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三維成像技術(shù) 構(gòu)建微體化石的“全息投影”

時(shí)間：2019-12-03 作者：閱讀：4575

化石是古生物遺留的痕跡，也是古生物研究的重要對(duì)象。生物的遺跡經(jīng)過(guò)掩埋，在巖層中經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)光保留下它們?cè)?jīng)的樣子，為我們展示出遠(yuǎn)古時(shí)代的一角。其中既有我們熟知的高達(dá)幾十米的恐龍化石，也有肉眼難以觀察的胚胎、微生物等甚至不到1毫米的微體化石以及以微米為單位的超微化石。

  我們總是希望可以在化石上尋找到更多的信息，從最開(kāi)始的通過(guò)肉眼直接觀察化石形態(tài)到用相機(jī)對(duì)標(biāo)本拍照再到利用光學(xué)顯微鏡與電子顯微鏡獲取化石表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，研究化石的方法也越來(lái)越先進(jìn)。我們可以發(fā)現(xiàn)，化石研究始終離不開(kāi)對(duì)化石圖像的獲取。然而即使是分辨率高達(dá)納米級(jí)別的掃描電鏡，也只能采集化石的表面顯微圖像，在不破壞標(biāo)本的情況下無(wú)法觀察化石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

  隨著X 射線(xiàn)三維無(wú)損成像技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，這個(gè)問(wèn)題迎刃而解。早在1896年，醫(yī)用X光機(jī)剛誕生沒(méi)多久的時(shí)候，德國(guó)古生物學(xué)家就已經(jīng)將X 射線(xiàn)成像技術(shù)應(yīng)用到了化石研究中。然而早期利用X 射線(xiàn)得到的化石圖像分辨率并不高，因此一般只用來(lái)尋找和輔助修理化石。到了上世紀(jì)70年代，CT掃描技術(shù)的出現(xiàn)讓化石的三維結(jié)構(gòu)得以無(wú)損呈現(xiàn)，X 射線(xiàn)三維無(wú)損成像技術(shù)開(kāi)始在化石研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用與快速的發(fā)展。

  前幾日，中科院南京地質(zhì)古生物研究所的研究人員與國(guó)外學(xué)者合作，在貴州甕安生物群發(fā)現(xiàn)了6.1億年前的胚胎化石并通過(guò)三維成像技術(shù)構(gòu)建出其中數(shù)百個(gè)標(biāo)本的立體結(jié)構(gòu)。被命名為“籠脊球”的甕安生物群胚胎化石是已知的最古老的與動(dòng)物相關(guān)的胚胎化石。通過(guò)對(duì)三維立體結(jié)構(gòu)的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)籠脊球化石是動(dòng)物由單細(xì)胞向多細(xì)胞演化的關(guān)鍵一步。這只是X 射線(xiàn)三維無(wú)損成像技術(shù)應(yīng)用的其中一個(gè)例子。

  籠脊球的單個(gè)直徑不足1毫米，相較于正常大小的化石，研究這種微體化石需要有更高的密度分辨率和空間分辨率，無(wú)法依靠普通CT技術(shù)進(jìn)行無(wú)損成像。2002年，同步輻射硬 X 射線(xiàn)相襯微 CT(PC-SR-μCT)開(kāi)始應(yīng)用于甕安生物群微小化石的研究中。同步輻射硬 X 射線(xiàn)相襯微CT在化石無(wú)損三維成像中具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.同步輻射硬X射線(xiàn)具有高亮度、高準(zhǔn)直性和較高空間相干性等特點(diǎn)，可以明顯提高化石樣品的成像襯度。2.同步輻射硬X射線(xiàn)投影成像的空間分辨率高，成像速度快。3.同步輻射可使用單色硬X射線(xiàn)成像，避免了硬化偽影問(wèn)題。利用同步輻射硬 X 射線(xiàn)相襯微CT，我國(guó)在甕安微體化石的研究中取得了許多重大成果，使我國(guó)在這一領(lǐng)域可以較國(guó)際水平更為先進(jìn)。

目前同步輻射硬 X 射線(xiàn)相襯微CT還存在著一些問(wèn)題有待解決，化石無(wú)損研究的技術(shù)發(fā)展也不會(huì)就此止步。技術(shù)的發(fā)展對(duì)研究帶來(lái)的助力是顯而易見(jiàn)的，我國(guó)能不能保持在微體化石研究領(lǐng)域的地位還要看我們能不能在技術(shù)的改進(jìn)上快人一步。

[來(lái)源：儀器網(wǎng)]

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