這歩き動物におけるサイズ依存の姿勢変化：体サイズ進化への示唆

• 研究課題/領域番号: 22KJ1506
• 補助金の研究課題番号: 19J00701 (2019-2022)
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 基金 (2023); 補助金 (2019-2022)
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分17050:地球生命科学関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 飯島 正也 名古屋大学, 名古屋大学博物館, 特別研究員(CPD)
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: ワニ類 / 体サイズ / 歩行 / 進化 / バイオメカニクス / ロコモーション / モデリング / 骨ひずみ

研究開始時の研究の概要

アメリカン・アリゲーターをモデルとして，這歩き→直立姿勢進化のバイオメカニクスを研究した．這歩き動物における姿勢と体サイズの関連性を探るため，幼体～成体を用いて，四肢キネマティクス，床反力，骨ひずみを比較した．直立型の哺乳類では，大型化に伴い，四肢が屈曲→伸展姿勢へシフトするが，這歩き型のアリゲーターでも同様の姿勢シフトがあることを示した．また，這歩き時の骨ひずみは体サイズに比例し増加することから，大型個体は，直立気味の姿勢をとり骨ひずみを緩和している可能性が高い．これらの結果は，哺乳類における屈曲→伸展姿勢と，爬虫類における這歩き→直立姿勢のパラダイムが同様に体サイズ依存であることを示した．

研究実績の概要

2023年4月から12月まで、英国王立獣医大学を拠点に，アメリカンアリゲーターの運動解析に取組んだ。前年度に収集した歩行時の前肢の筋電データを解析し、肩・上腕の9つの筋肉の活動パターンを明らかにした。また、前肢の姿勢と肩の内転筋の活動量に相関があることを発見し、姿勢と筋活動の進化について議論した。これらの結果は、2024年1月にJournal of Anatomy誌に掲載された。
英国滞在中には、アリゲーターの後肢の筋骨格モデルを修正し、歩行モデリングも行った。静的シュミレーションを使用して各筋の活動量を推定し、関節反力やセグメントの慣性特性データを入力し、四肢骨の骨幹部分にかかるストレスを推定した。その結果、アリゲーターでは大型個体ほど四肢骨のストレスが増大し、歩行能力が制限される可能性があることが示唆された。これらの結果をさらに分析し、検証を進め、論文化を目指している。
また、2023年10月には、北インドにて、インドガビアルの運動解析も行った。四肢のキネマティクスや床反力の測定を行い、インドガビアルにみられる特異的な歩行と骨格形態の関連を調査し、ロコモーション進化の解明に役立てることを目指している。
5年間の研究を通して、アリゲーターの幼体～成体を用いて、四肢キネマティクス測定と骨ひずみ測定を計画通りに進めることができた。また、当初予定していなかった前肢筋の筋電計測や、3D筋骨格モデルの作成及び歩行モデリングも行うことができた。

研究成果

• [雑誌論文] Forelimb muscle activation patterns in American alligators: Insights into the evolution of limb posture and powered flight in archosaurs (2024)
  • 著者名/発表者名: Iijima Masaya、Mayerl Christopher J.、Munteanu V. David、Blob Richard W.
  • 雑誌名: Journal of Anatomy 巻: 244 号: 6 ページ: 943-958
  • DOI: 10.1111/joa.14011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A new hupehsuchian (Reptilia: Ichthyosauromorpha) from the Lower Triassic of South China with implications for the evolution of polydactyly (2023)
  • 著者名/発表者名: Qiao Yu、Motani Ryosuke、Iijima Masaya、Liu Jun
  • 雑誌名: Journal of Vertebrate Paleontology 巻: 43 号: 2
  • DOI: 10.1080/02724634.2023.2279530
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Scaling of Gait, Limb Posture, Forces, and Inertial Properties in Terrestrial Locomotion of American Alligators Across a Thousand-Fold Increase in Body Mass (2023)
  • 著者名/発表者名: Iijima Masaya、Darlington Jim、Munteanu V David、Vliet Kent A、Blob Richard W
  • 雑誌名: Integrative And Comparative Biology 巻: 63 号: 3 ページ: 664-680
  • DOI: 10.1093/icb/icad056
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anatomy informs geology: hydrodynamic dispersal of alligator bones, with implications for taphonomic interpretations of fossil deposits of crocodylians (2022)
  • 著者名/発表者名: Blob, R., Espinoza, I. Z. G., Iijima, M.
  • 雑誌名: The Anatomical Record 巻: ー 号: 7 ページ: 1618-1630
  • DOI: 10.1002/ar.25003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Controlled feeding experiments with juvenile alligators reveal microscopic dental wear texture patterns associated with hard-object feeding (2022)
  • 著者名/発表者名: Winkler Daniela E.、Iijima Masaya、Blob Richard W.、Kubo Tai、Kubo Mugino O.
  • 雑誌名: Frontiers in Ecology and Evolution 巻: 10 ページ: 957725-957725
  • DOI: 10.3389/fevo.2022.957725
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A globally distributed durophagous marine reptile clade supports the rapid recovery of pelagic ecosystems after the Permo-Triassic mass extinction (2022)
  • 著者名/発表者名: Qiao, Y., Liu, J., Wolniewicz, A. S., Iijima, M., Shen, Y., Wintrich, T., Qiang, L., Sander, P. M.
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 5 号: 1 ページ: 1242-1242
  • DOI: 10.1038/s42003-022-04162-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An intermediate crocodylian linking two extant gharials from the Bronze Age of China and its human-induced extinction (2022)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Qiao, Y., Lin, W., Peng, Y., Yoneda, M., Liu, J.
  • 雑誌名: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 巻: 289 号: 1970 ページ: 20220085-20220085
  • DOI: 10.1098/rspb.2022.0085
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ontogenetic changes in limb posture, kinematics, forces and joint moments in American alligators (Alligator mississippiensis) (2021)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Munteanu, V.D., Elsey, R.M., Blob, R.W.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Biology 巻: 224 号: 23 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1242/jeb.242990
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Function of the crocodilian anterior cruciate ligaments (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, D., Yamakawa, S., Iijima, M., Fujie, H.
  • 雑誌名: Journal of Morphology 巻: 282 号: 10 ページ: 1514-1522
  • DOI: 10.1002/jmor.21401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intervertebral joint polarity reversions in extant and extinct crocodylians (2021)
  • 著者名/発表者名: Iijima Masaya、Kubo Tai
  • 雑誌名: Acta Zoologica 巻: 102 号: 4 ページ: 386-393
  • DOI: 10.1111/azo.12346
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Taxonomic overview of Neogene crocodylians in Myanmar (2021)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Takai, M., Nishioka, Y., Thaung-Htike, Zin-Maung-Maung-Thein, Egi, N., Kusuhashi, N., Tsubamoto, T., Kono, R., Hirayama, R.
  • 雑誌名: Journal of Vertebrate Paleontology 巻: e1879100 号: 6 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1080/02724634.2021.1879100
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Vertebrae-based body length estimation in crocodylians and its implication for sexual maturity and the maximum sizes (2020)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Kubo, T.
  • 雑誌名: Integrative Organismal Biology 巻: obaa042 号: 1 ページ: 1-21
  • DOI: 10.1093/iob/obaa042
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The largest hupehsuchian (Reptilia, Ichthyosauromorpha) from the Lower Triassic of south China indicates early establishment of high predation pressure after the Permo-Triassic Mass Extinction (2020)
  • 著者名/発表者名: Qiao, Y., Iijima, M., Liu, J.
  • 雑誌名: Journal of Vertebrate Paleontology 巻: － 号: 5 ページ: e1719122-e1719122
  • DOI: 10.1080/02724634.2019.1719122
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative morphology of presacral vertebrae in extant crocodylians: taxonomic, functional and ecological implications (2019)
  • 著者名/発表者名: Iijima Masaya、Kubo Tai
  • 雑誌名: Zoological Journal of the Linnean Society 巻: 印刷中
  • DOI: 10.1093/zoolinnean/zly096
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Allometric growth of limb and body proportions in crocodylians (2019)
  • 著者名/発表者名: Iijima M.、Kubo T.
  • 雑誌名: Journal of Zoology 巻: 309 号: 3 ページ: 200-211
  • DOI: 10.1111/jzo.12714
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Muensterelloidea - Phylogeny and Character evolution of Mesozoic stem octopods (2019)
  • 著者名/発表者名: Fuchs, D., Iba, Y., Heyng, A., Iijima, M., Klug, C., Larson, N., Schweigert, G.
  • 雑誌名: Papers in Palaeontology 巻: 6 号: 1 ページ: 31-92
  • DOI: 10.1002/spp2.1254
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mosaic nature in the skeleton of East Asian crocodylians fills the morphological gap between “Tomistominae” and Gavialinae (2019)
  • 著者名/発表者名: Iijima Masaya、Kobayashi Yoshitsugu
  • 雑誌名: Cladistics 巻: 35 号: 6 ページ: 623-632
  • DOI: 10.1111/cla.12372
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of a crocodyliform tooth from the upper Eocene Ergilin Dzo Formation, Mongolia (2019)
  • 著者名/発表者名: Iijima Masaya、Tsubamoto Takehisa、Tsogtbaatar Khishigjav、Chinzorig Tsogtbaatar、Baasankhuu Soyol
  • 雑誌名: Acta Palaeontologica Polonica 巻: 64 ページ: 775-778
  • DOI: 10.4202/app.00633.2019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Modeling hindlimb muscle activation in walking alligators across limb posture and body size (2024)
  • 著者名/発表者名: Iijima Masaya、Blob Richard W、Hutchinson John R
  • 学会等名: Society for Integrative and Comparative Biology Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Terrestrial locomotion of American alligators across body size ranging three orders of magnitude (2023)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Darlington, J, Vliet, K. A., K. M., Blob, R. W.
  • 学会等名: Society for Integrative and Comparative Biology Annual Meeting, Austin, Texas
  • 国際学会
• [学会発表] In-vivo limb bone strain during terrestrial locomotion in American alligators across body size and limb posture (2022)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Munteanu, V. D., Elsey, R. M., Blob, R. M.
  • 学会等名: Society for Integrative and Comparative Biology Virtual Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Ontogenetic changes in limb kinematics, forces, and joint moments in American alligators (2021)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Munteanu, V. D., Kinsey, C. T., Elsey, R. M., Blob, R. M.
  • 学会等名: Society for Integrative and Comparative Biology Virtual Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Locomotor mechanics of juvenile alligators reveals ontogenetic changes in the roles of the fore- and hindlimbs (2020)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Munteanu, V. D., Diamond, K. M., Blob, R. W.
  • 学会等名: Society for Integrative and Comparative Biology Annual Meeting, Austin, Texas
  • 国際学会
• [学会発表] 系統比較法によるワニ類の骨格進化様式の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 飯島正也
  • 学会等名: 日本古生物学会 2020年例会
  • 招待講演