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古生物学者は、牙の進化を三畳紀の歯のある生物まで遡る

古生物学者は、牙の進化を三畳紀の歯のある生物まで遡る
ディキノドン類
ディキノドンとして知られるディキノドン類の一種を描いた想像図。（イラスト：マーリーン・ヒル・ドネリー）

2億年以上前の化石の歯科検査により、最も古い本物の牙はディキノドン類として知られる奇妙な外見の生物種が持っていたことが判明した。

本日、Proceedings of the Royal Society Bに掲載されたこの証拠は、ゾウやセイウチからイボイノシシ、ウサギに似たハイラックスに至るまで、さまざまな種がどのようにして牙を持つようになったのかを解明する手がかりとなるかもしれない。

「牙は何度も進化してきたので、どのように、そしてなぜ進化したのか疑問に思うでしょう」と、ワシントン大学生物学教授で、同大学バーク自然史文化博物館の学芸員でもある、研究共著者のクリスチャン・シドール氏はニュースリリースで述べた。「ディキノドン類が牙を進化させるために必要な解剖学的変化に関する優れたデータが得られました。イボイノシシやセイウチといった他のグループについては、まだ結論が出ていません。」

ディキノドン類は、2億7000万年前から2億100万年前のペルム紀と三畳紀に生息し、牙を持つ動物の最も古いグループと考えられています。その名称はギリシャ語で「2本の犬歯」を意味する言葉に由来しています。様々な種がおり、大きさは現代のネズミからゾウまでの範囲でした。哺乳類のような爬虫類、または爬虫類のような哺乳類に分類されます。

いずれにせよ、彼らは現代哺乳類の祖先とみなされています。「この研究を始めるまで、牙が哺乳類に限定されているとは考えたこともありませんでした」と、ワシントン大学で博士号を取得し、現在はハーバード大学でポスドク研究員を務める筆頭著者のミーガン・ホイットニー氏は述べています。

ディキノドン類の頭蓋骨
タンザニアで発見されたドリチュラヌスとして知られるディキノドン類の頭蓋骨の化石。左下に大きな牙が見える。（フィールド博物館写真 / ケン・アンギエルチク）

牙の起源を探るため、ホイットニー氏、シドール氏、そしてシカゴのフィールド博物館とアイダホ州立大学の同僚たちは、10種のディキノドン類を代表する19本の化石歯のサンプルを分析した。標本のほとんどはタンザニアとザンビアへの探検中に収集された。これらの標本は現在、米国の博物館に保管されているが、研究プロジェクト終了後はアフリカへ返還される予定だ。

最初の研究課題の一つは、実際に「牙」とは何かを定義することだった。「牙という言葉は驚くほど曖昧です」とホイットニー氏は言う。

彼女と同僚たちは、歯が牙と呼ばれるためには、口の外に伸び、動物の生涯を通じて成長し続けなければならないと主張している。ほとんどの哺乳類の歯とは異なり、牙の表面は硬いエナメル質ではなく、柔らかい象牙質でできている必要がある。この要件により、例えばネズミの歯は、たとえ時々突き出ているとしても、牙には当てはまらない。

ディキノドン類の標本で発見された歯の中には、象牙質ではなくエナメル質で覆われていたため、牙とはみなされないものもあった。研究者たちは、これらの歯をCTスキャンし、紙のように薄い標本を顕微鏡で観察することで、牙とそうでない歯を区別し、歯が頭蓋骨にどのように付着していたか、そしてどのように成長したかを解明した。

初期のディキノドン類は真の牙ではなく大きな歯を持つ傾向がありましたが、標本から、長い年月を経て複数の種が独立して牙を持つように進化した可能性が示唆されました。研究者たちはまた、歯と顎の間の靭帯の付着部が、牙を収容するために時間の経過とともに適応したことも発見しました。

ディイクトドンの歯
ディイクトドンと呼ばれるディキノドン類の化石歯はエナメル質で覆われており、牙というよりはむしろ伝統的な歯に近い。右の写真は、偏光光で照らした断面画像で、歯の外側を囲むエナメル質の輪が観察できる。（写真提供：ミーガン・ホイットニー）

研究者たちは、エナメル質で覆われた歯は象牙質で覆われた牙よりも硬く丈夫だが、牙は衝撃を受けても修復しやすいと指摘した。「エナメル質で覆われた歯は、象牙質で覆われた牙とは異なる進化戦略を採用しています」とホイットニー氏は述べた。「これはトレードオフなのです。」

牙を持つ動物は地面を掘り返すのに適応していた。そして、もし攻撃者との格闘で牙を損傷したとしても、最終的には修復できただろう。対照的に、エナメル質で覆われた歯は、永久に折れたままになるだろう。

今後の研究により、ディキノドン類やその他の古代種がどのように牙を使用していたか、そしてより一般的にはどのように生活していたかについて、さらなる知見が得られる可能性がある。

「骨や歯は、その組織に動物の生涯の記録を刻み込むことができます」とシドール氏は述べた。「常に成長し続ける牙の象牙質は、その動物がどれだけ速く成長していたかを日々記録しています。特定の季節に成長が速まったのか、それとも遅くなったのか？ 特定の期間、成長が止まったのか？ 骨や歯の薄片を作成することで、その動物に関する多くの興味深い事実が明らかになります。まるで木の年輪を分析するのと同じです。こうした疑問こそが、私たちが研究を続けられる鍵なのです。」

10月28日午後7時（太平洋標準時）の最新情報：「全体として、これは素晴らしい研究です」と、この研究には関わっていないメリーランド大学の古生物学者トーマス・ホルツ氏はフォローアップのメールで語った。

「『牙』に『突き出た歯』という枠を超えた正式な定義が与えられたのは素晴らしいことです！一般的な用語の意味をより明確にするのは、時に嬉しいものです。しかし、今回の研究の大きな貢献は、進化、発生、そして組織学的データを統合したことです」とホルツ氏は記した。

「歯の組織、そして歯の付着と成長の進化（特に非哺乳類脊椎動物）の研究において、ある種のルネサンスが起こっており、これはその一環だ」と彼は述べた。「この研究チームは、この古代の動物群において、より伝統的な歯から真の牙の起源を示すことに成功した。この動物群は（これまでのところ）そのような歯を進化させた最初の動物群である。」

王立協会紀要Bに掲載された「単弓類の牙の進化：ディキノドン類獣弓類の牙の組織学からの洞察」と題された研究論文の著者には、ホイットニーとシドールに加え、ケン・アンギエルチクとブランドン・ピーコックも含まれている。