3D打印幫助科學家揭開海豚回聲定位的起源之謎
近日，科學家們對于在美國北卡羅來納州Lejeune營海軍陸戰隊基地海灘上發現的最新化石的深入研究掌握了理解齒鯨回聲定位早期起源的關鍵所在。這個最新研究是由古生物學家Travis Park會同來自莫納什大學（Monash University）、維多利亞博物館（Museum Victoria）和史密森學會（Smithsonian Institution）的同時共同完成的，其研究成果已于本周發布在了《Biology Letters》雜志上。回聲定位是齒鯨（比如海豚和鼠海豚）的一個獨特的天賦，這個天賦可以幫助齒鯨狩獵和導航。它是這些動物發展出來的用于在空間中為自己導航的一個及其靈敏的方法。
放大了10倍的異鄉齒鯨（左）內耳模型和現代海豚的內耳模型比較
據了解，這種空間定向的方法主要是借助于高頻聲音來完成的。該高頻聲音來自于齒鯨的鼻竇和一種被稱為脂肪瓜（fatty melon）的結構——這是構成齒鯨前腦的一塊脂肪組織。而反射回來的聲音信號則是依靠其靠近下顎的一塊獨特的脂肪組織接收，然后再傳遞給耳部的。據稱這種空間感知的方法十分準確，在水族館里的海豚藉此甚至能夠分辨出50英尺之外玉米粒大小的對象。
科學家們在Lejeune營海軍陸戰隊基地海灘上發現的這塊化石小小的，看上去就像一個普通的異形卵石。經過Park和他的同事的研究之后，認為它的年代可以追溯到漸新世——距今大約2600萬年——來自于齒鯨的一個古老的種群異鄉鯨（Xenorophidae）。
從須鯨到齒鯨的進化過程中，其聽力從低頻聲音到高頻聲音的演變
在墨爾本，科學家們使用最先進的顯微CT（MicroCT）創建了該化石內部詳細的3D圖像，從而獲得了這個古老而又令人難以置信精妙的耳朵結構的第一手資料。他們隨后3D打印出了這個遠古齒鯨內耳骨——也被稱為耳蝸——的放大物理模型。Park很快就意識到他們面前的這個3D打印模型“非比尋常”。“當第一次看到異鄉鯨內耳（的3D打印模型）時，我就震驚了，來自古老齒鯨的耳蝸結構與現代能夠回聲定位的海豚何其的類似。”Park稱。據古生物學家Shaena Montanari解釋說，該3D打印模型揭示了異鄉齒鯨的耳蝸擁有眾多能夠適應高頻聽力的結構，包括減少了耳蝸螺旋的匝數和全面縮短了耳蝸的長度。這一發現是一個很有說服力的線索，因為他們可以借此確認，早在2600萬年前，甚至可能更早，早期的齒鯨已經在使用十分先進的聲波定位系統。這意味著，在人類出現之前，幾百萬年前的海豚就在我們無法聽到的聲音的基礎上發展出了一個復雜的通信系統。從而幫助它們成為海底世界最與眾不同的哺乳動物物種，地球上最為聰明的動物之一。
然而，在回答了一個問題之后，這個詳細的3D化石掃描又帶來了更多的問題：“我們的研究表明即使是已知最早的齒鯨化石都擁有當前海豚用于回聲定位的所有工具。”該項研究的合作者之一Erich Fitzgerald解釋說。“但是它們必定是從某種不太具有此類能力的物種中進化而來的，那么這些物種是什么？它們是怎么開始這套“把戲”的？我們對于這群非凡生物起源的探索仍在繼續。”
盡管仍處于早期階段，3D掃描和3D打印技術將繼續在這一研究中發揮重要作用。根據Fitzgerald的說法，這是一種可以收集到寶貴信息的完美技術：“你可以（通過3D掃描和3D打印）得到化石內部所有的細節，而且這是一個完全無損的過程。”
（編譯自福布斯）
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