我国科学家揭秘隐藏在琥珀里的恐龙尾巴

　　一段毛茸茸的非鸟虚骨龙类恐龙的尾骨被完好保存在晶莹剔透的琥珀之中。这则消息震惊了国内外科技圈，因为这是人类有史以来发现的第一块藏在琥珀里的恐龙标本。那么，科学家又是如何断定尾巴的主人是恐龙而非松鼠或鸟类呢？昨天中国科学院高能物理所专家道出玄机：原来，他们成功利用神奇的“X光眼”——同步辐射硬X射线相位衬度CT等技术，从琥珀中分离出小恐龙尾巴的立体影像，进而确定了它的身份。

　　中国博士淘来神秘琥珀

　　说起来，这个小尾巴背后还有段有趣的故事。

　　2015年的夏天，一位搞地质研究的中国博士在琥珀商那里看到了一块琥珀。琥珀商说这里面有棵植物模样的怪东西。

　　博士拿起来看了看，琥珀里果然有棵黑乎乎、毛茸茸的东西，像个扫帚菜。到底是搞地质专业的，博士又仔细观察了一下这个怪东西的结构，发现这个东西带有羽枝和羽轴的羽毛结构，心下断定：这肯定是个动物啊。

　　当然，买下这块琥珀时，这位博士其实也拿不准这个标本究竟来自什么动物。

　　很快，一支由中、加、英、美等国科学家组成的国际研究团队采取了多种高科技的无损成像和分析手段来研究这个标本。

　　记者了解到，这次发现的琥珀化石来自缅甸克钦邦胡康河谷，其历史约9900万年，属于白垩纪中期。但化石埋藏在琥珀内部且覆盖着厚实的毛，可见光成像是无法直接看到化石中的骨骼部分的，而普通X光机微CT的成像基于吸收衬度，密度灵敏度低，所获图像的衬度也不够高，能分辨出来的细节太少。

　　三维图揭秘琥珀中生物

　　如此珍贵的化石，断不能用开膛破肚的方法来研究。那么研究团队究竟用什么办法才能拨开尾骨化石上厚实的毛，进而看到骨骼来辨识身份呢？

　　这就不得不提到科学研究用到的同步辐射装置。

　　这项研究是由中国科学院高能物理所的研究人员与古生物学家合作，利用北京同步辐射装置的硬X射线相位衬度CT、X射线荧光成像和X射线吸收谱等，提取出多种有价值的信息，无损获取了该化石多尺度分辨的高质量投影图像，再经过对投影图像的断层重建、分段拼接等技术，最终得到了被毛和琥珀包围着的化石的高清3D图像，揭示出化石内部的3D形态特征。

　　通过三维形态图， 研究团队发现，该化石明显区别于典型的古鸟类，骨骼形态与典型的非鸟虚骨龙类恐龙类似，如腹侧有明显的沟槽结构等。至此，“扫帚菜”的身份最终被确定下来——是非鸟虚骨龙类恐龙的一段尾骨，且包括至少9段尾椎。小恐龙的尾巴完全展开约6厘米，推测这只小恐龙的全长大约18.5厘米。这是人类有史以来发现的第一块埋藏在琥珀中的恐龙标本，其珍贵程度可想而知。

　　“小尾巴”隐藏大量微量元素

　　研究团队还利用X射线荧光成像方法获得了尾椎化石的微量元素分布图，并发现其中铁、锰、钛、锗等元素的分布与化石的形态高度吻合，蕴含着丰富的埋藏学信息。在对铁元素所做的分析表明，其中80％以上的铁原子为二价，这应该是血红蛋白和铁蛋白的遗迹。

　　可以说，在这次发现中，来自中科院的两台同步辐射装置起到了非常重要的作用，并且有理由相信，随着近几年我国同步辐射装置的进步，在国内的同步辐射装置上可以做出的世界水平的科学发现将会越来越多。

　　专家指出，恐龙最早的出现距今约有2.35亿年，灭亡于约6500万年前。虽然那个时代离我们很遥远，但是恐龙化石记录了它们生存以及灭绝的秘密，成为人们研究遥远古代生物进化和气候变迁的可靠依据。

　　什么是X射线相位衬度成像？

　　衬度，指的是图像上不同区域间存在的明暗程度的差异，也正是因为存在衬度，人眼才能看到各种具体的图像，衬度太低就无法看清图像中的细节。

　　由于被照射物体中各个不同的构成部分对X射线的吸收不同，形成吸收衬度图像。重元素构成样品对X射线的吸收强，可以获得清晰的吸收衬度图像，而轻元素构成样品（例如生物软组织）对X射线的吸收弱，只能获得模糊的吸收衬度图像。

　　光线在经过物体时，不仅被吸收，而且被折射，样品边缘和内部界面的折射会改变局部光强分布，形成相位衬度图像。虽然轻元素对X射线的吸收弱，但是其对X射线的折射却比较强，因而X射线相位衬度成像特别适合对琥珀化石、生物软组织等轻元素构成样品进行成像。基于轻元素对X射线吸收弱、折射强的原理，X射线相位衬度成像能以比传统吸收衬度成像高得多的灵敏度对轻元素构成样品进行成像。这种近年来才发展起来的新型成像方法正在迅速地推广应用于生物、医学、材料、能源等众多学科领域，为科学研究、疾病诊断、材料合成等提供强有力的表征手段。

　　什么是X射线断层成像？

　　一般X射线的影像只是被照射物不同结构前后相互重叠的一个二维投影像，被照射物内部的各种信息沿X射线传播方向叠加在一起，无法获得被照射物内部的三维结构。

　　为了真实地再现物体内部的三维结构，科学家发明了X射线断层成像（简称CT）的方法，即通过X射线旋转照射物体，探测器采集各个方向的投影图像，根据被照射物体不同成分对X射线吸收和折射的不同，可用计算机处理各个方向的投影图像，重建物体内部多个断层面影像，将断层影像按顺序层层堆叠即可形成被照射物体的立体影像。把X射线相位衬度成像原理与CT断层成像技术相结合，就形成了可以观察轻元素构成样品内部三维结构的X射线相位衬度CT技术。

　　高能所科研人员将X射线相位衬度CT技术用于琥珀恐龙化石标本的三维成像，在完全避免物理损坏的条件下，从琥珀中分离出小恐龙尾巴的立体影像，为国际研究团队分析研究琥珀中的小恐龙尾巴提供了可能。