Evolution of the dinosaur respiration system revealed from the movement of the center of gravity involved with breathing

从与呼吸有关的重心运动揭示恐龙呼吸系统的进化

• 批准号: 22K20380
• 负责人: 上田 裕尋
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20380/
• 关键词: 呼吸運動; 重心; 二足歩行性; 恐竜類; 鳥類; 呼吸システム; 進化

脊椎動物において呼吸機能は生存に欠かすことができない行動である。呼吸に応じて胸郭および肺の容積が変化し、また内臓の位置や形状も変化する。これらの形状変化は胴体の重心の位置の変化を生じていることが容易に想像できる。鳥類は気嚢を用いた複雑な呼吸システムを持っており，飛行中にも重心位置が安定していると考えられてきた。一方で，この呼吸に伴う重心位置の変化は実測され検証されたことはなかった。また，化石記録から鳥類に見られる気嚢を用いた呼吸システムは基盤的な獣脚類で既に獲得されていた頃が示唆されている。本研究では，鳥類の呼吸に伴う重心位置の変化を実測し，特殊な呼吸システムにより重心位置が本当に安定化しているかを検証するとともに，この呼吸システム及び重心位置変化の安定化が飛翔能力ではなく，二足歩行性の獲得によって生じたのではないかという仮説の検証に挑戦している。本年度は、円安の影響によりソフトウェアの価格高騰が生じ、一部のソフトウェアの購入が難しくなってしまった。そこで研究の順番を変更し，現生動物標本(マウス，ニホンヤモリ，メガネカイマン)のCTデータを用いた胸郭運動の比較を進めることとした。肺に空気が入っていない状態の標本をCT撮影したのち，気管から空気を送り込み強制的に肺を膨らませた状態で再度CT撮影した。この二つのCTデータから作成した骨格3Dモデルを用いて，肺内部の空気の有無に伴う肋骨の動きを計測した。この結果，主としてマウスとメガネカイマンは肋骨の基部を軸に肋骨が回転し，胸郭容積が拡大しているのに対して，ヤモリでは肋骨の基部が椎骨との関節面をスライドすることで胸郭容積が拡大していることがわかった。これらの違いは肋骨基部の形態の違いが影響している可能性がある。本結果を参考に，次年度実施予定の生体実験の結果の解釈を進める。

对于脊椎动物来说，呼吸功能是生存的重要行为。胸部和肺部的体积随着呼吸而变化，内脏器官的位置和形状也会发生变化。不难想象，这些形状的变化会导致躯干重心位置的变化。鸟类有一个使用气囊的复杂呼吸系统，人们认为它们的重心在飞行过程中保持稳定。另一方面，这种与呼吸相关的重心变化从未被实际测量或验证过。此外，化石记录表明，鸟类中基于气囊的呼吸系统已经存在于基础兽脚亚目动物中。在这项研究中，我们将实际测量鸟类呼吸时重心的变化，并验证重心是否真正通过特殊的呼吸系统稳定下来，我们试图验证这种情况可能是由于鸟类的呼吸系统而产生的假设。以获得两足行走。本财年，受日元疲软影响，软件价格飙升，导致部分软件购买困难。因此，我们决定改变研究顺序，利用现代动物标本（小鼠、日本壁虎、眼镜凯门鳄）的CT数据进行胸部运动的比较。对肺部没有空气的样本进行 CT 扫描后，又进行了另一次 CT 扫描，通过气管泵入空气强制肺部充气。使用根据这两个 CT 数据创建的骨骼 3D 模型，我们根据肺内空气的存在或不存在来测量肋骨的运动。结果，在小鼠和眼镜凯门鳄中，肋骨围绕肋骨基部旋转，从而扩大了胸廓体积，而在壁虎中，肋骨基部在与椎骨的接合面上滑动，从而增加了胸廓体积。正在扩大。这些差异可能是由于肋骨基部的形态差异所致。我们将以这些结果为参考，对计划于明年进行的生物实验的结果进行解释。