Tレックスが何を食べていたのかを理解するためのマイクロウェア解析の使用

久保麦野博士（Ph.D）は、日本の東京大学自然環境学専攻の講師です。 MountainsMap®ソフトウェアを長年愛用してくださっている久保先生が、直近の研究について、そして先生のチームが新しい、画期的な手法を代表的なティラノザウルス・レックスなどの肉食恐竜における古生食の研究に導入している方法についてお話くださいます。

自己紹介、経歴、そして古生物学、進化生物学、生態学に関わるようになった経緯をお話しいただけますか？

わたしは生態学と形態学との進化的関係に強い興味を持つ脊椎骨形態学者です。わたしのキャリアは日本のさまざまな環境で暮らす鹿を使った相対性骨学の研究から始まりました。さまざまな摂食習慣が歯と骨の形態学の変化にどのように影響するのかに焦点をあてた研究をしてきました。何百匹もの鹿の頭蓋骨を採集しました。これほど豊富な頭蓋骨の試料を基に、絶滅した動物の古生食の観測に活用できる生態的な形態学と歯科的形態学との関係を明らかにしました。現在沖縄科学技術大学院大学に在職している恐竜古生物学者である久保泰博士と結婚してからは、古生物学により深く関わるようになりました。わたしたちは、歯の摩耗跡を使用した恐竜の古生食の復元に関する共同プロジェクトを開始しました。

Daniela E. Winkler博士は、共焦点レーザー顕微鏡（VK-9700、Keyence）を使って歯の表面をスキャンしています。

直近のプロジェクトは何ですか？

2016年に私の研究所に共焦点レーザー顕微鏡を導入しました。この装置は3D表面データをサブマイクロレベルで取得できます。私たちはこの装置を歯の表面の粗度を評価するために使用しました。動物が食事をする際には、食べ物と接触するため、顕微鏡レベルの小さな跡（マイクロウェア）が歯の表面に残されます。このマイクロウェアはその食事の物理的な特性を反映しているため、これを調査することによって、動物が生きていた時に何を食べていた可能性があるかを推測することができます。 2017年以来、私たちは既にその食生活が知られている鹿を含む、多様な野生動物のマイクロウェアのデータを蓄積する研究に取り組んでいます（表1）。これらのデータを比較対象として使用することで、絶滅種の生態を復元することができます。私たちはこの取り組みを哺乳類から始め、現在は恐竜へと拡大しています。 2020年から2022年まで私の研究所の一員であったDaniela E. Winkler博士のおかげで、恐竜の歯のマイクロウェアの研究を加速させることができました。 2022年には恐竜に関する2つの論文を発表しました: ひとつは日本の竜脚類について、そしてもうひとつはティラノザウルス・レックスとその種を含む獣脚類についてです（表2）. 私たちは現在、異なる地質時代のハドロサウルスおよび白亜紀の化石の産地の絶滅種ワニを調査しています。

表1 共焦点レーザー顕微鏡を使って生成させた鹿の歯の3D表面モデル。表面サイズは140 × 105 µm 高さ（カラースケール）はµm単位で測定されます。鹿の中でも、より多くの草を食べる個体（C）には、木の葉を食べる個体（AおよびB）よりも深い摩耗跡が残っています。 A: 屋久島、B：静岡、C：金華山島. クレジット： 2022年久保麦野

表2 ユタ自然史博物館にある大人のティラノサウルスの歯（テラトフォネウス・クルリエイ）。チューブから歯の上に青いシリコンを注意深くのせて、数分間放置して乾燥させ、ほぼ完璧なレプリカを作成し、取り外したレプリカは、さらなる研究のために米国ユタ州ソルトレークシティの博物館から日本に運ばれました。クレジット： 2022年D. E. Winkler

研究の革新的な点と、あなたにとって最も重要で刺激的な点はどこですか？

3次元のマイクロウェア解析は2004年に自然人類学者によって提案され、哺乳類形態学者と古生物学者によって実行されました。現在、世界で10以下の研究所でこの解析が積極的に行われています。それぞれの研究所に独自の科学的アプローチがありますが、恐竜に焦点をあてているという点が私たちの独自性および新規性であると言えます。食事によるマイクロウェアと肉食恐竜との関係を理解するために、私たちは生きたアメリカワニを使用した摂食管理の実験を米国のクレムソン大学のRichard Blob教授との国際的な協働を通して実施しました。摂食実験は通常、研究所環境で広く管理されている哺乳類、つまり、ネズミ、モルモット、ヒツジ、ブタなどで行われます。ですが、それとは異なる挑戦としてのアメリカワニの管理および餌やり実験があります。当時、Blob教授の研究所の博士課程修了者であった飯島正也博士が複数のアメリカワニにそれぞれ異なる食事（ザリガニ、ネズミ、ウズラ、魚、爬虫類用ペレット）を与え、抜け落ちた歯を大量に採集しました。歯は日本に送られ、共焦点顕微鏡でマイクロウェアの違いが観察されました。より物理的な力を要する食事（ザリガニとネズミ）では高い表面粗度があったなどの異なる摩耗跡がはっきりと見えたことにはワクワクしました（表3）。

表3 ワニの歯の微細な摩耗パターン例各列は、実験中の異なる時点における同じ個体の歯を示しています。下の行では、ワニがペレットを食べている間に1本の歯が収集されました。次に3ヶ月後、指定の餌（ネズミとザリガニ）を与えた個体には摩耗跡が現れましたが、魚やウズラを与えた個体には摩耗跡がほとんど現れませんでした。クレジット： Winkler et al. (2022).

MountainsMap®ソフトウェアはあなたの研究でどのような役割をはたしましたか？

MountainsMap®ソフトウェアは私たちの研究プロジェクトにおいて重要な役割を果たしています。表面準備の初期段階から世界標準（ISO 25178-2 他）に定義された表面粗度パラメータの計算まで使用されました。取得した3D表面データの通常のルーチンには、ラベリング、歯の総曲率の除去、空間フィルタを使用した測定ノイズの除去、表面粗度パラメータの計算が含まれます（表4）。この手順は、Ellen Schulz-Kornas博士の研究所で使用されたルーチン（野生のチンパンジーの歯の摩耗表面から食事を明らかにする）とかなり類似していますが、私たちは別途、測定ノイズをより効果的に除去することができる、私たちのマシン専用の空間フィルタを使用しました。

表4 Asfc（エリアスケールのフラクタル複雑性）、HAsfc（複雑度の不均質）、epLsar（正確な比率の長さスケール解析）を含む表面性状パラメータが、アフリカアンテロープ（ハーテビースト）の歯の表面で算出されました。スケールの影響を受けるフラクタル解析では、ISO-25178で定義された表面の粗さよりも少ない数のパラメータで表面特性を要約できます。