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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:4040
        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)過掩埋,在巖層中經(jīng)過漫長的時(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,從最開始的通過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越先進(jìn)。我們可以發(fā)現(xiàn),化石研究始終離不開對(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)本的情況下無法觀察化石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
 
        隨著X 射線三維無損成像技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,這個(gè)問題迎刃而解。早在1896年,醫(yī)用X光機(jī)剛誕生沒多久的時(shí)候,德國古生物學(xué)家就已經(jīng)將X 射線成像技術(shù)應(yīng)用到了化石研究中。然而早期利用X 射線得到的化石圖像分辨率并不高,因此一般只用來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)得以無損呈現(xiàn),X 射線三維無損成像技術(shù)開始在化石研究領(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 射線三維無損成像技術(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,無法依靠普通CT技術(shù)進(jìn)行無損成像。2002年,同步輻射硬 X 射線相襯微 CT(PC-SR-μCT)開始應(yīng)用于甕安生物群微小化石的研究中。同步輻射硬 X 射線相襯微CT在化石無損三維成像中具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn):1.同步輻射硬X射線具有高亮度、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射線成像,避免了硬化偽影問題。利用同步輻射硬 X 射線相襯微CT,我國在甕安微體化石的研究中取得了許多重大成果,使我國在這一領(lǐng)域可以較國際水平更為先進(jìn)。
 

        目前同步輻射硬 X 射線相襯微CT還存在著一些問題有待解決,化石無損研究的技術(shù)發(fā)展也不會(huì)就此止步。技術(shù)的發(fā)展對(duì)研究帶來的助力是顯而易見的,我國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。

[來源:儀器網(wǎng)]

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