Forestil dig en paleontolog, og du kan sandsynligvis forestille dig en person i en stenet ørken, der graver dinosaureben eller hugget over en stenplade i et laboratorium, og langsomt skærer bort gamle sedimentlag for at afsløre de fossiliserede rester af en svunnen tid.
Men ifølge et nyt papir, der er skrevet af paleontologer fra University of Bristol, er dette billede af ensomme, støvede dinosaurusforskere meget forældet.
John Cunningham, papirets hovedforfatter, siger, at den moderne undersøgelse af uddøde dyr drives af avanceret billeddannelsesteknologi, 3D-modellering og virtuel genopbygning og dissektion - fremme vores viden om de gamle dyr, men også om andre arter gamle og nye.
Nye billeddannelsesteknikker tillader endda, at fossiler praktisk talt fjernes fra det omgivende klipper, hvilket sparer måneder eller år med omhyggeligt arbejde; de resulterende virtuelle knogler kan let deles og studeres eller endda udskrives.
Som det har gjort med så mange andre industrier, hjælper 3D-udskrivning og modellering paleontologer med at få et klarere kig på fossiler end nogensinde før. Med 3D-modeller kan forskere manipulere bestemte dele af prøven til yderligere undersøgelse, erstatte manglende sektioner med data fra en anden del af denne knogle eller digitalt rekonstruere kranier eller andre komplekse strukturer, der er blevet fladet eller på anden måde forvrænget under fossiliseringsprocessen. Blødt væv, såsom det indvendige i hjernehuset, eller muskler, der fastgøres ved tydelige punkter på knoglerne, kan også praktisk talt rekonstrueres.
Når disse præcise modeller er oprettet, kan fossilerne testes på nye måder, såsom at udsætte dem for biomekanisk analyse, på samme måde som konstruktionsingeniører tester broer og bygninger, før de bygges. Dette kan fortælle forskere, hvordan et givet dyr kunne have gået, hvad det spiste, hvor hurtigt det kunne bevæge sig, og hvilke slags bevægelser det ikke kunne foretage på grund af begrænsninger i dets knogler og muskler.
Fremskridt inden for røntgenafbildning og elektronmikroskopi, der bruger stråler af elektroner til at skabe et billede af et eksemplar, tillader også forskere at kigge med et overraskende detaljeringsniveau, ikke kun i klipper, der indeholder fossiler, som endnu ikke er blevet fuldt eksponeret, men inden i kroppen af de fossiliserede dyr selv.
Et team i Tyskland annoncerede for eksempel for nylig, at de havde opdaget den tidligste kendte fugl til at bestøve planter, fordi de var i stand til at se og skelne adskillige arter af pollenkorn i maven på den 47 millioner år gamle fossil.
Cunningham siger dog utroligt, at der er endnu mere præcise metoder til billeddannelse. Synchrotron tomografi, der bruger en partikelaccelerator til at producere meget lyse røntgenstråler, resulterer i præcise, rene billeder, siger Cunningham, hvilket gør synlige strukturer mindre end en tusindedel af en millimeter eller en hundredeedel tykkelsen af en stjernet menneskehår .
”Ved hjælp af synkrotrontomografi har vi været i stand til at visualisere bevarede subcellulære strukturer inklusive mulige kerner, ” siger Cunningham. "Det er endda muligt at dissekere sådanne strukturer næsten praktisk."
Dette billede viser, hvordan fotografier af et fossil (til venstre) blev rekonstrueret med digitale værktøjer (til højre). (University of Bristol) Big Dino Data At flytte data fra massive fossile samlinger ud af støvede prøvehylder og ind i den virtuelle verden er dog et helt andet problem. Mark Norell, formand for paleontologiafdelingen ved American Museum of Natural History, og hans team har brugt enorm tid på at digitalisere deres filer. ”Vi har en scanner her på stedet, og den kører næsten 24 timer i døgnet, ” siger han. Selvom det er tidskrævende at skabe, tilbyder den hurtigt voksende lager af digitale fossile data nye muligheder for samarbejde sammen med muligheden for at sammenligne snesevis af eksemplarer fra institutioner over hele verden.
For eksempel, siger Norell, afsluttede en af hans studerende netop en afhandling, der involverede genopbygning af indre ører af levende og fossiliserede slanger. Hun inkluderede omkring hundrede eksemplarer, men "scannede faktisk kun ca. halvdelen af det, " siger Norell. "De andre var ting, som andre mennesker allerede havde offentliggjort [så] disse rå scanninger var allerede blevet uploadet."
Men på trods af fremskridtene siger Cunningham og hans team, at gamle love, der binder fossile ophavsret til museer, og manglen på en storstilet elektronisk infrastruktur til lagring og deling af data, holder marken tilbage fra hurtigere fremskridt.
Nogle forskere er heller ikke så ivrige efter at dele deres data, som de burde være, selv efter offentliggørelse, hvis der er potentiale for yderligere undersøgelser begravet i dataene, siger Cunningham. Mange museer har copyright på deres fossiler, hvilket forhindrer lovlig deling, og andre udnytter også avanceret paleontologiteknologi til fortjeneste, siger han.
"Nogle er opmærksomme på, at det giver mulighed for udbredt adgang til digitale data, da det ville betyde, at enhver med adgang til en 3D-printer kunne begynde at udskrive modeller, " siger Cunningham - hvilket kan være godt for hobbyister og gymnasievidenskabslærere, men kan skade ondt. af den institution, der ejer dataene.
Ud over indsamlingen af selve dataene er en stor udfordring for institutionerne muligheden for at gemme, vedligeholde og stille de store mængder data til rådighed, der nu genereres af paleontologer, siger Cunningham.
I USA siger Norell imidlertid, at der er flere datalagringssteder - som Digimorph ved University of Austin, MorphoBank i Stony Brook eller Morphbank ved Florida State University - tilgængelige for forskere. Han synes heller ikke, at de tekniske og økonomiske forhindringer ved at lagre og dele dataene er så vanskelige at overvinde.
”Jeg arbejder med en masse astronomer her på museet, og den slags data, der strømmer ind fra deres instrumenter, er som tre størrelsesordener større end den slags data, vi får fra tomografistudier, ” siger Norell. ”Så det er et problem, men det er ikke et problem.”
At lære af de levende
De to er dog enige om, at et af de vigtigste spørgsmål, der står nu inden for paleontologiområdet, er, hvor overraskende lidt vi ved om moderne, levende dyr.
Som Cunningham og de andre forfattere påpeger i deres artikel, "... de største begrænsninger ved at læse fossilprotokollen ligger nu hovedsageligt og lidt ironisk, med den dårlige kendskabstilstand til anatomi i den levende biota."
Norell har også løst ind i dette spørgsmål. Hans laboratorium har praktisk taget rekonstrueret hjerne fra dinosaurer, der er tæt knyttet til fugle. Men da de begyndte at søge efter sammenlignende data hos moderne dyr, kunne de ikke finde et enkelt hjerneaktiveringskort til en levende fugl. Så hans samarbejdspartnere på Brookhaven National Laboratory måtte bygge en lille PET-scanningshjelm til fugle og samle de moderne data, de har brug for, til deres gamle sammenligninger.
”Tidligere blev de fleste paleontologer primært uddannet som geologer, ” siger Norell. "Nu ... de fleste af os betragter os som biologer, der undertiden arbejder med fossiler."
