我國科學家揭秘隱藏在琥珀裡的恐龍尾巴

一段毛茸茸的非鳥虛骨龍類恐龍的尾骨被完好保存在晶瑩剔透的琥珀之中。這則消息震驚了國內外科技圈，因為這是人類有史以來發現的第一塊藏在琥珀裡的恐龍標本。那麼，科學家又是如何斷定尾巴的主人是恐龍而非鬆鼠或鳥類呢？昨天中國科學院高能物理所專家道出玄機：原來，他們成功利用神奇的“X光眼”——同步輻射硬X射線相位襯度CT等技術，從琥珀中分離出小恐龍尾巴的立體影像，進而確定了它的身份。

中國博士淘來神秘琥珀

說起來，這個小尾巴背后還有段有趣的故事。

2015年的夏天，一位搞地質研究的中國博士在琥珀商那裡看到了一塊琥珀。琥珀商說這裡面有棵植物模樣的怪東西。

博士拿起來看了看，琥珀裡果然有棵黑乎乎、毛茸茸的東西，像個掃帚菜。到底是搞地質專業的，博士又仔細觀察了一下這個怪東西的結構，發現這個東西帶有羽枝和羽軸的羽毛結構，心下斷定：這肯定是個動物啊。

當然，買下這塊琥珀時，這位博士其實也拿不准這個標本究竟來自什麼動物。

很快，一支由中、加、英、美等國科學家組成的國際研究團隊採取了多種高科技的無損成像和分析手段來研究這個標本。

記者了解到，這次發現的琥珀化石來自緬甸克欽邦胡康河谷，其歷史約9900萬年，屬於白堊紀中期。但化石埋藏在琥珀內部且覆蓋著厚實的毛，可見光成像是無法直接看到化石中的骨骼部分的，而普通X光機微CT的成像基於吸收襯度，密度靈敏度低，所獲圖像的襯度也不夠高，能分辨出來的細節太少。

三維圖揭秘琥珀中生物

如此珍貴的化石，斷不能用開膛破肚的方法來研究。那麼研究團隊究竟用什麼辦法才能撥開尾骨化石上厚實的毛，進而看到骨骼來辨識身份呢？

這就不得不提到科學研究用到的同步輻射裝置。

這項研究是由中國科學院高能物理所的研究人員與古生物學家合作，利用北京同步輻射裝置的硬X射線相位襯度CT、X射線熒光成像和X射線吸收譜等，提取出多種有價值的信息，無損獲取了該化石多尺度分辨的高質量投影圖像，再經過對投影圖像的斷層重建、分段拼接等技術，最終得到了被毛和琥珀包圍著的化石的高清3D圖像，揭示出化石內部的3D形態特征。

通過三維形態圖， 研究團隊發現，該化石明顯區別於典型的古鳥類，骨骼形態與典型的非鳥虛骨龍類恐龍類似，如腹側有明顯的溝槽結構等。至此，“掃帚菜”的身份最終被確定下來——是非鳥虛骨龍類恐龍的一段尾骨，且包括至少9段尾椎。小恐龍的尾巴完全展開約6厘米，推測這隻小恐龍的全長大約18.5厘米。這是人類有史以來發現的第一塊埋藏在琥珀中的恐龍標本，其珍貴程度可想而知。

“小尾巴”隱藏大量微量元素

研究團隊還利用X射線熒光成像方法獲得了尾椎化石的微量元素分布圖，並發現其中鐵、錳、鈦、鍺等元素的分布與化石的形態高度吻合，蘊含著豐富的埋藏學信息。在對鐵元素所做的分析表明，其中80％以上的鐵原子為二價，這應該是血紅蛋白和鐵蛋白的遺跡。

可以說，在這次發現中，來自中科院的兩台同步輻射裝置起到了非常重要的作用，並且有理由相信，隨著近幾年我國同步輻射裝置的進步，在國內的同步輻射裝置上可以做出的世界水平的科學發現將會越來越多。

專家指出，恐龍最早的出現距今約有2.35億年，滅亡於約6500萬年前。雖然那個時代離我們很遙遠，但是恐龍化石記錄了它們生存以及滅絕的秘密，成為人們研究遙遠古代生物進化和氣候變遷的可靠依據。

什麼是X射線相位襯度成像？

襯度，指的是圖像上不同區域間存在的明暗程度的差異，也正是因為存在襯度，人眼才能看到各種具體的圖像，襯度太低就無法看清圖像中的細節。

由於被照射物體中各個不同的構成部分對X射線的吸收不同，形成吸收襯度圖像。重元素構成樣品對X射線的吸收強，可以獲得清晰的吸收襯度圖像，而輕元素構成樣品（例如生物軟組織）對X射線的吸收弱，隻能獲得模糊的吸收襯度圖像。

光線在經過物體時，不僅被吸收，而且被折射，樣品邊緣和內部界面的折射會改變局部光強分布，形成相位襯度圖像。雖然輕元素對X射線的吸收弱，但是其對X射線的折射卻比較強，因而X射線相位襯度成像特別適合對琥珀化石、生物軟組織等輕元素構成樣品進行成像。基於輕元素對X射線吸收弱、折射強的原理，X射線相位襯度成像能以比傳統吸收襯度成像高得多的靈敏度對輕元素構成樣品進行成像。這種近年來才發展起來的新型成像方法正在迅速地推廣應用於生物、醫學、材料、能源等眾多學科領域，為科學研究、疾病診斷、材料合成等提供強有力的表征手段。

什麼是X射線斷層成像？

一般X射線的影像只是被照射物不同結構前后相互重疊的一個二維投影像，被照射物內部的各種信息沿X射線傳播方向疊加在一起，無法獲得被照射物內部的三維結構。

為了真實地再現物體內部的三維結構，科學家發明了X射線斷層成像（簡稱CT）的方法，即通過X射線旋轉照射物體，探測器採集各個方向的投影圖像，根據被照射物體不同成分對X射線吸收和折射的不同，可用計算機處理各個方向的投影圖像，重建物體內部多個斷層面影像，將斷層影像按順序層層堆疊即可形成被照射物體的立體影像。把X射線相位襯度成像原理與CT斷層成像技術相結合，就形成了可以觀察輕元素構成樣品內部三維結構的X射線相位襯度CT技術。

高能所科研人員將X射線相位襯度CT技術用於琥珀恐龍化石標本的三維成像，在完全避免物理損壞的條件下，從琥珀中分離出小恐龍尾巴的立體影像，為國際研究團隊分析研究琥珀中的小恐龍尾巴提供了可能。