"史前古魚"薄如紙30年無人敢動(dòng) 學(xué)者用3D打印揭秘

據(jù)南極熊了解,，近日,，以兩名中國(guó)研究者領(lǐng)銜的中澳聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)首次用3D打印技術(shù)對(duì)一件來自澳大利亞4億年前的盾皮魚類化石進(jìn)行了詳細(xì)研究。負(fù)責(zé)此次研究的中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所副研究員盧靜表示,，原有的化石非常脆弱,，最薄的位置不到0.1毫米，通過3D打印技術(shù),，研究者可以直觀地了解這類原始魚類的骨骼形態(tài),、神經(jīng)血管走向、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能力等信息,。她介紹,，盾皮魚極可能是人類在生物演化進(jìn)程中的“始祖”，破解盾皮魚的更多細(xì)節(jié)可以幫我們揭開人類和人類身體構(gòu)造的起源之謎,。

4億年前化石“薄如紙”
30年來無人敢問津
過去一年時(shí)間里,，盧靜一直把自己的精力投入在一塊只有乒乓球大小的化石。作為中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所的副研究員,，盧靜長(zhǎng)期從事早期脊椎動(dòng)物化石的研究工作,，也和無數(shù)的化石打過交道，但眼前的這塊距今已有約4億年歷史的化石仍然顯得無比特殊,�,！斑@是一塊盾皮魚頭部化石，它很小,，整條魚也就是我們涮火鍋時(shí)常吃的黃辣丁的大小,，但與一般化石相比,，這塊化石保存非常完好,，在專業(yè)術(shù)語上叫做特異埋藏,。4億年過去了，魚頭各塊骨骼還基本保持在活著時(shí)候的位置上,。仔細(xì)觀察,，我們甚至還能看到這條魚腦袋里的血管和神經(jīng)通過的管子，這些細(xì)微結(jié)構(gòu)是對(duì)稱分布的,，沒有變形,。”盧靜說,。

一天天的研究,，讓盧靜對(duì)早期魚類化石的結(jié)構(gòu)如數(shù)家珍，但她坦言,，至今她連摸都沒摸過這塊化石一下,。“這塊化石30年前發(fā)現(xiàn)于澳大利亞首都堪培拉附近,，如今歸澳大利亞國(guó)立大學(xué)所有,，只有該大學(xué)的加文·楊博士有觸碰這塊化石標(biāo)本的 資格 �,！北R靜介紹,，之所以這樣并非因?yàn)榘拇罄麃唶?guó)立大學(xué)“小氣”，而是因?yàn)檫@塊化石太寶貴,，又太脆弱了,，“這塊化石最薄的位置只有不到0.1毫米，還沒有一張紙厚,，盡管發(fā)現(xiàn)30多年了,，卻一直沒人敢動(dòng)這件標(biāo)本�,！�

但從去年開始,，他們使用了3D打印技術(shù)，讓這塊化石“活了”過來,，變得可以時(shí)時(shí)刻刻觸摸,、擺弄、研究,。盧靜說,，她和另一名來自中國(guó)的博士生胡雨致一道，利用顯微CT技術(shù)對(duì)這塊化石做了詳盡的掃描,�,！半m然只是魚的頭部骨骼化石，但其實(shí)里面又可以細(xì)分成十幾個(gè)部分,，每部分都可能包括一塊到幾塊不同的結(jié)構(gòu),，經(jīng)過高精度CT掃描后會(huì)虛擬生成連續(xù)的數(shù)千張切片,。”此后,，盧靜對(duì)著這些切片,，開始一步步“炮制”3D模型。

盾皮魚或?yàn)椤叭祟愂甲妗?/strong>
3D打印可分析血管結(jié)構(gòu)
盧靜說,，過去研究魚化石要整天坐在顯微鏡前,，現(xiàn)在不僅要使用顯微鏡，還要坐在電腦前,，每天至少花10個(gè)小時(shí)以上一張張“修理”掃描的切片,，對(duì)化石結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建。這個(gè)過程并不輕松,，因?yàn)橐患��?biāo)本掃描后往往有上千張切片,，而化石內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的界限往往并不清楚，更是需要反復(fù)觀察不同方向的切片來確定界限,。這是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性又無比繁瑣的工作,。“有時(shí)候,，化石內(nèi)的兩塊骨頭像兩塊毯子一樣,，有一些部分重疊在了一起，幾億年的時(shí)間讓這兩部分之間的縫隙變得微乎其微,，必須要反復(fù)不斷對(duì)照切片,，才能做出準(zhǔn)確的判斷。有一次,，我花了一天的時(shí)間,，就為了弄清腦腔里的一條血管是怎么走的�,！�

最終,，花了3個(gè)多月的時(shí)間，盧靜和同事完成了這條4億年前的盾皮魚的初步頭部3D模型,�,！爱�(dāng)時(shí)3D打印技術(shù)也是很火熱的，我們就嘗試?yán)��?D打印將我們的模型放大6倍打印出來,，沒想到效果出奇的好,。”盧靜稱,，這是世界首次公開發(fā)表的用3D打印技術(shù)來進(jìn)行的古代魚類研究,。利用3D打印出來的化石模型，盧靜可以像拼積木一樣，將這條4億年前的魚頭骨的各個(gè)部分進(jìn)行分解,、拼裝,，甚至對(duì)這條魚進(jìn)行虛擬的“解剖”，從而弄清楚骨骼之間的結(jié)構(gòu)乃至血管,、神經(jīng)的排列模式�,！氨热缤ǔＮ覀冎荒懿聹y(cè)魚的上下頜能夠張開多大角度,，現(xiàn)在有了這個(gè)化石的3D打印模型，我們可以直接驗(yàn)證關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍,，模擬這條魚的上下頜動(dòng)作,，也就能更加直觀地獲取這條4億年前的魚的更多信息�,！�

更重要的是,，這些信息有可能揭示人類自己，還有人類的身體構(gòu)造是怎么演變來的,。生命科學(xué)已經(jīng)證明,，人類來自古代的猿，古猿又由更古老的祖先演化而來,，人類的“家系”可以一步步上溯到古代水中的魚類,。盧靜介紹，從鯊魚,、鯉魚,、青蛙、麻雀,、貓,、狗到人類，我們熟悉的大多數(shù)動(dòng)物都長(zhǎng)著脊椎和下巴,，在演化上同屬一類,。近年來的一系列研究表明，這個(gè)大類,，學(xué)術(shù)名稱叫“有頜脊椎動(dòng)物”,，都是在4億多年前由盾皮魚類中的一個(gè)分支演化而來。所以,，人類某個(gè)階段的祖先模樣曾經(jīng)就和這塊3D打印出來的化石盾皮魚差不多,，而人類的嘴巴也是由盾皮魚類的上下頜演化而來�,！敖馄省边@條魚,，其實(shí)是我們?nèi)祟愡b遠(yuǎn)祖先的考古現(xiàn)場(chǎng)，而研究它的上下頜結(jié)構(gòu),，也就是在解答人類為什么會(huì)長(zhǎng)出用來吃飯,、呼吸,、講話的嘴巴。

相關(guān)技術(shù)已與國(guó)內(nèi)分享
盼未來進(jìn)入博物館
盧靜表示,，目前她還在繼續(xù)對(duì)這塊化石做進(jìn)一步的研究,，“軟骨一般很難成為化石，而這塊化石內(nèi)部的軟骨結(jié)構(gòu)也非常完美地保存了下來,，這為我們提供了更多關(guān)于盾皮魚的演化信息,。我們還將進(jìn)一步對(duì)它們的腦腔進(jìn)行深入研究，在計(jì)算機(jī)中重建腦顱及相關(guān)神經(jīng),、血管模型,，并制作出更加準(zhǔn)確的化石模型來深入 解剖 �,！�

同時(shí),，對(duì)其他盾皮魚化石的3D打印計(jì)劃已經(jīng)啟動(dòng)，未來可能會(huì)有更多的模型可供科學(xué)家進(jìn)行直觀的研究,。盧靜說,，此前有一次，澳大利亞國(guó)立大學(xué)搞開放日活動(dòng),，邀請(qǐng)了很多當(dāng)?shù)氐男�學(xué)生來學(xué)校參觀最新的科研成果,，當(dāng)孩子們看到這個(gè)3D打印出來的可以拆卸拼裝的盾皮魚化石模型時(shí)都非常驚訝。他們驚喜的眼光給了盧靜很深的觸動(dòng),。

她表示,，目前她已經(jīng)就如何將3D打印技術(shù)應(yīng)用在古生物研究上和國(guó)內(nèi)的專業(yè)人士做了分享。未來,，她還希望能夠?qū)⑦@個(gè)技術(shù)帶到中國(guó)的博物館中,，讓公眾都能夠直觀感覺到古生物真實(shí)的樣子，“想一想,，孩子們也都可以親自去觸摸,、拼裝、翻來覆去擺弄這些以前放在玻璃柜里,、只能遠(yuǎn)觀的化石,，這會(huì)帶來全新的認(rèn)知感受，更好激發(fā)大家對(duì)遠(yuǎn)古生命和古生物學(xué)科的興趣,�,！�

來源：北京青年報(bào)
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