Wyobraź sobie paleontologa i prawdopodobnie wyobrażasz sobie, że ktoś na skalistej pustyni kopie kości dinozaurów lub skulił się nad skałą w laboratorium, powoli odrywając starożytne warstwy osadów, aby odsłonić skamieniałe pozostałości z minionej epoki.
Ale według nowego artykułu napisanego przez paleontologów z University of Bristol ten wizerunek samotnych, zakurzonych naukowców dinozaurów jest bardzo nieaktualny.
John Cunningham, główny autor artykułu, twierdzi, że współczesne badania wymarłych zwierząt są prowadzone przez najnowocześniejszą technologię obrazowania, modelowanie 3D oraz wirtualną rekonstrukcję i rozwarstwienie - poszerzając naszą wiedzę na temat starożytnych zwierząt, ale także innych gatunków starych i nowych.
Nowe techniki obrazowania pozwalają nawet wirtualnie usuwać skamieliny z otaczającej skały, oszczędzając miesiące lub lata drobiazgowej pracy; powstałe kości wirtualne można łatwo udostępniać i badać, a nawet drukować.
Podobnie jak w wielu innych branżach, drukowanie i modelowanie 3D pomaga paleontologom lepiej przyjrzeć się skamielinom niż kiedykolwiek wcześniej. Za pomocą modeli 3D naukowcy mogą manipulować określonymi częściami próbki do dalszych badań, zastępować brakujące skrawki danymi z innej części tej kości lub cyfrowo rekonstruować czaszki lub inne złożone struktury, które zostały spłaszczone lub w inny sposób zniekształcone podczas procesu skamieniałości. Tkanki miękkie, takie jak wnętrze skrzynki mózgowej lub mięśnie, które przyczepiają się w dostrzegalnych punktach na kościach, można również wirtualnie zrekonstruować.
Po utworzeniu tych precyzyjnych modeli skamieliny można przetestować na nowe sposoby, na przykład poddając je analizie biomechanicznej, w taki sam sposób, w jaki inżynierowie budowlani testują mosty i budynki przed ich zbudowaniem. To może powiedzieć naukowcom, jak dane zwierzę mogło chodzić, co zjadło, jak szybko mogło się poruszać i jakie ruchy nie były w stanie wykonać z powodu ograniczeń kości i mięśni.
Postępy w obrazowaniu rentgenowskim i mikroskopii elektronowej, które wykorzystują wiązki elektronów do stworzenia obrazu próbki, pozwalają również naukowcom przyjrzeć się z zaskakującym poziomem szczegółowości nie tylko skałom zawierającym skamieliny, które muszą być jeszcze w pełni fizycznie odkryte, ale w ciałach samych skamieniałych zwierząt.
Na przykład zespół w Niemczech niedawno ogłosił, że odkrył najwcześniejszego znanego ptaka do zapylania roślin, ponieważ był w stanie zobaczyć i rozróżnić wiele gatunków ziaren pyłku w żołądku 47-milionowej skamieliny.
Co zadziwiające, Cunningham twierdzi, że istnieją jeszcze bardziej precyzyjne metody obrazowania. Tomografia synchrotronowa, która wykorzystuje akcelerator cząstek do wytwarzania bardzo jasnych promieni rentgenowskich, daje precyzyjne, czyste obrazy, mówi Cunningham, dzięki czemu widoczne struktury są mniejsze niż jedna tysięczna milimetra lub jedna setna grubości gwiazdozbioru ludzkich włosów .
„Za pomocą tomografii synchrotronowej byliśmy w stanie wizualizować zachowane struktury subkomórkowe, w tym możliwe jądra, ” mówi Cunningham. „Możliwe jest nawet całkowite rozdzielenie takich struktur”.
Ten obraz pokazuje, w jaki sposób fotografie skamieliny (po lewej) zostały zrekonstruowane za pomocą narzędzi cyfrowych (po prawej). (University of Bristol) Big Dino Data Przenoszenie danych z ogromnych zbiorów kopalnych z zakurzonych półek na próbki do wirtualnego świata to jednak zupełnie inna sprawa. Mark Norell, przewodniczący działu paleontologii w Amerykańskim Muzeum Historii Naturalnej, i jego zespół spędzili ogromną ilość czasu na digitalizacji swoich plików. „Na miejscu mamy skaner, który działa prawie 24 godziny na dobę” - mówi. Szybko rosnący zapas cyfrowych danych kopalnych, choć czasochłonny, oferuje nowe możliwości współpracy, a także możliwość porównywania dziesiątek okazów z instytucji na całym świecie.
Na przykład, jak mówi Norell, jeden z jego studentów właśnie ukończył rozprawę dotyczącą rekonstrukcji ucha żywych i skamieniałych w uchu wewnętrznym. Zawierała około stu okazów, ale „faktycznie zeskanowała tylko około połowę tego”, mówi Norell. „Pozostałe były rzeczami, które inni ludzie już opublikowali [więc] te surowe skany zostały już przesłane”.
Jednak pomimo postępów Cunningham i jego zespół mówią, że stare prawa wiążące kopalne prawa autorskie z muzeami oraz brak elektronicznej infrastruktury na dużą skalę do przechowywania i udostępniania danych powstrzymują pole przed szybszymi postępami.
Niektórzy badacze nie są tak chętni do dzielenia się swoimi danymi, jak powinni, nawet po opublikowaniu, jeśli istnieje potencjał do dalszych badań zakopanych w danych, mówi Cunningham. Mówi, że wiele muzeów posiada prawa autorskie do swoich skamielin, co uniemożliwia legalne udostępnianie, a inne wykorzystują najnowszą technologię paleontologiczną dla zysku.
„Niektórzy obawiają się umożliwienia szerokiego dostępu do danych cyfrowych, ponieważ oznaczałoby to, że każdy, kto ma dostęp do drukarki 3D, mógłby rozpocząć drukowanie modeli” - mówi Cunningham - co może być dobre dla hobbystów i nauczycieli przedmiotów ścisłych w szkole średniej, ale może zaszkodzić dolnej linii instytucji, która jest właścicielem danych.
Poza gromadzeniem samych danych, dużym wyzwaniem dla instytucji jest możliwość przechowywania, utrzymywania i udostępniania dużych ilości danych obecnie generowanych przez paleontologów, mówi Cunningham.
Jednak w USA Norell twierdzi, że istnieje kilka repozytoriów danych - takich jak Digimorph na University of Austin, MorphoBank na Stony Brook lub Morphbank na Florida State University - dostępnych dla badaczy. Nie uważa też, że trudności techniczne i finansowe związane z przechowywaniem i udostępnianiem danych są tak trudne do pokonania.
„Pracuję z grupą astronomów tutaj w muzeum, a rodzaje danych przesyłanych z ich instrumentów są jak trzy rzędy wielkości większe niż dane, które otrzymujemy z badań tomograficznych”, mówi Norell. „Więc to jest problem, ale to nie problem”.
Uczenie się od żywych
Obaj zgadzają się jednak, że jednym z głównych problemów stojących obecnie w dziedzinie paleontologii jest to, jak zaskakująco mało wiemy o współczesnych, żywych zwierzętach.
Jak Cunningham i inni autorzy podkreślają w swoim artykule: „… najważniejsze ograniczenia w czytaniu zapisów kopalnych leżą teraz głównie, i nieco ironicznie, w złym stanie wiedzy o anatomii żywej fauny i flory”.
Norell również napotkał ten problem. Jego laboratorium praktycznie zrekonstruowało mózgi dinozaurów, które są blisko spokrewnione z ptakami. Ale kiedy zaczęli szukać danych porównawczych u współczesnych zwierząt, nie mogli znaleźć jednej mapy aktywacji mózgu dla żywego ptaka. Dlatego jego współpracownicy z Brookhaven National Laboratory musieli zbudować mały hełm skanujący PET dla ptaków i zebrać nowoczesne dane, których potrzebują do swoich starożytnych porównań.
„Wcześniej większość paleontologów była głównie szkolona na geologów”, mówi Norell. „Teraz… większość z nas uważa się za biologów, którzy czasem pracują nad skamielinami”.
