看穿化石的透视眼

来源:用户上传      作者:

　　一提起古生物学家，我们头脑里就免不了浮现出一个拿着锤子、凿子小心翼翼地对着石头敲敲打打的学者形象。
　　可是在过去不到10年的时间里，在古生物学和人类学领域，一场技术上的革命已经悄然兴起。借助于先进的X射线断层摄影术，也就是我们通常所说的CT，他们不需要把化石从它所藏身的石头中完全“雕镂”出来就可以研究化石；可以随心所欲地从任意角度去观察它；甚至不用把化石剖开，即可观察到它的内部结构。这项新技术赋予古生物学家以前所未有的精度去研究化石，从中得到关于史前动物以何种方式生活、生长的许多细节知识。
　　CT改变了一切
　　尽管X射线自1895年被发现以来就已经被用于分析化石，但其图像质量在此后近一百多年里几乎没有什么提高。直到2004年，一位古生物学界的权威人士还发表文章说，他看不出X射线成像对于古生物学研究有什么用处，言外之意就是，锤子和凿子更管用。
　　但CT的出现却改变了一切。CT最初的、也是目前最广泛的应用是在医学上。X射线具有很强的穿透性，穿透量与其通过的路径上材料的总密度有关。当用X射线从数百个角度照射一个物体，就会产生大量数据，根据这些数据，利用软件可以计算出物体内部每一点的密度，由此描绘出它内部构造的3D图。然后，研究人员可以转动这个“虚拟物体”，从任意角度观察它；为了考察细部，可以随意放大；或者为了了解它的内部，可以把它“剖开”。
　　而对于古生物学来说，由于涉及的样品大多数是石质材料，密度较高，所以所需的X射线能量比医用X射线要高得多，为的是从任何角度都能穿透化石，只有同步粒子加速器产生的X射线才能满足这么高的能量要求。此外，为了确定化石中每一点的密度，需要涉及大量计算，所以对计算机的性能也提出很高要求。
　　这些条件直到近年才逐一具备，并且随着相关技术的日新月异，这项技术也在突飞猛进。譬如说在5年前，要给一个立方的物体“拍摄”8亿像素的3D图，需要花7周的时间，但现在40分钟就可以了。再者，起初因为从同步粒子加速器中引出的X射线是高度聚焦的，光斑很小，不能用来给大物体成像。但现在人们已经研制出用发散的X射线成像的CT扫描仪，在一个例子中已经成功地给4吨重的恐龙干尸拍摄了3D图。
　　CT能为古生物学家做什么？
　　这项技术极大地拓展了可供研究的化石范围。譬如说，许多化石因为太复杂、太脆弱，要用传统的锤子、凿子从它所在的岩石中剥离出来，几乎是不可能的。而现在，古生物学家无需把化石轮廓分明地剥离出来，只要把藏有化石的整块岩石搬回家，然后用CT一扫描，里面的化石图像就跃然出现在电脑屏幕上。
　　一位法国科学家近来用高能X射线扫描了数百块不透明的琥珀，在短短4天里找到了356个内含物，其中包括蜗牛、螳螂等。换成传统的办法，恐怕对此是束手无策的。
　　不过也许CT最具革命性的应用是，它能在不打碎化石的情况下，让我们一窥其内部结构。譬如说，动物的牙齿每天都会沉淀下一层新的牙质，就像树的年轮一样记录下了它们生活中像疾病、断奶等大事。为了了解史前动物的生长和发育情况，我们需要研究牙齿，而按传统的方法，只能把牙齿锯开，但这势必就破坏了化石的完整性。而现在古生物学家只需对牙齿做CT扫描，在没造成任何损伤的情况下，即可得到牙齿的3D图像，然后随意地观察它，对其内部一览无余。在过去30年里，用传统方法剖开的动物牙齿不到30颗，而CT技术出现后，仅在过去2年里，就分析了近150多颗。
　　最近，有科学家通过对飞龙的化石扫描发现，在现代鸟类中发现的气囊和中空骨头其实最早出现于飞龙。这说明这种对鸟类的飞行技能至关重要的呼吸系统，其在进化史上出现的时间远比我们原先想象的要早。此外，许多化石的内部结构，比如10亿年前蠕虫化石胚胎、鱼脑化石中的视神经以及恐龙干尸中的脊椎间距等，都是在过去3年里利用CT得到的。
　　现在阻碍CT在考古上应用的一个主要因素是造价高昂，在世界上仅有少数的几台同步粒子加速器可供开展此类工作。但未来随着更多的机构投资建造，这一挡路石将会消失，那时CT扫描将成为古生物学家常规工作的一部分。将来，延续使用了几百年的锤子和凿子，将仅限于在野外初步采集之用。为了让化石现形，古生物学家再也不需要对化石“精雕细琢”啦。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-5063770.htm