3D立體拼圖：重建遠古海鱷
科技的進步日新月異，如今3D技術蓬勃發展、應用至各個領域，也為古生物學增添更多元的研究方法。2023年，一個來自瑞士侏羅紀晚期的研究，發現了一個相當完整、但骨頭四散的海鱷科化石；與此同時期，另一項古生物復原研究則嘗試透過純熟的3D 技術，重建這些完整而四散的頭骨化石，並進一步還原出遠古海鱷的樣貌與生存環境。這項研究清楚地解釋了頭部、身體、四肢等形態為何可以這樣重建，不僅作為後續產出高品質科學繪圖的重要根據，也被應用於估算遠古海鱷的體長和古環境重建。
撰文｜孫正涵
3D技術應用在古生物學
相信喜歡恐龍的大家對於經典的《侏羅紀公園》 (Jurassic Park) 系列電影，還有最近串流平臺上的《Prehistoric Planet》影集都非常熟悉。透過影片中的畫面，讓我們能一窺史前地球的樣貌！但你有沒有想過，這些已經滅絕的古生物，到底是怎麼被重建出來的呢？
通常出土的化石並是不完整的，一般民眾很難直接想像出這些滅絕的生物究竟是長什麼樣子，而古生物復原 (Life reconstruction) 就是將這些化石重建的科學過程。這個領域是建立在古生物學 (Paleontology)、比較解剖學 (Comparative Anatomy) 與親緣關係學 (Phylogeny) 等基礎研究之上，將過去累積的研究成果作為重建古生物的參考來源，從而得以進一步自化石、骨骼到肌肉，一步步重建這些滅絕的動物。古生物復原的詳細方法與過程可以參考之前的《古生物復原：翻開覆蓋的魔法卡——死者蘇生！》這一篇文章。
3D技術應用在古生物學早已行之有年。例如：將化石標本進行光學3D掃描後，會獲得一個化石表皮的數位標本（有的甚至可以掃描出色彩），不僅在檢視標本上打破了地域的限制，更是能隨時打開電腦，研究形態；還有另一種掃描影像的方式是電腦斷層掃描，常被應用於被圍岩（註一）包埋住的細碎化石本體上，如此一來，便可在不清修圍岩的條件下（避免破壞脆弱的化石），透視化石的內部結構，進一步觀察化石的形態特徵。
大部分的化石紀錄並不完整且相當脆弱，使得化石研究這個領域充滿了挑戰，例如海鱷科 (Metriorhynchidae) 的化石紀錄就常有相對破碎的化石，過去讓古生物學家們困擾不已。不過，隨著3D技術越來越純熟，學者們得以透過3D掃描幫助古生物研究的進行。近期，利用3D技術重建頭骨，不僅促進了描述標本的研究工作，也能夠作為後續相關古生物復原繪圖的重要參考資料。
復活吧！來自中生代的遠古海鱷
2023年，Girard等人在瑞士的侏羅邦地區發現了一個侏羅紀晚期的新種海鱷類化石——Torvoneustes jurensis，學者命名的意涵是：拉丁文的「來自發現地侏羅邦的蠻泳鱷類」（原文：The complete name could therefore be translated from Latin as “savage swimmer from Jura”），中文名字可稱之「侏羅蠻泳鱷」！
從化石保存的樣子（圖2）可以清楚看到，雖然化石相當完整，不過皆是非常四散的小碎片們，但這並沒有打倒學者們的研究熱忱，他們小心地將化石一一清修出來，並將每一塊化石碎片都進行3D掃描。同一時間，同研究團隊中的De Sousa Oliveira也進行了標本的數位化復原，並搭配第一手的原始標本檢視、比對，在電腦上將這些化石碎片一個一個地拼湊出完成的頭骨，就像立體拼圖一樣。從下方圖3便可發現，原本四散的化石碎片被完整地重建在它的相對位置，也能很清楚看見侏羅蠻泳鱷頭骨與下顎的樣貌，對標本形態描述與後續研究可說是神助攻！
不僅頭骨，學者也透過保存的部分脊椎、前肢等部位，參考親緣關係相近的海鱷化石紀錄，計算出侏羅蠻泳鱷的總身長將近4公尺，更進一步還原出牙齒形態、槳型前肢以及合適游泳的後肢，並且參考了現生的鹹水鱷解剖紀錄，繪製出侏羅蠻泳鱷的外表，甚至加入相同區域不同的化石紀錄，勾勒出兼具科學準確與藝術美感的古生態樣貌（圖1，亦出自文獻1的學者本人）。更重要的是，這每一步還原的過程，學者都能夠清楚地交代「為什麼」可以這樣復原。就跟科學研究一樣，非常系統性地進行古生物該長什麼樣的假說驗證。（有興趣瞭解復原細節的讀者都歡迎閱讀原始文獻～）
3D技術不僅有利於古生物基礎研究的發展，也能夠延伸應用到古生物的復原研究。且這種技術的應用也不僅於學術研究中，還可以應用於標本數位典藏、科學教育和公眾展示等，豐富我們對過去地球居民的想像和理解，並且具現化史前地球的樣貌。
註釋
註一：圍岩是指挖掘化石時，包裹在化石邊緣的岩石，概念可以想像：如果化石是金沙巧克力裡面的榛果，那麼包裹住榛果的巧克力們就是圍岩。古生物學家會將這些圍岩去除，也就是清修化石，這樣便能看清楚保留在化石上的形態特徵。值得注意的是，因應不同的岩性也有不同的清修模式。
參考文獻
- De Sousa Oliveira, S., Girard, L., Raselli, I., & Anquetin, J, 2023, Virtual reconstruction of a Late Jurassic metriorhynchid skull from Switzerland and its use for scientific illustration and paleoart., MorphoMuseuM, 9: 1-10.
- Girard, L. C., Oliveira, S. D. S., Raselli, I., Martin, J. E., & Anquetin, J., 2023, Description and phylogenetic relationships of a new species of Torvoneustes (Crocodylomorpha, Thalattosuchia) from the Kimmeridgian of Switzerland., PeerJ, 11: e15512.
✨延伸閱讀：《古生物復原：翻開覆蓋的魔法卡——死者蘇生！》