从显微镜到同步辐射：古生物学研究的技术演进
从显微镜到同步辐射：古生物学研究的技术演进
“生命之光”在古生物学研究中，特指那些能够揭示远古生命奥秘的技术手段。从最早的光学显微镜到最新的高能同步辐射光源，这些技术如同一盏盏明灯，照亮了人类探索生命起源和演化的道路。
从显微镜到人工智能：古生物学研究的技术演进
古生物学研究技术的发展历程，是一部人类认知不断深化的历史。早在19世纪中叶，显微镜就已成为博物学家的必备工具。当时的分類學家或解剖學家經常培養出顯微繪圖能力，但與顯微繪圖師分工可以提升效率與美學。儘管有投影描繪器（camera lucida）可作為素描輔助，每個顯微繪圖師的筆觸還是會呈現鮮明的技巧與個人風格差異。
进入20世纪，随着计算机技术的发展，古生物学家开始尝试将人工智能（AI）引入研究领域。2024年发表在《地球科学评论》上的一篇综述论文指出，过去半个世纪以来，AI技术在古生物学领域的应用虽然起步较晚，但近年来发展迅速。目前，大多数研究都采用图像数据作为输入，包括普通光学照片、显微照片、CT扫描图像等，这无疑得益于计算机视觉的快速发展。
成像技术在古生物学中的应用
光学显微镜：观察微观结构的基础工具
光学显微镜是古生物学研究中最基础的观察工具。它利用光学原理将微小的物体放大，使研究人员能够观察到细胞结构、微生物以及化石的微观特征。通过染色或其他技术，可以清晰地看到细胞核、线粒体、叶绿体等细胞器，为研究古生物的形态和结构提供了重要信息。
激光扫描共聚焦显微镜：19世纪末的显微技术革新
激光扫描共聚焦显微镜在19世纪末开始普及，它通过激光扫描样品并收集反射光或荧光信号，生成高分辨率的二维或三维图像。这种技术特别适合观察透明或半透明的生物样本，如水生生物和微生物，能够提供比传统显微镜更清晰的图像和更深的景深。
CT扫描：揭示化石内部结构的利器
计算机断层扫描（CT）技术在古生物学研究中发挥着重要作用。它通过X射线从不同角度扫描化石，生成一系列二维断层图像，然后利用计算机重建出三维模型。这种非破坏性检测方法能够揭示化石的内部结构，如骨骼、牙齿和软组织的细节，为研究古生物的解剖学特征提供了宝贵的信息。
2024年，荷兰和比利时的学者使用光子计数CT对中新世到晚新世地层出土的大型基龙类群的脊椎骨进行了形态学研究。研究发现，这种技术可以清晰地显示椎骨的内部结构和血管系统，这是首次对古脊椎动物脊椎的血管进行研究。
同步辐射光源：古生物学研究的“超级显微镜”
同步辐射光源是一种产生高强度X射线的装置，能够提供比传统X射线源高几个数量级的亮度和分辨率。这种光源在古生物学研究中具有独特优势，可以穿透厚厚的岩石，揭示化石的精细结构，甚至能够检测到生物组织中的微量元素分布。
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员盖志琨团队曾利用瑞士的光源中心对曙鱼标本进行同步辐射扫描，发现了盔甲鱼是位于现生的无颌类和有颌类中间环节的物种，为颌的起源提供了可靠的化石证据。
北京新一代高能同步辐射光源：开启古生物学研究新纪元
北京新一代高能同步辐射光源（HEPS）将于2025年投入使用，这将是亚洲首个第四代同步辐射光源。该装置的周长达到1.36千米，能够将电子加速到6千兆电子伏的能量，产生时间分辨率为第三代同步加速器1万倍的高能“硬”X射线。
HEPS的电子束将成为全球最窄的电子束，能产生非常强的X射线。即使使用同等量的辐射，研究人员获得的样品信息将比使用前几代光源更多。这种超高的分辨率将对科学家了解物质性质以及开发新材料产生巨大影响。
从显微镜到人工智能，从CT扫描到同步辐射光源，古生物学研究技术的每一次进步都为我们揭示了更多远古生命的奥秘。随着北京新一代高能同步辐射光源的建成，中国古生物学研究将迎来新的发展机遇，为探索生命演化提供更强大的技术支持。