Kuvittele paleontologia ja luultavasti kuvittelet jonkun kallioisasta autiomaasta kaivaavan dinosaurusluita tai koukuttivan laboratoriossa olevan kivilaatan yli, hajottamalla hitaasti muinaiset sedimenttikerrokset paljastamaan menneen aikakauden kivistuneet jäännökset.
Mutta uuden Bristolin yliopiston paleontologien kirjoittaman tutkimuksen mukaan tämä kuva yksinäisistä, pölyisistä dinosaurus tutkijoista on pahasti vanhentunut.
Lehden pääkirjailija John Cunningham sanoo, että nykyisen sukupuuttoon kuolleiden eläinten tutkimuksen taustalla on huipputeknologia, 3D-mallintaminen ja virtuaalinen jälleenrakentaminen ja leikkaaminen - edistämällä tietämystämme muinaisista eläimistä, mutta myös muista vanhoista ja uusista lajeista.
Uudet kuvantamistekniikat antavat jopa fossiilien käytännöllisen poiston ympäröivästä kivistä, mikä säästää kuukausia tai vuosia huolellista työtä. tuloksena olevat virtuaaliset luut voidaan helposti jakaa ja tutkia tai jopa tulostaa.
Kuten niin monilla muilla aloilla, 3D-tulostus ja mallinnus auttavat paleontologeja saamaan entistä selkeämmän kuvan fossiileista. 3D-malleilla tutkijat voivat manipuloida näytteen tiettyjä osia jatkotutkimusta varten, korvata puuttuvat leikkeet kyseisen luun toisen osan tiedoilla tai rekonstruoida digitaalisesti kalloja tai muita monimutkaisia rakenteita, jotka ovat litistyneet tai muuten vääristyneet fossiilimisprosessin aikana. Pehmeät kudokset, kuten aivokotelon sisäpinta, tai lihakset, jotka kiinnittyvät luiden havaittavissa oleviin kohtiin, voidaan myös käytännöllisesti rekonstruoida.
Kun nämä tarkat mallit on luotu, fossiileja voidaan testata uudella tavalla, esimerkiksi altistaa ne biomekaaniselle analyysille, samalla tavalla rakennusinsinöörit testaavat sillat ja rakennukset ennen niiden rakentamista. Tämä voi kertoa tutkijoille, kuinka tietty eläin olisi voinut kävellä, mitä se söi, kuinka nopeasti se voi liikkua ja millaisia liikkeitä se ei voinut tehdä luun ja lihaksensa rajoitusten vuoksi.
Röntgenkuvauksen ja elektronimikroskopian edistyminen, joka käyttää elektronisuihkuja näytteen kuvan luomiseen, antaa tutkijoille mahdollisuuden seurata yllättävän yksityiskohtaisesti paitsi kiviin, jotka sisältävät fossiileja, jotka ovat vielä täysin fysikaalisesti alttiina, mutta itse fossiilisoituneiden eläinten ruumiissa .
Esimerkiksi saksalainen ryhmä ilmoitti äskettäin löytäneensä varhaisimman tunnetun linnun pölyttämään kasveja, koska he pystyivät näkemään ja erottamaan useita siitepölyjyvälajeja 47 miljoonan vuoden ikäisen fossiilin vatsassa.
Hämmästyttävää, mutta Cunningham sanoo, että kuvantamiselle on vielä tarkempia menetelmiä. Synkrotronitomografia, jossa hiukkaskiihdyttimellä tuotetaan erittäin kirkkaita röntgensäteitä, tuottaa tarkkoja, puhtaita kuvia, Cunningham sanoo. Näkyvät rakenteet tekevät pienemmiksi kuin tuhannesosa millimetriä tai sadasosa ihmisen hiusristikon paksuudesta. .
"Käyttämällä synkrotronitomografiaa olemme pystyneet visualisoimaan säilyneet solunrakenteet mukaan lukien mahdolliset ytimet", Cunningham sanoo. "On jopa mahdollista hajottaa tällaiset rakenteet täysin käytännössä."
Tämä kuva osoittaa, kuinka fossiilisten valokuvien (vasen) rekonstruointi tapahtui digitaalisilla työkaluilla (oikea). (Bristolin yliopisto) Big Dino -tietojen siirtäminen massiivisista fossiilikokoelmista pölyisistä näytteen hyllyistä ja virtuaalimaailmaan on kuitenkin toinen asia. Yhdysvaltain luonnontieteellisen museon paleontologiaosaston puheenjohtaja Mark Norell ja hänen tiiminsä ovat viettäneet valtavasti aikaa tiedostojensa digitointiin. "Meillä on täällä skanneri paikalla ja se toimii lähes 24 tuntia vuorokaudessa", hän sanoo. Vaikka nopeasti kasvava digitaalisen fossiilisen tiedon varastossa on aikaa vievää, se tarjoaa uusia mahdollisuuksia yhteistyöhön ja mahdollisuuden verrata kymmeniä näytteitä laitoksista ympäri maailmaa.
Esimerkiksi, Norell sanoo, yksi hänen opiskelijoistaan juuri valmistanut väitöskirjan, joka koski elävien ja kivettyneiden käärmeiden sisäkorvan jälleenrakentamista. Hän sisälsi noin sata näytettä, mutta "tosiasiallisesti skannasi vain noin puolet siitä", Norell sanoo. "Muut olivat asioita, jotka muut ihmiset olivat jo julkaisseet [joten] nämä raakatutkimukset oli jo ladattu."
Edistyksestä huolimatta Cunningham ja hänen tiiminsä sanovat vanhojen lakien, jotka sitovat fossiilisten tekijänoikeuksien museoihin, ja laajamittaisen sähköisen infrastruktuurin puuttuminen tietojen tallentamiseksi ja jakamiseksi pidättää kentän nopeammasta kehityksestä.
Jotkut tutkijat eivät myöskään ole niin halukkaita jakamaan tietojaan kuin niiden pitäisi olla, jopa julkaisemisen jälkeen, jos tietoihin on haudattu lisätutkimuksia, Cunningham sanoo. Monet museot tekijänoikeuksilla fossiileihinsa, mikä estää laillista jakamista, ja muutkin hyödyntävät huipputeknistä paleontologiatekniikkaa voiton vuoksi, hän sanoo.
"Jotkut ovat varovaisia laajamittaisen pääsyn sallimiseen digitaaliseen tietoon, koska se tarkoittaisi, että kuka tahansa, jolla on pääsy 3D-tulostimeen, voisi aloittaa mallien tulostamisen", Cunningham sanoo - mikä saattaa olla hyvä harrastajalle ja lukion luonnontieteiden opettajalle, mutta voi vahingoittaa loppupäätä siitä laitoksesta, joka tiedot omistaa.
Itse tiedonkeruun lisäksi iso haaste instituutioille on kyky tallentaa, ylläpitää ja asettaa saataville paleontologien tuottamat suuret tietomäärät, Cunningham sanoo.
Yhdysvalloissa Norellin mukaan tutkijoiden käytettävissä on kuitenkin useita tietovarastoja - kuten Digimorph Austinin yliopistossa, MorphoBank Stony Brookissa tai Morphbank Florida State Universityssä. Hän ei myöskään usko, että tietojen säilyttämistä ja jakamista koskevat tekniset ja taloudelliset esteet ovat kaikki vaikeat voittavat.
"Työskentelen joukon tähtitieteilijöiden kanssa täällä museossa, ja millaisia tietoja instrumentteistaan virtaava tieto on kuin kolme kertaluokkaa suurempi kuin minkä tyyppiset tiedot saamme tomografiatutkimuksista", Norell sanoo. "Joten se on ongelma, mutta se ei ole ongelma."
Oppiminen elävältä
Molemmat ovat kuitenkin yhtä mieltä siitä, että yksi paleontologian alan tärkeimmistä kysymyksistä on, kuinka yllättävän vähän tiedämme nykyaikaisista elävistä eläimistä.
Kuten Cunningham ja muut kirjoittajat huomauttavat paperissaan, "... fossiilisten aineistojen lukemisen tärkeimmät rajoitukset ovat nyt pääasiassa ja jonkin verran ironista, koska heikko tietämys elävän elimistön anatomiasta on heikkoa."
Norell on myös perehtynyt tähän aiheeseen. Hänen laboratorionsa on käytännössä rekonstruoinut lintuihin läheisesti liittyvien dinosaurusten aivoja. Mutta kun he alkoivat etsiä vertailutietoja nykyaikaisista eläimistä, he eivät löytäneet yhtä aivojen aktivaatiokarttaa elävälle linnulle. Joten hänen yhteistyökumppaneidensa Brookhavenin kansallisessa laboratoriossa piti rakentaa pieni lintuille tarkoitettu PET-skannauskypärä ja kerätä itse nykyaikaisia tietoja, joita he tarvitsevat muinaisiin vertailuihinsa.
"Aikaisemmin suurin osa paleontologeista oli ensisijaisesti koulutettu geologeiksi", Norell sanoo. "Nyt… suurin osa meistä pitää itseämme biologina, jotka työskentelevät fossiileihin joskus."
