琥珀裡的恐龍?近日，不少人被一個小小的尾巴吸住了眼球這可不是一般的動物尾巴，而是一隻小恐龍的尾巴，實際上是一個包裹在琥珀中的小恐龍尾巴化石标本，參見圖1，現在小編就來說說關于琥珀裡的恐龍?下面内容希望能幫助到你，我們來一起看看吧!

琥珀裡的恐龍

近日，不少人被一個小小的尾巴吸住了眼球。這可不是一般的動物尾巴，而是一隻小恐龍的尾巴，實際上是一個包裹在琥珀中的小恐龍尾巴化石标本，參見圖1。

這是個很有趣的故事。那是2015年的夏天，一位搞地質研究的中國博士在琥珀商那裡看到了一塊琥珀。琥珀商說這裡面有棵植物還是什麼怪東西，博士看了看，琥珀裡有棵黑乎乎、毛茸茸的東西像個掃帚菜。到底是搞地質專業的，博士又仔細觀察了一下這個怪東西的結構，發現這個東西帶有羽枝和羽軸的羽毛結構，肯定是個動物啊。

圖1. 琥珀中的恐龍标本——可見光照片

當然，買下這塊琥珀時，這位博士還拿不準這個标本究竟來自什麼動物。一支由中、加、英、美等國科學家組成的國際研究團隊采取了多種高科技的無損成像和分析手段來研究這個标本，獲取了該化石多尺度分辨的高清投影圖像，經過對投影圖像的斷層重建、數據分割、分段拼接，得到了被羽毛和琥珀包圍着的骨骼部分的高清三維圖像，經分析揭示了該段骨骼的諸多三維形态特征。

“掃帚菜”的身份最終被确定下來，該化石屬于非鳥虛骨龍類恐龍的一段尾骨，包括至少9段尾椎，骨骼形态與典型的非鳥虛骨龍類恐龍類似，明顯區别于典型的古鳥類。小恐龍的尾巴完全展開約6厘米，推測這隻小恐龍的全長大約18.5厘米。研究團隊還獲得了化石斷面的微量元素分布圖，其中鐵、錳、钛、鍺等元素的分布與化石的形态高度吻合，表明該化石蘊含着豐富的埋藏學信息。

圖2. 發表在《當代生物學》（CurrentBiology）上的論文

12月8日，國際知名學術期刊《當代生物學》報道了發現有史以來第一塊埋藏在琥珀中的恐龍化石的研究成果，參見圖2，立即引起了國内外學者的熱烈反響。

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恐龍最早的出現距今約有2.35億年，滅亡于約6500萬年前。雖然那個時代離我們如此遙遠，但是恐龍化石記錄了它們生存以及滅絕的秘密，成為人們了解研究遙遠古代生物進化和氣候變遷的可靠依據。

用的是什麼無損手段？

這塊埋藏在琥珀中的恐龍化石如此珍貴，以至于不允許使用開膛破肚的方法來研究它，那麼研究團隊究竟用的是什麼無損的研究手段呢？真令人好奇！

據媒體報道：這項研究是由中國科學院高能物理所的研究人員與古生物學家合作，利用北京同步輻射裝置的硬X射線相位襯度 CT、X 射線熒光成像和 X 射線吸收譜以及上海同步輻射光源的硬X射線相位襯度 CT 等方法，提取出多種有價值的信息，獲得了極為可喜的研究成果。

在上述多種無損研究手段中“同步輻射硬X射線相位襯度 CT”是對小恐龍尾巴進行三維成像的關鍵技術，以下介紹的是與此相關的一些科普資料。

什麼是X射線？

X 射線是德國著名物理學家倫琴1895年在從事陰極射線的研究時意外發現的。由于當時無法确定這種射線的性質，所以用數學中表示未知數的符号 “X” 來命名，稱之為 X 射線。正是倫琴拍下了世界上第一張 X 光片——留下了他夫人右手的 X 射線影像，揭示了這項技術随後在醫學成像診斷領域的巨大應用前景。

X 射線是一種波長比較短、穿透力比較強的光或電磁波。X 射線的波長介于紫外線和 γ 射線之間（0.01～100埃，1埃等于0.1納米，即一億分之一厘米，常用以表示光的波長及其它微小長度），參見圖3，隻有可見光波長的千分之一到萬分之一。

圖3. 電磁波譜圖（人眼能感知的可見光隻占非常窄的一段）（圖片來自網絡）

波長小于0.1埃的稱為超硬X射線，在0.1～10埃範圍内的稱為硬 X 射線，10～100埃範圍内的稱為軟X射線。波長越短的X射線能量越高，穿透力越強。因此，硬 X 射線在探測行李内部危險物品或者人體内部病變方面具有明顯優勢。

用的是什麼同步輻射？

1947年4月，美國紐約通用電氣公司的科學家在調試能量達 70keV 的電子同步回旋加速器時，在電子轉彎運動軌迹的切線方向上意外發現了方向性特别好的 X 射線（由于是在同步輻射加速器上發現的，被命名為同步輻射）。1973年國際上建成了第一代同步輻射光源，亮度比常規X射線源高4-5個量級。20世紀90年代，同步輻射光源已發展到第三代，亮度提高了10-13個量級。同步輻射源的最大優勢在于能産生高準直、高亮度、波長連續分布的 X 射線，已經成為生命、材料、能源、環境等當今多種尖端科學研究不可或缺的大科學裝置。

此次用于研究恐龍小尾巴的硬 X 射線來自北京同步輻射裝置和上海同步輻射光源。北京同步輻射裝置是我國20世紀90年代初建成的第一代同步輻射光源，它的建立開創了我國利用同步輻射開展多種尖端科學研究的先河，奠定了我國同步輻射大科學裝置的基礎，經過多年發展，我國已經建成北京第一代同步輻射光源、合肥第二代同步輻射光源、上海第三代同步輻射光源。令人振奮的是，國家已經批準，2018年将在北京開始建設國際上最先進的第四代同步輻射光源。

圖4. 北京同步輻射 4W1A-X 射線成像實驗站的硬 X 射線相位襯度 CT 成像裝置

什麼是 X 射線相位襯度成像？

襯度

指的是圖像上不同區域間存在的明暗程度的差異，也正是因為存在襯度，人眼才能看到各種具體的圖像，襯度太低就無法看清圖像中的細節。

吸收襯度

由于被照射物體中各個不同的構成部分對 X 射線的吸收不同，形成吸收襯度圖像。重元素構成樣品對X射線的吸收強，可以獲得清晰的吸收襯度圖像，而輕元素構成樣品（例如生物軟組織）對 X 射線的吸收弱，隻能獲得模糊的吸收襯度圖像。

相位襯度

光線在經過物體時，不僅被吸收，而且被折射，樣品邊緣和内部界面的折射會改變局部光強分布，形成相位襯度圖像。雖然輕元素對 X 射線的吸收弱，但是其對 X 射線的折射卻比較強，因而 X 射線相位襯度成像特别适合對琥珀化石、生物軟組織等輕元素構成樣品進行成像。基于輕元素對X射線吸收弱、折射強的原理，X 射線相位襯度成像能以比傳統吸收襯度成像高得多的靈敏度對輕元素構成樣品進行成像。這種近年來才發展起來的新型成像方法正在迅速地推廣應用于生物、醫學、材料、能源等衆多學科領域，為科學研究、疾病診斷、材料合成等提供強有力的表征手段。參見圖5，X 射線相位襯度成像和吸收襯度成像比較。

圖5. 北京同步輻射X射線光源拍攝的魚的吸收襯度像（上圖）與相位襯度像（下圖）比較。相位襯度成像如此靈敏，甚至能看到魚鱗片的折射。

什麼是 X 射線斷層成像？

一般 X 射線的影像隻是被照射物不同結構前後相互重疊的一個二維投影像，被照射物内部的各種信息沿 X 射線傳播方向疊加在一起，無法獲得被照射物内部的三維結構。

為了真實地再現物體内部的三維結構，科學家發明了 X 射線斷層成像（簡稱CT）的方法，即通過X射線旋轉照射物體，探測器采集各個方向的投影圖像，根據被照射物體不同成分對 X 射線吸收和折射的不同，可用計算機處理各個方向的投影圖像，重建物體内部多個斷層面影像，将斷層影像按順序層層堆疊即可形成被照射物體的立體影像。把 X 射線相位襯度成像原理與 CT 斷層成像技術相結合，就形成了可以觀察輕元素構成樣品内部三維結構的X射線相位襯度 CT 技術。

高能所科研人員将X射線相位襯度 CT 技術用于琥珀恐龍化石标本的三維成像，在完全避免物理損壞的條件下，從琥珀中分離出小恐龍尾巴的立體影像，為國際研究團隊分析研究琥珀中的小恐龍尾巴提供了可能。圖6是琥珀恐龍化石标本和從中分離重建出的小恐龍尾巴圖像，可以看到小恐龍尾巴竟然是如此清晰，由此可知科學家為何要借助同步輻射硬X射線相位襯度 CT 這個高科技手段對小恐龍尾巴開展深入研究了。

圖6. 琥珀恐龍化石标本——小恐龍尾巴的三維重現

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