已经灭绝的远古生灵如何“复活”，很多科幻小说和影视给出的方法突破了常人的想象，从提取残留血液中的DNA复制恐龙到施用魔法棒让埋藏地层中的骨骼化石长出肌肉，故事情节很博大众眼球，然而往往违反基本的科学原理和常识。虽然，从生物学意义上的复活，人类还未探索出可靠的技术方法，但是从科学意义上的“复活”已经可以实现。从科学意义上的“复活”可以分为2个方面，一是化石的精确复制和古生物形象、生物体动作的复原，二是生物群落和生态环境的复原。

古生物学的建立，打开了人类探索史前世界的大门，然而直到20世纪90年代之前，都是基于标本的描述型学科。随着信息技术的发展，古生物学逐渐发展成为与数据密切关联的科学。从最早的数据统计分析，到数据模型的建立，再到如今通过数字技术实现对化石标本的精确扫描、复制以及复原，远古生灵插上了数字的翅膀，不仅使得古生物学者实现远程多地多人次的同步研究与数据共享，更使得博物馆、科学中心等科普教育平台的展示方式不断翻新，公众可以像穿越时空隧道一样，看到一个用科学密码还原的远古世界。

建立在数据基础上的古生物研究

古生物学以化石标本为重要研究对象，但是早期的古生物学家更多侧重于形态结构的描述，虽然他们会用游标卡尺进行测量，但是获得的数据量有限，并且这些数据分散而凌乱。计算机参与统计分析彻底改变了古生物学的研究方法，例如美国芝加哥大学学者塞普科斯基（Sepkoski）通过对显生宙生物多样性的统计分析识别出五次大灭绝事件。通过计算机，化石标本数据以及所在地层地质学数据的收录量呈几何级数增长，数据类型也呈现多样化的趋势，从基本数据会衍生出更多的数据类型。

五次生物大灭绝就是基于统计分析的结果

有学者将古生物数据划分为结构化数据和半结构化数据，生物物种出现时间、丰度、多样性等按照预定义方式组织的数据为结构化数据；而化石形态相关数据，如形态测量数据，界标点数据和形状数据等，则归入半结构化数据。结构化数据对于古生物地理区系的划分、古环境的分析有重要作用；而半结构化数据则是标本数字化建模和复原的基础。近年来，大数据在生物地理区系方面发挥了重要作用。许多学者发现在不同地区出现的生物群在生物组合上有一定的重合，不同地区之间其生物组合的重合程度不同，通过多元统计方法进行相似性分析，从而研究生物区的起源、演化。

浙江自然博物馆和中国科学院南京地质古生物研究所的科研团队曾经对二叠纪罗德期-沃德期全球381个腕足动物属分布数据的聚类分析，他们通过Filemaker Developer 数据库平台建立化石资料数据库，对数据库的结构进行了设计，该数据库包括6大模块40多个条目。接下来就是数据的收集发掘和分析，他们以种的出现为单条记录对已发表的生物化石信息进行搜集，对化石群落在空间和时间上的分布情况进行数据挖掘，提取地质时期内的古地理分析单元、属和种3个条目生成统计分析所需要的原始数据矩阵，进行进行聚类分析，区分出4个腕足动物生物域和9个生物区。此外，他们还进行多维尺度分析，结果显示与纬度相关的温度梯度是控制腕足动物分布的主要因素，古地理屏障和洋流可能在腕足动物空间分布模式的形成中同样扮演着重要角色。

元谋盆地工作区  供图/程业明

供图/程业明

元谋盆地采集的木化石

笔者曾经参与中国地质博物馆程业明科研团队对黑龙江伊春和云南元谋的木化石和古环境的调查研究工作。木化石作为重要的植物化石类型之一，保存了植物体茎干与根部次生木质部解剖结构特征，可以将这些特征与现生植物进行对比大体确定其科属，并根据将今论古的原理推断其古气候、古环境。同时根据植物群的组合面貌，多样性，各属种的丰度进行生物地理区划研究，进而推断影响植物种群分布的古地理因素。黑龙江省伊春木化石群出土于美溪区碧仓库林场土壤层下的砾岩和砂岩层中，科研团队分别对木化石横切面、径切面、弦切面制作切片，利用奥林巴斯DP72相机拍摄木化石显微构造图片。经过鉴定，发现其分属4科8属的裸子植物，其中松科木化石多样性最高,占据绝对优势。叶枝杉型木属、红豆杉型木属首次在黑龙江地区发现，通过数据收集和统计分析发现与俄罗斯远东地区同时期裸子植物群落具有较高的相似性。和伊春不同，云南元谋盆地新近纪地层中木化石标本，以被子植物木材为主，包括三尖杉科、松科、漆树科、大戟科、豆科、壳斗科、胡桃科、千屈菜科、楝科、无患子科、榆科等类群，通过和现代植物地理区系进行的相似性分析后，推断元谋盆地在新近纪上新世为亚热带气候，已经发育成金沙江流域的干热谷。

数字技术让化石实现“自我复制与复原”

在数字时代除了借助计算机统计分析进行宏观研究，对于化石标本的三维建模、精确复制以及复原也是重要的研究内容。

对于古生物三维建模

三维建模即采用激光扫描与建模技术对标本进行数字化工作。贵州师范大学科研团队曾经开展了胡氏贵州龙的化石扫描，他们使用带有高清纹理相机的激光扫描仪获取带纹理的标本点纹数据，为提高扫描精度，扫描工作安排在无噪音、采光和温湿度正常的室内进行，并且在工作签完成扫描仪的标定工作，使得数据标定误差小于0.1毫米。在扫描完成后，对点云数据进行精简优化处理，删除杂点、噪音点和冗余点，最终通过统一采样得到点云数据模型。之后基于这个数字模型采用硬质光敏树脂材料彩色3D打印系统进行复制。三维建模和3D打印技术使得化石标本的远程研究成为可能，对于重要的模式标本，数字模型和3D打印可以生成高精度的复制品，代替原件用于研究和展示，故降低原件在运输、研究过程中损坏的风险。

数字技术不仅使得化石能够像生物繁育后代一样自我复制，还能够通过分析生物体结构，参照现代同类或相似动物，附加未保存成为化石的肌肉和皮肤，并利用可视化的的动画软件在古生物三维复原模型上创建活动关节，使得其动起来，实现科学意义上的“复活”。湖南省地质博物馆曾经使用Autodesk Maya软件对于无牙芙蓉龙开展了三维复原。Autodesk Maya软件不仅具有三维视觉效果制作功能，而且与最先进的数字建模、渲染技术与运动匹配技术相结合，制作效率高，真实感强。该科研团队在分析芙蓉龙骨骼结构以及头骨与身体、身体和四肢等各部位比例关系的基础上，进行基础的模型定位，运用Autodesk Maya软件判断肌肉力臂、关节活动范围以及其他一些关键运动参数，并参考鳄鱼、河马等现生四足动物骨骼和肌肉生成规律、皮肤特征，在芙蓉龙骨骼数字模型上做出合理搭建，并根据其生活环境以及气候特征，推断皮肤上的相关细节，经过数字渲染技术复原皮肤上的褶皱和颜色等信息。最后根据芙蓉龙体型及骨骼解剖学特征，制作活动关节，并与数字模型进行绑定，渲染出符合其生理特征的动作，并通过动画呈现出来。

通过3D打印技术制作仿真恐龙

数字技术的发展不仅使得古生物的研究有了新的方法和工具，使得这一传统学科完成了从描述科学到数据科学的完美升级，更为重要的是数字化石技术在影视制作、博物馆展陈、图书出版以及各种文创产品开发中具有广阔的应用前景。目前在4D影院、博物馆展厅广泛使用的增强现实技术（AR技术）和虚拟现实技术（VR技术）能够使得公众像是穿越时空一样回到远古时代，而3D打印的化石模型使得古生物爱好者能够将镇馆之宝级的标本“买回家”，集文字、声音、图像于一体的电子出版产品突破了纸质出版物的限制，使得读者全方位地感受远古生灵的信息。

或许在可预见的未来，让已经逝去亿万年的远古生灵实现生物学意义的复活仍是科幻小说的情节，但是数字技术可以实现科学意义的复活，将地球史前世界的大门向公众敞开。

作者单位：中国地质博物馆