Stel je een paleontoloog voor en je denkt waarschijnlijk dat iemand in een rotsachtige woestijn dinosaurusbeenderen opgraaft, of gebogen over een plak rots in een laboratorium, langzaam oude sedimentlagen weghakt om de versteende overblijfselen van een vervlogen tijdvak te onthullen.
Maar volgens een nieuw artikel van de paleontologen van de Universiteit van Bristol is dat beeld van solitaire, stoffige dinosauruswetenschappers erg verouderd.
John Cunningham, de hoofdauteur van de krant, zegt dat de moderne studie van uitgestorven dieren wordt aangestuurd door geavanceerde beeldverwerkingstechnologie, 3D-modellering en virtuele reconstructie en dissectie - onze kennis van de oude dieren maar ook van andere oude en nieuwe soorten.
Dankzij nieuwe beeldvormingstechnieken kunnen fossielen zelfs virtueel worden verwijderd uit de omringende rotsen, waardoor maanden of jaren nauwgezet werk worden bespaard; de resulterende virtuele botten kunnen eenvoudig worden gedeeld en bestudeerd, of zelfs worden afgedrukt.
Zoals met zoveel andere industrieën, helpt 3D-printen en modelleren paleontologen om een beter beeld te krijgen van fossielen dan ooit tevoren. Met 3D-modellen kunnen wetenschappers specifieke delen van het specimen manipuleren voor verder onderzoek, ontbrekende secties vervangen door gegevens uit een ander deel van dat bot of digitaal schedels of andere complexe structuren reconstrueren die tijdens het fossilisatieproces zijn afgeplat of anderszins vervormd. Zachte weefsels, zoals de binnenkant van de hersenkast, of spieren die zich op waarneembare punten op de botten hechten, kunnen ook vrijwel worden gereconstrueerd.
Zodra deze precieze modellen zijn gemaakt, kunnen de fossielen op nieuwe manieren worden getest, bijvoorbeeld door ze aan biomechanische analyse te onderwerpen, net zoals constructeurs bruggen en gebouwen testen voordat ze worden gebouwd. Dit kan wetenschappers vertellen hoe een bepaald dier had kunnen lopen, wat het at, hoe snel het kon bewegen en welke soorten bewegingen het niet kon maken vanwege beperkingen van zijn botten en spieren.
Vooruitgang in röntgenbeeldvorming en elektronenmicroscopie, waarbij elektronenstralen worden gebruikt om een beeld van een exemplaar te maken, stelt wetenschappers ook in staat om met een verrassend detailniveau te kijken, niet alleen in rotsen die fossielen bevatten die nog niet volledig fysiek zijn blootgesteld, maar in de lichamen van de gefossiliseerde dieren zelf.
Een team in Duitsland bijvoorbeeld, heeft onlangs aangekondigd dat ze de vroegst bekende vogel hebben ontdekt die planten bestuift, omdat ze meerdere soorten stuifmeelkorrels in de maag van het 47 miljoen jaar oude fossiel konden zien en onderscheiden.
Verbazingwekkend, echter, zegt Cunningham dat er nog preciezere methoden zijn voor beeldvorming. Synchrotron-tomografie, die een deeltjesversneller gebruikt om zeer heldere röntgenstralen te produceren, resulteert in precieze, schone beelden, zegt Cunningham, waardoor zichtbare structuren kleiner worden dan een duizendste van een millimeter, of een honderdste van de dikte van een grote hoeveelheid menselijk haar .
"Met behulp van synchrotron tomografie zijn we in staat geweest om bewaarde subcellulaire structuren inclusief mogelijke kernen te visualiseren, " zegt Cunningham. "Het is zelfs mogelijk om dergelijke structuren volledig virtueel te ontleden."
Deze afbeelding laat zien hoe foto's van een fossiel (links) werden gereconstrueerd met digitale hulpmiddelen (rechts). (Universiteit van Bristol) Big Dino-gegevens Het verplaatsen van gegevens uit enorme fossiele verzamelingen van stoffige specimenplanken naar de virtuele wereld is echter een ander probleem. Mark Norell, voorzitter van de paleontologie-divisie van het American Museum of Natural History, en zijn team hebben enorm veel tijd besteed aan het digitaliseren van hun bestanden. "We hebben hier een scanner en deze werkt bijna 24 uur per dag", zegt hij. Hoewel het tijdrovend is om te creëren, biedt de snel groeiende voorraad digitale fossiele gegevens nieuwe mogelijkheden voor samenwerking, samen met de mogelijkheid om tientallen exemplaren van instellingen over de hele wereld te vergelijken.
Norell zegt bijvoorbeeld dat een van zijn studenten zojuist een proefschrift voltooide met reconstructie van het binnenoor van levende en gefossiliseerde slangen. Ze omvatte ongeveer honderd exemplaren, maar "scande eigenlijk maar ongeveer de helft, " zegt Norell. "De anderen waren dingen die andere mensen al hadden gepubliceerd [dus] die onbewerkte scans waren al geüpload."
Maar ondanks de vooruitgang, zeggen Cunningham en zijn team dat oude wetten die fossiele auteursrechten aan musea binden, en een gebrek aan een grootschalige elektronische infrastructuur om gegevens op te slaan en te delen, het veld tegenhouden van snellere vooruitgang.
Sommige onderzoekers zijn ook niet zo enthousiast om hun gegevens te delen als ze zouden moeten zijn, zelfs na publicatie, als er potentieel is voor verdere studies begraven in de gegevens, zegt Cunningham. Veel musea hebben auteursrechten op hun fossielen, wat legaal delen verhindert, en andere exploiteren ook geavanceerde paleontologie-technologie voor winst, zegt hij.
"Sommigen zijn op hun hoede voor het toestaan van wijdverspreide toegang tot digitale gegevens, omdat iedereen met toegang tot een 3D-printer zou kunnen beginnen met het afdrukken van modellen, " zegt Cunningham - wat goed kan zijn voor hobbyisten en leraren op de middelbare school, maar het resultaat kan schaden van de instelling die de gegevens bezit.
Naast het verzamelen van de gegevens zelf, is een grote uitdaging voor instellingen de mogelijkheid om de grote hoeveelheden gegevens op te slaan, te onderhouden en beschikbaar te stellen die nu door paleontologen worden gegenereerd, zegt Cunningham.
Norell zegt echter dat er verschillende gegevensrepository's - zoals Digimorph aan de Universiteit van Austin, MorphoBank in Stony Brook of Morphbank aan de Florida State University - beschikbaar zijn voor onderzoekers. Hij vindt ook niet dat de technische en financiële hindernissen van het opslaan en delen van de gegevens zo moeilijk te overwinnen zijn.
"Ik werk met een stel astronomen hier in het museum, en het soort gegevens dat binnenkomt van hun instrumenten is drie orden van grootte groter dan het soort gegevens dat we krijgen uit tomografische studies, " zegt Norell. "Dus het is een probleem, maar het is geen probleem."
Leren van de levenden
De twee zijn het er echter over eens dat een van de belangrijkste problemen waarmee het paleontologie momenteel wordt geconfronteerd, is hoe verrassend weinig we weten over moderne, levende dieren.
Zoals Cunningham en de andere auteurs in hun artikel opmerken: "... de belangrijkste beperkingen bij het lezen van het fossielenbestand liggen nu voornamelijk en enigszins ironisch in de slechte staat van kennis van de anatomie van de levende biota."
Norell is dit probleem ook tegengekomen. Zijn laboratorium heeft de hersens van dinosaurussen die nauw verwant zijn aan vogels, praktisch gereconstrueerd. Maar toen ze begonnen te zoeken naar vergelijkende gegevens bij moderne dieren, konden ze geen enkele hersenactivatiekaart vinden voor een levende vogel. Dus zijn medewerkers van het Brookhaven National Laboratory moesten een kleine PET-scanhelm voor vogels bouwen en de moderne gegevens verzamelen die ze nodig hebben voor hun oude vergelijkingen zelf.
"Voorheen werden de meeste paleontologen voornamelijk opgeleid als geologen, " zegt Norell. "Nu ... de meesten van ons beschouwen onszelf als biologen die soms aan fossielen werken."
