コンピュータ断層撮影法がコウモリの頭蓋骨の内部構造をどのように明らかにするか
2016年11月15日
ニューヨークにあるアメリカ自然史博物館の博士研究員であるアビゲイル・カーティスは、コンピュータ断層撮影法がコウモリの生理機能に関する予期せぬ科学的知見をどのように明らかにするかを実演している。
ニューヨークのアメリカ自然史博物館の博士研究員であるアビゲイル・カーティス氏は、コンピュータ断層撮影法がコウモリの生理機能に関する予期せぬ科学的知見をどのように明らかにするかを実演しています。コンピュータ断層撮影法を用いたX線撮影は、現代および化石化したコウモリの標本のデジタル再構築に使用されます。これらの画像により、コウモリの種が摂食、コミュニケーション、食物の探索のためにどのように特殊な解剖学的構造を発達させてきたかを研究することが可能になります。最も重要なのは、研究者たちが非破壊検査 コウモリのデジタルスキャンを共有し、世界規模で協力するための方法。
小型コウモリと大型コウモリ
この講演では、コウモリの様々な種類と、生物学者が収集する標本の種類について概説します。この哺乳類のグループには、数キログラムもあるものから親指の先よりも小さいものまで、驚くほど多様な個体が存在します。しかし、コウモリの形態は種間で非常に似通っており、それぞれ異なる機能に特化しています。
コウモリ研究という生命科学分野におけるCTスキャンの応用について、興味深い事実を25分間のビデオでご紹介します。研究者たちが頭蓋骨のCT画像から、分離して個別に研究できる解剖学的構造をどのように発見したのかをご覧いただけます。また、アビゲイルは、研究者たちがCT画像データを用いて世界各地から共同研究を行うことができた方法についても解説しています。
コウモリの進化を検証する
コウモリは実は哺乳類の中で2番目に多様なグループです。約2,000種いる齧歯類に次いで、コウモリには1,300種から1,500種がおり、種のリストを詳しく見ていくと、どんどん奇妙なものになっていきます。顔の輪郭だけでなく骨格にも注目すると、種によって骨の構造が大きく異なることがわかります。これらの構造や違いは、頭蓋骨の使い方に関係しています。
骨は基本的に高度な物理学です。物理学を骨に適用したものです。これらの頭蓋骨を、脳を収容する後部領域(このページの画像では赤色)と、鼻先である前部領域(青色)に分解すると、脳を収容する部分に対する鼻先の実際の比率が、頭蓋骨の使い方を反映しています。右側の動物は硬い果物を食べます。犬について考えると、このような原理がわかります。ピットブルよりもコリーに噛まれる方がましでしょうし、彼らは鼻先の形が大きく異なります。私たちはそれを飼い犬について論理的に考えることができます。左側の動物はハチドリに似ていて、蜜を食べます。そのため、非常に長く細い鼻先を持ち、硬い果物の種を砕く必要がありません。中間的な動物も雑食です。頭蓋骨の長さの範囲には大きな多様性があります。生物学者として、私はこういった事柄に非常に興味をそそられます。
コウモリの頭蓋骨を検査するためのコンピュータ断層撮影法
これが私の新しいお気に入りの写真です。生物学を専攻している今、イケてる学生たちはみんな軟部組織のX線CT検査をやっています。このコウモリ(右の画像)は、まるでチートスの袋に飛び込んだように見えますが、実は蜜を食べるコウモリなんです。顔を植物の中に突っ込んで、顔中に花粉がついてしまいました。CTスキャンでは、脳を含む組織について、特にバランス感覚や運動感覚に関わる小脳など、非常に興味深いものがたくさん見えます。脳の密度の変化、鼻腔の特徴、軟部組織の裏打ち、そして頭蓋骨を囲む筋肉なども見ることができます。
これらのスキャンでできることは、軟組織を取り出して骨に戻すことです。この画像(右)はコウモリの頭蓋骨で、赤と青で顎を閉じる筋肉、紫で顎を開く筋肉を示しています。こうすることで、筋肉繊維の向き、口を閉じたコウモリと開いたコウモリをスキャンした場合の向きの変化、異なる種類の哺乳類間での比較などを理解することができます。
最後の画像(右側)には、コウモリのような肉食動物、イタチのような動物、トガリネズミ、そして齧歯類がいます。おそらくマスクラットのような動物ですが、もう少し小さいでしょう。このように、筋肉の各部位の比率が種によってどのように異なるかを見ることができます。植物を多く食べる動物では、この青い筋肉がより強調されています。一方、この動物(4つの動物の画像の右上)は非常に硬い果実を食べており、口を大きく開けて非常に強い咬合力を必要とするため、上部に非常に大きな赤い筋肉が付着しています。このように、顎を閉じる筋肉の進化のパターンと、それが摂食にどのように関係しているかを理解する手がかりが得られます。
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