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高精度CT扫描代替化石研究的“剥洋葱”时代

收藏 打印 发给朋友 来源: 中国化石网 网站编辑:杨毅
热度139票 浏览961次 时间:2013年11月25日 10:44

(中国化石网)据中国青年报(河童):导读:前不久,扬州曹庄隋唐墓葬被国家文物局确认为隋炀帝墓。墓志上的文字被认为是确切的证据,然而被发现时的墓志已相当模糊,考古部门依靠3D扫描技术识别,最终确认了墓志内容。

随后,类似于《3D透视眼扫描墓志》的标题充斥于网络之上。事实上,3D扫描技术并非透视眼,只是还原物件的外部轮廓,而考古中能够应用到的科技手段已远远超过人们的想象。在这方面,化石研究这类常被认为是“老学究”的领域,早已走在了时代的前列。

高精度CT扫描代替“剥洋葱”时代

一块冷冰冰、饱含历史沧桑的化石,是如何被还原成史前古生物的呢?相比如今的科技手段,过去的科研手段可以说是费时又费工。

举个例子,上世纪80年代,在云南杨氏鱼身上取得重要成果的古生物学家张弥曼,那时候为了制作蜡质模型,需要采取一种连续磨片法。

这种方法就像剥洋葱,只不过是以微米为单位,在化石表面磨掉很薄的一层,画一个切面图,就这样反复进行,直到化石被整块磨光。一块不到3厘米的鱼颅骨化石,张弥曼总共画了540多幅图,花费的时间可想而知。

若是采用现在的高精度CT扫描技术,制作一个化石模型可能只需要一两天甚至更短,最重要的是,这种方法不会破坏化石。科研人员再也不用担心珍贵的化石会因自己的研究而被亲手“破坏”。

笔者曾造访中科院脊椎动物演化与人类起源重点实验室(以下简称实验室),这里摆放着两台国内最先进的高精度CT设备。

小的那台被放在一个类似于货物柜的柜子中,它能够检测厘米级的化石,比如0.5~1厘米的鱼头骨化石的脑部;大的那台是一个凹字形的大型设备,能检测大块的化石,比如近一米长的恐龙头骨。

实验室的科研人员利用这两台设备快速地还原了许多化石的过去,描绘了许多过去丛林深处或海底世界发生的故事。

借助高清CT扫描发现古人类“火拼”证据

相信在体检时,不少人都做过CT检查,通过显示器能模糊地看到自己身体的内部状况。而高精度的CT设备,能够清晰地显示出化石内部的秘密。

过去的研究中,X光的扫描只能映射出化石的平面图,用CT扫描得到的则是庞大的数据。科研人员只需将扫描获得的数据通过软件处理,便能获得一幅立体的三维图像。

实验室副研究员吴秀杰长期从事古人类方面的研究,先进的技术设备帮了她的大忙。比如在她对化石中的大脑做研究时,借助CT设备会轻松很多。化石头骨中的大脑,因为长期置于自然环境,胶结了很多石块、尘土、杂质等,难以下手,需要借助现代仪器设备将其复原。

借助CT设备,吴秀杰还曾发现古人类斗殴的证据。她在研究一个距今13万年的马坝人头骨时,发现上面有一处可疑痕迹。她利用CT扫描,发现这处痕迹及其附近有曾经愈合的状况。随后,她将此与其他的标本和数据对比发现,这块马坝人头骨的可疑痕迹与骨膜炎、骨结核、骨肿瘤等明显不同,但明显符合受到钝性物体打击的表现。简而言之,就是曾经有一位不走运的马坝小伙,被人闷过一棍或是用石块拍过。这项研究提供了东亚地区最早的古人类之间暴力行为的化石证据。

几百块钱换来的化石把类人猿的起源时间往前推了1000万年

数月前,实验室研究员倪喜军在《自然》上发表了一篇论文,研究对象是一副距今有5500万年历史的灵长类骨架化石,被命名为阿喀琉斯基猴。其脚后跟的骨头长得又短又宽,骨架的构造近似类人猿。

这幅化石是他十年前花费了几百块钱从当地人手里买来的,但那时候因为科研设备的技术水平还相对有限,就一直保存在实验室。事实证明,这几百块钱换来的是一段珍贵历史。

倪喜军拿着这幅化石在国外科研机构,利用同步辐射CT扫描技术对化石做了分析,扫描精度达30微米。同步辐射是速度接近光速的带电粒子,在做曲线运动时沿轨道切线方向发出的电磁辐射,又叫同步光。打个比方,就像是在雨中快速旋转雨伞时,沿伞边缘的切线方向会飞出一簇水珠一样。

这种光源听上去陌生,但对于科研人员而言,却能帮助他们看清楚微观世界。同样,这项技术也为倪喜军带来了惊喜,准确描绘出了化石标本的类人猿特征。

在过去,类人猿和猴“分道扬镳”,各自走上了不同的演化之路,分手时间是4500万年前。阿喀琉斯基猴的化石形成于始新世早期,倪喜军发现,其拥有的类人猿特征显示正处于其与类人猿刚刚分异的阶段。这就相当于把类人猿的起源时间往前推了1000万年。

3D打印概念也用在了化石上

如今热门的3D打印概念,也用在了化石上。

要知道,化石具有唯一性、不可再生性等特点。CT设备可以让人看清其内部结构,而3D技术则能在此基础上进行复制,无论是用作信息分享还是科普工作,都大有裨益。

美国德雷塞尔大学的研究人员就有一个不错的想法。他们希望更直观地研究史前动物在当时环境下的生活习性,于是想到了一种利用3D扫描仪和3D打印机将恐龙“复活”的新方法。

首先,研究人员利用3D扫描仪对恐龙化石进行全方位扫描,并构建虚拟模型。同时,将相关数据输入3D打印机进行局部化石打印,随后将不同部位的化石用以机械再造,制造出和恐龙原型成比例的机器人模型,并加以程序设计。如此,机器人模型就能很好地模拟出了恐龙的行为动作。

英国人的手法更为讨喜。前不久,英国地质调查局在其网站上公布了一个化石数据库,里面有数千张化石的3D图像。用户可以将自己喜欢的化石图像下载下来,进行3D打印。这样一来,普通人也能拥有自己的恐龙“化石”了。

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