把琥珀放進儀器 億萬年前的秘密由此展現

一直以來,人類對史前生物的興趣從未減少。依靠化石建立起古生物學的研究者們並不滿足於僅在岩層中尋找已經消失的生物的遺跡,他們期待著發現更生動的研究材料。而琥珀正是古生物學家們孜孜以求的目標之一。

 

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10月11日,由中外科學家聯合組成的團隊在琥珀中發現了來自一億年前的兩棲類、腹足類和昆蟲的卵團。這些從白堊紀保留到現在的卵至今仍在琥珀中保持著原來的樣子,彷彿時間定格在它們被樹脂包裹的那一刻。對這些卵團的研究將幫助我們了解滅絕生物的產卵行為。

琥珀對古生物學的意義在於補充傳統化石難以提供的信息。沉積岩中的化石大多數都只保留了生物的莖葉、外殼、骨骼等相對堅硬的部分以及生物遺體在岩層中留下的印模和鑄型,而包裹在琥珀中的生物卻可能在時間的沖刷下毫髮無損,為研究者提供相對完整的結構信息,例如恐龍羽毛的三維形態。

在《侏羅紀公園》中,哈蒙德博士從保留在琥珀中吸取恐龍血液的蚊子體內提取出DNA,從而將已經滅絕的恐龍帶回到人類面前。2017年,國外的研究團隊同樣在琥珀中發現吸飽了恐龍血液的蜱蟲,雖然現實中DNA無法在如此古老的化石中保留下來,但這一發現依然對恐龍的研究有重要作用,如為蜱蟲宿主動物的築巢行為提供確切證據。而這也是琥珀在古生物學上的價值所在。

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關於琥珀的學術研究在19世紀就已經開始。琥珀研究的難點在於無法進行破壞性的研究,因此在很長一段時間內,研究者只能依靠光學顯微鏡對內部的包裹物進行觀察。但是顯微鏡只能觀察到化石的表面,無法獲取被遮擋部位的信息,對琥珀的利用率很低。而後,隨著X射線的發展,顯微CT、同步輻射CT成像和X射線熒光成像等技術開始應用於琥珀研究中。本次發布的關於琥珀中生物卵團的研究,就是利用顯微CT和同步輻射掃描得到卵團的三維結構圖像,從而獲取卵的細節信息。

然而現有的技術仍然有很大的局限性。琥珀化石的三維模型重建並不簡單,琥珀內部除了目標生物還有大量雜質,掃描過程中會出現很多無用的數據,需要人工一點點判定修改。而且琥珀的包裹物各不相同,每一次建模需要重新開始,這也讓建立三維模型成為一件費時費力的事情。另外,可以獲得CT數據的琥珀大概不到一半,這意味著大部分琥珀化石無法建立三維模型。

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對於這個問題,我國已經有了解決方案。由中科院研發的結構光照明顯微鏡成為琥珀研究中新的助力。結構光照明顯微鏡在顯微鏡中使用結構光照明技術,在獲取三維顯微圖像的同時,實現了突破衍射極限的超解析度成像。這種顯微鏡也成為構建無法獲得CT數據的琥珀的三維模型的唯一方法。

近年來,琥珀化石的新發現頻現報端,僅在今年,除了前幾天的古生物卵塊,還有7月的古鳥類新物種和5月的菊石化石。對琥珀化石的研究越深入,我們就越接近那個人類還不曾出現的歷史。