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コンピュータ断層撮影法を用いて地球の歴史を数百万年遡って調べる

2023 年 8 月 5 日 |ジーナ・ナウジョカット

ホルスタイン岩層から採取された堆積岩の板状試料について、コンピュータ断層撮影法を用いて化石含有量を調査することになっていた。最新のCT技術は、誰も予想していなかった結果をもたらした。

地球科学、特に古生物学は、地球の過去への洞察と、数百万年前の生息環境の変化に関する興味深い情報を提供してくれます。おそらくすでに絶滅した種は、人類の夜明けよりもはるか昔、今日とは大きく異なる環境や植生の中で営まれていた生命の姿を描き出します。恐竜の化石だけでなく、地球が経験してきた劇的な変化を証明する、より微細な化石の数々も、私たちの想像力を掻き立てるはずです。そして、科学者たちが既に得た知見と、未来についての彼らの結論に、私たちは驚嘆せずにはいられません。

ハンブルクのライプニッツ生物多様性変化分析研究所の古生物学部門長であるウルリッヒ・コットホフ博士と、ハンブルク大学の微古生物学部門、Foraminifera.eu Lab、LIBの研究者チームが最近、 Comet Yxlonアプリケーションファクトリーは、最新のX線技術が自社の研究にどのような可能性をもたらすかを検証するため、この技術を導入した。主にシュレースヴィヒ=ホルシュタイン州東部に分布するホルシュタイン岩と呼ばれる特定の砂岩から採取された堆積岩板を、コンピュータ断層撮影法を用いて化石含有量について調査する予定だった。

これまで、このような調査は主に岩石を破壊することによって行われてきましたが、その場合、中に含まれる化石も損傷するリスクが常に伴います。そのため、装置が必要な解像度を達成できるのであれば、非破壊検査は魅力的な代替手段となります。実際、新しい技術的可能性は、当時誰も予想していなかった結果をもたらす可能性があります。大きなカタツムリに加えて、ミリメートルサイズの有孔虫の殻の蓄積さえも見えるようになりました。有孔虫は、海洋や塩沼などの海洋生息地に生息する単細胞生物です。発見された最も古い有孔虫は約5億4000万年前のものです。科学者は、有孔虫の殻からそれぞれの環境条件のごくわずかな変化を読み取​​ることができ、それによって気候や海洋の進化をはるか昔に遡ることができます。

研究者たちが持ち込んだ化石板は、高解像度コンピュータ断層撮影装置でスキャンされた。 FF35 CTスキャン。VistaソフトウェアのQuickScanモードにおける従来の円形軌道を用いて、プレートの3次元概観を作成した。生成された3Dデータセットのボクセルサイズは50µmであり、研究者らは馴染みのある解像度で試験対象物の内部構造に関する初期的な知見を得ることができた。

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図 1: ホルシュタイナー ゲシュタインの化石プレート
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図2:ZoomScanによる最小距離での最高解像度
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図3:Vista QuickScanで撮影した化石板の3D CTボリュームの断面図

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VistaXパッケージのZoomScanを使用すると、ディテール検出能 10倍の性能向上を実現した。わずか7μmという小さなボクセルサイズで、岩石中に予期せぬ形で集積していたミリメートルサイズの有孔虫の殻を検出できるようになった。

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図4-6:VistaX ZoomScanが「新たな地平を切り開く」 - カタツムリの殻の隣にあるミリメートルサイズの有孔虫。

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図6:VistaX ZoomScanに基づいた有孔虫殻の表面モデル

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しかし、はるかに高速に実行できるのは、VistaX Proパッケージに含まれるLayerScanです。 Comet Yxlon社のコンピュータ断層撮影技術は、360°回転を必要とせずに、平面部品の高解像度層を作成する。LayerScanは5µmのボクセルサイズを実現した。

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図7:VistaX Pro LayerScanによる最大限のディテール視認性

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規模に関する直接比較:

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図 8: Vista QuickScan と VistaX ZoomScan の比較

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図9:Vista QuickScanとVistaX Pro LayerScanの比較

X線技術の進歩がもたらす可能性は、科学に刺激的な洞察をもたらすと同時に、未来への期待を高めます。ウルリッヒ・コットホフ博士は熱意にあふれています。

私と同僚にとって最も驚きだったのは、はるかに大きな巻貝の他に、有孔虫の殻を識別できたことでした。岩石を破壊することなくこれらの微化石を研究できる可能性に加え、岩石中の体積比率を測定できるようになったことは非常に興味深いことです。さらに高解像度化が進めば、有孔虫をより正確に特定することも可能になるでしょう。さらに、他の場所から採取した同じ岩石の断片をいくつか調べて、有孔虫と巻貝の密度がすべての場所で同じなのか、あるいは地域差があるのか​​を確認することもできます。微化石の識別精度が向上すれば、かつての水深を推定することも可能になるでしょう。

研究には数多くの疑問点が存在します。私たちは、それらの疑問に答えるための優れたツールを提供できるよう、開発に絶えず尽力しています。

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