恐竜の羽の色をついに解明

以下は、リチャード・O・プラム著『美の進化：ダーウィンの忘れられた配偶者選択理論が動物界、そして人間をどのように形作ったか』からの抜粋です。

2007 年のある日、イェール大学の古生物学教授デレク・ブリッグスと大学院生のヤコブ・ヴィンターがニューヘイブンにある私のオフィスにやって来ました。彼らはヤコブが撮影した写真を見せたかったのです。それは 2 万倍に拡大した羽毛の走査型電子顕微鏡画像でした。グレースケール画像には、数十個の小さなソーセージ形の物体がほぼ平行に並んでいました。彼らは「これは何に見えますか」と尋ねました。私は「メラノソームのように見えます」と答えました。「そう言ったでしょう!」とヤコブはデレクに勝ち誇ったように叫びました。どうやら、ここで何か重要なことが起こっていたようです。

メラノソームは、羽毛に黒、灰色、または茶色を与えるメラニン色素の微細な塊です。ヤコブとデレクが最初に私に教えてくれなかったのは、電子顕微鏡画像はデンマークの始新世初期毛皮層から採取された鳥の化石の羽毛から撮影されたものだということです。これがメラノソームであれば、約 5,500 万年前のものです。

鳥の羽毛のメラニン色素は、特殊なメラニン生成色素細胞によって合成され、メラノソームと呼ばれる膜で囲まれた小さな細胞小器官に詰め込まれています。人間の髪の毛の色素と同様に、鳥で​​は、羽毛の発達中にメラニン色素細胞が完成したメラノソームを個々の羽毛細胞に移します。羽毛細胞が成熟するにつれて、メラノソームは羽毛の硬いベータケラチンタンパク質に囲まれ、成熟した羽毛の色を作り出します。メラニンは古代の色素であり、ほとんどすべての動物によって生成されます。メラニンの化学構造も多様です。たとえば、黒いアメリカガラス ( Corvus brachyrhynchos ) の羽毛の色と人間の黒い髪の色は、ユーメラニン分子によって作られています。アメリカマツグミ ( Hylocichla mustelina ) の赤褐色の羽毛の色と人間の赤い髪の色は、独特の分子であるフェオメラニンによって作られています。

古生物学者は 1980 年代初頭から走査型電子顕微鏡で羽の化石を調べてきました。彼らはこれらの円筒形の物体を観察し、周囲の岩石とは異なり、炭素を含む有機分子でできていることさえ確認しました。しかし、古生物学者はほとんどが骨の人間であり、伝統的に細胞生物学についてはあまり考えませんでした。そのため、これらの物体の形状とサイズに基づいて、これらの構造は羽の化石化中に羽を食べた化石細菌であると結論付けました。古生物学者はさまざまな化石が保存される特定のメカニズムに強い関心を持っているため、これは重要な発見のように扱われました。しかし、この仮説はあまり意味をなさなかった。たとえば、なぜ細菌は乾燥してほとんど消化できない羽を食べているときに保存されることが多く、腐敗した死体のジューシーで食欲をそそる部分をすべて食べているのが見つからなかったのでしょうか。いずれにせよ、細菌仮説は古生物学で受け入れられた事実になりました。ヤコブの発見は、この教義に挑戦する刺激的な機会をもたらしました。

これらの微細な化石構造が本当にバクテリアなのかメラノソームなのかを検証するには、メラニン色素のパターンが保存された紛れもない羽毛化石の例が必要でした。幸運なことに、デレク・ブリッグスは世界中の博物館に収蔵されている非常に保存状態の良い化石について百科事典的な知識を持っており、レスター大学の地質学博物館にあるブラジルのクラト層で発見された約 1 億 800 万年前の美しい横縞模様の羽毛化石を思い出しました。この化石には、羽毛の小羽枝の最も細い繊維など、羽毛構造の驚くべき詳細が保存されていました。さらに、羽毛の縞模様の色パターンは、羽毛の自然な色素パターンの明確な特徴を示しており、化石バクテリアと混同されることはありませんでした。

電子顕微鏡で、羽の黒い縞模様には、長さ数ミクロン、幅約 100 ～ 200 ナノメートルの小さな「ソーセージ」が豊富に含まれており、現生鳥類の羽のユーメラノソームに非常によく似ていることを確認しました。対照的に、化石の羽の白い縞模様には、そのような構造がまったくありませんでした。明らかに、最も適切な説明は、微細構造が元の羽自体から保存されたメラノソームであるということです。どういうわけか、適切な条件下では、メラノソームは美しく化石化し、数億年もの間持ちこたえ、これらの古代動物の元の色彩パターンの側面を保存することができます。

化石化したメラノソームの発見は、羽毛、毛髪、皮膚、鱗、爪、さらには網膜を含む化石脊椎動物の色彩に関するまったく新しい世代の研究を刺激しました。もちろん、この新しい色彩古生物学の分野で最も興味深い疑問は、恐竜の色彩は何色だったか、ということです。私たちの発見により、この疑問はもはやSFの世界ではなく、実際に調査すべきまったくあり得る疑問となりました。羽毛は、鳥類の起源や飛行の起源よりも前に、肉食で二足歩行の獣脚類恐竜の系統で最初に進化しました。私たちは、原理的には、非鳥類恐竜の羽毛のメラニン色を再現できることを示しました。実際、縞模様のブラジルの羽毛の化石は、非鳥類恐竜の羽毛のものである可能性があるほど古いものです。必要なのは、電子顕微鏡で観察するための恐竜の羽毛の化石の小さなサンプルだけです。中国北東部の遼寧省にある白亜紀前期とジュラ紀後期の堆積物から主に発見された羽毛恐竜は、前世紀で最もエキサイティングで革命的な古生物学的発見の 1 つです。しかし、その羽毛の色を再現すれば、その興奮はまったく新しいレベルにまで達するでしょう。

翌年、私たちは協力者チームを拡大し、北京自然史博物館にある中国北東部の遼寧層から発見されたジュラ紀後期の猛禽類のような恐竜アンキオルニス・ハクスレイの標本の研究を開始しました。アンキオルニスは、長い骨状の尾と小さな歯を持ち、前肢と後肢の両方に翼のような長い羽毛を持つ、小型の二足獣脚類でした。アンキオルニスは、謎に包まれた「四翼」恐竜の一種で、猛禽類恐竜（映画「ジュラシック・パーク」でキッチンで子供たちを追いかけ回したヴェロキラプトルなど）や、最古の鳥類の化石である始祖鳥、そして現生鳥類すべての祖先と近縁関係にあります。

遼寧層は保存状態が非常に良いことで知られていますが、このアンキオルニスの標本は、あまり期待できるものではありませんでした。実際、ジュラ紀の轢死体のようでした。ずたずたに引き裂かれ、頭部は取り除かれて別の石板に保存され、四肢は四方八方に広げられていましたが、骨の周りには濃い羽毛の厚いマットがありました。私たちは、電子顕微鏡で調べるために、体の周囲 3 ダースの場所から、マスタード シード大の非常に小さなサンプルを採取しました。標本の見栄えが悪かったので、メラノソームが少しでも見つかることを願うばかりでした。

ニューヘイブンに戻って、さまざまなサンプルを電子顕微鏡で調べたところ、一部のサンプルにはメラノソームがよく保存され、他のサンプルにはメラノソームの印象が保存されており、一部の領域にはメラノソームがまったく保存されていないことが明らかになりました。次の革新は、アンキオルニスの化石のメラノソームのサイズ、形状、密度を、現生鳥のそれらと比較することでした。黒と灰色の羽のユーメラノソームは長くてソーセージのような形をしている傾向があるのに対し、赤褐色または赤茶色の羽のフェオメラノソームはより丸みを帯びてジェリービーンズのような形をしていることがわかりました。アンキオルニスのメラノソームの測定値を現生鳥の測定値と比較することで、化石の羽の色を診断することができました。標本全体の多くの場所からサンプルを採取していたため、ほぼ全体の羽毛の色を再現することができました。

私の科学者としてのキャリアの中で最も興奮した瞬間の 1 つは、アンキオルニスの羽毛が生き生きと動き出すのを見守ったときでした。サンプル番号から、黒、灰色、赤褐色、無地の白という新たに診断された色を動物の羽毛の解剖学的位置にマッピングしたのです。その結果得られた画像は、私たちが想像していた以上に素晴らしいものでした。

Anchiornis huxleyiの羽毛の色彩を描写することは、まるで『ジュラ紀恐竜フィールドガイド』の最初の項目を書くようなものでした。子どもの頃、私はフィールドガイドに触発されて外の世界に出て鳥を研究していました。今、科学者として、私は鳥をまったく新しい方法で再考する機会を得ました。

アンキオルニス ハクスレイはどのような姿をしていたのでしょうか。体の羽毛は大部分が暗い灰色で、前翼は黒色でした (カラー プレート 15)。頭頂部の長い冠羽は赤褐色でした。何よりも印象的なのは、前肢と後肢の両方の長い羽毛が白く、先端が黒色、つまりスパングルで飾られていました。これは、現代のスパングルド ハンブルグ鶏の品種に似ています。これらの黒いスパングルの四肢羽毛は、羽毛の後縁を大胆に強調し、翼に一連の黒い縞模様を作り出しました。

興味深いことに、アンキオルニスの長い四肢の羽毛は、現代の鳥類の風切羽のように非対称な形ではありませんでした。そのため、この生物が四肢を滑空用の「翼」として使っていたかどうかは明らかではありません。さらに、アンキオルニスは足の指まで羽毛が密生しており、現生鳥類のほとんどが持つ鱗状の脚と指はありませんでした。

恐竜の色を発見することは、単なる楽しみではありません。恐竜の生物学、そして私たちが鳥類の生物学と考えるものの起源について、根本的に新しい疑問を多数提起します。アンキオルニスの大胆で複雑な羽毛の色素パターンは、明らかに性的または社会的シグナルとして使用されていました。したがって、美的な羽毛装飾の進化は、鳥類ではなく、はるか昔に陸生獣脚類恐竜に端を発しています。恐竜は、例外的な恐竜の系統が飛翔する鳥に進化するずっと前から、美しく共進化してきました。鳥類の豊かな美的歴史は、ジュラ紀の獣脚類のルーツにまで遡ります。

リチャード・O・プラム著『美の進化：ダーウィンの忘れられた配偶者選択理論が動物界、そして人類に与えた影響』より抜粋。出版社の許可を得て掲載。無断転載禁止。

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