中子骨成像让霸王龙活了起来
里贾纳大学博士生杰里特·米切尔站在奥尔兰国家实验室的VENUS光束线外，手持一根来自皇家萨斯喀彻温博物馆发现的最大霸王龙的化石肋骨。图片来源：Sumner Brown Gibbs/美国能源部国家实验室
（神秘的地球uux.cn）据橡树岭国家实验室（作者：萨姆纳·布朗·吉布斯）：斯科蒂的一根肋骨骨折，斯科蒂是发现的最大霸王龙骨骼，帮助科学家揭示了6600万年前地球生命的新信息。斯科蒂的肋骨保留了化石记录中罕见的东西：一处时间静止的愈合伤口。
科学家们利用能源部橡树岭国家实验室的中子成像，深入化石骨骼内部，构建三维视图而不改变保存的软组织。
“这就像中了彩票，”加拿大萨斯喀彻温省里贾纳大学物理学教授毛里西奥·巴尔比说。“斯科蒂的肋骨包含了从未在化石中观察到的庞大矿化血管网络。”
化石化很少保留软组织，如血管，这些组织通常因腐烂而随时间流失。斯科蒂的肋骨成为了一个非凡的例外。
骨折发生时，富含铁的血液流入该区域，形成血管以促进愈合。但在断裂的肋骨完全愈合之前，斯科蒂死于咸湿的沼泽，这减缓了腐烂，也有助于保存脆弱的血管网络。
“每块化石都是过去的一小片快照，”罗宾逊大学物理学博士候选人杰里特·米切尔说，他领导着该项目，巴比的指导下。
皇家萨斯喀彻温博物馆的研究团队在萨斯喀彻温省的法兰西河谷发现了斯科蒂的遗骸，这里是北美最丰富的恐龙化石遗址之一。该地区保存了恐龙濒临灭绝前夕的宝贵窗口。团队还在研究化石琥珀、恐龙鳞片和其他恐龙骨骼。
“通过拼凑线索，我们理解了过去以及未来事物可能的发展，”罗斯波那大学物理学助理教授、前奥尔兰国家实验室博士后研究员Marcella Berg说。
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中子和X射线技术构成了材料科学的重要发现管道。中子能以极高的清晰度揭示元素周期表上的轻元素——尤其是氢——而X射线则擅长显示更重的元素。
结果的差异就像MRI能突出软组织如肌肉，而X光则突出骨头等致密结构。科学家根据所研究材料的特性选择不同的中子和X射线技术。
里贾纳大学研究人员将埃德蒙顿龙的保护壳体带到ORNL高通量同位素反应堆的MARS光束线，以更好地理解化石软组织。图片来源：Sumner Brown Gibbs/美国能源部国家实验室
该团队的工作建立在2020年米切尔（当时还是罗丹麦大学本科生）发现斯科蒂肋骨内有血管的证据上。在加拿大光源工作期间，米切尔最初采用了一种非侵入式X射线成像技术，称为微型CT扫描。该技术证实了斯科蒂肋骨切割中化石软组织的存在。
随着项目推进，团队结合了额外的X射线技术，如加拿大光源的同步辐射，与显微镜观察愈合过程及细胞层面化石组织。
在用X射线技术揭示化石化血管后，研究人员寻找中子以发现血管和其他软组织留下的更多线索。
2026年4月，团队转向了位于ORNL高通量同位素反应堆的MARS仪器和位于ORNL的脉冲中子源的VENUS仪器。他们利用中子验证了先前的发现，非破坏性测量了包括斯科蒂肋骨在内的大骨头，并获得了图像对比度，补充了其他技术的结果。
伯格说：“中子不仅证实了我们用同步辐射技术发现的证据，这些技术导致了斯科蒂肋骨中血管的发现，而且它们也成为我们当前寻找化石软组织保存研究中极具价值的补充。”“这让我们能够获得极其丰富的细节，更好地理解这些特性，同时不影响样本。”
MARS产生冷中子，非常适合揭示软组织特征、富含氢的区域和细微对比度。团队利用MARS创建了较小骨骼、琥珀和化石鳞片的高分辨率图像。金星产生高能中子，非常适合揭示深层内部特征和拍摄大型样品的三维图像。团队利用VENUS创建了包括斯科蒂肋骨在内的较大骨骼的高分辨率3D图像。
在成像实验中，中子与所有原子相互作用——对氢原子尤为敏感——提供生成图像所需的数据。由于中子的独特性质，它们能够揭示其他技术难以或不可能获得的信息。
“人们常常认为中子是研究电池或先进材料的工具，但它们同样具有创新性，能够解答关于古代生命的问题，”金星首席仪器科学家哈西娜·比尔赫说。
团队计划继续分析在金星号和火星号收集的数据，扩展研究至更多化石，并比较不同物种的愈合模式。他们将结合中子成像与X射线技术，研究化石中的病理并比较现代物种的差异。
米切尔说：“藏在藏品里的化石比你想象的还多，隐藏着千百万年前的秘密。”“将它们放入同步加速器或中子源中，让我们能够前所未有地发现古代生命的新发现。”
