我把一塊琥珀放到這個機器里，結果發現……

琥珀，又叫做樹脂化石，是遠古生命活動歷史瞬間能夠留存下來的「時間膠囊」和「3D相機」。目前世界已知僅有100多個琥珀產地，然而大多數琥珀產地屬於新生代，與恐龍無直接關聯。中生代的琥珀產地則是寥若晨星，其中緬甸琥珀以其產量大、品質高、內含物豐富著稱。然而就是這樣重要的琥珀產地，其研究過程也並非一帆風順。

緬甸琥珀的研究歷史

自漢代以來，緬甸琥珀就已經流傳到中國，一直持續到1885年英國佔領緬甸。在這近兩千年的過程中，緬甸琥珀通常被作為珠寶供皇室和貴族使用，這與緬甸琥珀是世界上最硬的琥珀有關（因為緬甸琥珀形成時，同時有方解石類物質構成）。作為珠寶用途，當時的選料主要看重透明度、顏色、光澤等物理性質，有雜質的琥珀則大多被遺棄或研碎。

作為近代博物學的發源地，英國在佔領緬甸後，很快就注意到緬甸琥珀內含物的科學價值，並在20世紀初期先後採購了幾百噸的緬甸琥珀，並將其運送到英國，其中很大一部分保存在英國自然歷史博物館。這個時期的研究以歐洲人為主，也曾發現了不少門類的生物，並將緬甸琥珀這一重要學術資源呈現在世人面前，史稱緬甸琥珀的再發現。

之後經過了二次世界大戰，世界格局進行了重整，英國退出緬甸，緬甸獨立了，但緬甸琥珀產地仍然處於反政府軍和政府軍交戰地區，其產量至今仍然不穩定。

但學術發展的潮流是不可逆轉的，緬甸琥珀的價值不斷被發掘出來，尤其是近些年新的開採技術的應用，很多更深層位和更多地點的緬甸琥珀被發掘出來，眾多驚人的發現被報道。

截至2018年，目前已在緬甸琥珀中發表了713屬916種生物，涵蓋動物、植物和真菌三界37綱99目510科。不過，這些發現很大一部分都是在2014年之後發表的。在2014年前，每年發表緬甸琥珀的文章數量平均不足20篇，而從2015年開始飆升至年均120篇以上，並且還在持續增長。

這些緬甸琥珀提供了眾多恐龍時代生物的直接證據，為科學家們理解恐龍時代的生態系統組成、類群演化、古環境變遷等提供了難能可貴的材料。

與其他化石產地不同的是，緬甸琥珀的研究有其特殊性。這除了表現在科級及以下階元的逐漸豐富以外，還體現在一些重要生物類群和滅絕高級階元的發現上。前者包括恐龍、古鳥、蛙類、蛇類、天鵝絨蟲、介形蟲、蛩蠊目等重要支系在緬甸琥珀的發現，後者則包括奇翅目、飄翅目等昆蟲綱新目。

這些發現，首次向世人展示了一些重要生物類群精細的形態信息，比如恐龍、鳥類羽毛的三維形態，羽毛與羽囊的排列方式，微米級的羽衣特徵，也展示了蛇皮上鱗片的微結構，天鵝絨蟲爪的超微形態等等。

2D到3D

然而這些還僅僅是在光學顯微鏡下的二維形態研究。由於琥珀內含物往往被一些雜質所遮擋，一些重要的結構無法通過光學顯微鏡直接觀察，比如脊椎動物的內部骨骼，奇翅目昆蟲後翅遮擋下的腹部末端生殖器等。

因此，亟需無損獲得三維形態和內部形態的方法。我本人原本從事現代形態學研究，曾在德國耶拿大學長期訪學（洪堡學者），熟悉三維數據的獲取與重建流程。由於一些機緣巧合，我有幸參與到了一些重要緬甸琥珀的研究之中，在這個過程中，通過解決一些前所未有的棘手問題，也推動了現代形態學在琥珀中的應用。

主要包括兩個方面的工作，第一是利用現有技術，第二則是自行研發新的技術。利用現有技術是通過顯微CT、同步輻射（來自北京光源、上海光源、歐洲光源、美國芝加哥光源等）CT成像和X射線熒光成像等現代技術，獲得這些珍貴研究材料的內部結構的三維信息和微量元素分布圖以及元素價態信息。

然而這些材料每個標本都是獨一無二的，而且與現生樣本可以獲得較為「乾淨」的三維數據不同，琥珀CT掃描和三維重建的過程常常沒有現成經驗可循，而且其三維數據也往往摻雜了大量雜質，無法通過自動重建獲得三維模型，只能通過一點點的嘗試，多次失敗後，才能逐漸獲得感興趣的信息。

比如，在研究古鳥的過程中，首先需要對整個鳥翅進行掃描，先大致了解骨頭的保存狀態。之後，再進行分段高清掃描，並經過逐張檢視和判定、手工圖像分割後，才能得到最終三維模型。這樣的重建過程通常需要耗費大量的人力、物力和時間。

新儀器和新軟體的助力

然而，並非所有琥珀都能夠獲得CT數據（專業名詞是襯度），因此大概一半以上的琥珀無法獲得三維信息。為此，我們也在探索研發新的形態獲取技術。湊巧的是，在中科院儀器研發項目的支持下，中科院動物所牽頭了結構光照明顯微鏡的研發（中科院西安光機所參與），該儀器能夠快速地獲得原色高解析度三維形態。該新儀器獲得一套三維數據的時間可以為幾秒到幾分鐘的時間，空間解析度可以達到亞微米級，視野可以達到厘米量級。該儀器原本為現生材料所設計，後來發現該儀器可以用在琥珀研究中，而且成為了CT下無襯度琥珀獲得三維數據的唯一方法。

除了研發新硬體以外，我們還在關注新軟體系統的研發。琥珀內含物的鑒定通常非常困難，這與其樣本保存狀態、琥珀化的埋藏歷史，以及類群的特異性有關。目前，我們已經初步搭建了基於深度學習的現生甲蟲智能鑒定系統（甲蟲約佔生物已知種類的四分之一，是最大的生物類群），該系統涵蓋了約3萬種甲蟲，全部已知科，科級識別率能夠達到約89%，該系統即將提供在線公開測試。在這個基礎之上，我們希望能夠利用深度學習演算法，搭建琥珀的自動化鑒定系統。在進一步完善琥珀數據並進行相關深度學習訓練後，未來有望給琥珀甲蟲鑒定提供一個參考系統。

不再僅僅是科幻題材

緬甸琥珀恐龍標本（伊娃）的斷面出現了高度富集的鐵元素，近邊吸收譜分析表明，其中80％以上的鐵樣本為二價鐵，這些是血紅蛋白和鐵蛋白的痕迹。但由於緬甸琥珀標本的年齡近1億年，遠遠超過了DNA的半衰期，所以這些標本在目前的技術條件下，尚無可能獲得有價值的DNA片段，因此電影《侏羅紀公園》中恐龍復活場景目前依舊只能留在科幻里。但是未來呢？一切皆有可能！希望緬甸琥珀留存下來的這些難能可貴的研究樣本，能夠為人類迎接即將到來的新時代提供更多可能。

一億年前生態系統復原圖（蔣正強 繪，張巍巍 提供）

奇翅目琥珀（白明提供）

來源：中國科學院動物研究所

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