普林斯顿地质学家通过岩石创建3-D虚拟之旅来解开化石之谜

普林斯顿地球科学家AdamMaloof和A​​kshayMehra借助工业研磨机和一些创意添加物，可以将岩石转变成三维数字景观。在这里，2017届的Mehra(指点)和AdrianTasistro-Hart准备收集Cloudina化石样本，并讨论纳米比亚ZebraRiverFarm含Cloudina斑块礁的几何形状。

你有没有想过你可以在岩石中旅行?这听起来更像是魔术而不是科学，但普林斯顿的科学家们已经找到了一种方法使其(几乎)成为现实。

借助工业研磨机和超高分辨率相机，普林斯顿地球科学家AdamMaloof和A​​kshayMehra可以解构岩石样本并创建科学家可以从任何角度观察的三维数字版本。此外，他们还开发了软件，允许计算机在没有人为偏见的情况下分割图像和隔离对象。

利用这项技术结合详细的实地观察，他们检查了大约5.45亿年前生活在世界大部分地区的一种薄壳生物Cloudina，普遍认为它是有史以来第一个“生物矿化器”，一种可以创造壳或骨头以及软组织。

虽然之前的研究人员认为Cloudina是造礁者，但Maloof和Mehra能够利用他们对这种生物精致的管状结构的3-D重建得出结论，这些化石是从其他地区运来的，这表明Cloudina只起到了在最早的珊瑚礁系统中起次要作用。他们的工作出现在最新一期的美国国家科学院院刊上。

“我以为进去后我们会了解到关于这个令人惊叹的第一个生物矿化器和第一个造礁者的各种信息，但事实证明Cloudina更像是一个珊瑚礁居民，”地球科学副教授Maloof说。他现在将注意力转向了下一个最古老的潜在造礁者，一种生活在大约5.2亿年前的名为Archaeocyathid的海绵。

事实证明，Cloudina难以进行详细研究，因为它脆弱的外壳太脆弱，无法从周围的石灰岩中物理提取，而且无法使用传统的X射线断层扫描技术对其进行远程成像，这需要感兴趣的物体与周围材料之间的密度差异.由于Cloudina在化学上与石灰石相同，因此X射线实际上看不到这些化石。

PrincetonGrindingImagingandReconstructionInstrument(GIRI)包括一个工业研磨机、各种成像系统、灯和一个用于将样品固定到位的强力磁铁。在金刚石或硅胶轮去除几微米后，样品移到高分辨率图片上，然后移回。

大约五年前，Maloof和SituStudio的合作者BradSamuels组装了这项技术，创造了他现在所说的“活页簿”，即在岩石上千层薄片中移动的数字渲染图。被称为“GIRI”或“研磨机”的PrincetonGrindingImagingandReconstructionInstrument是对地质学家长期以来想知道岩石内部是什么样子的渴望的回应。

“自达尔文以来，人们一直试图弄清楚化石在3-D中的样子，当它们嵌入岩石中并且很难将它们取出时，”Maloof说。“当时人们以这种方式制作连续部分——但也许不是这种规模——他们会磨掉一点石头，画出来，再磨一点，画出来。……这可能非常耗时。”

输入GIRI，它可以切割薄至几微米(不到1%毫米)的切片，并且可以连续数周每天24小时运行。由于每个切片需要大约90秒来切割和成像，研究人员必须在速度和规模之间做出选择。Maloof和Mehra拍摄的大部分标本都被切成30微米的薄片，大约是人类头发厚度的三分之一。一个典型的一英寸厚的1,500切片样品需要大约一天半的时间来研磨和成像;在此期间，操作员只需更换一次机器液体并清洁擦拭器(每次切割后清洁表面)。

“这个过程是破坏性的，”马洛夫说。“恐龙骨骼、月球样本——有些标本人们不太可能给我们。它并没有真正阻止我们，因为大多数样品并不珍贵。Cloudina，它们有无数个——我们永远不可能把它们全部磨碎。”

GIRI可以生成任何实体物体的3D渲染图，无论它是否具有有效X射线计算机显微断层扫描(通常称为X射线CT或显微CT)所需的密度差异。此外，因为你在拍摄每一片的超高分辨率照片，所以你总是看到岩石本身，而不仅仅是遥感可以提供的密度模型。

“这当然是破坏性的，这是缺点，但很棒的是你可以看到照片并进行直接观察，”Maloof。“这就是改变我生活的原因：我喜欢它不是模特。你可以看到它。在任何给定的切片上，如果你发现了一些很棒的东西，你可以找到切片并说，“它看起来像什么?”......我们正在内部进行虚拟游览，而不是查看波形并试图解释它们。”