科学家发现了琥珀（我把一块琥珀放到这个机器里）

琥珀，又叫做树脂化石，是远古生命活动历史瞬间能够留存下来的“时间胶囊”和“3D相机”。目前世界已知仅有100多个琥珀产地，然而大多数琥珀产地属于新生代，与恐龙无直接关联。中生代的琥珀产地则是寥若晨星，其中缅甸琥珀以其产量大、品质高、内含物丰富著称。然而就是这样重要的琥珀产地，其研究过程也并非一帆风顺。

缅甸琥珀的研究历史

自汉代以来，缅甸琥珀就已经流传到中国，一直持续到1885年英国占领缅甸。在这近两千年的过程中，缅甸琥珀通常被作为珠宝供皇室和贵族使用，这与缅甸琥珀是世界上最硬的琥珀有关（因为缅甸琥珀形成时，同时有方解石类物质构成）。作为珠宝用途，当时的选料主要看重透明度、颜色、光泽等物理性质，有杂质的琥珀则大多被遗弃或研碎。

作为近代博物学的发源地，英国在占领缅甸后，很快就注意到缅甸琥珀内含物的科学价值，并在20世纪初期先后采购了几百吨的缅甸琥珀，并将其运送到英国，其中很大一部分保存在英国自然历史博物馆。这个时期的研究以欧洲人为主，也曾发现了不少门类的生物，并将缅甸琥珀这一重要学术资源呈现在世人面前，史称缅甸琥珀的再发现。

之后经过了二次世界大战，世界格局进行了重整，英国退出缅甸，缅甸独立了，但缅甸琥珀产地仍然处于反政府军和政府军交战地区，其产量至今仍然不稳定。

但学术发展的潮流是不可逆转的，缅甸琥珀的价值不断被发掘出来，尤其是近些年新的开采技术的应用，很多更深层位和更多地点的缅甸琥珀被发掘出来，众多惊人的发现被报道。

截至2018年，目前已在缅甸琥珀中发表了713属916种生物，涵盖动物、植物和真菌三界37纲99目510科。不过，这些发现很大一部分都是在2014年之后发表的。在2014年前，每年发表缅甸琥珀的文章数量平均不足20篇，而从2015年开始飙升至年均120篇以上，并且还在持续增长。

这些缅甸琥珀提供了众多恐龙时代生物的直接证据，为科学家们理解恐龙时代的生态系统组成、类群演化、古环境变迁等提供了难能可贵的材料。

与其他化石产地不同的是，缅甸琥珀的研究有其特殊性。这除了表现在科级及以下阶元的逐渐丰富以外，还体现在一些重要生物类群和灭绝高级阶元的发现上。前者包括恐龙、古鸟、蛙类、蛇类、天鹅绒虫、介形虫、蛩蠊目等重要支系在缅甸琥珀的发现，后者则包括奇翅目、飘翅目等昆虫纲新目。

这些发现，首次向世人展示了一些重要生物类群精细的形态信息，比如恐龙、鸟类羽毛的三维形态，羽毛与羽囊的排列方式，微米级的羽衣特征，也展示了蛇皮上鳞片的微结构，天鹅绒虫爪的超微形态等等。

2D到3D

然而这些还仅仅是在光学显微镜下的二维形态研究。由于琥珀内含物往往被一些杂质所遮挡，一些重要的结构无法通过光学显微镜直接观察，比如脊椎动物的内部骨骼，奇翅目昆虫后翅遮挡下的腹部末端生殖器等。

因此，亟需无损获得三维形态和内部形态的方法。我本人原本从事现代形态学研究，曾在德国耶拿大学长期访学（洪堡学者），熟悉三维数据的获取与重建流程。由于一些机缘巧合，我有幸参与到了一些重要缅甸琥珀的研究之中，在这个过程中，通过解决一些前所未有的棘手问题，也推动了现代形态学在琥珀中的应用。

主要包括两个方面的工作，第一是利用现有技术，第二则是自行研发新的技术。利用现有技术是通过显微CT、同步辐射（来自北京光源、上海光源、欧洲光源、美国芝加哥光源等）CT成像和X射线荧光成像等现代技术，获得这些珍贵研究材料的内部结构的三维信息和微量元素分布图以及元素价态信息。

然而这些材料每个标本都是独一无二的，而且与现生样本可以获得较为“干净”的三维数据不同，琥珀CT扫描和三维重建的过程常常没有现成经验可循，而且其三维数据也往往掺杂了大量杂质，无法通过自动重建获得三维模型，只能通过一点点的尝试，多次失败后，才能逐渐获得感兴趣的信息。

比如，在研究古鸟的过程中，首先需要对整个鸟翅进行扫描，先大致了解骨头的保存状态。之后，再进行分段高清扫描，并经过逐张检视和判定、手工图像分割后，才能得到最终三维模型。这样的重建过程通常需要耗费大量的人力、物力和时间。

新仪器和新软件的助力

然而，并非所有琥珀都能够获得CT数据（专业名词是衬度），因此大概一半以上的琥珀无法获得三维信息。为此，我们也在探索研发新的形态获取技术。凑巧的是，在中科院仪器研发项目的支持下，中科院动物所牵头了结构光照明显微镜的研发（中科院西安光机所参与），该仪器能够快速地获得原色高分辨率三维形态。该新仪器获得一套三维数据的时间可以为几秒到几分钟的时间，空间分辨率可以达到亚微米级，视野可以达到厘米量级。该仪器原本为现生材料所设计，后来发现该仪器可以用在琥珀研究中，而且成为了CT下无衬度琥珀获得三维数据的唯一方法。

除了研发新硬件以外，我们还在关注新软件系统的研发。琥珀内含物的鉴定通常非常困难，这与其样本保存状态、琥珀化的埋藏历史，以及类群的特异性有关。目前，我们已经初步搭建了基于深度学习的现生甲虫智能鉴定系统（甲虫约占生物已知种类的四分之一，是最大的生物类群），该系统涵盖了约3万种甲虫，全部已知科，科级识别率能够达到约89%，该系统即将提供在线公开测试。在这个基础之上，我们希望能够利用深度学习算法，搭建琥珀的自动化鉴定系统。在进一步完善琥珀数据并进行相关深度学习训练后，未来有望给琥珀甲虫鉴定提供一个参考系统。

不再仅仅是科幻题材

缅甸琥珀恐龙标本（伊娃）的断面出现了高度富集的铁元素，近边吸收谱分析表明，其中80％以上的铁样本为二价铁，这些是血红蛋白和铁蛋白的痕迹。但由于缅甸琥珀标本的年龄近1亿年，远远超过了DNA的半衰期，所以这些标本在目前的技术条件下，尚无可能获得有价值的DNA片段，因此电影《侏罗纪公园》中恐龙复活场景目前依旧只能留在科幻里。但是未来呢？一切皆有可能！希望缅甸琥珀留存下来的这些难能可贵的研究样本，能够为人类迎接即将到来的新时代提供更多可能。

一亿年前生态系统复原图（蒋正强 绘，张巍巍 提供）

奇翅目琥珀（白明提供）