Представете си палеонтолог и вероятно си представяте някой в скалиста пустиня да копае кости на динозаври или да се е надвесил над скална плоча в лаборатория, бавно отрязвайки древни седиментни слоеве, за да разкрие фосилизираните останки от отминала епоха.
Но според нова хартия, написана от палеонтолозите от университета в Бристол, този образ на учени самотни, прашни динозаври е доста остарял.
Джон Канингам, водещият автор на статията, казва, че съвременното изследване на изчезнали животни се ръководи от най-съвременните технологии за изобразяване, 3D моделиране и виртуална реконструкция и дисекция - напредвайки нашите познания за древните животни, но и за други видове, стари и нови.
Новите техники за изобразяване дори позволяват практически отстраняване на вкаменелости от заобикалящата скала, спестявайки месеци или години от щателна работа; получените виртуални кости могат лесно да се споделят и изучават или дори да се отпечатват.
Както при толкова много други индустрии, 3D печатът и моделирането помагат на палеонтолозите да придобият по-ясен поглед върху вкаменелостите от всякога. С 3D модели учените могат да манипулират конкретни части от образеца за по-нататъшно изследване, да заменят липсващи секции с данни от друга част от тази кост или да реконструират цифрово черепи или други сложни структури, които са били сплескани или изкривени по друг начин по време на процеса на фосилизация. Меките тъкани, като вътрешността на кутията на мозъка или мускулите, които се прикрепят в забележими точки по костите, също могат да бъдат реконструирани на практика.
След създаването на тези прецизни модели, вкаменелостите могат да бъдат тествани по нови начини, като например да бъдат подложени на биомеханичен анализ, по същия начин, по който структурните инженери тестват мостове и сгради, преди да бъдат построени. Това може да каже на учените как дадено животно би могло да ходи, какво яде, колко бързо може да се движи и какви видове движения не може да направи поради ограниченията на костите и мускулите си.
Напредъкът в рентгенография и електронна микроскопия, който използва лъчи от електрони, за да създаде образ на образец, също позволява на учените да надникнат с изненадващо ниво на детайлност не само в скали, съдържащи вкаменелости, които все още не са напълно изложени физически, но вътре в телата на самите вкаменели животни.
Екип в Германия, например, наскоро обяви, че е открил най-ранната известна птица, която опрашва растенията, тъй като е била в състояние да види и различи множество видове поленови зърна в стомаха на вкаменелостта на 47 милиона години.
Удивително е обаче, че Канингам казва, че има още по-прецизни методи за изобразяване. Синхротронната томография, която използва ускорител за частици, за да произвежда много ярки рентгенови лъчи, води до точни, чисти изображения, казва Канингам, като прави видими структури по-малки от една хилядна част от милиметъра или една стотна от дебелината на звезда от човешка коса,
„С помощта на синхротронна томография успяхме да визуализираме запазени субклетъчни структури, включително възможни ядра“, казва Канингам. „Възможно е дори да се разсекат такива конструкции изцяло виртуално.“
Това изображение показва как снимките на вкаменелост (вляво) са били реконструирани с цифрови инструменти (вдясно). (Университет в Бристол) Данни за голямото дино Преместване на данни от масивни изкопаеми колекции извън прашните рафтове за екземпляри и във виртуалния свят е съвсем друг проблем. Марк Норел, председател на отдела за палеонтология в Американския музей по естествена история, и неговият екип са прекарали огромно количество време, дигитализирайки своите досиета. „Имаме скенер тук на място и работи почти 24 часа на ден“, казва той. Макар да отнема много време за създаване, бързо нарастващият запас от цифрови изкопаеми данни предлага нови възможности за сътрудничество, заедно с възможността за сравняване на десетки екземпляри от институции по целия свят.
Например, казва Норел, един от неговите студенти току-що е завършил дисертация, включваща реконструкция на вътрешното ухо на живи и вкаменели змии. Тя включваше около сто екземпляра, но "всъщност сканира само около половината от това", казва Норел. "Другите бяха неща, които други хора вече бяха публикували [затова] тези сурови сканирания вече бяха качени."
Но въпреки напредъка, Канингам и неговият екип казват, че старите закони, които обвързват фосилните авторски права с музеите, и липсата на мащабна електронна инфраструктура за съхранение и споделяне на данни, задържа полето от по-бързия напредък.
Някои изследователи също не са толкова желаещи да споделят своите данни, каквито трябва да бъдат, дори и след публикуването им, ако има потенциал за по-нататъшни проучвания, погребани в данните, казва Канингам. Много музеи авторско право на своите вкаменелости, което предотвратява легалното споделяне, а други също използват най-модерната технология за палеонтология за печалба, казва той.
"Някои са предпазливи от разрешаването на широк достъп до цифрови данни, тъй като това би означавало, че всеки, който има достъп до 3D принтер, може да започне да печата модели", казва Канингъм - което може да е полезно за любители и учители в средните училища, но може да навреди на долния ред на институцията, която притежава данните.
Освен самото събиране на данни, голямо предизвикателство пред институциите е възможността да съхраняват, поддържат и предоставят на разположение големите количества данни, които сега се генерират от палеонтолози, казва Канингам.
В САЩ обаче Норел казва, че има няколко хранилища на данни - като Digimorph в Университета в Остин, MorphoBank в Стони Брук или Morphbank от Университета на Флорида - достъпни за изследователите. Той също така не смята, че е трудно да се преодолеят техническите и финансови пречки за съхранението и споделянето на данни.
„Работя с куп астрономи тук в музея и видовете данни, които постъпват от техните инструменти, са като три порядъка по-големи от видовете данни, които получаваме от проучвания по томография“, казва Норел. „Значи това е проблем, но не е проблем.“
Учене от живите
Двамата обаче са съгласни, че един от основните проблеми, стоящи пред областта на палеонтологията, е колко изненадващо малко знаем за съвременните, живи животни.
Както Канингам и другите автори посочват в своя документ, "... най-важните ограничения при четенето на изкопаемите досиета са основно и малко по ирония на съдбата с лошото познаване на анатомията на живата биота."
Норел се натъкна и на този проблем. Неговата лаборатория практически реконструира мозъците на динозаврите, които са тясно свързани с птиците. Но когато започнаха да търсят сравнителни данни при съвременните животни, не можаха да намерят нито една карта за активиране на мозъка за жива птица. Затова неговите сътрудници в Националната лаборатория в Брукхейвен трябваше да построят мъничка каска за ПЕТ сканиране за птици и сами да събират съвременните данни, необходими за техните древни сравнения.
„Преди това повечето палеонтолози се обучаваха предимно като геолози“, казва Норел. "Сега ... повечето от нас считат себе си за биолози, които понякога работят върху вкаменелости."
