2亿多年前的贵州龙是腱子肉还是肥膘肉？XRF升级版给出答案

　　我们在博物馆等场所看到的古生物复原模型通常是根据其骨骼化石与现代生物对比而创作的，充满了人们对力量的渴望以及对健美的想象。然而，由于肌肉和内脏等软体在生物死亡后通常会很快腐烂，无法在地层中保存下来，因此仅通过硬体化石很难复原生物的真实外形。譬如，活跃在2亿多年前的贵州龙，它们的身材是有强健肌肉还是一身肥膘？样貌是像胸前有个大气囊的蜥蜴，抑或是有个大肚子的鳄鱼？

　　生物死亡后埋藏在沉积物（如泥沙）中，其肌肉、内脏在腐烂过程中会产生各种化学物质，如大量的有机酸、还原性物质、二氧化碳、硫化氢，甚至氨气等等，这些物质会跟周围的沉积物发生反应形成新的矿物或改变原有的组成，影响范围可能达到几厘米甚至更厚。这些新物质的颜色、结构与围岩基本一样，用肉眼和显微镜通常难以分辨。然而，这些改变了的沉积物却往往有不同于周围沉积物的化学元素背景，因此可以用化石及其围岩表面的化学元素分布，追寻这些新物质也就是生物软体的形状或轮廓的线索。

　　常见的表面化学元素分布测量仪器，如电子显微镜及能谱，只能分析毫米级以下尺寸样品。仅有的用来分析大型化石表面化学元素分布的仪器设备，则需要将化石打磨或切割成一个平面并放入真空系统中才能进行准确分析。因为分析条件需要保持固定的样品和X射线光源及检测器之间的距离，样品表面光洁，并排除周围的氧气和氮气。因此这种对样品的破坏性预处理，不能满足我们对珍稀化石标本进行无损研究的需要。

　　研制的设备的原理框架图和原型机

　　为解决上述问题，中国科学院南京地质古生物研究所王伟研究员课题组，基于多方面的创新设计，改进了目前国际上最先进的大幅面材料表面化学元素扫描设备（如德国Bruker的X射线荧光分析仪M6）存在的缺陷，研制了可以分析不规则、立体化石表面的化学元素分布的X射线荧光无损分析仪，部分创新技术已经在两个发明专利中公开。

　　两种形态（a-c）和表面特征（d-e）的校正机理；克服了国际上最先进的设备需要将珍贵化石标本进行磨平抛光的破坏性分析方法的缺陷

　　设备启动封面界面和软件相应的功能键

　　该自主设计研制的最新设备的技术及原理创新点包括：1）根据化石表面的3D结构形态，确定每个测量点的X射线光源和检测器的空间位置，从而保证每个测量点都有一致的X射线光源到样品及样品到检测器之间的距离，而不需要对化石样品进行磨平破坏；2）用多通道旋转氦气柱在测量区域内形成几乎没有氧气和氮气等的测试环境，有效替代测量所需的真空条件；3）用激光束辅助光线测量化石等样品表面的粗糙度，并对检测到的X射线荧光进行校正，免去了需要对样品表面进行抛光的预处理要求；4）整个系统可简易拆装，方便在不同环境，甚至可以对野外不可移动样品开展无损检测；5）通过多图叠加，可以分析表面积更大的样品。

　　经过形态校正的化石表面钙元素分布图

　　A为化石标本，B为化石的3D形状模型(红色-黄色等突出部分为凸起的骨骼)，C为经形态校正的化石表面的钙元素分布(如躯体和颈部之间的大片区域的钙含量比周围高)

　　课题组利用此设备对一块贵州龙化石表面的钙和铁元素的分布规律进行了初步研究，发现：1）贵州龙前胸部相比较腹部，钙元素分布面积更广，指示其前胸部软体可能更加膨大（原来它是一个胸肌发达的游泳高手呢~）；2）该贵州龙腐烂降解过程中，其内脏或腐烂产物更有可能从前胸溃烂口以及口腔处形成的通道流出；3）化石标本头部颞窝及附近位置出现元素分布异常，推测该位置可能存在人为修补的可能。

　　化石标本上钙和铁的分布

　　(a)和(c)中红色较深部位，可能是软躯体较厚的位置和腐烂产物的排出通道。其中(c)中显示，化石颅部的部分位置(如颞窝)的钙元素分布异常底(浅蓝色)，说明岩石存在被人为后期修补的可能

　　该设备除了可以用于研究具有不规则表面岩石、化石和文物等表面的化学元素的分布以外，还可以用于分析具有不规则表面的建筑、金属结构材料、野外场地等物质的元素分布。

　　作者在文中强调，随着“物联网”和“工业互联网”的广泛应用，满足古生物学家需求的专业设备的设计和开发正在变得简单。技术解决方案和工具设计将成为科学研究的一部分，并将为发现远古生命有关的更新、更有吸引力的证据提供更多的新工具。

　　该研究得到中国科学院和国家自然科学基金委员会的联合资助。