恐竜の体温調節に関する現在の定説

質問

古生物を御専門にされておられる方に御尋ね致します。
　恐竜の体温維持の方法に関しては、昔から「変温説」、「内温説」、「慣性恒温説」等が、議論されて来ましたが、その時々で有力とされる説が異なっている様です。
　そこで御教え頂きたいのですが、現在判明している最新の証拠（状況証拠等も含む）から考えて、現時点で最も有力とされているのは、どの様な説なのでしょうか？
　又、一部には（特定の恐竜のグループに限定した話で）その論争に決着がついたという事はあるのでしょうか？
　勿論、一口に恐竜と言っても様々なグループに分けられますから、グループ毎に異なる方式で体温調節を行っていたという可能性もあると思いますが、その場合は、どのグループがどの様な方式の体温調節を行っていたのかという事も、御教え頂けたら幸いです。

回答No.5

suiran2

羽毛恐竜が発見された時点で、知識ある生物学者は恒温動物であることを確信しました。しかし、古生物学者の中には化石と格闘するのみでご質問者さんと同じように動物の生理・生態を知らない学者が愚かな論争をしているだけです。

羽毛とは、体温保持のための組織です。そしてその羽毛は、甲状腺ホルモンと性ホルモンで維持されています。ほ乳類の体毛の維持と似た仕組みです。甲状腺の機能は、両生類やハ虫類等の変温動物型と鳥類やほ乳類の恒温動物型でかなり違います。羽毛や体毛を持つ恒温動物型の甲状腺ホルモンの機能の大きなものに産熱があります。つまり恒温動物としての羽毛や体毛の維持と産熱と言った恒温動物の基本的な機能を甲状腺ホルモンがになっているのです。ヒトでも甲状腺ホルモンの機能低下が起こりますと冷え性になります。ご質問者さんも悩んでいるかも知れないですが…

「骨の年輪」について、古生物学者が、生理・生態を知らなすぎる例をお話ししましょう。「年輪」を初めて発見した古生物学者が、クマのような冬眠する動物では明瞭な「年輪」があることから「恐竜は冬眠していた」と論文にしたのです。この方は当然ですが笑い者になりました。多くの生物で成長は連続的ではないですから肉眼で分かる程明瞭か電子顕微鏡レベルの不明瞭かは別にしまして存在します。縄文人にも明瞭な「年輪」があります。これは飢餓線と言います。

大型草食恐竜で定住性のものはいなかったと考えられています。餌不足で移動するのですからアフリカでヌーやシマウマ等全ての大型草食獣が移動するように草食恐竜も季節移動していたと考えられます。そして前にお話ししましたように大型肉食恐竜は繁殖期になると個体数が激減したことから、死を賭けてまで争うものは唯一縄張りですので、アフリカのライオンのように縄張りを持って定住していたことが分かります。ですから餌不足になった可能性が高いですね。

卵についても堅い殻で覆われている地表に生み出された卵は全て抱卵されます。唯一ツカツクリのみ発酵産卵床で発酵熱を利用して抱卵しませんが…そもそも地表に生み出された卵は温度変化に弱いですから、昼は日光を遮り、夜は保温しなければなりません。その際の抱卵時の親の圧力に耐えられるように進化した卵が堅い殻を持った卵です。羽毛恐竜の卵は堅い殻で覆われています。ですから抱卵されていたのです。堅い殻で地表に産み落とされて抱卵されない卵を発見したら生理・生態学の常識を覆す程の大発見です。

自分でも良くここまでお付き合いしたと思っていますが、これを最後とします。ご質問者さんは、動物の生理・生態を一から勉強なさることをお薦めします。

お礼

御回答有難うござます。

>古生物学者の中には化石と格闘するのみでご質問者さんと同じように動物の生理・生態を知らない学者が愚かな論争をしているだけです。

　自説に反する意見を愚かと決めつけるのは、最も非科学的な態度の様に思います。
　主流の考え方が常に真実とは限らない事は歴史が証明しております。
　もし、これまでの説に反する意見が出た際に、愚かと決めつけ無視していたのでは、遺伝の法則も、プレートテクトニクス理論も、量子力学も発展する事は無かったでしょう。
　私も、羽毛恐竜が何種類も発見された際に、「これで恐竜は内温性である事がほぼ決まった」と思いました。
　しかし、その後も、恐竜が内温性の動物と考えると、辻褄が合わないとする意見が現れて、（私が知る範囲では2005年頃までは）結論が得られていませんでした。
　それらの反論を愚かと決めつけるのは、恐竜恒温動物説が現れた当時の常識である「恐竜は爬虫類」という考えに固執して、「温血の爬虫類は発見されていなのだから、恐竜は変温動物に決まっている」、「恐竜が温血動物であると考えるのは愚か者だ」というのと同様の論理であり、その様な考え方をしていたのでは、恐竜恒温動物説は日の目を見る事に成らなかった筈です。

　甲状腺ホルモンによって羽毛の発現と、体内における産熱の双方が制御されていると言っても、それはどちらも甲状腺ホルモンをスイッチとして発現しているというだけの事で、体内における産熱がスイッチとなって、羽毛が発現しているという事にはならないと思います。
　尚、羽毛の発現が、体内における産熱によって起きるとするためには、内温性動物の体内における産熱に特有の化学反応が起きた結果生じる化学物質が、羽毛を発現させるスイッチとして働く事を示さねばなりませんが、内温性動物の体内における産熱は、変温動物と同様の化学反応によって発生させた、細胞内のエネルギーを、他の何らかの化学反応等に有効利用する事無く捨てる事によって、熱に変換しているだけですから、内温性動物の体内における産熱に特有の化学物質というものは無く、そのため、羽毛の発現と、体内における産熱は、別個の現象だと思われます。

>大型草食恐竜で定住性のものはいなかったと考えられています。餌不足で移動するのですからアフリカでヌーやシマウマ等全ての大型草食獣が移動するように草食恐竜も季節移動していたと考えられます。

　2011年10月22日にNHKで放送された「恐竜たちの大移動　～スカーとパッチの物語～　後編 」という番組では、鎧竜の一種が移動は行わず、冬期間も北極圏に留まっていたとされています。（まあ、NHKがどこまで信頼出来るかは疑問ですが）
　それに、ツバメの様に渡りをする鳥がいるのに対して、同じ昆虫食で冬期間は餌不足になるにも関わらず、ムクドリの様に本州等では渡りをしないものもいます。

>そして前にお話ししましたように大型肉食恐竜は繁殖期になると個体数が激減したことから、死を賭けてまで争うものは唯一縄張りですので、

　ANo.3では、縄張りではなく、

>その後は雌を巡る争いで多くの個体が死亡し、

と仰っておられますが…、それに、縄張りを争うのが繁殖期だけなのでしたら、それ以外の時期であれば、植物食恐竜を追って、移動する事に差支えは無いと思います。

>その際の抱卵時の親の圧力に耐えられるように進化した卵が堅い殻を持った卵です。羽毛恐竜の卵は堅い殻で覆われています。ですから抱卵されていたのです。堅い殻で地表に産み落とされて抱卵されない卵を発見したら生理・生態学の常識を覆す程の大発見です。

　一部のカメ類とワニ類、そしてヤモリ等は、硬い殻を持つ事が知られていますから、その説には無理があると思います。（そのため失礼ながら、御回答の内容が正しい情報なのか疑念が湧いてまいりました）

回答No.4

suiran2

>季節変化による食料の増減が少ない肉食恐竜にも、年輪が現れている事は、食糧不足が原因としたのでは説明が付きません。
極めて断定的ですが、何故そういいきれるのか理解できません。餌となる大型草食恐竜が定住性でなかったことは、植物を食べ尽くさなかったわけですから移動性があることは推測されていましたが、何を根拠にしていたのか忘れましたが、ヌーのように大移動をしていたようですね。ですからTレックスは、季節により食糧不足に陥ったという考え方があるのをご存じですか。また、モアの骨にはあなたの言う「年輪」があります。年輪はハ虫類の特徴ではありません。ですから変温動物の証拠にはならないのです。

ダチョウ等の抱卵とは、地面に綺麗に円状に卵を並べて抱卵します。ワニは砂の中にウミガメと同じように穴を掘り産卵します。地中に産卵する産卵形態を取るか、地上に綺麗に卵を並べるかにより抱卵したかどうか推測できます。地上に綺麗に卵を並べた産み放しの動物は知られていません。羽毛恐竜の卵はダチョウのように地面の上に綺麗に卵が並んだ姿で化石が発見されます。ですから抱卵していたのです。保育と抱卵は別な次元のものです。親がそばにいるとかいないとかの問題ではないと思います。

ロドプシンやインスリン等の同種のタンパク質は、魚類からほ乳類まで同じ機能を持ったものが存在しますが、そのアミノ酸配列やDNAの塩基配列は大きく異なります。ですからコラーゲンの機能は関係ないのです。あくまでもアミノ酸配列から調べられた遺伝的距離が問題なのです。ロドプシンの塩基配列がヒトに一番近いものはチンパンジーです。そのように遺伝的距離が近い程生理的に近いことを意味します。遺伝的距離が近くても一方が変温動物で他方が恒温動物であるはずがありません。変温動物と恒温動物ではとんでもなく遺伝的距離は離れているはずです。現在の分子生物学に対しての挑戦のように私には思えてなりません。

お礼

御回答有難うござます。

>餌となる大型草食恐竜が定住性でなかったことは、植物を食べ尽くさなかったわけですから移動性があることは推測されていましたが、（中略）Tレックスは、季節により食糧不足に陥ったという考え方があるのをご存じですか。

　奇妙な説だと思います。
　植物を食べ尽くさなかった事で、植物食恐竜は移動性であると考えた方が良いとされるのでしたら、移動性ではない種類の大型植物食恐竜を食べ尽くして絶滅させてはいない事から、Tレックスもまた、移動する植物食恐竜を追って移動していたと考えた方が良い事になり、食糧不足には陥らなかったと考えられますが、その説では、移動性ではない植物食恐竜が絶滅しなかった事をどの様に説明しているのでしょうか？

>地上に綺麗に卵を並べた産み放しの動物は知られていません。

　昆虫の中には、卵を剝き出しの状態で産みっ放しにするものは多数います。
　又、魚類や両生類の中にも、卵を剝き出しの状態で産みっ放しにするものは多数います。
　suiran2様は、抱卵以外の目的で、親が卵の側に留まる事は無いと考えておられる様ですが、ニホントカゲやタコ等、ワニ以外にも卵を守る目的で、産んだ卵の側に留まる例は、枚挙に暇が御座いません。
　ギンポという魚では、メスが産んだ卵を、雄が身体を巻き付けて守ります。
　地上と水中という違いはありますが、剝き出しの卵を親が守るという例も、少なくありません。（私が知らないだけで、陸棲動物にも、剝き出しの卵を親が守る例もあるかも知れません）
　ですから、地上に産み付けられた卵を、親が覆い被さる様にして守る変温動物が居てたとしても、何が問題になるというのか理解出来ません。

>そのように遺伝的距離が近い程生理的に近いことを意味します。遺伝的距離が近くても一方が変温動物で他方が恒温動物であるはずがありません。

　ティラノサウルスのコラーゲンの断片のアミノ酸配列には、ニワトリと同じ配列以外にも、ニワトリやサンショウウオに共通の配列も見つかっておりますから、その論理に従いますと、サンショウウオも恒温動物という事になります。
　勿論、ティラノサウルスのコラーゲンのアミノ酸配列には、サンショウウオと共通の部分よりも、ニワトリと共通の部分の方が多いのですが、100％近く一致している訳ではない訳ですから、何処まで一致していれば、生理的にも同じと見做せるかという基準が無ければ、内温性か外温性かを区別する手段にはなり得ないと思います。
　特にコラーゲンの機能は、体温の高低には殆ど関係しませんから、外温性の動物が、内温性の動物に進化した際に、それに合わせてコラーゲンのアミノ酸配列を変える必要はありませんので、尚更です。
　それとも、私が知らないだけで、コラーゲンのアミノ酸配列が何％以上一致していれば、内温性か外温性かを区別する基準があるのでしょうか？

　重ねて申しますが、私は何も恐竜が内温性の動物であった事を否定したい訳では御座いません。
　suiran2様がモアの例を挙げて、

>年輪はハ虫類の特徴ではありません。

と仰られた様に、suiran2様が挙げられた恐竜を恒温動物とする根拠も、他の要因によって生じているという可能性も少なくない様に見えます。
　それにも関わらず、

>もはや論争にもならないのではないかと思いますが…

と断定されておられる点に得心が行かないだけなのです。
　もし、仰る様に、恐竜が恒温動物である事が、論争にもならないほど確実な事だとすれば、何故、羽毛恐竜が複数種類発見された辺りで、恐竜は内温性の動物であるという説が、満場一致で受け入れられず、反論もあったのでしょうか？

回答No.3

suiran2

骨の成長線は、名称の通り恒温動物でも直ぐに性成熟せずに成長期のある動物に普遍的に見られるものです。ですから成長線＝変温動物ではなく、成長線＝成長期があったです。大型鳥類やほ乳類も広く成長線は持っています。あなたの説ですとヒトも青年期まで成長線がありますから変温動物に区分されますね。

Tレックスの成長線の研究から13歳程度まで成長し、その後は雌を巡る争いで多くの個体が死亡し、14歳以上の個体数の激減が見られます。これはダチョウの生態と同じです。ですから成長線から分かることは、むしろ巨鳥モアやダチョウに近かったとする説を支持するものです。

ワニは抱卵することはありません。鳥の抱卵をご覧になればおわかりと思いますが、抱卵とは産卵形態が独特です。ワニの産み放しの産卵形態とは違います。羽毛を持つ変温動物が存在しないのと同じに、抱卵する変温動物は存在しません。

コラーゲンの分子進化に対しては、アミノ酸配列が極めて近いと言うことは近縁の動物であり生理的にも似たものだと言うことです。現在の分子進化学を否定して、平行進化説に近いお考えのようですが、単なるタンパク質の機能ではなく、あくまでもDNAから発現されたアミノ酸配列の近似性は、平行進化では起こりえないと思いますよ。変温動物から恒温動物のニワトリへの変化が生じるには、ほとんどのタンパク質が変化しなければなりませんから近縁と分析されるはずがないと思います。

これを最後にします。

お礼

三度の御回答有難う御座います。

>あなたの説ですとヒトも青年期まで成長線がありますから変温動物に区分されますね。

　失礼ながら、suiran2様は骨端線と、爬虫類等の骨に見られる年輪を混同なさっておられる様です。
　哺乳類等の骨に見られる成長線は、軟骨と硬い骨の部分との境にある、軟骨芽細胞が多く存在している部分の事で、骨の硬い部分の両端に1本ずつあるだけで、年輪のように何本もある訳では御座いません。
　爬虫類等の変温動物では、気温の低い時期に、新陳代謝が低下して、骨の成長率が低下するため、骨の断面に年輪様の模様が現れます。
　勿論、骨の成長線は、単に骨の成長率の変動を表すものですから、食糧不足や、出産によるカルシウム不足によっても現れますが、季節変化による食料の増減が少ない肉食恐竜にも、年輪が現れている事は、食糧不足が原因としたのでは説明が付きません。

>Tレックスの成長線の研究から13歳程度まで成長し、（中略）巨鳥モアやダチョウに近かったとする説を支持するものです。

　それは単に生態の一部に似ている面があるというだけの事で、生理的な機能を示してはいないと思います。
　雌を巡って争うのは、恒温動物であるのか変温動物であるのかを問わず、動物に広く見られる行動です。

>ワニは抱卵することはありません。

　抱卵とは申しておりません。
　一部のワニの仲間には、卵を守り、世話をするために、産んだ卵の側に留まる種類が居ます。
　この事から判る様に、卵の側や、卵の上に成体が居る事が、必ずしも体温で卵を温めている事を示している訳ではないという事を、申し上げている訳です。

　コラーゲンの件ですが、suiran2様の

>タンパク質がニワトリに極めて似ていると言うことは生理的に同じだからです。

という説の方が、生理的に似ているから、同じ蛋白質を使う様になったという、平行進化説の考え方の様に、私には思えます。
　私が申し上げているのは、蛋白質の構造は、その生物の祖先から引き継いだ形質の一つであり、哺乳類や鳥類が、遠い祖先である魚類から、ロドプシンやインスリン等々の、類似した構造を持つ蛋白質を受け継いでいるにも関わらず、魚類とは異なり、体温の維持のためにエネルギーを消費して体内で熱を発生させる能力を持つ事からも判る様に、蛋白質の構造が共通である事は、進化において系統が近いという事を示しているだけで、そのタンパク質の機能とは関係が薄い生理的な特徴までもが似ている事を示してはいない、という事です。

　尚、私はどちらかと言えば、恐竜が内温性の動物であったとする説の方を支持しておりますが、未だに結論が出すに十分な証拠が発見されたという話を耳にしていないため、現状はどうなっているのかを、知りたいと願っているだけです。

回答No.2

suiran2

同位対比は体温の推定です。恒温動物であることは、羽毛を持つ動物で変温動物は存在しません。変温動物が抱卵して何の意味があるのでしょう。タンパク質がニワトリに極めて似ていると言うことは生理的に同じだからです。もはや論争にもならないのではないかと思いますが…

お礼

再度の御回答有難う御座います。
　羽毛恐竜の発見から、少なくとも一部の恐竜に関しては、内温性だったとする仮説が、何年か前から有力視されている事は存じております。
　只、骨の化石に樹木の年輪様の季節による成長紺の違いがみられる事等から、内温性とする説を否定する意見もあり、当時は結論が出ていなかったと記憶しておりますが、恐竜の体温に関わる論争は、現在においても、当時と比べて、あまり進展していないと考えれば宜しいのでしょうか？
　抱卵に関しては、変温動物であるワニ等も、卵を守るために卵の側に留まって世話をしたりしておりますから、必ずしも体温で温めていた証拠とはならないと思われます。
　蛋白質の構造に関しましては、血糖値を調整するためのホルモンであるインスリンや、光を感知する働きをするロドプシンの様に、少なくとも魚類から、ヒトに至るまで、類似した蛋白質が広く使われている例は、枚挙に暇が御座いませんので、蛋白質の構造が似ているという事は、系統樹の枝が近い系統の生物であるという事を示すだけに過ぎず、生理的に同じという事にはならないと思います。（コラーゲンは細胞間の隙間を埋めて、細胞同士を接着させる働きをする蛋白質ですから、外温性動物と同様の構造のコラーゲンを持っている事が、内温性となる事に不利に働くとは思えません）

回答No.1

suiran2

このサイトに古生物学者が生息しているとも思えませんので…

私は素人ですが、下記によれば炭素13と酸素18の同位対比から恐竜の体温を推測すると36～38℃程度で我々と変わりがなかったようですね。
Dinosaur Body Temperatures Determined from Isotopic (13C-18O) Ordering in Fossil Biominerals
Robert A. Eagle　et al., Science

Tレックス等は、もはや恒温動物と信じられています。恒温動物とは自律的に体温を制御している動物です。ここ数年の研究でTレックスのイメージは大きく変わりました。恒温動物か否かといった問題はもう過去のものでして、上で紹介しましたように体温が何度かといったような問題が研究対象になってきました。

年齢で体温変化があるが移動したのではないか、幼生は羽毛恐竜だった、化石の色素顆粒の研究から黒・白・赤で頭が赤くニワトリに近い模様だったのではないか、ダチョウのように雄が卵を暖め孵化させ一定期間保育していたのではないか、遺伝子解析からするとニワトリが一番近くニワトリが現在のTレックスだ等々…

お礼

御回答頂き有難う御座います。

　御教え頂いた、

>Dinosaur Body Temperatures Determined from Isotopic (13C-18O) Ordering in Fossil Biominerals
Robert A. Eagle　et al., Science

を拝見致しました処、歯等の化石に含まれている炭素13と酸素18の同位対比から恐竜の体温を推測している様に思えましたが、その方法で恐竜の体温が推定出来るという事は解るのですが、何故体温が高い事が、自律的に体温を制御している証拠と言えるのかが解りません。
　以下のURL

【参考URL】
　国際ニュース : AFPBB News > 環境・サイエンス・IT > 科学・技術 > 2010年 > 5月 > 絶滅した動物の体温を推定できる技術を開発、米大研究
　　http://www.afpbb.com/article/environment-science-it/science-technology/2729730/5800742

の情報に拠りますと、歯等の化石に含まれている炭素13と酸素18の同位対比から恐竜の体温を推測する方法では、恐竜の歯の平均温度が何度付近であれば、炭素13と酸素18の同位対比のデータと辻褄が合うか、という事は判明しても、体温が自律的に制御されていたか否かには関係しない様に思えました。
　歯の温度が高く保たれているためには、必ずしも内温性である必要は無く、慣性恒温性であっても、体温の維持は可能ですし、極端な事を申しますと、変温動物であったとしても、平均気温が高い場合には、炭素13と酸素18の同位対比のデータから推測された体温が高くなるという事もないとは言えないのではないでしょうか。（緯度の異なる地域から出土した化石のデータを比較すれば、変温性であるか否かの区別はつくと思いますが）
　宜しければ、何故、恐竜が自律的に体温を制御していたと言えるのかを、御教え頂けないでしょうか。