琥珀中发现恐龙 一个被忽视的重要细节……

2016年12月19日 09:30 新浪科技 微博
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  文章来源:科学大院微信公众号

恐龙尾部化石及琥珀的可见光照片,图中是看不到骨骼的恐龙尾部化石及琥珀的可见光照片,图中是看不到骨骼的

  12月9日,一则古生物学家在琥珀中发现恐龙的消息在科学圈里疯传,被保存在琥珀中的是一段非鸟虚骨龙类恐龙的尾骨,这是人类有史以来发现的第一块埋藏在琥珀中的恐龙标本,关注度不言而喻。

  这项重要发现发表在12月8日的生物学著名刊物《当代生物学》 (Current Biology)上(《当代生物学》属于《细胞》出版集团,五年影响因子平均为9.7),截止12月16日,该文章的Altmetric指数(Altmetric是被国外很多出版和信息机构用于对科学论文学术影响力进行实时监测和评价的指标。采用该指标的机构包括《自然》、《科学》、《柳叶刀》、《细胞》等著名期刊和PLOS出版平台、SCOPUS数据库、PMC OA期刊出版平台、BioMed Central OA期刊出版平台等。)已经达到3864,在该指数统计的2016年全球发表的270万篇科技文章中排名第6位,在该指数统计的123822篇同期文章中排名第2位,在《当代生物学》杂志被Altmetric统计的所有文章中排名第1位,论文发表仅仅几天,该发现就进入了2016年全球最受媒体和公众关注和讨论的科学研究之列。

  然而,在关注这项发现本身的同时,你有没有想过,发现的琥珀中,恐龙尾骨化石被厚实的毛覆盖着,科学家们是如何看到骨骼,进而确定化石的主人是一只恐龙,而不是鸟呢?这就不得不提到科学研究用到的同步辐射装置。

  和这次发现恐龙的琥珀一起被研究的共有两块化石,都来自缅甸克钦邦胡康河谷,其历史约9900万年,属于白垩纪中期的诺曼森阶。这两块化石都埋藏在琥珀内部且覆盖着厚实的毛,可见光成像是无法直接看到化石中的骨骼部分的,而普通X光机微CT的成像基于吸收衬度,密度灵敏度低,所获图像的衬度也不够高,能分辨出来的细节太少。

  于是,在本次研究中,科学家们利用的是同步辐射硬X射线相位衬度断层成像方法(SRX-PC-CT),对琥珀化石进行了多尺度分辨高密度灵敏度的3D无损成像研究,SRX-PC-CT使用同步辐射光源提供的具有良好空间相干性的硬X射线进行相位衬度成像,可以在保持硬X射线高穿透性的同时大大提高密度灵敏度。听起来很高大上,有木有?

  在对琥珀的研究过程中,研究团队先后用到了北京同步辐射装置(BSRF)和上海同步辐射装置(SSRF),分别在2015年夏天和秋天在的SRX-PC-CT装置无损获取了该化石多尺度分辨的高质量投影图像。

  此后,经过对投影图像的断层重建、数据的自动和手动分割、分段拼接和3D重构,得到了被毛和琥珀包围着的化石的高清3D图像,揭示出化石内部的3D形态特征。

  基于SRX-PC-CT重建的骨骼三维形态图,研究团队首先确认其中一块标本的确是鸟类,属于典型的早熟性反鸟类幼鸟,该工作2016年6月28日发表在Nature出版集团的著名刊物NATURE COMMUNICATIONS上。

  在系统分析另外一块标本骨骼部分SRX-PC-CT三维图像时,研究团队发现,该化石明显区别于典型的古鸟类,骨骼形态(如腹侧明显的沟槽结构)与典型的非鸟虚骨龙类恐龙类似,是非鸟虚骨龙类恐龙(coelurosaurs)的一段尾骨,包括至少9段尾椎。至此,人类有史以来发现的第一块埋藏在琥珀中的恐龙标本,在两大同步辐射装置的帮助下,就这样被准确鉴定出来了。

  除了用到同步辐射装置的多尺度分辨的高质量投影图像外,研究团队还利用BSRF的X射线荧光成像方法获得了尾椎化石出露断面的微量元素分布图,并发现其中铁、锰、钛、锗等元素的分布与化石的形态高度吻合,蕴含着丰富的埋藏学信息。在BSRF对铁元素所做的近边吸收谱分析表明,其中80%以上的铁原子为二价,这应该是血红蛋白和铁蛋白的遗迹。

恐龙化石尾椎出露端部的X射线荧光成像结果恐龙化石尾椎出露端部的X射线荧光成像结果
对恐龙化石尾椎端部Fe元素价态的X射线吸收谱分析表明被测区域80%的Fe原子处于2+价对恐龙化石尾椎端部Fe元素价态的X射线吸收谱分析表明被测区域80%的Fe原子处于2+价

  可以说,在这次发现中,来自中科院的两台同步辐射装置起到了非常重要的作用,并且有理由相信,随着近几年我国同步辐射装置的进步,在国内的同步辐射装置上可以做出的世界水平的科学发现将会越来越多。

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