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先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用讓澄江化石研究更加深入。2021年底，劉煜團(tuán)隊(duì)?wèi){借“寒武紀(jì)特異保存化石與節(jié)肢動(dòng)物早期演化”項(xiàng)目獲得2020年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

“想要解開謎團(tuán)，大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)或許能幫上忙?！敝袊茖W(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員徐洪河說。在中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所收藏著大量化石標(biāo)本，他和團(tuán)隊(duì)著手開始對(duì)這些化石標(biāo)本進(jìn)行研究。

“我們將這些成果用于筆石化石識(shí)別模型，針對(duì)113種奧陶紀(jì)和志留紀(jì)重要筆石屬種，所訓(xùn)練的人工智能深度學(xué)習(xí)模型識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)86%左右?！毙旌楹优d奮地說，這已遠(yuǎn)高于一般的領(lǐng)域?qū)＜摇?/p>

2023年5月的一天，幾位年輕的古生物研究人員半蹲在土石坑內(nèi)，小心翼翼地用鏟子挖掘土石。他們挖出一個(gè)個(gè)大小不一、凹凸不平的石塊，拿在手里摩挲著、觀察著，一旦感覺到有異樣，就會(huì)拿著石塊，問不遠(yuǎn)處的中年男子。

有一個(gè)好消息傳來，古脊椎所正在推進(jìn)與中國科學(xué)院高能物理研究所以及自動(dòng)化所的合作攻關(guān)，未來將首次利用大科學(xué)裝置平臺(tái)開展古生物學(xué)研究。

這也是長期以來，科學(xué)家們思考的問題?；拖裼涗浿厍驓v史的文字，研究古生物化石就是不斷解讀這些“文字”，讓人們能更系統(tǒng)地了解生命演化、地質(zhì)變遷。可喜的是，由于科技的加持，科學(xué)家們加深了對(duì)“文字”的理解，逐漸還原了滅絕生物的真實(shí)面貌。

然而，筆石化石往往個(gè)體較小，不同物種的形態(tài)差別十分微小。如何準(zhǔn)確、快速鑒定筆石化石，對(duì)于地質(zhì)學(xué)家和古生物學(xué)家來說，都是一個(gè)挑戰(zhàn)。

“這個(gè)儀器不僅不需要對(duì)化石樣品進(jìn)行磨平破壞，而且還增加了惰性氣體噴氣口，可降低大氣中的氧氣、氮?dú)鈱?duì)測量結(jié)果的影響，使得測量環(huán)境可與真空媲美?！蓖鮽フf，儀器用激光束輔助光線測量化石等樣品表面的粗糙度，并對(duì)檢測到的X射線熒光進(jìn)行校正，從而使無損測量大型化石表面化學(xué)元素分布成為可能。王偉說，該儀器可以對(duì)野外不可移動(dòng)樣品開展無損檢測。

筆石，是一類生活在寒武紀(jì)至石炭紀(jì)海洋中的浮游或游泳型動(dòng)物，目前已滅絕。它們通常保存在頁巖之中，不同的筆石物種蘊(yùn)藏著不同時(shí)期的秘密。

“我們?cè)敿?xì)采集了1500塊筆石化石標(biāo)本的科學(xué)信息，拍攝了大約5萬幅化石標(biāo)本圖像，并對(duì)這些圖像進(jìn)行像素級(jí)標(biāo)注，創(chuàng)建了筆石化石標(biāo)本科學(xué)權(quán)威的數(shù)據(jù)集?！毙旌楹诱f。其研究團(tuán)隊(duì)還提出了化石標(biāo)本元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并將數(shù)據(jù)集的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)向國內(nèi)外推廣。

在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授肖益林看來，研究古生物從繁盛到滅絕的過程具有重要意義，不僅能幫助我們理解地球歷史、生命演化等，還能激發(fā)公眾對(duì)自然保護(hù)的興趣。

今年2月底，邢立達(dá)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)外發(fā)布最新成果，經(jīng)對(duì)江西會(huì)昌縣修路開挖時(shí)發(fā)現(xiàn)的上千塊化石碎片進(jìn)行清理修復(fù)，發(fā)現(xiàn)了甲龍亞科新種——英良達(dá)泰龍。

“左邊為待測樣品貴州龍化石，右邊為鈣元素含量分布圖，鈣元素含量越高，在圖中顯示的顏色越深?！蓖鮽フf，這是通過三維X射線熒光掃描儀對(duì)貴州龍化石進(jìn)行檢測并得到元素分布的示意圖。經(jīng)初步研究，貴州龍前胸部相比腹部，鈣元素分布面積更廣，說明其前胸部軟體可能更加膨大。

生物死亡后埋藏在沉積物(如泥沙)中，其肌肉、內(nèi)臟在腐爛過程中會(huì)產(chǎn)生各種有機(jī)物，有機(jī)物與周圍的沉積物發(fā)生反應(yīng)，往往會(huì)在化石周圍的巖石中留下一些化學(xué)元素信息。因此，可以用化石及其圍巖表面的化學(xué)元素分布，尋找這些生物軟體的形狀或輪廓的線索。

熱河生物群的大多數(shù)化石為壓扁的板狀，普通CT設(shè)備很難對(duì)其進(jìn)行精確掃描和重建。為此，我國研發(fā)了首臺(tái)高分辨板狀化石專用X射線顯微層析成像設(shè)備Micro-CL，極大滿足了古生物學(xué)界的研究需求。通過這些高精度的成像技術(shù)，科學(xué)家們能夠更深入地探索古生物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而為揭示生物多樣性的歷史和演化提供關(guān)鍵證據(jù)。

“這項(xiàng)研究是古生物學(xué)、計(jì)算科學(xué)、信息科學(xué)的一次深度交叉與融合。”徐洪河說，這套方法已經(jīng)部署在地層古生物大數(shù)據(jù)中心的化石本體數(shù)據(jù)庫，相關(guān)算法也應(yīng)用于部分其他常見化石門類的識(shí)別軟件，并開發(fā)了適用于移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用程序。

長期以來，古生物學(xué)家想要進(jìn)一步研究化石內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)，一般采用對(duì)古組織切片或者連續(xù)磨片的方法來進(jìn)行。中國科學(xué)院院士張彌曼就曾使用連續(xù)磨片技術(shù)，對(duì)肉鰭魚類楊氏魚的頭部進(jìn)行精細(xì)重建，發(fā)現(xiàn)了它沒有內(nèi)鼻孔，是原始的肺魚，從而為尋找登陸魚類的直接祖先作出了突出貢獻(xiàn)。

站在中國古動(dòng)物館內(nèi)世界唯一的董氏中華猛龍化石骨架面前，前來參觀的人們深感震撼的同時(shí)，也在腦補(bǔ)一個(gè)畫面：它究竟長什么樣？

“這是以前難以做到的。”劉煜說。早前在國外學(xué)習(xí)工作期間，劉煜就嘗試給澄江化石做CT掃描，摸索出一套可以清晰呈現(xiàn)澄江化石微米級(jí)別三維細(xì)微結(jié)構(gòu)的技術(shù)路線?！耙郧盁o論用針修還是畫圖等方法，都只能從化石表面看到二維的信息，通過顯微CT技術(shù)可以呈現(xiàn)出近乎完整的、三維立體的動(dòng)物圖像。”他說。

顯微CT技術(shù)突破了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的二維形態(tài)學(xué)研究局限，實(shí)現(xiàn)了古生物研究技術(shù)從“0”到“1”的突破，從化石中獲得的信息量比之前增加了大約60%到90%。

近日，肖益林研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所及合肥工業(yè)大學(xué)合作，對(duì)華南桂林地區(qū)兩個(gè)典型的晚泥盆世海相碳酸鹽剖面進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，全球氣候變冷導(dǎo)致了3.7億年前的生物大滅絕事件，約80%的海洋無脊椎動(dòng)物在這次災(zāi)難中滅絕。

“將最新的人工智能與深度學(xué)習(xí)算法融入傳統(tǒng)的古生物學(xué)研究之中，這個(gè)方法非常新穎?！毙旌楹诱f，此項(xiàng)研究打造了一種全新的學(xué)科交叉形式，其研究成果可直接服務(wù)于頁巖氣勘探開發(fā)。

米乐官网app4月22日，游客鐘林站在江西省武寧縣澧溪鎮(zhèn)化石廣場的一尊古魚化石雕像前愣了神：“這些古魚萌態(tài)可掬的模樣，居然跟人類這么像，它跟我們有什么關(guān)系？”

采訪中，不少專家表示，研究古生物，是一把打開“雙開門”的鑰匙：不僅可以打開“將今論古”之門，同時(shí)打開的，還有“以古啟今”之門。

“用生態(tài)系統(tǒng)研究的方法，推動(dòng)解決生物與環(huán)境之間的互動(dòng)問題，是一個(gè)新方向?！敝袊茖W(xué)院院士、古脊椎所研究員徐星說，用生態(tài)系統(tǒng)研究的方法，恢復(fù)重建古生態(tài)系統(tǒng)，可以幫助我們更好地面對(duì)未來的挑戰(zhàn)。

如今，專用CT、AI鑒定、X射線、三維建模等技術(shù)已逐漸應(yīng)用于古生物學(xué)研究。我國科學(xué)家不斷攻堅(jiān)克難，重建古生物演化歷史，產(chǎn)出了諸多重要原創(chuàng)性科研成果。

果不其然，此次他們?cè)诮骶沤鋵幍貐^(qū)發(fā)現(xiàn)了九江江夏魚化石。此魚屬于盔甲魚類，是一種已經(jīng)滅絕的無頜類物種。其獨(dú)特的“裂吻”特征，不僅豐富了科學(xué)家對(duì)古生物多樣性的認(rèn)識(shí)，更揭示了生物演化歷程中更深層次信息。

200多歲的古生物學(xué)是一門古老的學(xué)科。如今，科技為古生物學(xué)的研究注入了新的動(dòng)力。高精尖的科學(xué)技術(shù)，不僅讓我們從化石中看清生命的痕跡，更讓我們逐漸看清遠(yuǎn)古時(shí)代古生物演進(jìn)歷程。

還有一個(gè)相似例子：2019年6月，夏威夷冒納羅亞觀測站記錄到大氣中二氧化碳濃度再創(chuàng)新高，達(dá)到414.7ppm。如果這一濃度持續(xù)升高，地球環(huán)境將發(fā)生怎樣的變化？對(duì)于這個(gè)問題，科學(xué)家從化石的記錄中找到了部分答案。

為解決上述問題，王偉課題組基于多方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，改進(jìn)了目前國際上最先進(jìn)的大幅面材料表面化學(xué)元素掃描設(shè)備存在的缺陷，研制了可以分析不規(guī)則、立體化石表面的化學(xué)元素分布的X射線熒光無損分析儀。

掃描發(fā)現(xiàn)，盔甲魚是位于現(xiàn)生的無頜類和有頜類中間環(huán)節(jié)的物種。而這個(gè)環(huán)節(jié)就是發(fā)育生物學(xué)家所預(yù)測的，頜的起源發(fā)育所需要的中間階段。

2023年，由云南大學(xué)古生物研究院、澄江化石地世界自然遺產(chǎn)博物館、美國哈佛大學(xué)研究人員組成的國際科研團(tuán)隊(duì)，運(yùn)用顯微CT斷層掃描等先進(jìn)技術(shù)手段，給寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物——等刺蟲拍出了多張較為完整的CT片，為學(xué)界研究節(jié)肢動(dòng)物的早期演化提供了新的形態(tài)學(xué)證據(jù)。

“肌肉和內(nèi)臟等軟體在生物死亡后通常會(huì)很快腐爛，無法在地層中保存下來，因此僅通過硬體化石很難復(fù)原生物的真實(shí)外形。”中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員王偉說，活躍在2億多年前的貴州龍，它們是有強(qiáng)健肌肉還是一身肥膘？樣貌是像胸前有個(gè)大氣囊的蜥蜴，抑或是像有個(gè)大肚子的鱷魚？

回國后，劉煜將當(dāng)時(shí)國際生物學(xué)研究領(lǐng)域中最前沿的熒光顯微鏡、電子掃描顯微鏡和顯微CT等先進(jìn)研究手段和方法，用于澄江動(dòng)物群化石標(biāo)本的研究。

三疊紀(jì)末期，地球曾經(jīng)歷過一段強(qiáng)烈的火山活動(dòng)時(shí)期，經(jīng)研究化石估算，當(dāng)時(shí)的大氣二氧化碳濃度一度高達(dá)4400ppm，地球因此經(jīng)歷了一場生物大滅絕，這些歷史數(shù)據(jù)為預(yù)測地球系統(tǒng)未來演化的模型提供了寶貴的邊界限定值。

針對(duì)化石標(biāo)本的多模態(tài)數(shù)據(jù)集，徐洪河團(tuán)隊(duì)提出了人工智能古生物學(xué)的概念?！肮派锘淖R(shí)別有別于常見的圖像分類問題?！毙旌楹诱f，古生物本身在系統(tǒng)分類上存在層級(jí)結(jié)構(gòu)，因其依據(jù)的形態(tài)特征非常細(xì)微，對(duì)專業(yè)性要求極高。

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