シノヴェナトル（トロオドン科、獣脚類）における鳥類様の脳形態

解説

　この論文は、中国で発見されたトロオドン科恐竜の頭蓋の中にある脳の形を調べたものです。トロオドン科は、現代の鳥の祖先に近い恐竜の仲間で、羽毛や翼などの特徴を持っていました。この論文では、トロオドン科の一種であるシノヴェナトルという恐竜の脳の形を、CTスキャンという技術を使って3Dで再現しました。そして、他の恐竜や鳥の脳の形と比較しました。その結果、シノヴェナトルの脳の形は、最初の鳥である始祖鳥にとても似ていることがわかりました。つまり、シノヴェナトルは、鳥のような脳の形を持つ恐竜の一つであるということです。この論文の意義は、恐竜から鳥へ移行する過程で、脳の形がどのように変化したかを明らかにすることです。脳の形は、恐竜の行動や感覚に関係しているので、恐竜の生態や進化についてもっと知ることができます。また、鳥の脳の形がどのようにしてできたかを理解することもできます。この論文は、恐竜と鳥の関係を探るために、新しい技術や方法を使って、化石の中の脳を見ることができるということを示しています。

要旨

　非鳥類型獣脚類と現生鳥類の系統に沿って、頭蓋骨と脳の解剖学的構造には多くの変化が起こった。内頭蓋の解剖学的変化には、内頭蓋腔の拡大、視覚能力の上昇を示す視葉の相対的な大型化、嗅覚能力の低下を示す嗅球の相対的な小型化などがある。ここでは、保存状態の非常に良いSinovenator changii（トロオドン科、獣脚類）の頭蓋骨から、内頭蓋とその神経解剖学的特徴をマイクロコンピュータ断層撮影（μCT）によって再構成する。その全体的な形態は他のトロオドン科の内頭蓋に似ているが、Sinovenatorには他のパラヴィアン類（原鳥類）や非マニラプトル類獣脚類と共通する独自の内頭蓋の特徴がある。内頭蓋形態のランドマークに基づいた幾何学的形態計測分析では、Sinovenatorの脳形態が他の非鳥類型獣脚類や現生鳥類の間に位置し、Archaeopteryxに最も近いことが示された。これは、トロオドン科における鳥類型の脳形態の獲得と、マニラプトル類におけるそのような構造の広い存在を示している。

論文オープン

Yu, C., Watanabe, A., Qin, Z. et al. Avialan-like brain morphology in Sinovenator (Troodontidae, Theropoda). Commun Biol 7, 168 (2024). https://doi.org/10.1038/s42003-024-05832-3

論文要約

　この論文は、中国の早期白亜紀の地層から発見された基盤的なトロオドン類の恐竜 Sinovenator changii の頭蓋骨と脳の形態について詳細に記述し、幾何学的形態計測法を用いて他の非鳥類型恐竜や現生鳥類と比較しています。著者らは、Sinovenator の脳の形態が非鳥類型恐竜と現生鳥類の中間的であり、鳥類の脳の進化がモザイク的であったことを示唆しています。以下は、各章の要約です。

●Introduction（序論）: この章では、鳥類の起源と初期の進化に関する研究の歴史的な背景と現在の知見を紹介しています。特に、鳥類の祖先である羽毛のある非鳥類型恐竜の化石記録や、鳥類の頭蓋骨や脳の形態の変化について述べています。また、トロオドン類の分類学的位置や頭蓋骨の特徴についても触れています。最後に、本研究の目的として、新たに発見された Sinovenator の頭蓋骨と脳の形態を詳細に記述し、他の恐竜や鳥類と比較することで、鳥類の脳の進化における重要な過渡的段階を明らかにすることを述べています。

●Results（結果）: この章では、Sinovenator の頭蓋骨と脳の形態について、3Dレコンストラクションの画像とともに詳細に記述している。頭蓋骨はほぼ完全に保存されており、他のトロオドン類と共通する特徴や、他の早期のパラヴィアン類と中間的な特徴を持つことが示されている。脳の形態は、頭蓋骨の内部型（エンドキャスト）を脳の大きさと形の近似として用いている。エンドキャストは、嗅覚器官や大脳、視葉、小脳、脳幹などの神経解剖学的な領域に分けられている。Sinovenator のエンドキャストは、非鳥類型恐竜と現生鳥類の中間的な形態を示しており、特に Archaeopteryx に近いことが示されている。また、内耳の形態も記述されており、基盤的な鳥類と似た特徴を持つことが示されている。

●Discussion（議論）: この章では、Sinovenator の頭蓋骨と脳の形態について、他の恐竜や鳥類との比較や、鳥類の脳の進化における意義について議論している。Sinovenator の頭蓋骨は、他のトロオドン類と共通する特徴や、他の早期のパラヴィアン類と中間的な特徴を持つことが示されており、トロオドン類の系統発生や頭蓋骨の進化に関する知見を提供しています。Sinovenator の脳の形態は、非鳥類型恐竜と現生鳥類の中間的であり、鳥類の脳の進化がモザイク的であったことを示唆している。特に、嗅覚器官や大脳、視葉、小脳などの領域において、祖先的な特徴と派生的な特徴が混在していることが示されている。幾何学的形態計測法による定量的な比較では、Sinovenator のエンドキャストの形は Archaeopteryx に最も近く、現生鳥類のクラスターにも近いことが示されている。また、脳の形と大きさの関係においても、非鳥類型恐竜と現生鳥類の間には異なる傾向があることが示されている。これらの結果は、Sinovenator が鳥類の脳の進化における重要な過渡的段階を表していることを支持している。

●Methods （方法）：標本と画像処理: 中国の遼寧省で発見された Sinovenator changii のほぼ完全な骨格標本 IVPP V20378 を研究対象とした。この標本の頭骨と後肢骨格は別々に CT スキャンされ、3D モデルが作成された。頭蓋内部の構造を調べるために、頭蓋内部の型（エンドキャスト）を脳の代用として用いた。

形態計測データと解析: 頭蓋内部の形態を定量的に比較するために、13個の解剖学的に定義されたランドマークを用いた幾何学的形態計測法を行った。この方法は、以前の研究で用いられたものに基づいている。R 言語を用いて、プロクラステス解析、主成分分析、系統的最小二乗法、クラスター分析などの統計的手法を適用した。また、頭蓋内部の形態とサイズの関係を評価するために、共通の対数変換されたエンドキャストの重心サイズをサイズ指標として用いた。

統計と再現性: この研究では、51種の分類群と13個の三次元ランドマークを用いた。データは補足資料として提供されており、R コードも公開されている。