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三維成像技術構建微體化石的“全息投影”

時間：2019-12-03 作者：閱讀：4305

化石是古生物遺留的痕跡，也是古生物研究的重要對象。生物的遺跡經過掩埋，在巖層中經過漫長的時光保留下它們曾經的樣子，為我們展示出遠古時代的一角。其中既有我們熟知的高達幾十米的恐龍化石，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到用相機對標本拍照再到利用光學顯微鏡與電子顯微鏡獲取化石表面的細微結構，隨著技術的進步，研究化石的方法也越來越先進。我們可以發現，化石研究始終離不開對化石圖像的獲取。然而即使是分辨率高達納米級別的掃描電鏡，也只能采集化石的表面顯微圖像，在不破壞標本的情況下無法觀察化石的內部結構。

  隨著X 射線三維無損成像技術的發展與應用，這個問題迎刃而解。早在1896年，醫用X光機剛誕生沒多久的時候，德國古生物學家就已經將X 射線成像技術應用到了化石研究中。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70年代，CT掃描技術的出現讓化石的三維結構得以無損呈現，X 射線三維無損成像技術開始在化石研究領域得到廣泛的應用與快速的發展。

  前幾日，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，在貴州甕安生物群發現了6.1億年前的胚胎化石并通過三維成像技術構建出其中數百個標本的立體結構。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物相關的胚胎化石。通過對三維立體結構的研究，研究人員發現籠脊球化石是動物由單細胞向多細胞演化的關鍵一步。這只是X 射線三維無損成像技術應用的其中一個例子。

  籠脊球的單個直徑不足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技術進行無損成像。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優點：1.同步輻射硬X射線具有高亮度、高準直性和較高空間相干性等特點，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，使我國在這一領域可以較國際水平更為先進。

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發展也不會就此止步。技術的發展對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域的地位還要看我們能不能在技術的改進上快人一步。

[來源：儀器網]

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