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3D打印助科学家揭开海豚回声定位起源之谜

2016-04-18 08:55
苏子言岁月
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  近日,科学家们对于在美国北卡罗来纳州Lejeune营海军陆战队基地海滩上发现的最新化石的深入研究掌握了理解齿鲸回声定位早期起源的关键所在。这个最新研究是由古生物学家Travis Park会同来自莫纳什大学(Monash University)、维多利亚博物馆(Museum Victoria)和史密森学会(Smithsonian Institution)的同时共同完成的,其研究成果已于本周发布在了《Biology Letters》杂志上。回声定位是齿鲸(比如海豚和鼠海豚)的一个独特的天赋,这个天赋可以帮助齿鲸狩猎和导航。它是这些动物发展出来的用于在空间中为自己导航的一个及其灵敏的方法。

  放大了10倍的异乡齿鲸(左)内耳模型和现代海豚的内耳模型比较

  据了解,这种空间定向的方法主要是借助于高频声音来完成的。该高频声音来自于齿鲸的鼻窦和一种被称为脂肪瓜(fatty melon)的结构——这是构成齿鲸前脑的一块脂肪组织。而反射回来的声音信号则是依靠其靠近下颚的一块独特的脂肪组织接收,然后再传递给耳部的。据称这种空间感知的方法十分准确,在水族馆里的海豚藉此甚至能够分辨出50英尺之外玉米粒大小的对象。

  科学家们在Lejeune营海军陆战队基地海滩上发现的这块化石小小的,看上去就像一个普通的异形卵石。经过Park和他的同事的研究之后,认为它的年代可以追溯到渐新世——距今大约2600万年——来自于齿鲸的一个古老的种群异乡鲸(Xenorophidae)。

  从须鲸到齿鲸的进化过程中,其听力从低频声音到高频声音的演变

  在墨尔本,科学家们使用最先进的显微CT(MicroCT)创建了该化石内部详细的3D图像,从而获得了这个古老而又令人难以置信精妙的耳朵结构的第一手资料。他们随后3D打印出了这个远古齿鲸内耳骨——也被称为耳蜗——的放大物理模型。Park很快就意识到他们面前的这个3D打印模型“非比寻常”。“当第一次看到异乡鲸内耳(的3D打印模型)时,我就震惊了,来自古老齿鲸的耳蜗结构与现代能够回声定位的海豚何其的类似。”Park称。据古生物学家Shaena Montanari解释说,该3D打印模型揭示了异乡齿鲸的耳蜗拥有众多能够适应高频听力的结构,包括减少了耳蜗螺旋的匝数和全面缩短了耳蜗的长度。这一发现是一个很有说服力的线索,因为他们可以借此确认,早在2600万年前,甚至可能更早,早期的齿鲸已经在使用十分先进的声波定位系统。这意味着,在人类出现之前,几百万年前的海豚就在我们无法听到的声音的基础上发展出了一个复杂的通信系统。从而帮助它们成为海底世界最与众不同的哺乳动物物种,地球上最为聪明的动物之一。

  然而,在回答了一个问题之后,这个详细的3D化石扫描又带来了更多的问题:“我们的研究表明即使是已知最早的齿鲸化石都拥有当前海豚用于回声定位的所有工具。”该项研究的合作者之一Erich Fitzgerald解释说。“但是它们必定是从某种不太具有此类能力的物种中进化而来的,那么这些物种是什么?它们是怎么开始这套“把戏”的?我们对于这群非凡生物起源的探索仍在继续。”

  尽管仍处于早期阶段,3D扫描和3D打印技术将继续在这一研究中发挥重要作用。根据Fitzgerald的说法,这是一种可以收集到宝贵信息的完美技术:“你可以(通过3D扫描和3D打印)得到化石内部所有的细节,而且这是一个完全无损的过程。”

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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