるということです」

彼らの分析は、翼竜が卵から出た直後から飛び立つ準備が整っていたという考えを裏付けるさらなる証拠となった。「私たちは胚がほぼ完成した卵を入手しました。骨は非常によく発達しており、おそらく孵化後数分で飛行できたでしょう」と、ロイヤル・ティレル古生物学博物館の古生物学者ドン・ヘンダーソン氏は述べている。ヘンダーソン氏は今回の研究には関わっていない。「つまり、翼竜は現代のトカゲと同じように、すぐに動き回っていたということです。卵から出たばかりのワニやアリゲーターは、噛みつき、餌を欲しがっています。」

したがって、微細摩耗分析は、古生物学者が翼竜の生活様式について既に推測していたことを裏付ける強力なツールとなる可能性がある。ランフォリンクスの場合、「一部のランフォリンクスの腸の内容物が採取されており、中には死後糞石を排出した個体もいるため、その食性は確実に分かっています」と、ロサンゼルス自然史博物館の古生物学者マイク・ハビブ氏は述べている。ハビブ氏は今回の研究には関わっていない。「これはまさに、微細摩耗信号を確認するべき事例です。もし、ランフォリンクスが私たちが知っているものを食べたという証拠がなければ、微細摩耗分析は機能していません。もし、ランフォリンクスがそれを食べたという証拠があれば、分析は機能しています。」

この技術は、同種族内での食性変化も明らかにする可能性があるとハビブ氏は言う。翼竜の種族の一つの集団が、主要グループから分岐し、異なる食料源を求めて新たな環境へと移動した可能性がある。二つの集団の歯の形状からは同じものを食べていたことが示唆されるかもしれないが、微細摩耗の分析によって微妙な違いが明らかになるかもしれない。「歯の形状は、特定の食性変化と完全に一致するように進化したわけではないかもしれないが、微細摩耗からそれを読み取ることができる」とハビブ氏は言う。「ある地域ではより硬いものを食べていた場合、歯の形状からは見えない非常に微細な情報を得ることができるからだ。」

ベストウィック氏らは、微細摩耗分析を用いて進化の過程を考察した。初期の翼竜の歯は、昆虫のような歯ごたえのある無脊椎動物を餌としていたことを示唆している。しかし、数百万年にわたる進化の過程で、翼竜はほぼ肉と魚だけを餌とするようになった。

同じ時期に、始祖鳥のような現代の鳥類の祖先も進化していました。では、翼竜は昆虫食の初期の鳥類との競争により、より多くの魚や肉を食べるように進化したのでしょうか？「この食生活の変化が鳥類によるものかどうかを検証したわけではないことを強調しておきます」とベストウィック氏は言います。「しかし、時期的な変化には気づきました。現時点では、単なる偶然以上のものです。この食生活の変化が鳥類の出現に直接起因するものかどうかを実際に検証するのは、また別の機会にお話ししましょう。」

それは確かに考えさせられる話だ。

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