約4700万年前のクジラに頭骨の非対称性、水中で音の方向を聞き分ける進化と関連

約4700万年前のクジラを含む初期のクジラ類で、頭骨に一定方向のゆがみがあることが分かりました。ジュリア・ファールケ氏らの研究チームは、この非対称性が、水中で音源の方向を聞き分ける能力とともに進化したと考えています。

6個の頭骨に共通した右側へのずれ

対象は、現生のクジラ類につながる絶滅した初期のグループ「原クジラ類」です。原クジラ類の頭骨は従来、左右対称と考えられ、化石に見られるゆがみは埋没後の変形として扱われることがありました。今回調べた標本のうち3個も、過去に公表された図では当初、ゆがみが取り除かれていました。

研究チームは、埋没後の変形が認められないプロトケトゥス科とバシロサウルス科の頭骨6個を調べ、頭骨上面の中央を走る骨の継ぎ目が、前後を結ぶ直線からどれだけずれるかを測定しました。比較に用いたのは、左右対称の頭骨を持つ偶蹄類24標本の測定値です。

6個すべてで継ぎ目の平均的なずれは右側にそろい、標本全体として統計的に有意な方向性がありました。個別に見ても、6個中4個で左右対称の頭骨に想定される範囲を有意に上回っていました。

調査対象で最も古いのは、パキスタンの約4700万年前の地層から見つかったアルティオケトゥス・クラビスです。この頭骨は口蓋を上にした状態で泥灰岩に埋まっており、明らかな圧縮や変形がないにもかかわらず、中央の継ぎ目が右側へずれていました。

CTで捉えた頭骨全体のねじれ

非対称性は、頭骨を上から見た曲がりだけではありません。研究チームは、X線で内部構造を調べるCT画像からアルティオケトゥスの3次元モデルを作り、頭骨の上面と下面の継ぎ目を合わせて解析しました。

その結果、頭骨全体が前後方向の軸を中心にねじれていました。脳を収める部分から鼻先に向かって見ると時計回りで、ねじれは前方ほど大きく、吻部と呼ばれる口先で最大になっていました。

音を受け取る下顎にも特徴がありました。バシロサウルス・イシスの保存状態のよい下顎では、外側の骨が局所的に薄くなっていたのです。これは、現生ハクジラで水中音の受信に関わる「パンボーン」と呼ばれる部分に相当します。

この標本では、骨が最も薄い部分の位置も左右で異なり、左側は右側より約9センチ前方、約5センチ下方にありました。また、原クジラ類の下顎には大きな管状の空間があり、研究チームは、現生ハクジラと同様に音を伝える脂肪体が入っていたと推定しています。

現生ハクジラでは、この脂肪体が、薄い骨の振動などを通じて受け取った水中音を耳へ導きます。研究チームは、頭骨の非対称性を、下顎の薄い骨や脂肪体、耳の領域の隔離と組み合わさった、音源の方向を聞き分けるための特徴として位置づけています。

反響定位より前に発達した聴覚という解釈

ハクジラ類は、イルカなどを含む歯を持つクジラの仲間です。現生ハクジラの頭骨の非対称性は、高周波の音を出し、反射音から対象を探る「反響定位」と結びつけられてきました。

これに対し、ファールケ氏らは、原クジラ類の非対称性が、獲物となる魚の発する比較的高い周波数の音を聞き、その方向を捉えるのに役立った可能性を示しています。超音波による反響定位は、その後の漸新世のハクジラ類で進化し、音を出さない獲物も探せるようになったとする解釈です。

音源の方向を捉える能力は、現生イルカでも研究されています。連続音に対しては上下左右に約2度の音源定位能力がある一方、赤松友成氏は、単発音では方向の特定が難しいとしています。

現生ハクジラでは非対称性の強さが種ごとに異なる

現生ハクジラを対象とする研究では、頭骨の非対称性と反響定位音の関係がさらに調べられています。2023年のマイラ・ラエタ氏らの研究は、ハクジラ類の全10科にわたる72種を対象に、頭骨の形と非対称性の程度を解析しました。

ラエタ氏らの解析では、コマッコウ科、イッカク科、ゴンドウクジラ亜科で非対称性が特に大きく、ネズミイルカ科などでは小さい傾向がありました。アカボウクジラ科では、非対称性の程度に広い幅が見られました。

一方、非対称性の強さと、反響定位に使う短い音「クリック」の周波数特性には、一貫した対応が見られていません。2016年の研究では、狭い周波数帯の高周波クリックを使う種は、広い周波数帯のクリックを使う種より頭骨が対称に近い傾向があったものの、コマッコウのように、高周波クリックを使いながら強い非対称性を持つ例もありました。

同研究の研究チームは、頭骨の形が、音を生み出す鼻の軟らかい組織の構造を厳密には反映しないことを、その理由として考えています。