古生物学：ティラノサウルス・レックスとその近縁種は大きな目の代わりに強い咬合力を得た
Communications Biology
Palaeontology: T. rex and relatives traded big eyes for bigger bites
ティラノサウルス・レックスとそれに類似した大型肉食恐竜（獣脚類）の場合、祖先種より眼窩が狭くなったことが、咬合力の向上に役立った可能性があることを報告する論文が、Communications Biology に掲載される。
今回、Stephan Lautenschlagerは、中生代（2億5200万年前から6600万年前まで）の爬虫類の化石標本（410点）の眼窩を比較した。この化石標本には、恐竜とその近縁種（ワニ類など）が含まれていた。その結果、大部分の爬虫類種（特に草食動物）の眼窩は円形であることが分かった。これに対して、長さ1 m超の頭蓋骨を持つ大型肉食動物の場合は、幼体が円形の眼窩を持つ傾向があったが、成体は楕円形や鍵穴の形をした眼窩を持つことが多かった。また、古代種は、より新しい種よりも円形の眼窩を持つ傾向が強く、大型獣脚類は、祖先種よりも鍵穴形の眼窩を持つ傾向が強かった。この観察結果からは、大型の肉食動物種において、鍵穴形の眼窩が進化したが、この形状は、幼体ではなく成体において発達したことが示唆されている。
Lautenschlagerは、眼窩の形状が頭蓋骨の構造と機能に及ぼす影響を調べるため、咬合シミュレーションにおいて5種類の形状の眼窩を有する爬虫類頭蓋骨の理論モデルが受ける力を比較した。また、Lautenschlagerは、円形や鍵穴形の眼窩を持つティラノサウルスモデルの頭蓋骨が収容できる眼球の最大サイズを比較した。鍵穴形の眼窩は、円形の眼窩と比べて、咬合時の変形が少なく、眼窩の後方の頭蓋骨のより強い部分に沿って力を分散させることによって頭蓋骨が受ける応力を軽減する上で役立った。これに対して、円形の眼窩のティラノサウルスモデルでは、鍵穴形の眼窩を持つモデルの場合よりも7倍大きい体積の眼球が収容された。
Lautenschlagerは、幅の狭い眼窩が進化したことで、獣脚類の頭蓋骨内で眼球が利用できる空間が減った一方で、顎の筋肉が利用できる空間が増え、頭蓋骨のロバスト性が向上したという考えを示している。これが、大きな眼球を持つ代わりに咬合力を高めるうえで役立った可能性がある。眼球は、大きい方が視知覚の向上につながるという仮説が先行研究で示されていた。今回の知見は、恐竜の進化を方向付けた機能的トレードオフに光を当てている。
Evolving narrower eye sockets than their ancestors may have helped Tyrannosaurus rex and similar large carnivorous dinosaurs – known as theropods – to bite more powerfully, according to a study published in Communications Biology.
Stephan Lautenschlager compared the eye sockets of 410 fossilised reptile specimens from the Mesozoic period (between 252 and 66 million years ago), including dinosaurs and their close relatives such as crocodiles. He found that most species, particularly herbivores, had circular eye sockets. However, large carnivores with skulls longer than one metre often had elliptical or keyhole-shaped eye sockets as adults, although they tended to have circular sockets as juveniles. More ancient species tended to have more circular eye sockets than more recent species, with large theropods having more keyhole-shaped eye sockets than their ancestors. These observations suggest that larger carnivorous species evolved keyhole-shaped eye sockets over time but that they developed this shape as adults, not juveniles.
To study the impact of eye socket shape on skull structure and function, the author compared the forces that a theoretical model reptile skull with five different eye socket shapes was subjected to during biting simulations. The author also compared the maximum eyeball sizes that could be accommodated by Tyrannosaurus model skulls with either a circular or keyhole shaped socket. Keyhole-shaped eye sockets deformed less during biting compared to circular sockets, and helped to reduce the stress that skulls were subjected to by distributing forces along stronger parts of the skull behind the eye socket. However, the Tyrannosaurus model with a circular eye socket could accommodate an eyeball with a volume seven times larger than the model with the keyhole-shaped socket.
The author suggests that evolving narrower eye sockets may have reduced the space available for eyeballs within theropod skulls while increasing the space available for jaw muscles and enhancing the robustness of their skulls. This may have helped them bite more powerfully at the expense of accommodating larger eyes, which previous research has proposed can improve visual perception. The findings highlight the functional trade-offs that have shaped dinosaur evolution.
doi: 10.1038/s42003-022-03706-0
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