白垩纪鸟类化石：研究人员使用3D技术揭示喙的发育

由俄亥俄大学（OU）骨科医学大学传统学院教授领导的国际研究团队宣布，从马达加斯加发现了晚白垩纪乌鸦大小的干鸟，喙长而深，这在中生代鸟类中是未知的并且从表面上类似于巨嘴鸟等现代鸟类。新鸟Falcatakely的重建突出了面部和喙形的进化变化。为了弄清干鸟的解剖结构，研究人员使用了高分辨率微计算机断层扫描（microCT）和广泛的数字建模技术，从嵌入的岩石中解剖出了各个骨骼，并通过数字模型的3D打印进行了放大以重建头骨并与其他物种进行比较。

该标本位于马达加斯加西北部，属于一种灭绝的鸟类，被称为“对映鸟氨酸”，生存了超过6600万年，这可追溯到白垩纪末期。根据发表在《自然》杂志上的一篇新论文中的描述，这一发现对于完善与早起鸟类的形态进化和多样化有关的假设至关重要，由于缺乏新的化石发现，该发现相对来说还不完整。

古生物学家马克·威顿（Mark Witton）的作品捕捉了Falcatakely的生物学和环境以及其microCT解剖的过程。

在整个非洲黑人-马达加斯加白垩纪时期，鲜为人知的鸟类很少。据俄亥俄大学新闻报道，鸟类骨骼由于其骨骼轻巧，体积小而在化石记录中很少见，而鸟类头骨则更为罕见。Falcatakely是国家科学基金会资助的团队在马达加斯加发现的第二个白垩纪鸟类物种，在研究中指出，这一最新标本扩大了对映鸟氨酸进化和整个中生代鸟类中已实现的颅形差异的知识。

OU的解剖学和神经科学教授，该研究的主要作者O'Connor说：“当面孔开始从岩石中露出来时，我们知道它是非常特别的东西，即使不是完全独特的。” “具有如此高，长脸的中生代鸟类是完全未知的，Falcatakely提供了一个很好的机会来重新考虑有关导致现代鸟类的血统中头部和喙进化的想法。”

研究合著者Joseph Groenke（左）和Patrick O'Connor博士（右）。

由于组成头骨的轻巧骨骼的复杂排列，精致的标本仍部分嵌入岩石中。尽管非常小-估计头骨长只有8.5 cm-独特的保存揭示了喙的许多重要细节和独特的发展，例如在骨头上的一系列复杂的凹槽构成了脸的侧面，表明该动物具有生活中广阔的角蛋白覆盖物或喙。

由于O'Connor和他的同事无法从岩石中取出Falcatakely的单个骨头进行研究，因此研究团队使用microCT扫描和数字重建技术对标本进行了生命重建。纽约的石溪大学 放射学系进行了初步的扫描，随后在OU爱迪生生物技术研究所使用了microCT扫描仪。为了便于研究和重建标本，一些多边形文件被导出为STL文件，并使用位于OU创新中心的Stratasys Objet350 Connex 3D原型机以其自然大小的三倍进行打印。

负责3D打印过程的实验室主任Misako Hata负责监督生物技术研究与开发机构和3D打印机实验室的运营，并在3D打印方面拥有丰富的经验。

OU Heritage骨科医学学院的研究合著者和实验室协调员Joseph Groenke说：“这样的项目在比较解剖学，古生物学和工程/材料科学等学科之间架起了桥梁。我们与俄亥俄州大学创新中心的合作关系是该过程的关键部分。能够将每根骨头看作原型复制品，是理解标本和重建标本的基础。”

随着研究的进展，专家们很快就意识到，构成Falcatakely面部的骨骼的组织结构与任何恐龙，鸟类或非禽类的骨骼完全不同，尽管其表面与当今活着的几个现代鸟类群相似。奥康纳（O'Connor）描述，猎鹰一般可能与任何数量的现代鸟类相似，但皮肤和喙都在适当的位置，但其潜在的面部骨骼结构却与科学家对鸟类进化解剖学的了解相违背。

使用microCT生成的Falcatakely重建显示了几乎完整的右泪。数字化重建的味蕾展现出中生代早期鸟类通常无法观察到的大量细节。石溪大学的研究合著者兼解剖学副教授艾伦·特纳（Alan Turner）指出，灭绝的对映鸟鸟群，其中Falcatakely属于，代表了早起的鸟类的第一个伟大的多样化，与非鸟类亲属（如霸王龙和迅猛龙（一种土耳其大小的羽毛兽脚类，不同于侏罗纪公园的猛禽版本））一起占据了生态系统。特纳指出：“与最早的鸟类（如始祖鸟）相比，长尾巴和头骨具有原始特征，对映鸟氨酸（如Falcatakely）看上去相对较现代。”

“我们对现在的马达加斯加白垩纪时代的动物，植物和生态系统了解得越多，就越能看到其独特的生物特征可以追溯到过去，不仅反映了近代岛屿生态系统，”他说。奥康纳。“ Falcatakely的发现突显了地球的许多深厚历史仍然笼罩在神秘之中，尤其是在地球上相对较少被探索的那些部分。”

晚白垩世对映鸟氨酸鸟Falcatakely的艺术家重建。

多年以来，古生物学家一直在转向3D扫描和3D打印数字重建技术，以通过复制，重建和研究化石与功能形态来推进其研究。早期的研究人员使用铸模和铸模与其他研究人员和公众共享化石复制品。如今，专家可以通过将扫描转换为3D打印结构来使虚拟文件有形。

例如，荷兰的保育人员正在使用3D打印机创建可以填补恐龙头骨（著名的三角恐龙头骨21号）最终空隙的碎片，耶鲁大学的皮博迪自然历史博物馆将其出售给了1950年代代尔夫特大学地质博物馆；或加拿大皇家泰瑞尔博物馆的古生物学家，他们使用3D打印来复制易碎的化石，从而使我们对过去地质学的研究更接近于看起来的样子。