利用三維成像技術構建「全息投影」微體化石

2020-12-15 魚總的日常

化石是古生物留下的痕跡,也是古生物學研究的重要對象。生物的遺骸長期埋藏和保存在巖層中時光向我們展示了古代的一個角落。其中既有我們熟知的幾十米高的恐龍化石,也有肉眼難以觀察到的胚胎,微生物的微體化石甚至不足1mm,還有以微米為單位的超微化石。

從第一次用肉眼直接觀察化石形態,到用相機拍攝標本,再到用光學顯微鏡和電子顯微鏡獲得化石表面的精細結構,我們一直希望能找到更多的化石信息,隨著科技的進步,化石的研究方法也越來越先進。我們可以發現,化石研究總是離不開化石圖像的獲取。然而即使掃描電子顯微鏡的解析度高達納米級,也只能採集化石的表面顯微圖像,在不破壞情況下中的標本的情況下,無法觀察到化石的內部結構。

隨著X射線三維無損成像技術的發展和應用,這一問題得到了解決。早在醫學X射線機誕生後不久,德國古生物學家就將XX射線成像技術應用於化石研究。然而X射線獲得的化石圖像解析度不高,只能用來尋找和修復化石。上世紀代,上世紀掃描技術的出現,使化石的三維結構呈現無損,XX射線三維無損成像技術開始在化石研究領域得到廣泛應用和迅速發展。

之前,中科院南京地質古生物研究所的研究人員與國外學者合作,在貴州甕安生物群中發現了6.1億年前的胚胎化石,並通過三維成像技術構建了上百個標本的三維結構。甕安生物群,命名為「籠脊球」,是最為人所知的古老相關的胚胎化石。通過對三維結構的研究,研究人員發現,古鋼琴化石是動物從單細胞進化到多細胞進化的關鍵一步。這只是X射線三維無損成像技術應用的一個例子。

與正常大小的化石相比,單籠脊椎動物的直徑小於1mm,與正常大小的化石相比,這類微體化石的研究對密度解析度和空間解析度要求較高,不能依賴於普通CT技術進行無損成像。同步輻射硬X射線相位對比微CT(PC-SR-μCT)應用於甕安微化石的研究。同步輻射硬X射線相位襯度微CT在化石無損三維成像中具有三個優勢:1,同步輻射硬X射線具有高亮度、高準直和高空間相干性的特點,可用於明顯提高化石樣品的對比。2利用硬X射線投影獲得了高空間解析度和快速成像速度。三,單色硬X射線成像可用於同步輻射,以避免硬化偽影。利用同步輻射硬X射線相襯顯微CT,我國在甕安微化石研究中獲得了許多重大成果,使我國在這一領域處於國際領先水平。

之前,同步輻射硬X射線相位襯度微CT還存在一些有待解決的問題,無損化石研究技術的發展不會就此止步。顯然,技術的發展將有助於這項研究,我國能否在微體化石研究領域保持領先地位,取決於能否在技術進步上邁出一大步。

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