脊椎动物扫描发现“新故事”

张文韬/编译

脊椎动物扫描发现“新故事”

张文韬/编译

计算机断层扫描图像（从左至右）：水虎鱼（梅氏锯脂鲤），念珠蜥蜴和北极露脊鲸

● 亚当·苏梅尔斯将其喜欢扫描动物的业余爱好发展成了一项工作，他探索发现的工作方法简单高效，启发了同行，同时也吸引了一批志同道合的科研人员从事该项研究工作。因其研究工作为解剖学、进化学等领域工作开拓了新视角，其领衔的研究工作获得美国国家科学基金会（NSF）资助。

亚当·苏梅尔斯（Adam Summers）喜欢给死鱼进行计算机断层扫描，也就是常说的CT，他甚至已经把这个特殊的爱好发展到了学术痴迷的程度，因此获得了“鱼人”的绰号。他是个生物力学家，实验室在美国华盛顿圣胡安岛上的星期五港口。他说，“刚开始那会，我都会用士力架来换CT扫描的机会。”20年来，他一直扫描保存在液体中的鱼类标本，得到精细的3D图像，研究错综复杂的动物内部结构。每当他在网上发布这些精美的骨架图时，粉丝们就会急切地追问下一次会扫描什么鱼。苏梅尔斯总是半开玩笑地回应：“别着急，一个一个来，我会把所有的鱼类都扫描了。”

去年，美国佛罗里达州自然历史博物馆的爬虫学家大卫·布莱克本（David Blackburn）在“推特”上看到了苏梅尔斯发起的话题——扫描所有鱼，突发奇想，他说：“我将扫描所有青蛙。”布莱克本刚与博物馆馆长交流完其想法后，就给苏梅尔斯打了电话。他们决定寻找资金，增加投入，来实现“扫描一切”的目标。现在他们已经获得美国国家科学基金会250万美元的资助，2017年9月1日已经开始该项目——3D图像中脊椎动物多样性的开放性研究（简称oVert）。在接下来的4年中，布莱克本负责的工作是：用CT扫描2万多个来自全美国16个博物馆和大学的脊椎动物标本，覆盖已知种属的80%。oVert将从其中选择约1 000个样本（代表了大部分脊椎动物家族）用碘染料浸泡，从而加深软组织中的对比度，以便科学家们看到肌肉、循环系统、脑组织等。

项目得到的3D透视图将被上传到由杜克大学的进化人类学家道格·博耶尔（Doug Boyer）创办的MorphoSource的数字文献库里，这些数据将对几个研究领域的学者免费开放，包括比较解剖学、进化学、发育生物学和仿生学。布莱克本表示，“目标是让标本离开陈列架，更多地进入研究人员的手中，用到大规模的研究课题中。”

“很快，研究人员就能轻松获得所有脊椎动物的多样性结果，该项目将立即产生效用。”美国布朗大学的脊椎动物形态学者贝思·布雷纳德（Beth Brainerd）表示。

苏梅尔斯的业余爱好变成正式工作是从2015年他的实验室终于拥有CT扫描仪开始的。他偶然发现了一种提高扫描效率的简单方法：用酒精浸透的粗棉布把鱼独立包装，能防止干燥，裹叠成他所谓的“鱼卷饼”，这样能够一次扫描多个标本。迄今为止，他已经完成了2 400个不同种类、涉及4 500多个标本。

很多其他研究人员从苏梅尔斯实验室的鱼类CT扫描结果中获益匪浅。美国塔夫茨大学的卡珊德拉·多纳泰利（Cassandra Donatelli）想设计一种用于水下勘探的节能机器人，她使用3D模型模拟细长鱼类的关节和运动。德国波恩大学神经解剖学家迈克尔·霍夫曼（Michael Hofmann）正在开展对鱼类内耳的比较研究，希望弄清它们的听觉和定位。2017年4月，oVert项目的参与者之一，德州农工大学的鱼类馆长凯文·康威（Kevin Conway）展示了一种新的喉盘鱼，在扫描照片中，那种鱼的嘴里长着约2 000颗微小的牙齿，就像牙刷上的刷毛。

苏梅尔斯实验室的博士后研究人员马修·科尔曼（Matthew Kolmann）说，“让我吃惊的是，几乎每扫描一个种类，我们都会有新的发现。”水虎鱼的CT扫描结果显示，这种鱼会相互在对方骨头上留下细细的咬痕。布莱克本称这种发现是“自然历史附产物”，偶然揭示了动物的生活方式。

在研究一些只有一两件标本的罕见生物体的解剖学特点时，扫描是一种尤其有效的工具，布莱克本补充说，“因为没有人会想到真的解剖这些生物体标本。”（扫描结果还能揭示出一些生物的饮食情况，布莱克本发现青蛙的胃里有蚂蚁、螃蟹甚至还有其他的青蛙。）

在oVert项目中，6所已经拥有扫描仪的大学将扫描机构拥有的标本以及来自另外10个机构的标本。4位研究人员负责寻找适当的鸟类和哺乳动物标本，不过这是很有挑战性的工作，因为这些动物大都被干燥后制成了陈列标本。oVert旨在找到内脏完整的液体保存标本，这种标本仅在爬行动物、两栖动物和鱼类中比较常见。

康威将负责扫描体型巨大的标本，预计是500个，长度可达2米，体重可达250千克。另外，超大的物种将会使用幼体或胎儿标本。从前，他的团队扫描过雀鳝、鳗鱼、北极露脊鲸胎儿，甚至一条2.5米长的大眼沙龟鲨。

注射了碘染料的青蛙显露出肌肉、腺体、神经系统、卵、寄生虫等

这些标本多由博物馆收藏，虽然年代久远，外表可能残破，但是内部构造应该还是保存完好的。同时再用碘染料加深标本内部的对比度。项目的神经解剖学顾问、北卡罗来纳州大学的卡拉·郁帕克（Kara Yopak）预言，除了其他用途之外，oVert将开启稀有物种脑部进化研究。

促进教育和扩大研究是oVert的主要目标。佛罗里达自然历史博物馆的脊椎动物古生物学馆长布鲁斯·麦克法登（Bruce McFadden）喜欢在K-12教育中使用3D模型。以前，他与科学和艺术领域的教师们合作，根据牙齿CT扫描结果，帮助一群中学生重建与原物一般大小的史前鲨鱼下颚。

科学家将能够探索数千种物种的脊椎形状和解剖学，博耶尔很兴奋，他说：“先将以往我们认为正确的解剖学上的进化知识都放到一边，这次研究的范围与以往有很大的不同，我们必须用全新的眼光看待。”

[资料来源：Science][责任编辑：游 溪]