Tenk deg en paleontolog, og du kan forestille deg at noen i en steinete ørken graver opp dinosaurbein, eller hevet seg over en steinplate i et laboratorium, og sakte hugger bort gamle sedimentlag for å avsløre de fossiliserte restene av en svunnen tid.
Men ifølge et nytt papir fra paleontologer fra University of Bristol, er bildet av ensomme, støvete dinosaurforskere virkelig uaktuelt.
John Cunningham, papirets hovedforfatter, sier at den moderne studien av utdødde dyr drives av banebrytende bildeteknologi, 3D-modellering og virtuell gjenoppbygging og disseksjon - fremme kunnskap om de gamle dyrene, men også av andre arter gamle og nye.
Ny avbildningsteknikk lar til og med fjerne fossiler fra bergens omgivende omgivelser, og sparer måneder eller år med grundig arbeid. de resulterende virtuelle beinene kan enkelt deles og studeres, eller til og med skrives ut.
Som det har gjort med så mange andre bransjer, hjelper 3D-utskrift og modellering paleontologer med å få et tydeligere blikk på fossiler enn noen gang før. Med 3D-modeller kan forskere manipulere spesifikke deler av prøven for videre undersøkelse, erstatte manglende seksjoner med data fra en annen del av det beinet eller digitalt rekonstruere hodeskaller eller andre komplekse strukturer som har blitt flatet eller på annen måte forvrengt under fossiliseringsprosessen. Bløtvev, for eksempel innsiden av hjernetasjen, eller muskler som fester seg på tydelige punkter på beinene, kan også praktisk talt rekonstrueres.
Når disse nøyaktige modellene er laget, kan fossilene testes på nye måter, for eksempel å utsette dem for biomekanisk analyse, på samme måte som konstruksjonsingeniører tester broer og bygninger før de bygges. Dette kan fortelle forskere hvordan et gitt dyr kunne ha gått, hva det spiste, hvor raskt det kunne bevege seg, og hva slags bevegelser det ikke kunne gjøre på grunn av begrensninger i bein og muskler.
Fremskritt i røntgenbilde og elektronmikroskopi, som bruker elektronstråler for å lage et bilde av et eksemplar, lar forskere også kikke seg med et overraskende detaljnivå, ikke bare i bergarter som inneholder fossiler som ennå ikke er blitt fullstendig eksponert, men inne i kroppene til de fossiliserte dyrene selv.
Et team i Tyskland kunngjorde for eksempel nylig at de oppdaget den tidligste kjente fuglen for å pollinere planter fordi de var i stand til å se og skille flere arter av pollenkorn i magen til den 47 millioner år gamle fossilen.
Utrolig nok sier Cunningham at det er enda mer presise metoder for avbildning. Synkrotrontomografi, som bruker en partikkelakselerator for å produsere veldig lyse røntgenstråler, resulterer i presise, rene bilder, sier Cunningham, noe som gjør synlige strukturer mindre enn en tusendels millimeter, eller en hundreledel tykkelsen på en stjernet menneskehår .
"Ved hjelp av synkrotrontomografi har vi vært i stand til å visualisere bevarte subcellulære strukturer inkludert mulige kjerner, " sier Cunningham. "Det er til og med mulig å dissekere slike strukturer så godt som praktisk talt."
Dette bildet viser hvordan fotografier av et fossil (til venstre) ble rekonstruert med digitale verktøy (til høyre). (University of Bristol) Big Dino Data Å flytte data fra massive fossilsamlinger ut av støvede eksempellhyller og inn i den virtuelle verdenen er imidlertid en annen sak. Mark Norell, styreleder for paleontologiavdelingen ved American Museum of Natural History, og teamet hans har brukt enorm tid på å digitalisere filene sine. "Vi har en skanner her på stedet, og den kjører nesten 24 timer i døgnet, " sier han. Selv om det er tidkrevende å lage, gir den raskt voksende beholdningen av digitale fossile data nye muligheter for samarbeid, sammen med muligheten til å sammenligne dusinvis av eksemplarer fra institusjoner over hele verden.
For eksempel, sier Norell, en av studentene nettopp fullførte en avhandling som innebar gjenoppbygging av indre ører av levende og fossiliserte slanger. Hun inkluderte omtrent hundre eksemplarer, men "skannet faktisk bare omtrent halvparten av det, " sier Norell. "De andre var ting som andre mennesker allerede hadde publisert [så] de rå skannene allerede hadde blitt lastet opp."
Men til tross for fremgangen, sier Cunningham og teamet hans gamle lover som knytter fossile opphavsrettigheter til museer, og mangel på storstilt elektronisk infrastruktur for å lagre og dele data, holder feltet tilbake fra raskere fremskritt.
Noen forskere er heller ikke like opptatt av å dele dataene sine som de burde være, selv etter å ha publisert, hvis det er potensiale for ytterligere studier begravet i dataene, sier Cunningham. Mange museer har opphavsrett til fossilene sine, noe som forhindrer lovlig deling, og andre utnytter også nyskapende paleontologiteknologi for profitt, sier han.
"Noen er på vakt mot å tillate bred tilgang til digitale data, da det vil bety at alle med tilgang til en 3D-skriver kan begynne å skrive ut modeller, " sier Cunningham - noe som kan være bra for hobbyfag og vitenskapslærere på videregående skole, men kan skade bunnlinjen av institusjonen som eier dataene.
Utover å samle inn dataene, er en stor utfordring for institusjoner muligheten til å lagre, vedlikeholde og gjøre tilgjengelig de store datamengdene som nå genereres av paleontologer, sier Cunningham.
I USA sier Norell imidlertid at det er flere datalagre - som Digimorph ved University of Austin, MorphoBank i Stony Brook, eller Morphbank ved Florida State University - tilgjengelig for forskere. Han synes heller ikke de tekniske og økonomiske hindringene ved å lagre og dele dataene er så vanskelig å få bukt med.
"Jeg jobber med en gjeng astronomer her på museet, og de dataene som strømmer inn fra instrumentene deres er som tre størrelsesordener større enn den typen data vi får fra tomografistudier, " sier Norell. "Så det er et problem, men det er ikke et problem."
Læring fra de levende
De to er imidlertid enige om at en av de viktigste problemene som står overfor paleontologifeltet, er hvor overraskende lite vi vet om moderne, levende dyr.
Som Cunningham og de andre forfatterne påpeker i sin artikkel, "… de fremste begrensningene for å lese fossilprotokollen ligger nå hovedsakelig og noe ironisk nok med den dårlige kunnskapstanken om anatomi av den levende biota."
Norell har også kjørt seg inn i denne saken. Laboratoriet hans har tilnærmet rekonstruert hjernen til dinosaurer som er nært beslektet med fugler. Men da de begynte å søke etter komparative data hos moderne dyr, kunne de ikke finne et eneste hjerneaktiveringskart for en levende fugl. Så hans samarbeidspartnere ved Brookhaven National Laboratory måtte bygge en liten PET-skanningshjelm for fugler og samle inn moderne data de trenger for sine gamle sammenligninger.
"Tidligere var de fleste paleontologer først og fremst trent som geologer, " sier Norell. "Nå ... de fleste av oss anser oss for å være biologer som jobber med fossiler noen ganger."
