“史前古鱼”薄如纸30年无人敢动 学者用3D打印揭秘

盾皮鱼或为“人类始祖”,3D打印可分析血管结构

卢静说,过去研究鱼化石要整天坐在显微镜前,现在不仅要使用显微镜,还要坐在电脑前,每天至少花10个小时以上一张张“修理”扫描的切片,对化石结构进行重建。这个过程并不轻松,因为一件标本扫描后往往有上千张切片,而化石内部结构之间的界限往往并不清楚,更是需要反复观察不同方向的切片来确定界限。这是一个富有挑战性又无比繁琐的工作。“有时候,化石内的两块骨头像两块毯子一样,有一些部分重叠在了一起,几亿年的时间让这两部分之间的缝隙变得微乎其微,必须要反复不断对照切片,才能做出准确的判断。有一次,我花了一天的时间,就为了弄清脑腔里的一条血管是怎么走的。”

最终,花了3个多月的时间,卢静和同事完成了这条4亿年前的盾皮鱼的初步头部3D模型。“当时3D打印技术也是很火热的,我们就尝试利用3D打印将我们的模型放大6倍打印出来,没想到效果出奇的好。”卢静称,这是世界首次公开发表的用3D打印技术来进行的古代鱼类研究。

利用3D打印出来的化石模型,卢静可以像拼积木一样,将这条4亿年前的鱼头骨的各个部分进行分解、拼装,甚至对这条鱼进行虚拟的“解剖”,从而弄清楚骨骼之间的结构乃至血管、神经的排列模式。“比如通常我们只能猜测鱼的上下颌能够张开多大角度,现在有了这个化石的3D打印模型,我们可以直接验证关节的活动范围,模拟这条鱼的上下颌动作,也就能更加直观地获取这条4亿年前的鱼的更多信息。”

更重要的是,这些信息有可能揭示人类自己,还有人类的身体构造是怎么演变来的。生命科学已经证明,人类来自古代的猿,古猿又由更古老的祖先演化而来,人类的“家系”可以一步步上溯到古代水中的鱼类。卢静介绍,从鲨鱼、鲤鱼、青蛙、麻雀、猫、狗到人类,我们熟悉的大多数动物都长着脊椎和下巴,在演化上同属一类。近年来的一系列研究表明,这个大类,学术名称叫“有颌脊椎动物”,都是在4亿多年前由盾皮鱼类中的一个分支演化而来。所以,人类某个阶段的祖先模样曾经就和这块3D打印出来的化石盾皮鱼差不多,而人类的嘴巴也是由盾皮鱼类的上下颌演化而来。“解剖”这条鱼,其实是我们人类遥远祖先的考古现场,而研究它的上下颌结构,也就是在解答人类为什么会长出用来吃饭、呼吸、讲话的嘴巴。

相关技术已与国内分享,盼未来进入博物馆

卢静表示,目前她还在继续对这块化石做进一步的研究,“软骨一般很难成为化石,而这块化石内部的软骨结构也非常完美地保存了下来,这为我们提供了更多关于盾皮鱼的演化信息。我们还将进一步对它们的脑腔进行深入研究,在计算机中重建脑颅及相关神经、血管模型,并制作出更加准确的化石模型来深入 解剖 。”

同时,对其他盾皮鱼化石的3D打印计划已经启动,未来可能会有更多的模型可供科学家进行直观的研究。卢静说,此前有一次,澳大利亚国立大学搞开放日活动,邀请了很多当地的小学生来学校参观最新的科研成果,当孩子们看到这个3D打印出来的可以拆卸拼装的盾皮鱼化石模型时都非常惊讶。他们惊喜的眼光给了卢静很深的触动。

她表示,目前她已经就如何将3D打印技术应用在古生物研究上和国内的专业人士做了分享。未来,她还希望能够将这个技术带到中国的博物馆中,让公众都能够直观感觉到古生物真实的样子,“想一想,孩子们也都可以亲自去触摸、拼装、翻来覆去摆弄这些以前放在玻璃柜里、只能远观的化石,这会带来全新的认知感受,更好激发大家对远古生命和古生物学科的兴趣。”

作者:屈畅

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