借助计算机断层扫描技术,回溯地球数百万年的历史
2023年8月5日 | Gina Naujokat
一块来自霍尔斯坦岩层的沉积岩板原本是要通过计算机断层扫描技术对其化石含量进行检测的。最新的CT技术得出了出乎所有人意料的结果。
地球科学,尤其是古生物学,让我们得以窥见地球的过去,并为我们提供了关于数百万年来人类栖息地变化的激动人心的信息。那些可能早已灭绝的物种,勾勒出了人类出现之前遥远年代的生命图景——那时环境和植被与今天截然不同。不仅恐龙化石能激发我们的想象力,还有更多微米级别的化石,它们证明了我们的星球曾经历过剧烈的变化。 我们不禁惊叹于科学家们迄今所获得的洞见,以及他们对人类未来的推断。
汉堡莱布尼茨生物多样性变化分析研究所(LIB)古生物学负责人乌尔里希·科特霍夫(Ulrich Kotthoff)博士,以及来自汉堡大学微古生物学系、Foraminifera.eu实验室和LIB的研究团队,近日访问了Comet 的Yxlon应用中心,以了解当今的X射线技术能为他们的研究带来哪些帮助。 研究人员计划利用计算机断层扫描技术,对一块来自霍尔斯坦岩(Holstein Rock)的沉积岩板进行化石成分分析。霍尔斯坦岩是一种主要分布于石勒苏益格-荷尔斯泰因州东部的特定砂岩。
迄今为止,此类检测主要通过破坏岩石来实现,但这总是伴随着损坏其中化石的风险。因此,如果设备能够达到所需的分辨率,无损检测便成为一种极具吸引力的替代方案。事实上,新技术带来的可能性提供了当时无人预料到的结果:除了较大的蜗牛外,甚至连毫米级有孔虫壳的聚集也变得清晰可见。 有孔虫是栖息于海洋或盐沼等海洋环境中的单细胞生物。迄今发现的最古老的有孔虫约有5.4亿年的历史。科学家可以通过其壳体解读环境条件的细微变化,从而深入探究远古时期的气候和海洋演变。
研究人员带来的化石板在FF35 CT高分辨率计算机断层扫描系统中进行了扫描。通过Vista软件的QuickScan模式下的常规圆形轨迹,生成了该化石板的三维概览图。生成的三维数据集的体素大小为50 µm,并以熟悉的分辨率向研究人员提供了关于测试对象内部的初步见解。
利用VistaX软件包中的ZoomScan功能,细节识别能力 的提升达到了10倍。凭借仅为7 µm的微小体素尺寸,现在可以在岩石中检测到一处出人意料的富集区中毫米级的有孔虫壳。
图4-6:VistaX ZoomScan“开辟了新视野”——蜗牛壳旁有毫米大小的有孔虫。
然而,VistaX Pro 套件中包含的 LayerScan 运行速度要快得多。这是一种由Comet 开发的 Yxlon 计算层析成像技术,无需进行 360° 旋转即可生成平面零件的高分辨率层。LayerScan 实现了 5 µm 的体素尺寸。
关于规模的直接比较:
图 8:Vista QuickScan 与 VistaX ZoomScan 的对比
图9:Vista QuickScan 与 VistaX Pro LayerScan 的对比
X射线技术的发展前景为科学带来了令人振奋的新见解,同时也让人对未来充满期待。乌尔里希·科特霍夫博士对此充满热情:
“对我及我的同事来说,最令人惊讶的是,除了体积明显更大的蜗牛外,还能识别出有孔虫的壳。除了可以在不破坏岩石的情况下研究这些微化石外,能够测定它们在岩石中的体积分数也令人兴奋。如果能实现更高的分辨率,实际上就能更精确地测定有孔虫的含量。 进一步而言,我们可以考察其他地点的几块同种岩石样本,以了解各处有孔虫和蜗牛的密度是否一致,还是存在区域差异。理想情况下,当微化石得到更精确的鉴定后,我们甚至可以推断出该区域过去的水深。”
研究中存在许多问题。我们不断通过研发努力,致力于提供出色的工具来解答这些问题。
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