空を舞う鳥たちと、かつて地上を闊歩した恐竜。一見かけ離れた存在に思えるかもしれませんが、実は現代の鳥類は恐竜の生き残りとも言える近縁な関係にあります。ニワトリやダチョウのような二本足で直立歩行する飛べない鳥や、鋭い爪と優れた視力を持つワシやタカのような捕食性の鳥の特徴を見ると、『ジュラシック・パーク』で有名なヴェロキラプトルのような小型獣脚類恐竜との類似点は驚くほどです。では、彼らはどのようにして、あの多種多様な姿へと進化を遂げたのでしょうか？その鍵の一つが「脳の大型化」にあるようです。最新の研究は、3Dモデリング技術を駆使し、大きな脳が鳥の顎の筋肉や関節の仕組みに驚くべき変化を引き起こし、柔軟な採餌システム、ひいては現代の鳥類の繁栄につながったことを明らかにしました。
この新しい研究は、シカゴ大学とミズーリ大学の研究者によるもので、現代の鳥類がどのようにしてその特徴的なくちばしを動かし、食事をし、生息環境を探索するようになったのか、その力学的な変化が示されています。これらの適応が、今日私たちが見る驚くほど多様な翼を持つ生き物へと進化するのを助けたのです。
「柔軟な」頭蓋の利点
現代の鳥類は、ヘビや魚類といった他の動物と同様に、哺乳類、カメ、あるいは鳥類以外の恐竜のように顎や口蓋が硬く固定されていません。この研究の筆頭著者であるシカゴ大学統合生物学の大学院生、アレック・ウィルケン氏（Alec Wilken）は、このような柔軟な頭蓋を「『グラグラする』とも言える」と表現しています。彼によれば、この特徴があるために、各パーツがどのように連携して機能するのかを理解することが一層難しくなるとのことです。
「そこに関節があるからといって、それがどのように動くのかが分かるとは限りません」とウィルケン氏は述べています。「ですから、筋肉が関節をどのように引っ張るのか、どのようなトルク（回転力）を生み出すのか、そして頭部の他の関節がどのように可動性を制限するのかについても考慮しなければなりません。」
ウィルケン氏がこのプロジェクトに参加したのは2015年、彼がミズーリ大学の学部生だった時でした。ミズーリ大学病理学・解剖科学の准教授であるケイシー・ホリデー博士（Casey Holliday, PhD）は、恐竜から鳥類への移行に伴い頭蓋、顎の筋肉、採餌の仕組みがどのように変化したかを研究するため、米国科学財団（NSF: National Science Foundation）から助成金を受け、ウィルケン氏はその研究室に加わりました。
研究チームはまず、さまざまな化石や、現生の鳥類およびワニのような関連爬虫類の骨格のCTスキャンを行いました。これらの画像データを用いて、彼らは頭蓋と顎が実際に機能する際の力学、すなわち筋肉のサイズと配置、それらの動き、そしてそれら全てがどのように組み合わさっているかに関する物理学を計算するための3Dモデルを構築しました。
現代の鳥類と他の動物との主な違いの一つは、彼らが「頭蓋キネシス」と呼ばれる能力、すなわち頭蓋の異なる部分を独立して動かす能力を持っていることです。これは、文字通り口蓋を広げてさまざまな種類の食物を食べたり、くちばしを多機能な道具として使ったりすることを可能にすることで、鳥類に進化的な利点をもたらしています。
「このような『グラグラする』頭を持つことは、彼らに多くの進化的利点を与えます」とウィルケン氏は言います。例えば、オウムはくちばしを使って木登りを助けることができますし、他の鳥では余分なトルクが木の実や種を割るのに役立ちます。「ある意味で、くちばしは代わりの手のように機能しますが、食事中に口蓋を動かせることも、食物を獲得し生き残るために非常に重要なのです。」
恐竜から鳥類への変化の連鎖
研究チームが3Dモデルのデータを分析したところ、鳥類以外の獣脚類恐竜で脳と頭蓋のサイズが大きくなるにつれて、筋肉が異なる位置に移動し、それによって口蓋が分離して可動性を持つようになったことがわかりました。これらの変化が次に筋力を増大させ、それが現代のほとんどの鳥類における頭蓋キネシスを動かす力となっています。
「恐竜から鳥への移行に沿って起こった一連の変化の連鎖が見られます」とホリデー博士は言います。「その大部分は、鳥類が比較的大型の脳を進化させた時期にかかっています。人間と同様に、より大きな脳は頭蓋に多くの変化を引き起こすのです。」
古生物学者が恐竜に関する詳細をより多く発見するにつれて、恐竜と現代の鳥類との境界線は曖昧になってきています（厳密には鳥類も恐竜に含まれますが、ここでは一般的な区別として話を進めます）。科学者たちはかつて羽毛が鍵だと考えていましたが、今では多くの正真正銘の恐竜も羽毛を持っていたことがわかっています。飛行能力も複数回進化しており、もちろん、よく知られた古典的な恐竜の多くも飛ぶことができました。
しかし、柔軟な頭蓋と口蓋は、始祖鳥のような過渡的な恐竜と鳥類の中間的な生物よりも後に現れたものであり、ホリデー博士はそれが明確な区別点になるかもしれないと考えています。「頭蓋キネシスは、現代の鳥類と、より恐竜に近い鳥類の祖先とを分ける明確な境界線の一つかもしれません。」
この研究、「Avian Cranial Kinesis Is the Result of Increased Encephalization During the Origin of Birds（鳥類の頭蓋キネシスは鳥類の起源における脳化の増大の結果である）」は、2025年3月17日にPNAS（米国科学アカデミー紀要）で発表されました。共著者には、シカゴ大学のカレブ・C・セラーズ氏（Kaleb C. Sellers）、オルブライト大学のイアン・N・コスト氏（Ian N. Cost）、南インディアナ大学のジュル・デイビス氏（Jul Davis）、ミズーリ大学のケビン・M・ミドルトン氏（Kevin M. Middleton）、オハイオ大学のローレンス・M・ウィットマー氏（Lawrence M. Witmer）が含まれます。
