3D打印揭秘史前古鱼

3D先锋2017-11-27 11:29

堆满了古老的岩石、死去亿万年动物的骨头、气味可疑的剥制标本……这可能是你想象中的古生物学科学家办公室的样子,但中科院古脊椎所副研究员卢静的办公室却大不相同。这里更像一个现代化的设计工作室:计算机屏幕上显示着多彩炫酷的数字建模,柜子和桌子上放着许多不同大小的精细模型。

卢静是研究化石鱼类脑颅结构的专家,她研究的化石标本大多都很小且非常脆弱,研究时即便经过了加固,操作也得极为小心。可很多重要的结构深藏在化石内部,需要认真研究、观察。保护标本还是深入研究标本,一度困扰着卢静。

正因有此顾虑,卢静等人最近研究的一件来自澳大利亚的罕见的精美鱼类化石曾经足足尘封了30年。这就是发现于澳大利亚早泥盆世的盾皮鱼类巴坎鱼科新化石材料。

通常,鱼化石像图画一样只有扁平保存的骨架,但这件鱼化石保存了立体的原貌,各部位之间只有轻微移位。在它的头颅深处,甚至可以看到许多精密的血管和神经通路,以及容纳脑的腔体。所有这些珍贵信息都包含在一个只有乒乓球大小的钙质结核中。学者们一直很想了解这些骨头之间的位置关系以及精细的解剖结构,但又难以在不破坏化石的前提下探查。

近年来,在古生物学界兴起的X光显微断层扫描和计算机重建技术提供了研究化石的新思路。X光的波长短,穿透力强,其光束因而能穿透化石,“照亮”其内部结构。不过,随着研究的深入,学者们还想知道特定结构之间精确的关联和接触关系。针对这一难点,卢静和澳大利亚国立大学的研究人员首次在该领域应用了一项时髦的新技术——3D打印。

卢静等人使用了一台最新型号的大型高分辨率3D打印机,把计算机中重建的标本内部结构分解开来,并分别打印成比原化石放大许多倍、但仍十分精细并完全忠实于建模原貌的实体模型。利用这些可以随意、反复摆弄的模型,研究人员就可以像传统解剖学家用刀剪解剖动物一样,对化石内部的精细结构进行分割、拼合、比较等研究。

研究人员复原了这条已经死去4亿年的鱼头部细小的骨片、准确的上下颌关节、细密的血管和分支的神经。从总体外形上来看,这条鱼身长虽只有约25厘米,但却属于一种比较凶猛的捕食者,而且可能与泥盆纪晚期称霸海洋的邓氏鱼有很近的亲缘关系。

4亿年前的泥盆纪早期,澳大利亚的地理位置十分靠近中国,两国的鱼类化石也很相似。科学家推测,人类的鱼类祖先在之前某一时期起源于中国南方大陆沿海,并在之后的几千万年中经过澳大利亚,扩散到世界各地,开启了“鱼类的时代”。其中的一支最终演化成包括人类在内的所有陆地脊椎动物。

科学家表示,对中澳两国化石进行全面、仔细的研究和对比,有望找到有关上述理论更多的证据,更清晰地还原人类的鱼类祖先曾经的形态和史诗般的演化历程。

来源:人民网-人民日报

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