四肢動物の骨格形態のジレンマ：動く機能と、食う・産む機能をどう両立させるか

• Project/Area Number: 22K03796
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17050:Biogeosciences-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 藤原 慎一 名古屋大学, 博物館, 講師 (30571236)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 涼子 神奈川県立生命の星・地球博物館, 企画情報部, 学芸員 (00710138) ; 田中 康平 筑波大学, 生命環境系, 助教 (50841970)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2025: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 機能形態 / 摂食様式 / 運動様式 / 繁殖様式 / 捕食機能 / 運動機能 / 繁殖機能

Outline of Research at the Start

四肢動物の中でも、鯨偶蹄類、食肉類、有鱗類、恐竜類の4つの系統は、運動様式の進化と摂食・繁殖様式の進化が相反する要求を持ちながら連動して進化してきた可能性がある。これは、四肢動物の消化管が通る顎、胸郭、骨盤の3つのゲート構造が、四肢の支持基盤としての運動様式の機能と、餌や卵・仔の抜け穴としての摂食・繁殖様式の機能を併せ持つことに起因すると予想を立て、これを検証していく。本研究は、ゲート構造の「枠強度」と「枠サイズ」を新たな指標と定め、これらが、四肢動物の運動様式と摂食・繁殖様式をそれぞれ反映するか検証する。さらに、両指標を通じて、様式間に相互作用があるかを検証する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、四肢動物の摂食様式と前肢の運動様式、そして、繁殖様式と後肢の運動様式がそれぞれ相互に影響を与えながら進化してきたとする仮説を立て、これを検証していこうとするものである。これを行うためには、（１）どのように動物の骨格形態を集積していくか、（２）摂食様式や繁殖様式の指標として、動物の骨格に開いた穴のサイズをいかに確からしく見積もるか、そして、（３）動物の胸部や腰部の骨格の外力に対する強度をいかに見積もるかが重要である。
2022年度は主に手法づくりを進めてきた。（１）について、オンラインで公開された四肢動物のCT撮像データから三次元骨格形態を構築し、データの集積を進めたほか、三次元スキャナを導入して、CTスキャンできない大きな四肢動物の骨格形態を集めてきた。（２）について、三次元CADソフトのRhinoを用い、動物骨格の体腔部の輪郭を取得し、その空洞の断面サイズを見積もる手法を模索してきた。この成果については、2023年度以降での学会発表や論文執筆で公表をしていく予定である。また、鳥類や食肉類など、特定の分類群にターゲットを絞り、摂食能力や運動能力、繁殖能力の論文調査を進めた。2023年度以降、（２）で2022年度に実施した骨格の穴サイズを見積もる手法を適用し、鳥類と食肉類で穴サイズの解析を進め、摂食能力や繁殖能力との比較を行っていく。同時に、（３）の骨格の強度推定を実施し、運動能力との関係を探っていく予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

動物の骨格に開いた穴のサイズをいかに見積もるかについては、本研究計画における課題のひとつであったが、三次元CADソフトウェアの機能をうまく利用することで実現可能な見込みがついた。また、研究計画全体で、解析に必要な機器類をそろえることができた。さらに、新規に入ってきた指導学生の協力が見込めることが明らかとなり、2023年度以降に動物の三次元骨格形状データの集積やそれを用いた骨格の穴サイズや各部位の強度の計算について、加速していくことが見込まれるため。

Strategy for Future Research Activity

2023年度は、主に鳥類と食肉類に焦点を当て、三次元骨格形状の取得、および、それを用いた骨格の穴のサイズの見積もり、骨格の強度の見積もり、動物の摂食・運動・繁殖様式の文献調査を進めていく。当初の研究計画通り、動物の摂食様式と運動様式の見積もりについては名古屋大学と神奈川県立生命の星・地球博物館のチームが、繁殖様式については筑波大学のチームが中心となって解析を進めていく。