从一块琥珀，怎样“看见”一片热带森林

王  博

你知道鸟类是如何起源的吗？

不久前，中美两国科学家合作发表了一件始祖鸟新标本，揭示了始祖鸟的骨骼、软组织及羽毛等细节，为恐龙到鸟类演化关键期的头骨演化和飞行适应等提供了关键证据，研究成果发表于国际学术期刊《自然》。

如何发掘、研究化石，是古生物学研究的重要课题。一块块化石诉说着地球的演变，承载着远古的奥秘。过去，挖化石如同“拆盲盒”。如今，在新技术的助力下，古生物学研究正加速破解更多生命密码。

你能想象吗？一块大小不到4平方厘米的琥珀，能揭示一个热带海岸森林的滨海环境。研究人员利用CT扫描技术，重建白垩纪中期一块缅甸克钦琥珀中各类化石的三维图像。他们发现，这枚琥珀保存了异常丰富的化石类群，包括1个菊石、4个螺类、4个等足虫、23个螨虫、1个蜘蛛、1个马陆和至少12个昆虫，以及一些砂粒、植物碎屑。这为揭示周围4平方公里乃至40平方公里的森林生态提供了重要证据。CT扫描技术能用X射线探测标本内部构造；利用高精度CT扫描，不仅可以观察到被包埋或覆盖的结构，还可以揭露化石标本的内部精细结构，同时最大程度保护化石的完整性。

激光共聚焦显微技术，也是“见微知著”的一种技术手段。这是一种以激光作为激发光源、采集自发荧光进行成像的工具，能有效避免视觉干扰，大大提高成像信噪比。我国科学家最早将激光共聚焦显微技术应用于古生物领域，观察了小壳化石、琥珀和孢粉样品。近年来，这项技术在古生物学领域已是常用手段。

作为高分辨率、高放大倍数的电子显微镜，透射电镜常用于观察生物表面和内部的超微结构。研究人员利用透射电镜和激光共聚焦显微镜，揭示了白垩纪缅甸琥珀中一个原始蛾子的鳞片在微米级别的微观结构。在此基础上，他们建立了鳞片的三维数字模型，利用光学分析软件计算了该鳞片可能产生的颜色，为昆虫颜色的演化提供了实证。

除了观察超微结构，化石研究还会结合X射线能谱或拉曼光谱等分析物质组成。能谱分析可以帮助确定化石中存在的元素及其相对含量，有助于理解化石的解剖结构和保存方式。例如，研究人员使用扫描电镜结合能谱，对寒武纪澄江生物群中的章氏麒麟虾进行了详细研究，为解析早期节肢动物的解剖结构提供了重要信息。

数智时代，地球系统科学的转型是大势所趋。因此，构建全新的古生物学数据库，并开展综合的大数据分析工作，成为古生物学研究的一个新热点。大数据分析可以为古生物学研究提供更宏观的视野，人工智能技术可以将分散信息有机联系起来。这些技术在深时尺度和全球尺度上为重建生物演化、古环境和古气候等提供了新的信息。

重建地质历史时期生物多样性的变化，对探究地球生命演化意义重大。我国科学家主导的新一代地球科学数据库GBDB和OneStratigraphy，为探究深时尺度下生物多样性的变化，提供了强有力的数据支撑。研究人员通过建立早期地球化石数据库，利用超算和人工智能等分析方法，揭示了从20亿年前到5亿年前地球上的早期生命演化历程，为阐明早期地球生命起源和演化规律等提供了重要信息。

当古老的学科遇到现代科技，融合应用为学科发展提供了新的增长点，使得古生物学不断向纵深发展。

(作者单位：中国科学院南京地质古生物研究所)