[科普中國]-3D打印揭秘史前古魚

軟件重建的巴坎魚科化石。

堆滿了古老的巖石、死去億萬年動物的骨頭、氣味可疑的剝制標(biāo)本……這可能是你想象中的古生物學(xué)科學(xué)家辦公室的樣子，但中科院古脊椎所副研究員盧靜的辦公室卻大不相同。這里更像一個現(xiàn)代化的設(shè)計工作室：計算機(jī)屏幕上顯示著多彩炫酷的數(shù)字建模，柜子和桌子上放著許多不同大小的精細(xì)模型。

盧靜是研究化石魚類腦顱結(jié)構(gòu)的專家，她研究的化石標(biāo)本大多都很小且非常脆弱，研究時即便經(jīng)過了加固，操作也得極為小心?？珊芏嘀匾慕Y(jié)構(gòu)深藏在化石內(nèi)部，需要認(rèn)真研究、觀察。保護(hù)標(biāo)本還是深入研究標(biāo)本，一度困擾著盧靜。

正因有此顧慮，盧靜等人最近研究的一件來自澳大利亞的罕見的精美魚類化石曾經(jīng)足足塵封了30年。這就是發(fā)現(xiàn)于澳大利亞早泥盆世的盾皮魚類巴坎魚科新化石材料。

通常，魚化石像圖畫一樣只有扁平保存的骨架，但這件魚化石保存了立體的原貌，各部位之間只有輕微移位。在它的頭顱深處，甚至可以看到許多精密的血管和神經(jīng)通路，以及容納腦的腔體。所有這些珍貴信息都包含在一個只有乒乓球大小的鈣質(zhì)結(jié)核中。學(xué)者們一直很想了解這些骨頭之間的位置關(guān)系以及精細(xì)的解剖結(jié)構(gòu)，但又難以在不破壞化石的前提下探查。

近年來，在古生物學(xué)界興起的X光顯微斷層掃描和計算機(jī)重建技術(shù)提供了研究化石的新思路。X光的波長短，穿透力強(qiáng)，其光束因而能穿透化石，“照亮”其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。不過，隨著研究的深入，學(xué)者們還想知道特定結(jié)構(gòu)之間精確的關(guān)聯(lián)和接觸關(guān)系。針對這一難點，盧靜和澳大利亞國立大學(xué)的研究人員首次在該領(lǐng)域應(yīng)用了一項時髦的新技術(shù)——3D打印。

盧靜等人使用了一臺最新型號的大型高分辨率3D打印機(jī)，把計算機(jī)中重建的標(biāo)本內(nèi)部結(jié)構(gòu)分解開來，并分別打印成比原化石放大許多倍、但仍十分精細(xì)并完全忠實于建模原貌的實體模型。利用這些可以隨意、反復(fù)擺弄的模型，研究人員就可以像傳統(tǒng)解剖學(xué)家用刀剪解剖動物一樣，對化石內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割、拼合、比較等研究。

研究人員復(fù)原了這條已經(jīng)死去4億年的魚頭部細(xì)小的骨片、準(zhǔn)確的上下頜關(guān)節(jié)、細(xì)密的血管和分支的神經(jīng)。從總體外形上來看，這條魚身長雖只有約25厘米，但卻屬于一種比較兇猛的捕食者，而且可能與泥盆紀(jì)晚期稱霸海洋的鄧氏魚有很近的親緣關(guān)系。

4億年前的泥盆紀(jì)早期，澳大利亞的地理位置十分靠近中國，兩國的魚類化石也很相似。科學(xué)家推測，人類的魚類祖先在之前某一時期起源于中國南方大陸沿海，并在之后的幾千萬年中經(jīng)過澳大利亞，擴(kuò)散到世界各地，開啟了“魚類的時代”。其中的一支最終演化成包括人類在內(nèi)的所有陸地脊椎動物。

科學(xué)家表示，對中澳兩國化石進(jìn)行全面、仔細(xì)的研究和對比，有望找到有關(guān)上述理論更多的證據(jù)，更清晰地還原人類的魚類祖先曾經(jīng)的形態(tài)和史詩般的演化歷程。

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