The secret weapon that let dinosaurs take over the planet | Emma Schachner

Translator: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

翻訳: Yoko Emori 校正: Yasushi Aoki

We've all heard about how the dinosaurs died.

恐竜がどのように滅んだのか 皆さんご存知ですね

The story I'm going to tell you

これから私がするお話は

happened over 200 million years before the dinosaurs went extinct.

恐竜が絶滅する２億年ほど前のことです

This story starts at the very beginning,

物語の始まりは

when dinosaurs were just getting their start.

恐竜が現れた時です

One of the biggest mysteries in evolutionary biology

進化生物学における 大きな謎の１つは

is why dinosaurs were so successful.

なぜ恐竜はあんなに繁栄できたのか ということです

What led to their global dominance for so many years?

長きにわたって地球に君臨できたのは なぜなのでしょう

When people think about why dinosaurs were so amazing,

恐竜のすごさの理由を考えるとき

they usually think about the biggest or the smallest dinosaur,

多くの人が思い浮かべるのは 一番大きな恐竜や 小さな恐竜

or who was the fastest,

すばしっこい恐竜

or who had the most feathers,

羽毛の多い恐竜

the most ridiculous armor, spikes or teeth.

すごく変わったヨロイやトゲや牙を 持った恐竜のことです

But perhaps the answer had to do with their internal anatomy --

しかし 答えは恐竜の体の内部構造に あったのかもしれません

a secret weapon, so to speak.

言うなれば「秘密兵器」です

My colleagues and I, we think it was their lungs.

私の研究仲間は それが肺であったと考えています

I am both a paleontologist and a comparative anatomist,

古生物学者であり 比較解剖学者でもある私が

and I am interested in understanding

興味を持ち 解明しようとしているのは

how the specialized dinosaur lung helped them take over the planet.

恐竜の独特な肺が 地球を支配するのに どう役立ったのか ということです

So we are going to jump back over 200 million years

２億年以上前の

三畳紀まで時を戻しましょう

to the Triassic period.

The environment was extremely harsh,

生物を取り巻く環境は 過酷なものでした

there were no flowering plants,

花を咲かせる植物はなく

so this means that there was no grass.

草も存在しなかった ということです

So imagine a landscape filled with all pine trees and ferns.

マツやシダ類で覆われた大地を 想像してください

At the same time, there were small lizards,

当時生息していたのは 小さなトカゲや

mammals, insects,

哺乳類や昆虫

and there were also carnivorous and herbivorous reptiles --

肉食性や草食性の爬虫類で

all competing for the same resources.

限られた食料をめぐって 競い合っていました

Critical to this story

この話に欠かすことができないのが

is that oxygen levels have been estimated to have been as low as 15 percent,

大気中の酸素濃度が 15％と推定され

compared to today's 21 percent.

現在の21％より ずっと低かったことです

So it would have been crucial for dinosaurs to be able to breathe

恐竜にとって極めて重要だったのは

in this low-oxygen environment,

この低酸素の環境で 呼吸しつつ

not only to survive

生存するだけでなく

but to thrive and to diversify.

繁栄し 多様化するということでした

So, how do we know what dinosaur lungs were even like,

では 恐竜の肺がどうなっていたかは どうすれば分かるのでしょうか？

since all that remains of a dinosaur generally is its fossilized skeleton?

残された手掛かりは 化石化した骨格だけなのです

The method that we use is called "extant phylogenetic bracketing."

私たちが使う手法は 「現生系統ブラケッティング法」で

This is a fancy way of saying that we study the anatomy --

難しく聞こえますが 生物の構造を調べる手法です

specifically in this case, the lungs and skeleton --

今回のケースでは 特に肺と骨格に着目し

of the living descendants of dinosaurs on the evolutionary tree.

系統図上の現存する 恐竜の子孫を調べます

So we would look at the anatomy of birds,

我々が注目するのは 鳥類の体の構造です

who are the direct descendants of dinosaurs,

鳥類は 恐竜の直接の子孫と言えます

and we'd look at the anatomy of crocodilians,

それからワニ類です

who are their closest living relatives,

現存する生物の中で 最も近い親戚です

and then we would look at the anatomy of lizards and turtles,

そしてさらに トカゲと亀が続きます

who we can think of like their cousins.

恐竜のいとことも 呼べる存在です

And then we apply these anatomical data to the fossil record,

これらの生き物の体の構造を 恐竜の化石に照らし合わせることで

and then we can use that to reconstruct the lungs of dinosaurs.

恐竜の肺の構造を 再構成できます

And in this specific instance,

この例で言うと

the skeleton of dinosaurs most closely resembles that of modern birds.

骨格が恐竜と最も似ているのは 現代の鳥類です

So, because dinosaurs were competing with early mammals during this time period,

恐竜は当時 初期の哺乳類と 生存競争していたので

it's important to understand the basic blueprint of the mammalian lung.

哺乳類の肺の基本的なしくみを 知っておくことが大切です

Also, to reintroduce you to lungs in general,

一般的な肺の構造を 理解するために

we will use my dog Mila of Troy,

私の愛犬 トロイアのミラを使いましょう

the face that launched a thousand treats,

千のおやつを招く顔の

as our model.

私たちのモデルです

(Laughter)

（笑）

This story takes place inside of a chest cavity.

胸の内部にある空間が 舞台となります

So I want you to visualize the ribcage of a dog.

犬の肋骨を思い描いてください

ここで脊柱は

Think about how the spinal vertebral column

is completely horizontal to the ground.

地面に対して完全に 平行になっています

This is how the spinal vertebral column is going to be

今から話に出てくる動物の脊柱は みんなそうです

in all of the animals that we'll be talking about,

whether they walked on two legs

二足歩行であれ

四足歩行であれ

or four legs.

Now I want you to climb inside of the imaginary ribcage and look up.

想像上の肋骨の内側に入り 上を見て下さい

This is our thoracic ceiling.

これが胸郭の天井です

This is where the top surface of the lungs comes into direct contact

肺の上部が 肋骨や脊椎に 直接触れる部分です

with the ribs and vertebrae.

This interface is where our story takes place.

両者が交わるこの部分が 今からの話の舞台です

Now I want you to visualize the lungs of a dog.

まず 犬の肺を 思い浮かべて下さい

On the outside, it's like a giant inflatable bag

肺の外側は 空気で膨らむ大きな袋のようです

where all parts of the bag expand during inhalation

息を吸うと 袋のすべての部分が膨らみ

and contract during exhalation.

息を吐くと縮みます

Inside of the bag, there's a series of branching tubes,

袋の中には 枝分かれした管があり

and these tubes are called the bronchial tree.

「気管支樹」と言います

These tubes deliver the inhaled oxygen to, ultimately, the alveolus.

吸い込んだ酸素は この管を通って肺胞まで運ばれ

They cross over a thin membrane into the bloodstream by diffusion.

薄い膜を通って 血液の中へと拡散されます

Now, this part is critical.

重要なのはここです

The entire mammalian lung is mobile.

哺乳類の肺は 全体が動きます

That means it's moving during the entire respiratory process,

呼吸をしている間 ずっと 肺は動いていて

so that thin membrane, the blood-gas barrier,

そのため この血液空気関門という膜は

cannot be too thin or it will break.

薄すぎると破れてしまいます

Now, remember the blood-gas barrier, because we will be returning to this.

血液空気関門のことは また出てくるので 覚えていてください

So, you're still with me?

ついて来れてますか？

Because we're going to start birds and it gets crazy,

次は鳥類の話をしますが 本当にすごいことになるので

so hold on to your butts.

覚悟してください

(Laughter)

（笑）

The bird is completely different from the mammal.

鳥類は哺乳類とは 全く異なります

And we are going to be using birds as our model

鳥類をモデルにして

to reconstruct the lungs of dinosaurs.

恐竜の肺を再構成してみます

So in the bird,

鳥の体内では

air passes through the lung, but the lung does not expand or contract.

空気は肺を通りますが 肺は伸縮しません

The lung is immobilized,

動かない 密度の高いスポンジのようで 柔軟性はなく

it has the texture of a dense sponge

and it's inflexible and locked into place on the top and sides by the ribcage

上と横は肋骨で 下は水平な膜で 固定されています

and on the bottom by a horizontal membrane.

It is then unidirectionally ventilated

空気の流れは一定方向で

by a series of flexible, bag-like structures

柔軟な袋状のものを使って 換気しています

that branch off of the bronchial tree,

この袋は 気管支樹から枝分かれして

beyond the lung itself,

肺の先にあり

and these are called air sacs.

気嚢と呼ばれています

Now, this entire extremely delicate setup is locked into place

この非常にデリケートな 造りの全体が

胸郭の天井に沿って連なる フォーク状の肋骨で固定されています

by a series of forked ribs

all along the thoracic ceiling.

Also, in many species of birds,

また 多くの鳥類の体内では

extensions arise from the lung

肺や気嚢から伸び出した組織が

and the air sacs,

they invade the skeletal tissues --

骨組織にまで入り込んでいて

usually the vertebrae, sometimes the ribs --

通常は脊椎 時には肋骨にまで伸び

and they lock the respiratory system into place.

呼吸器官をしっかりと固定します

And this is called "vertebral pneumaticity."

これを「脊椎中空性」と言います

The forked ribs and the vertebral pneumaticity

分岐した肋骨と 脊椎中空性

are two clues that we can hunt for in the fossil record,

この２つの手がかりを 化石の中に探してみましょう

because these two skeletal traits

骨格にこれらの形質があれば

would indicate that regions of the respiratory system of dinosaurs

恐竜の呼吸器官の部位が

動かなかったことが分かります

are immobilized.

This anchoring of the respiratory system

呼吸器官が固定されることにより

facilitated the evolution of the thinning of the blood-gas barrier,

血液空気関門が薄くなるという 進化が促進されました

that thin membrane over which oxygen was diffusing into the bloodstream.

あの酸素を血流中に拡散する 薄い膜のことです

The immobility permits this because a thin barrier is a weak barrier,

動かないので 薄くてもよくなりました

薄い 弱い膜だと 哺乳類の肺のように 呼吸の度に動けば 破れてしまいます

and the weak barrier would rupture if it was actively being ventilated

like a mammalian lung.

So why do we care about this?

なぜ それを気にかけるのか？

Why does this even matter?

そもそも重要なことなのか？

Oxygen more easily diffuses across a thin membrane,

膜が薄いほど 酸素は 拡散しやすくなります

and a thin membrane is one way of enhancing respiration

膜を薄くすると 呼吸し易くなるのです

under low-oxygen conditions --

酸素が薄くても

三畳紀のような 酸素が薄い環境であっても

low-oxygen conditions like that of the Triassic period.

So, if dinosaurs did indeed have this type of lung,

恐竜達が実際に このような肺を備えていたとすれば

they'd be better equipped to breathe than all other animals,

他のどの動物よりも 呼吸において有利だったでしょう

including mammals.

哺乳類もかないません

So do you remember the extant phylogenetic bracket method

「現生系統ブラケッティング法」は 覚えていますか

where we take the anatomy of modern animals,

現存している動物の構造を

and we apply that to the fossil record?

恐竜の化石に照らし合わせる方法でしたね

So, clue number one was the forked ribs of modern birds.

最初の手掛かりは 現在の鳥類に 見られる分岐した肋骨ですが

Well, we find that in pretty much the majority of dinosaurs.

大半の恐竜は 肋骨が分岐していました

So that means that the top surface of the lungs of dinosaurs

つまり 恐竜の肺の上面部は

would be locked into place,

しっかりと固定されていた ということです

just like modern birds.

現在の鳥類と同様に

Clue number two is vertebral pneumaticity.

次の手掛かりは「脊椎中空性」ですが

We find this in sauropod dinosaurs and theropod dinosaurs,

こちらは竜脚類と 獣脚竜に見られます

which is the group that contains predatory dinosaurs

後者は肉食性の恐竜を含み

and gave rise to modern birds.

鳥類の祖先にあたります

And while we don't find evidence of fossilized lung tissue in dinosaurs,

恐竜の肺組織の化石が 見つからなくとも

vertebral pneumaticity gives us evidence of what the lung was doing

「脊椎中空性」は生きた恐竜の肺が どういうものだったのかを

during the life of these animals.

教えてくれます

Lung tissue or air sac tissue was invading the vertebrae,

肺組織や気嚢は 脊椎にまで入り込み

hollowing them out just like a modern bird,

現在の鳥類のような 空洞を作り出し

and locking regions of the respiratory system into place,

呼吸器官をしっかりと固定し

immobilizing them.

動かないようにしたのです

The forked ribs

分岐した肋骨と

and the vertebral pneumaticity together

脊椎中空性の２つが合わさって

were creating an immobilized, rigid framework

動かない固い枠を作り出し

that locked the respiratory system into place

呼吸器官を固定することで

that permitted the evolution of that superthin, superdelicate blood-gas barrier

ごく薄い繊細な血液空気関門が 進化することを可能にし

that we see today in modern birds.

これは現在の鳥類に 受け継がれています

Evidence of this straightjacketed lung in dinosaurs

恐竜の この固定された 肺の痕跡は

means that they had the capability to evolve a lung

そういう肺の進化が 可能だったことを示しています

that would have been able to breathe

三畳紀のような低酸素の大気中でも よく呼吸が出来る肺です

under the hypoxic, or low-oxygen, atmosphere of the Triassic period.

This rigid skeletal setup in dinosaurs would have given them

恐竜の この固定された 骨格構造は

他の動物 特に哺乳類と比べて 適応上の大きな利点になりました

a significant adaptive advantage over other animals, particularly mammals,

whose flexible lung couldn't have adapted

動く肺では 三畳紀の低酸素には うまく適応できなかったのです

to the hypoxic, or low-oxygen, atmosphere of the Triassic.

This anatomy may have been the secret weapon of dinosaurs

この体の構造こそが 恐竜の隠れた武器だったのかもしれません

that gave them that advantage over other animals.

他のどんな動物にも勝る武器です

And this gives us an excellent launchpad

これを素晴らしい 取っ掛かりとして

to start testing the hypotheses of dinosaurian diversification.

恐竜の多様化の仮説を 検証していくことが出来ます

This is the story of the dinosaurs' beginning,

これは 恐竜の起源の物語ですが

and it's just the beginning of the story of our research into this subject.

この分野の研究の物語の 始まりに過ぎないのです

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

（拍手）