事实如此浪漫

化石的未来:在家里打印你自己的恐龙?

3D打印出来的板龙脊椎骨被放置在包含原始化石的(错误标记的)野战衣旁边 Rene Schilling et al. /放射学

1898年,美国自然历史博物馆迎来了一个千载难逢的机遇,同时也面临着一个几乎同样重要的挑战。古生物学家沃尔特·格兰杰从西方旅行回来后,有了一个惊人的发现:一组巨大的恐龙骨骼化石,高30英尺,长80英尺。(当时蜥脚类动物被称为雷龙但后来被更准确地称为迷惑龙.)挑战是如何处理它。

博物馆的筹备人员和参展者不得不临时凑合。他们设计了一个框架改作用途的管道和管道装置“来支撑这个结构。格兰杰发现的骨骼是不完整的,所以博物馆制作了一个由四种不同的标本组成的组合,其中包括一种不同种类的恐龙的头骨。这个过程花了六年多的时间。1905年,格兰杰迷惑龙成为世界上第一个被展示的蜥脚类恐龙。

今天,博物馆的筹备人员和展览人员已经成功地应对了展示如此巨大的化石所带来的大部分挑战,但他们使用的技术基本上与19世纪末相同。一些专家说,古生物收藏正准备经历一场革命——这可能会改变人们看待、研究和重新创造化石的方式。

发表在杂志上的一篇文章放射学去年秋天在美国,柏林自然历史博物馆(Natural History Museum)的研究人员宣布,他们通过三维成像和三维打印技术的结合,制作出了恐龙化石的精确复制品。在二战的一次轰炸中,这个样本被埋在博物馆地下室的碎石中。通过扫描,研究人员发现它被错标了,实际上包含了一个属的脊椎骨板龙-都没有打开外套。“就像古腾堡的印刷机向公众打开了书籍的世界,化石的数字数据集和3D打印现在可以更广泛地分布,同时保护原始完整的化石,”研究作者、柏林Charité Campus Mitte的放射学家Ahi Issever博士在一份声明中说。

a的图解板龙骨架;由德国研究人员扫描和打印的椎骨是重点 Rene Schilling et al. /放射学

尽管三维成像技术从1979年就开始使用了,但博物馆之间的化石数据共享在很大程度上自格兰杰时代以来一直没有改变。当化石从野外采集时,它们通常被用石膏制成的“野外外套”保护着。回到博物馆,准备人员在不干扰化石的情况下费力地移除石膏和沉积物,这一提取过程可能需要数月时间才能完成。博物馆的准备人员随后将橡胶等柔性材料应用到化石上,制作化石的模型。然后把模子从化石中分离出来,在里面填满石膏来制作模子,这是可以与其他古生物学家共享的化石复制品。但是灰泥很重,不能很好地捕捉表面细节。更糟糕的是,成型材料有时会渗入骨头的微小裂缝;当模具被扯掉时,化石的表面有时也会被扯掉。

在20世纪60年代和70年代,制作人员开始用硅树脂代替橡胶制作模具,用聚酯树脂制作铸件,聚酯树脂是一种常见的塑料,而不是石膏。这些新材料允许更大的结构细节,但本质上是相同的方法。

在过去十年左右的时间里,博物馆慢慢地开始采用新技术来创造非侵入性的复制品,特别是通过三维成像。在大多数情况下,这些研究人员使用的是x射线计算机断层扫描(CT),一种广泛应用于医学的技术。医用CT扫描仪在人体上工作得很好,但也有工业扫描仪产生更强大的x射线,以穿透密度较大的材料,如岩石和骨骼化石。CT扫描捕捉二维x射线图像作为扫描对象的横截面;然后,这些图像在一个数字程序中重新组合,形成一个三维图像。成型和铸造需要大量的材料、时间和劳动力。制作模具,尤其是大样本的模具,可能需要几个月的时间。现在,使用CT扫描可以在更短的时间内实现同样的过程。此外,标本不需要从他们的野战夹克拆卸。

“如果你能把几个月压缩成几分钟,那就太棒了——[考虑到]浪费的时间、金钱和材料,”美国自然历史博物馆的高级科学助理卡尔·梅林说。“而且,从我的角度来看,最重要的是,从各方面来看,它似乎对标本是完全无害的。你不能碰它。你没有粘住任何东西,你稍后要拉下来的东西,标本可能会失败,粘在上面。而且这些数据似乎也不会随着时间的推移而退化。”

“什么是东西?”如果你能把它复制到分子和原子上,它是一样的吗?是一样的东西还是不同的东西?”

梅林说,尽管有这些好处,但扫描的流行速度似乎很慢。到目前为止,美国自然历史博物馆还没有把扫描化石记录作为首要任务。梅林说:“我们现在正处于思维模式的转变中。在某种程度上,这是一个控制的问题。如果另一家博物馆或富有的收藏家获得了恐龙的详细扫描图,他们就可以像柏林的研究人员一样,打印出精确的3D副本。随着3d打印技术的不断发展,复制品可能会变得更好、更大、更便宜。“按照规则,如果有人要求使用角色扮演,我们可以控制它如何使用,谁拥有它,以及用它做什么。因为我们认为这是我们知识产权的一部分,”他说。

史密森学会(Smithsonian Institution)也面临着类似的问题,那里的一位准备人员史蒂夫·贾博(Steve Jabo)说。“我们通常把这些数据当作真实的样本。但它的不同之处在于,它都在电脑上,很容易复制,很容易传播....我们必须就数字数据制定切实可靠的白皮书政策。”

在梅林看来,扫描和印刷有可能改变我们所知的博物馆收藏。“这真的很难想象,”他笑着说。“但我有时会想,如果扫描变得如此异常详细,藏品是否会消失……什么是东西?如果你能把它复制到分子和原子上,它是一样的吗?是一样的东西还是不同的东西?”

在美国自然历史博物馆(American Museum of Natural History)的恐龙馆(Dinosaur Wing)里,格兰杰的《迷惑龙》(Granger 's Apatosaurus)仍然耸立在游客面前,只是经过了几个世纪的修改,使它更准确。数字再现,甚至是3D复制品,似乎都不可能再现站在1.5亿年前恐龙脚下的那种令人敬畏的感觉。


凯蒂·詹宁斯(@ktjenwords她是一位居住在纽约布鲁克林的自由健康和科学作家。

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