中國學(xué)者3D打印揭秘“史前古魚”，化石最薄0.1mm 30年來無人敢碰

研究人員展示盾皮魚化石

“想不到3D打印還能這么玩,�,！苯�日，以兩名中國研究者領(lǐng)銜的中澳聯(lián)合研究團隊首次用3D打印技術(shù)對一件來自澳大利亞4億年前的盾皮魚類化石進行了詳細研究,。負責(zé)此次研究的中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所副研究員盧靜告訴北京青年報記者,，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)運動能力等信息,。她介紹，盾皮魚極可能是人類在生物演化進程中的“始祖”,，破解盾皮魚的更多細節(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,。作為中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所的副研究員,，盧靜長期從事早期脊椎動物化石的研究工作，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,。

“這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候的位置上,。仔細觀察,，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，這些細微結(jié)構(gòu)是對稱分布的,，沒有變形,。”盧靜說,。

一天天的研究,，讓盧靜對早期魚類化石的結(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’,。”盧靜介紹,，之所以這樣并非因為澳大利亞國立大學(xué)“小氣”,，而是因為這塊化石太寶貴，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’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，變得可以時時刻刻觸摸,、擺弄,、研究。

盧靜說,，她和另一名來自中國的博士生胡雨致一道,，利用顯微CT技術(shù)對這塊化石做了詳盡的掃描�,！半m然只是魚的頭部骨骼化石,，但其實里面又可以細分成十幾個部分，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掃描后會虛擬生成連續(xù)的數(shù)千張切片,。”

此后,，盧靜對著這些切片,，開始一步步“炮制”3D模型。

盾皮魚或為“人類始祖”
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個小時以上一張張“修理”掃描的切片,，對化石結(jié)構(gòu)進行重建。這個過程并不輕松,，因為一件標(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,。這是一個富有挑戰(zhàn)性又無比繁瑣的工作,。“有時候,，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)不斷對照切片,，才能做出準(zhǔn)確的判斷。有一次,，我花了一天的時間,，就為了弄清腦腔里的一條血管是怎么走的�,！�

最終,，花了3個多月的時間，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部分進行分解,、拼裝，甚至對這條魚進行虛擬的“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魚的上下頜能夠張開多大角度,，現(xiàn)在有了這個化石的3D打印模型，我們可以直接驗證關(guān)節(jié)的活動范圍,，模擬這條魚的上下頜動作,，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)動物都長著脊椎和下巴，在演化上同屬一類,。近年來的一系列研究表明,，這個大類，學(xué)術(shù)名稱叫“有頜脊椎動物”,，都是在4億多年前由盾皮魚類中的一個分支演化而來,。所以，人類某個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,。“解剖”這條魚,，其實是我們?nèi)祟愡b遠祖先的考古現(xiàn)場,，而研究它的上下頜結(jié)構(gòu)，也就是在解答人類為什么會長出用來吃飯,、呼吸,、講話的嘴巴。

相關(guān)技術(shù)已與國內(nèi)分享
盼未來進入博物館

盧靜表示,，目前她還在繼續(xù)對這塊化石做進一步的研究,，“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,。我們還將進一步對它們的腦腔進行深入研究，在計算機中重建腦顱及相關(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,，對其他盾皮魚化石的3D打印計劃已經(jīng)啟動,，未來可能會有更多的模型可供科學(xué)家進行直觀的研究。盧靜說,，此前有一次,，澳大利亞國立大學(xué)搞開放日活動，邀請了很多當(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3D打印出來的可以拆卸拼裝的盾皮魚化石模型時都非常驚訝。他們驚喜的眼光給了盧靜很深的觸動,。

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內(nèi)的專業(yè)人士做了分享。未來,，她還希望能夠?qū)⑦@個技術(shù)帶到中國的博物館中,，讓公眾都能夠直觀感覺到古生物真實的樣子，“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,、只能遠觀的化石,，這會帶來全新的認(rèn)知感受，更好激發(fā)大家對遠古生命和古生物學(xué)科的興趣,�,！�

來源:中國青年報