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。

呼吸功能是脊椎动物生存的基本行为。胸腔和肺部的体积根据呼吸而变化，内脏内脏的位置和形状也会改变。可以很容易地想象，这些形状的变化会导致机身重心的位置发生变化。鸟类使用空气囊具有复杂的呼吸系统，即使在飞行过程中，也被认为具有稳定的重心。另一方面，从未测量和验证与呼吸相关的重心位置的这种变化。此外，化石记录表明，使用鸟类中发现的空气囊的呼吸系统已经被基本的果脚架采集。这项研究实际上衡量了与鸟类呼吸相关的重心位置中心的变化，并检查了重力位置是否通过特殊的呼吸系统真正稳定，并挑战了假说，即稳定重力位置的变化以及摄入双皮亚行走，而不是飞行能力。今年，由于日元薄弱，软件价格上涨，因此很难购买一些软件。因此，研究的顺序发生了变化，我们决定使用当前动物标本（小鼠，日本壁虎和眼镜Caiman）的CT数据比较胸腔运动。在肺中没有空气的标本CT扫描后，将空气泵送到气管中，并迫使肺再次充气。使用这两个CT数据创建的骨骼3D模型，我们通过肺部内有空气的存在或不存在肋骨的运动。结果，发现肋骨主要在小鼠和梅根·卡曼（Megane Kaiman）中，肋骨围绕肋骨底部旋转，扩大了胸腔体积，而在壁虎中，肋骨的底部沿着椎骨沿着关节表面滑动，从而导致胸腔肿大。这些差异可能受肋骨碱形态差异的影响。将这些结果作为参考，我们将继续解释计划于明年进行的生物学实验的结果。