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3D+CT掃描觀察化石 澳大利亞史上最大恐龍“出場”

2021-07-15 07:57:37來源：科技日報(bào)  

近日，由中、美、德等國古生物學(xué)家組成的國際研究團(tuán)隊(duì)宣布在四川自貢發(fā)現(xiàn)了一個(gè)長僅10.2毫米的微小恐龍足跡，一時(shí)間，人們關(guān)于恐龍的印象似乎突然“迷你”了起來。

但恐龍并不總是這么“嬌小”。就在此前不久，科學(xué)家剛剛確認(rèn)了一種澳大利亞最大恐龍新種。國際著名期刊《同行評議科學(xué)雜志》上發(fā)表的一篇古生物學(xué)與進(jìn)化科學(xué)論文，認(rèn)定2007年出土的一種恐龍化石是澳大利亞史上最大恐龍，而且是個(gè)新物種，并將其命名為南方泰坦巨龍，并宣稱這是全球15種體型最大的恐龍之一。與此同時(shí)，澳大利亞昆士蘭博物館和埃羅曼加自然歷史博物館，也發(fā)表了相同內(nèi)容的公告，引發(fā)了全球媒體和研究人員的關(guān)注。

在全球恐龍化石并不鮮見的今天，為何澳大利亞出土的化石格外受關(guān)注?南方泰坦巨龍如何被確認(rèn)為新物種?研究人員又通過哪些途徑來研究和認(rèn)定?科技日報(bào)記者采訪了國內(nèi)長期從事恐龍形態(tài)、分類和演化等方面研究的中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所尤海魯研究員。

如何認(rèn)定一塊“石頭”是恐龍化石

早在2004年，在澳大利亞昆士蘭州埃羅曼加鎮(zhèn)以西80余公里的地方，現(xiàn)任埃羅曼加自然歷史博物館館主、古生物學(xué)家羅賓·麥肯齊的兒子在自家地產(chǎn)上發(fā)現(xiàn)了一塊“巖石”。經(jīng)過研究，人們確認(rèn)這不是一塊普通的石頭。

這一發(fā)現(xiàn)，也促使羅賓夫婦成立了埃羅曼加自然歷史博物館。

“確定一塊化石是不是來自恐龍，主要是根據(jù)它的形態(tài)特征。”尤海魯告訴科技日報(bào)記者，科學(xué)家主要根據(jù)動物骨骼特征來判斷化石的“身份”。和現(xiàn)在的哺乳動物一樣，恐龍?jiān)且粋€(gè)很大的古生物類群，有大有小，有植食性和肉食性之分，但不管怎么說，它們屬于一個(gè)單系，有共同的祖先。

而從形態(tài)學(xué)上來說，恐龍有區(qū)別于其他動物的特征，比如恐龍和哺乳動物或鱷類在骨骼形態(tài)上是很不一樣的。

在隨后的10多年里，有更多的“石頭”在埃羅曼加被陸續(xù)發(fā)掘出來，其中就包括2007年在庫帕溪畔發(fā)現(xiàn)的恐龍化石。這種化石的“主人”先是被昵稱為庫帕龍，經(jīng)過十余年的琢磨，被正式命名為南方泰坦巨龍。目前，這些化石被收藏在羅賓夫婦開設(shè)的博物館里，供公眾參觀以及古生物學(xué)家進(jìn)一步研究。

通常，化石經(jīng)過發(fā)掘、修理后，要對每塊骨骼進(jìn)行形態(tài)學(xué)記述，并與相關(guān)的類群進(jìn)行形態(tài)學(xué)上的對比。在此基礎(chǔ)上，還可以做一些定量化的分析。“我們現(xiàn)在主要是用分支系統(tǒng)學(xué)的方法來分析，目的就是找到它與已發(fā)現(xiàn)的其他恐龍之間的親緣關(guān)系。”尤海魯說。

在挖掘中，澳大利亞昆士蘭博物館古生物學(xué)家斯科特·霍克努爾和梅爾維爾·威爾金森等人合作，發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)巨大的蜥腳類恐龍的附肢骨骼，包括部分左側(cè)肩胛骨、部分左側(cè)和完整右側(cè)肱骨、完整的右側(cè)尺骨、部分左側(cè)和接近完整的右側(cè)恥骨、坐骨和股骨等。經(jīng)過演算，這只恐龍臀部處高約5至6.5米，身長25至30米。同時(shí)，地質(zhì)學(xué)相關(guān)資料顯示，這只恐龍約生活于9500萬至9800萬年之前。

3D+CT掃描“從內(nèi)而外”觀察化石

據(jù)斯科特·霍克努爾等人介紹，隨著科學(xué)的進(jìn)步，他們使用了先進(jìn)的生物體三維(3D)掃描技術(shù)，把修復(fù)后的南方泰坦巨龍的每一塊骨骼化石都進(jìn)行了掃描，并且建模復(fù)原。

“三維掃描是這些年流行起來的一種方法，它可以幫助我們更好地對恐龍形態(tài)學(xué)進(jìn)行描述。”尤海魯告訴記者，由于恐龍骨骼化石通常都很大，以前的方法是逐一從不同的角度翻來覆去地拍照，但這個(gè)過程容易損壞化石。而使用三維表面掃描，可一次性地從各個(gè)角度“照”到化石，不僅數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，也非常便于后期在電腦系統(tǒng)中從不同角度進(jìn)行觀察研究。

尤海魯介紹，由于恐龍化石往往是近億年前埋在巖石中的，因此會產(chǎn)生變形。澳大利亞的此項(xiàng)研究用了三維掃描新方法，但是具體應(yīng)用起來還有很多細(xì)節(jié)，同時(shí)要結(jié)合相應(yīng)的軟件程序開發(fā)，在三維掃描基礎(chǔ)上，更精確地復(fù)原它最原始的形態(tài)，這是研究的基礎(chǔ)。

斯科特·霍克努爾等人對特征不易區(qū)分的標(biāo)本創(chuàng)建了三維表面模型，可直接在彩色的骨骼圖像上進(jìn)行標(biāo)注。此外，他們還使用一系列三維對齊和渲染模式，提供了更好的幾何比較，同時(shí)允許識別相應(yīng)的埋藏偏差。這也意味著將允許對這些解釋進(jìn)行測試、重新解釋，并在后續(xù)研究中發(fā)布“新版本”。其中，由于恐龍坐骨太大，掃描設(shè)備無法將其作為一個(gè)整體對待，只好做了兩次掃描，然后使用圖像堆棧工具，把兩個(gè)掃描數(shù)據(jù)集生成一個(gè)表面模型。

“這項(xiàng)研究只用了三維表面掃描。實(shí)際上我們還可以使用計(jì)算機(jī)斷層掃描，即CT掃描等方法來觀察化石內(nèi)部的一些結(jié)構(gòu)，比如腦顱的結(jié)構(gòu)。因?yàn)閷τ谝恍┗瘉碚f，光看表面并不夠，此時(shí)就只能借助CT掃描等方法。”尤海魯向記者介紹。

確認(rèn)“恐龍新物種”需慎重

恐龍從來都是古生物界的“明星”。每一次發(fā)掘，恐龍骨架大小、奇特的形態(tài)以及是否是新物種，都是公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。

“大家都喜歡命名一種新恐龍，因此只要發(fā)現(xiàn)有一些差別，都傾向于命名它是一個(gè)新種。”尤海魯告訴記者，但實(shí)際上，這些差別也可以用一些別的原因來解釋，比如說我們?nèi)祟?，存在個(gè)體發(fā)育、性別、地域和民族的差異，骨骼間會存在很大的不同。倘若把這些差別放到數(shù)千萬年前的地層中，今天的古生物學(xué)家就可能認(rèn)為人類可據(jù)此分為好幾種了。“但實(shí)際上我們?nèi)硕紝儆谝粋€(gè)物種，所以要慎重看待骨骼化石間的差別。”他說。

尤海魯補(bǔ)充說，迄今為止，澳大利亞已發(fā)現(xiàn)的恐龍很少，所以每每那里發(fā)現(xiàn)恐龍化石，都會引發(fā)很大關(guān)注。但以南方泰坦巨龍來看，目前被發(fā)現(xiàn)和保存的相關(guān)材料也不是很多，雖然媒體和研究者強(qiáng)調(diào)其是“澳大利亞最大”，甚至是全球“最大之一”，但其復(fù)原后也只有30米左右長。實(shí)際上，在中國不乏40米左右長的恐龍，那才真正是世界上最大的恐龍或者最大的恐龍之一。

斯科特·霍克努爾等人通過對恐龍化石的附肢骨骼等特征的詳細(xì)對比研究，并運(yùn)用分支系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)澳大利亞之前發(fā)現(xiàn)的四個(gè)蜥腳類恐龍親緣關(guān)系很近，可以構(gòu)成巨龍型類蜥腳類的一個(gè)分支。

地質(zhì)資料表明，在澳大利亞這些恐龍生活的時(shí)期，這里曾經(jīng)歷了從一望無際的古陸表海，到近海，又到陸地河湖環(huán)境的轉(zhuǎn)變。研究人員推測，棲息地的快速發(fā)展變化，推動了當(dāng)?shù)刈畲蟮乃厥硠游?mdash;—泰坦巨龍類形態(tài)的多樣性。但由于所處區(qū)域年代地層分辨率很差，研究人員的所有解釋仍不能完全被證實(shí)。

“值得注意的是，這個(gè)區(qū)域內(nèi)還沒有發(fā)現(xiàn)其他溫頓組巨龍形類恐龍。”斯科特·霍克努爾等人強(qiáng)調(diào)，未來，他們的研究將側(cè)重對已知化石點(diǎn)的更詳細(xì)的地層年代確定和古環(huán)境背景重建，因?yàn)閮H憑系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系來討論澳大利亞這些最大的陸地脊椎動物的進(jìn)化，其價(jià)值是有限的。(尤海魯 趙漢斌)

責(zé)任編輯：hnmd003

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