两种微体化石三维无损成像技术的对比

近年来,各种X射线三维无损成像技术在古生物学领域的应用越来越广泛。但是,不同的X射线三维无损成像技术针对不同保存类型和尺寸的化石标本在成像效果上各有利弊。本文以埃迪卡拉纪陡山沱组磷酸盐化的动物胚胎化石为研究对象,将目前应用最广的两种X射线三维无损成像方法,即基于实验室X光源的吸收衬度显微断层成像技术和基于同步辐射光源的相位衬度显微断层成像技术进行了对比分析。通过对两种技术的原理、效率、空间分辨率和图像衬度的对比,认为基于同步辐射光源的相位衬度显微断层成像技术是目前对于均一矿化的微体化石最佳的三维无损成像解决方案。     

三维X射线显微技术与小型-微体化石高分辨率无损成像*

在古生物学研究中,以X射线断层成像(Computed Tomography)为代表的三维无损成像技术可以在不破坏化石标本的前提下,同时获得标本外观形态和内部结构的信息,相比传统的可见光成像手段有着明显优势。为推动化石三维无损成像技术在国内古生物学领域的发展,本文系统介绍一种新型显微CT技术——三维X射线显微术(Three-Dimensional X-ray Microscopy)。与基于几何放大和吸收衬度成像的传统显微CT技术相比,该技术有若干优势:(1)将同步辐射X射线显微断层成像的光学成像系统引入基于实验室X射线源的显微CT系统中,在几何放大的基础上增加了光学放大,优化了传统显微CT的系统架构,弥补了传统显微CT单纯依靠几何放大的不足,提高了空间分辨率;(2)采用可移动的X射线源和优化的光学成像系统,实现了低能X射线相位衬度成像,可以三维重构传统显微CT技术无法有效探测的、低吸收衬度的化石标本;(3)基于新的成像架构和成像算法,实现了厘米-分米级较大标本内部"感兴趣区域"(Region of Interest)精确导航和局部高分辨率(微米-亚微米空间分辨)成像;(4)可以实现小型扁平标本(宽厚比4,宽10cm)高效率、高分辨率成像和长条形微体标本长轴方向自动分段无缝拼接的微米至亚微米级高分辨率重建,弥补了传统工业显微CT针对小型扁平标本和长条形微体标本高分辨成像效果不佳的缺陷。这些优势使得基于实验室X射线源的显微CT成像技术可以获得接近同步辐射X射线源的成像质量,从而有效推动化石生物学研究。     

激光共聚焦显微技术在瓮安生物群中的应用

激光共聚焦显微技术是一种以激光作为激发光源,通过特殊装置"针孔"来过滤离焦光线以提高光学分辨率和对比度的光学成像技术。由于大部分化石不能自发荧光,该技术在古生物学领域尚未实现大范围的应用。但若围岩能自发荧光而与化石之间具有一定衬度,或化石因含特殊成分能在特定波段激光照射下自发荧光而产生结构衬度,则可以运用激光共聚焦显微技术获得在普通光学显微镜及荧光显微镜下难以清晰观察到的信息。为推动激光共聚焦技术在古生物学领域中的应用,文中系统介绍了该技术的原理与使用方法,并以埃迪卡拉纪磷酸盐化特异埋藏的瓮安生物群微体化石为例,展示了该技术在化石成像中的若干优势。实验结果表明,瓮安生物群微体化石因富含磷灰石可自发荧光实现成像,使用激光共聚焦显微成像技术观察瓮安生物群化石薄片不仅可以获得较好衬度,而且还能提高成像的分辨率和清晰度。此外,在化石薄片的厚度范围内还可以实现化石结构三维重建。     

贝林格尔的遭遇说明了什么?

同志,你可曾见过本文附图所示的化石吗?无论谁看到了,都会感到惊奇莫名的吧!不过,它确是经人精心研究、正式出版的真实材料,向我们讲述着古生物学发展史上一段小小的插曲。     

今日古生物学之我见

当今的古生物学,不论大化石的研究还是微体化石的研究,都面监着方法的改进和技术的新,从外部形态的描述和内部构造的探索,走向与外部环境的综合研究;从古生物学的单一学科的研究,走向与其它相关的多学科的综合研究,相辅相成,共同提高,开拓进取,使古生物学的研究跃上新的台阶。     

化石(孢粉)识别专家系统

化石识别(鉴定)是古生物学最基础的研究工作,鉴定错误,研究工作就不可能获得正确的结论。一个经验丰富、鉴别能力很强的古生物专家的成长需要数十年的长期实践。古生物学发展到今天,门类繁多、数以万计的古生物类型使专家们花在浩如瀚海的文献堆中的时间和精力,比用于研究化石本身的时间和精力多得多。     

云南开远和山东临朐中新世猪类化石

在古脊椎动物与古人类研究所收藏的中新世哺乳类标本中,有几种猪类的化石。标本数量不多,又比较零散,所以一直没有引起注意。最近,在整理云南和山东的中新世化石时,对标本加以修理并作了初步鉴定,发现这些化石,在地层对比和古生物学上都很有意义。     

微空生态隔离成种作用

目前,物种的概念比较混乱。现代生物学认为:种是由构造、习性、机能相似、能相互配育并能产生可育后代的一个自然居群或若干居群。在古生物学上,由于生殖方面难于判断,往往强调形态、生理上的相似性。判断一个物种的标准有四条:(1)形态学标准:根据化石形态的相似性,就可以定为同一种。古生物学在这方面应用较多。(2)生理学标准:考察其是否能够自由交配,主要用于现代生物学方面。这里需要特别指出,物种定义中所说的自由交配是指在自然条件下的自由交配,而不是借助于人为因素使其交配。(3)生态学标准:同种对生态的要求一致。现代生物学可利用其是否生存在同一环境中,古生物学则利用原地埋藏化石的保存关系。(4)生物地理学标准:每一物种分布在一定的范围、占据一定的空间位置。对古生物学来说,可根据原地理藏化石的分布区间。一般认为物种的形成主要有下述三个环节:(1)     

解惑

电视上说,有人发现了几千年前的鹿的化石。化石几千年就能形成吗?通常所指的化石的形成,主要是生物的骨骼、牙齿、外壳、干茎、叶脉、孢子及花粉等硬体组织被埋在地下之后,被地下水携带矿物质替代、填充在硬体组织或硬体组织之间的空隙中,使原来的组织更为致密、更加坚硬的过程,通常这个过程叫做“化石化作用”。这个过程是极其缓慢的。埋藏的环境不同,化石的形成速度也就不同。比如在洞穴、海洋等碳酸盐比较丰富的地方,矿物质填充的     

红光透视技术——影像学的新纪元

长期以来，人们凭借短暂的X光照射来透视人体内部结构，但是这种方法或多或少总是含有对人体造成损伤的可能。近日，Duke大学的Warren等研制出一种用柔和的可见光透视人体的技术，它可能取代X光成为重要的影像学手段应用于基础医学和临床。     

路,就在他脚下——记业余古生物学者斯蒂芬·切卡撕

在一些人的眼里,斯蒂芬·切卡斯充其量只不过是一名恐龙的业余爱好者。他家的墙壁上没有毕业文凭做点缀,他的名字后面也没一串学衔。但在具有博士头衔的同行当中,他却冲出了一条自己的路。有人说他标新立异,也有人说他敢于创新。最早的古生物学者只是采集和挖掘骨骼化石的人,所具备的只不过是铁铣和耐心罢了。这是一项又累又脏的工作。然而就是这些凭感观进行考察的人,使古生物学一步步前进。几十年过去了,各行其事的化石发掘人被博物学家、生物学家和古生物学家取而代之。研究项目和发掘地点的选择需要有学位的人,仅仅是爱好“老骨头”的人已不能胜任。象切卡斯这样没有学历的人,便成了开创期的“遗老遗少”。     

高性能微区X射线荧光光谱仪在寒武纪特异保存软躯体化石研究中的探索:以腕足动物化石为例*

随着国家对基础研究的日趋重视,我国的古生物学,包括早期生命和寒武纪大爆发研究取得了长足的进步,研究手段和仪器设备日益改善和提高,例如扫描电子显微镜(SEM)和X射线显微断层成像技术(Micro-CT)的使用已经十分广泛。本研究以我国滇东地区寒武纪澄江化石库和乌龙菁组关山生物群特异保存的腕足动物化石为例,运用高性能微区X射线荧光光谱仪对化石标本和围岩的成分进行了定性和半定量分析。由于X射线有一定的穿透能力,且生物体与围岩的组成元素不同,因此对标本的定性分析可快速清晰地显示出某些生物体在光学显微镜下未显示出的生物解剖结构;对化石中化学元素(Na-U)和化合物的半定量分析数据可大致揭示澄江生物群与关山生物群沉积矿物元素的区别,并且筛选出更适合用于高精度元素分析的标本。微区X射线荧光光谱仪在测试和扫描前对样品普遍不用进行前期处理,可用于样品表面扫描和微区分析,操作快捷、有效,加之其较大的样品台空间,是一种先进的高灵敏度、非破坏性的元素分析手段,能为对比研究诸如澄江生物群与关山生物群等不同时代生物群的特异埋藏条件和沉积环境提供新的信息。     

火的化石

火能成为化石吗? 能,当然能!这不怪了,熊熊的火焰怎能变成“化石”呢? 火焰本身虽不能变成化石,然而标志着远古时代“火”确实存在的东西,譬如烧过的兽骨、石块、木炭、灰烬,甚至人工取火的工具、引火物等这类埋在地层里的东西,都可称为“遗迹化石”。现在我们就根据与人类用火活动有关的遗迹化石来追溯人类用火的历史,探索一番人对火的驾驭过程,及其在人类早期历史中的作用。     

识辨牙齿化石的学问

当你在一个地方发现一枚牙化石时,也许觉得不起眼,不以为然;可是它到了古生物学工作者手里,却往在如获至宝,有时简直象吟诵一首美妙的诗,会高兴得欢叫起来。原来,古生物学家、古人类学家有时就凭对这么一枚牙化石的研究,可以作出极为重要的科学论断呢。你知道吗,闻名世界的北京猿人,便是从两枚牙化石的研究开始的。通常人们对牙化石认识不足,以为不如大骨头来劲。事实恰恰相反,尤其是哺乳动物,可以从牙化石看出许多道理来。这是为什么呢?下面,我们不妨介绍介绍读者感到生疏但又不无趣味的,有关识辨古哺乳动物牙齿化石的一些初步知识。     

透视X线剂量率自动控制

透视X线剂量率自动控制是近代配置X线影象增强器电视系统的各类X线机所广泛应用的一项技术。其主要功能是:当人体透视各部位组织厚度及密度有变化时,无须人工调节透视kV和mA值,且能自动进行控制,选择最佳的X线剂量率,以保证X线电视信号相对恒定,监示器屏幕上图象亮度始终保持不变,供临床医生进行诊断。透视X线剂量率自动控制技术的应用使X线影象增强器电视系统更加趋于完善,给     

江西新喻始新世脊椎动物化石的发现

中国科学院考古研究所饶惠元同志,1954年在江西新喻采集了一批脊椎动物化石,其中包括爬行类和哺乳类的零星骨头和牙齿。这批化石都很破碎,但最近经修理后,发现有几种可作初步鉴定的种属,并且在地层和古生物学上有相当的意义。化石保存在红色的秒砾岩中。新生代的红色盆地在江西境内,分布很广,性质大致相似。对这些红层的地质时代,过去因未找到过化石,故没有明确的肯定,一般仅笼统地认     

胰蛋白酶消化对菠菜叶绿体萤光影响的分析

用胰蛋白酶消化菠菜叶绿体,叶绿体的F_(684)相对萤光强度下降。在反应液中加入光系统Ⅱ的电子受体(DCIP或Fecy)和光系统Ⅱ的电子传递抑制剂—DCMU,可以改变叶绿体F_(684)的相对萤光强度,但不影响与胰蛋白酶消化有关的萤光强度下降。用不同波长的光(436nm和470nm)激发胰蛋白酶消化过的叶绿体,所测得的F_(684)变化、叶绿体中叶绿素含量变化以及吸收光谱变化的实验结果,说明用胰蛋白酶消化叶绿体后,使部分叶绿素从叶绿体上脱落,其中叶绿素b的脱落量较高。表明胰蛋白酶消化所诱导的萤光强度下降与色素蛋白复合体受损有关。     

胰蛋白酶消化对菠菜叶绿体萤光影响的分析

用胰蛋白酶消化菠菜叶绿体,叶绿体的F_(684)相对萤光强度下降。在反应液中加入光系统Ⅱ的电子受体(DCIP 或Fecy)和光系统Ⅱ的电子传递抑制剂—DCMU,可以改变叶绿体F_(684)的相对萤光强度,但不影响与胰蛋白酶消化有关的萤光强度下降。用不同波长的光(436nm 和470nm)激发胰蛋白酶消化过的叶绿体,所测得的F_(684)变化、叶绿体中叶绿素含量变化以及吸收光谱变化的实验结果,说明用胰蛋白酶消化叶绿体后,使部分叶绿素从叶绿体上脱落,其中叶绿素b 的脱落量较高。表明胰蛋白酶消化所诱导的萤光强度下降与色素蛋白复合体受损有关。     

古生物学领域的新辟园地──分子古生物研究

分子古生物研究是现代分子生物学、有机地球化学和古生物学等领域相交叉、结合而形成的年轻学科方向,是古生物学领域的一个新兴生长点。与传统古生物学相比,分子古生物研究更依赖于现代化的实验、分析技术,它使古生物研究从宏观深入微观。分子古生物研究应当与传统的形态解剖研究相结合,两者的关系是相互补充的。现提出狭义分子化石和广义分子化石的概念,并指出它们与有机地球化学研究中的生理标志化合物等概念的异同。当今分子     

工艺古生物学

随着应用科学的不断开发,古生物学也适应了这一发展趋势,将古生物学与工艺学相结合,提出了一门新的应用学科——工艺古生物学(Technopa laeot-ology)。工艺古生物学是将古生物化石用于工艺品制作和工艺研究的一门科学。其主要研究内容如下:(1)工艺化石的性质。包括化石工艺品中化石的类别、矿物组成、矿物光学性质、矿物力学性质、可塑性及其工艺化石的结构、构造、力度、颜色等物理、化学、光学性质。