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社会实践

古生物修复:翻阅大地深处的诗

时间:2019-06-10 18:56:19 来源:西南科技大学 作者:文/周雯 • 图/网络

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修复师正在清理古生物化石

亿万年前,在这个人类尚未诞生的星球上,剑龙、角龙、甲龙在原始森林中畅快呼吸;翼龙在湖泊浅海的上空自由翱翔,上龙在海洋中凶猛掠食……灾难降临,曾经的动物王者从此“陨落”。如今,人类凭借古生物修复技术,让古生物重获“新生”。

化石“加工厂”

走入山西地质博物馆,山西鳄化石、云冈龙化石、特暴龙上颌骨、齿骨化石……许多古生物化石琳琅满目地陈列着。而在展厅的地下,则隐藏着一间“化石加工厂”。

被岩石层层包裹的化石被运入这间地下古生物化石修复室,经过古生物化石修复师的雕琢,“出落”成令游览者称赞不已的标本。古生物化石修复师吕波带着防尘面罩,穿着工作服,动作轻柔地用气动风刻笔、剔针将化石表面的泥土尘埃清理干净,尘土飞舞间,化石最原本的纹理一点点地展现了出来。

古生物化石是一页一页的地球生物演变史的“诗歌”,它记录着来自地质历史时期(现代以前的即第四纪全新世以前的各个地质时期)生物的“生命之诗”。在一万年以前甚至更早的时候,有一个生命悄然逝去。它的尸骸被掩埋于岩层之下,在漫长的地质历史演化过程中,受内外力自然地质作用,最终形成了珍贵的“诗”。揭开岩层的伪装,古生物修复师把破碎、零散的化石收集、拼凑起来,将其中记载的地球环境演变、生物活动遗迹等信息翻译完善。

在修复桌上俯首工作,与古生物化石朝夕相伴,这样勤恳严谨的职业态度来自于古生物修复师对自己手中那一块古生物化石的负责与热爱。2019年3月2日,吕波在接受中新网记者的采访时说:“作为古生物化石修复师,绝不能草草了事,唯有细致、用心,才能呈现更完美的作品。”

经过万年的沧桑,古生物化石在环境、温度、湿度变化的多重影响下,变得脆弱不堪,不同程度地出现了变色、开裂、破碎等情况,在修复过程中稍不小心便可能会损坏。为了保证化石的完整,在修复时,古生物修复师会根据化石本身的情况来选择修复方式。

螃蟹、菊石、鱼等水生生物死亡后会受到水中泥沙的挤压,导致它们自身的有机物被挤压出来并与泥沙粘黏在一起,从而形成被泥沙层层包裹的坚固化石。像这类化石,可以直接用锤子、雕刻机等重型工具去除包裹化石的岩石。而像三叶虫化石一类的纤细微小的化石,因为它们脆弱易碎,不能使用重型工具,用精准度极高的气冲枪来修复再好不过。这种枪的枪头就像针尖一样,最粗的也只有0.2毫米。在显微镜的辅助下,它可以很精确地清理掉岩石碎屑。修复受损的化石,则需要借助三维模型。先根据现有骨架来计算出需要弥补的部分的大小,再用石膏制作出相似的三维模型,以此将化石修复至接近原貌。此外,如果化石风化程度严重,还需要用毛笔蘸上胶水溶液(丙酮和清漆的混合液),对化石进行加固。天津自然博物馆文保技术部的修复师韩军说:“因为这些化石都比较‘娇气’,坏了就不可再生了。所以每做一步都得很细心。”

在将化石清理好之后,修复师会将它们送到工作台进行组架。根据生物骨骼的形状,修复师们会为每一根骨骼量身定做铁架。锻造、切割、打磨、焊接……每一步都需要修复师根据骨骼的弯曲程度、重量来进行细致的调试。最终,这些史前生物在现代科技的帮助下,“重获新生”。

“拼骨补肌”

对于古生物修复这一工作来说,精确是每个工作人员的工作准则,稍有不慎,复原出来的古生物便很可能失实。在修复过程中,古生物修复师会将骨骼和肌肉结合起来推测古生物的真实面貌。

要复原古生物,首先要根据其骨骼的特征将它归类于某种物种,再通过与类似生物比较,逐步缩小其归属范围。通过计算比例、参考血缘相近的生物,古生物绘师会初步重塑古生物的站立骨架形态。接下来,根据骨骼的具体形状,再做进一步的对比排查,直至找到最相似的生物。

2014年,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的科研团队在我国西南腹地发现了一种奇特的海洋生物化石。它有着垂直生长的上颌,吻部呈钩状,牙齿呈栅栏状。起初,发现的化石质量较差,复原形象十分失实,许多科学家将它与同样有着夸张吻部的两栖类双鬓鲨联系在一起。但该研究所的李淳研究员说:“我无法接受此前研究者对化石头骨的记述和认识,但基于当时的标本,也很难提出更合理的解释。”随着中科院学者的不断努力,在2015年,保存状况更加良好的头骨化石被发掘出来。经过排查对比,科学家最终认定它是中生代早期海洋爬行动物,并将其命名为“奇异滤齿龙”。

根据古生物研究中的“器官相关律”,生物的各个组成部分是紧密联系在一起的,它们彼此影响着。骨架的复原为重塑古生物肌肉提供了依据。在重塑古生物肌肉时,科学家们时常依据生物学和解剖学中“点对点”的理论,即在骨头上可以找到肌肉的固定附着点。虽然肌肉、软组织早已随时间消失,但是在部分化石上,仍残留着一些肌肉腐烂的痕迹。这能为复原工作提供了便利,科学家可以在其中找到一些肌肉附着点。

2018年,云南大学云南省古生物研究重点实验室在内蒙古赤峰市宁城县挖掘了非常完整的混元兽化石,它的每块骨头特征基本都被保存了下来。在其中,研究人员首次发现了中生代哺乳动物的完整舌骨器。它是悬挂在头骨与喉结之间的纤细骨头,连接着舌头和颈部之间的肌肉。据此,古生物修复师确定了混元兽的头颈部位的肌肉走向,并利用高精度CT扫描技术,对其进行了数字化三维重建。混元兽的复原被中国古生物学会誉为“2018年度中国古生物学十大进展”之一。

此外,观测肌肉对骨骼的影响也为古生物的复原形象增添了准确度。在骨骼上,发达程度不同的肌肉会残留下不同程度的附着痕迹,据此,修复师可以推断出古生物身上肌肉群的分布情况。而肌肉对骨骼的磨损,则使得古生物的复原形象更加精确。以利齿猪亚科为例,在长期的啃食、咀嚼下,被唇舌肌肉包裹着的牙齿被打磨得更加光滑,这为修复师确定它的牙齿被唇舌肌肉包裹着而不是裸露在外提供了证据。

未解的“发肤之谜”

古生物绘师赵闯说:“复原的步骤说起来简单:先将化石中的骨骼‘站’起来,然后给骨骼补上肌肉,再画出皮肤和毛发等细节,一步步让恐龙‘活’起来。”生物的外形与皮肤、毛发息息相关,可是大部分古生物的皮肤、毛发都在土壤中被微生物分解殆尽,无踪可寻。尽管骨骼、肌肉的复原准确度已经在古生物界得到了广泛认同,但是复原古生物的皮肤、毛发在古生物界一直存在很大的争议。

为了避免失实,古生物修复师们约定俗成地用化石的土红色或者褐色来作为被修复生物的皮肤颜色。云南大学研究生陶思宇在《3D复原应用于古生物的初探》一文中,将盾型大凉山虫上色成了一只黄褐色的小虫,其颜色与化石的颜色别无二致。而一些修复师也有自己的不同见解,在复原神奇啰哩山虫时,西北大学古生物学与地层学的刘建妮教授根据其海洋生物的生活特性,推断它的皮肤应以蓝绿色为主。于是就有了神奇啰哩山虫修复图中,那只憨态可掬的蓝绿色小虫。

而一些运气极好的生物在数万年自然环境的演变下,逃过了损坏的一劫,带着自己原本的皮肤和毛发,来到了后人面前。2016年,中科院南京地质古生物研究所宣称在始孔子鸟化石羽毛中发现了角蛋白,其中包裹着羽毛色素体。这一发现,为复原已灭绝鸟类的羽毛,提供了可能性。2019年,来自曼彻斯特大学的研究人员首次从生物化石中鉴别到褐黑素(一种红褐色的色素),这得益于这块300万前的老鼠化石完好地保存了大部分皮毛和皮肤。参与研究的古生物学家菲尔·曼宁(phil manning)说,褐黑素可以使皮毛呈现红色或粉色。通过X射线的扫描,科学家有望复原这种老鼠的红色皮毛。

在修复史上,科学家长期将恐龙误认为没有毛发,只有裸露皮肤或者鳞状皮肤,科幻电影《侏罗纪公园》中皮肤清晰可见的迅猛龙的形象也将这一概念深入人心。可是在《所有的昨天》一书中,古生物家达伦·奈什(Darren Naish)与古生物艺术家柯塞曼(Kosemen)、约翰·康韦(John Conway)和斯科特·哈特曼(Scott Hartman)却提出了反对观点,他们将这类无毛的恐龙统称为“生物塑化动物”,认为这样的形象丝毫不符合空气动力学。

近年来,随着越来越多的带毛发恐龙化石的出土,科学界逐渐开始认可恐龙有毛发这一说法。2014年,美国《科学》杂志刊登了一篇有关古林达奔龙的论文,文中指出,这类恐龙的头部和躯干长满了复合结构羽毛:“看上去像鸡的绒羽,由六七根细丝在根部连缀而成,每根细丝长达15毫米。”英国爱丁堡大学古生物学家史蒂芬·布鲁萨特 (Stephen Brusatte)评价到:“这项研究告诉我们羽毛是在恐龙进化的更早期出现的——远远早于科学家之前的预期,甚至一些恐龙的共同祖先或许就生有羽毛。”

修复古生物就像探秘,根据化石中的一点线索,拼凑、还原数万年前的生命图像。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员毕顺东说:“修复师和侦探很像,而科研跟拼图很像。要不断去发现、比对,把一个大图景慢慢拼凑完整。每出现一个新问题都令人兴奋。”而那些未解的谜底,仍沉睡在数百米的地下,等待着古生物修复师的探秘。

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西南科技大学文学与艺术学院周雯供稿

责任编辑:高永锋

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