В течение четырех дней (и двух ночей) Лондонский музей естественной истории провел 3D-сканирование каждого фрагмента своего исторического экземпляра мантеллизавра. Но что можно сказать по груде старых костей?
Толпы людей кружатся вокруг скелета мантеллизавра в Хинтце-холле, большой галерее лондонского Музея естественной истории. Динозавр является одним из первых образцов, которые ежегодно видят 5 миллионов посетителей музея.
День в лондонском Музее естественной истории был насыщенным. Наступили летние каникулы, и Хинтце-холл - сводчатая центральная часть Кенсингтонского здания с готической башней - с раннего утра кипит любопытной жизнью людей всех возрастов. Но сейчас он закрывается, и, когда последних посетителей дня вежливо выгоняют, зал замолкает. Но только на минуту.
Вскоре в огромной комнате раздается грохот строительных лесов и вкатывание пластиковых коробок и пузырчатой пленки. Привезена коллекция подушек. Лестницы, ящики для инструментов. Группа мужчин в защитных ботинках, с инструкциями по эксплуатации и нахмуренными, смешивается с несколькими учеными и защитниками природы музея, выходя из задних коридоров музея, когда галерея пустеет. Все сходятся в ящике, установленном в нише прямо у входа в музей, в котором находится скелет двуногого динозавра, который в жизни выглядел размером с вздыбленную лошадь: Mantellisaurus atherfieldensis. Здешним друзьям он известен как Мантелли.
Среди шелеста логистики и лязга инструментов слышны слова «пицца» и «Ред Булл». Это будет долгая ночь. Причина? Мантеллизавр выходит из своего футляра, идет на прогулку, затем проходит сканирование. А когда тебе больше ста миллионов лет, это уже немало.
Мантеллизавр выглядывает из своего футляра в зал Хинтце, где постоянно висит скелет синего кита «Надежда». Окаменелость была впервые обнаружена в 1914 году и завершена на 86%.
В промежутках между вечерними занятиями йогой, ночевками («Dinosnores») и другими мероприятиями под ныряющим скелетом синего кита Хоуп из Музея естественной истории зал Хинтце редко бывает пуст от живых, не говоря уже о давно умерших обитателях. За работой сегодня вечером скопление безжизненных глаз поразительного разнообразия наблюдает со всех уголков этого огромного зала: кит и мастодонт в кости, Чарльз Дарвин в мраморе, марлин из мутного аквариума бог знает чего, собрание верховых птиц из их чучела окуни. С близкого расстояния глаза мантеллизавра самые старые из всех: он мертв уже 130 миллионов лет, начиная с раннего мелового периода. Наши временные шкалы не имеют смысла в такой компании, но для людей, присутствующих сегодня вечером, время очень важно.
Более наблюдательные глаза: глаза палеонтолога и исследователя доктора Сюзанны Мейдмент, на попечение которой вскоре перейдут разобранные кости для сканирования. «Я не особенно беспокоюсь, несмотря на тревожные сны, которые мне снятся», - говорит она. «Я думаю, что самая большая проблема состоит в том, чтобы выполнить все сканирования в отведенное нам время. Получить доступ, чтобы мы могли это сделать, было очень, очень, очень сложно. У нас всего три дня».
Культовый британский динозавр
Этот экземпляр был обнаружен в 1914 году в скалах острова Уайт палеонтологом-любителем Реджинальдом Уолтером Хули. Он назвал его atherfieldensis в честь соседней деревни; он был назван Мантеллизавр гораздо позже, в честь Гидеона Мантелла - первопроходца-анатома, впервые обнаружившего знаменитое существо, которое, как первоначально думал Хули, он нашел.
Структура ископаемого динозавра едва видна на витрине и спроектирована так, чтобы ее можно было легко собрать и снова собрать.
«Мантеллизавра раньше называли игуанодоном, - говорит Мейдмент, - но теперь игуанодон в основном подобен таксону корзины для мусора. Все, что произошло из этой группы горных пород Велдена - вероятно, около 25-30 миллионов лет истории осадконакопления - было просто названо игуанодоном. Это своего рода знаковые британские динозавры, но теперь мы знаем, что существует, вероятно, шесть или семь разных родов. И это один из них».
Мантелли особенный по двум причинам. Во-первых, музейный образец готов почти на 86 процентов и является голотипом: международным эталоном своего вида. Во-вторых, многие из толп, собравшихся с изумлением перед скелетами динозавров по всему миру, не осознают, что многие из них - или элементы - являются репродукциями: кропотливые модели, по сути, созданные для демонстрации, в то время как настоящие кости хранятся в другом месте. Но Мантелли нет: за исключением нескольких штук, это реальная сделка. И хотя для посетителей это удовольствие, для ученых это представляет проблему.
«Поскольку он в стеклянном футляре, мы не можем его изучить, - продолжает Мейдмент. «Мы ничего не можем узнать об этом. И поскольку это голотип, если мы найдем новый экземпляр, нам нужно будет сравнить его с этим, чтобы выяснить, одно и то же ли это. Но мы не можем, потому что, - она постукивает по футляру, - он здесь.
Если кропотливая деятельность инженеров в конце дела и свидетельствует о чем-либо, так это о том, что для получения доступа недостаточно просто повернуть ключ и распахнуть дверь. Но доступ - не единственная причина. «Если вы хотите разобраться в моделировании передвижения, моделировании силы укуса, все теперь делается с помощью вычислений. И это первый шаг к получению этих данных».
Ранний вид мантеллизавра, опубликованный в 1893 году в книге Х. Н. Хатчинсона под названием «Вымершие монстры». В настоящее время считается, что мантеллизавр ходил преимущественно на четырех ногах.
Итак, вот почему Мантеллизавра сканируют: чтобы создать сверхдетальную цифровую трехмерную модель каждой кости, которую можно вращать, детально исследовать, вводить в компьютерное программное обеспечение и - в качестве дополнительного логистического бонуса - делятся по всему миру. «Мы не взимаем плату с исследователей за доступ к нашим коллекциям, но у них может не быть ресурсов для поездки в Великобританию для их изучения», - продолжает Мейдмент. «Теперь я могу поделиться им со всем миром одним щелчком мыши».
После долгих консультаций с руководствами и приложения «деликатной силы» к стеклянным присоскам корпус открывается - без особого шипения зловонного воздуха. Трасса построена, и в конце концов динозавр осторожно выезжает. Затем специалисты по строительным лесам приступили к работе, соорудили эстакаду, на которую ученые могли забраться и начать деконструировать скелет, распиливая каждую деталь, как лобзик. Ночь продолжается. Свет снаружи тускнеет, другие обитатели Хинтце-Холла погружаются в тень, включаются прожекторы, и Мантеллизавр оказывается в центре лужи света и активности.
Открытие кейса: дело тонкое.
Сюзанна Мейдмент и Марк Грэм изучают открытый случай с мантеллизавром.
Сохранение vs Презентация
Подготовитель окаменелостей Марк Грэхэм с интересом наблюдает за сегодняшней разборкой, может быть, слегка нахмурившись. Именно Грэм руководил установкой Мантелли в его нынешнем корпусе; до этого он был подвешен к потолку в галерее динозавров. «Когда мы поместили его в его дело, я думал, что он будет там 50 лет. Два года спустя он выскочил», - говорит он, прежде чем просиять. «Но это хорошо. Система работает. Он был построен таким образом, что его можно было передвигать».
Монтировать и выставлять настоящие скелеты - дело рискованное: во-первых, они могут быть хрупкими. Длинные кости, такие как бедренные кости, часто необходимо держать вертикально и монтировать аккуратно, так как боковое прикосновение может привести к их поломке под действием собственной силы тяжести. Кроме того, есть проблемы с безопасностью: по слухам, пальцы Диппи, знаменитого Диплодока, который когда-то стоял там, где мы сейчас находимся в Хинтце-Холле, и в настоящее время путешествует по стране, в какой-то момент искали в качестве сувениров, несмотря на то, что на самом деле это слепки. Тогда вы никогда не сможете исключить судебный иск, если кусок возвышающегося скелета упадет с насеста на ничего не подозревающего посетителя. И это было бы как минимум больно, потому что благодаря времени, давлению и процессу окаменения минерализации эти кости давно уже не были костями: они тяжелы, как камни, потому что они камни. И, наконец, как будто этих причин недостаточно, на каждом уровне довольно сложно заставить коллекцию камней выглядеть так, как будто они когда-то были живыми. Несмотря на практические ограничения, для начала возникает вопрос, как обстоят дела.
«Первоначально он стоял как кенгуру, волоча хвостом по полу», - говорит Грэм. «По мере того, как исследования продолжались, люди поняли, что он был двуногим, но мог опускаться на передние лапы, хвост был поднят, и эта поза была принята. Мы пытаемся передать ощущение движения».
Кости одна за другой укладываются в пластиковые коробки с подушками и пузырчатой пленкой. Все складывается в дотошном порядке - «как мозаика», - говорит Мейдмент, - и постепенно мантеллизавр перестает быть единым целым, а становится множеством. Готов к следующему этапу.
В общедоступной галерее морских беспозвоночных под бдительным оком модели гигантского кальмара происходит сканирование.
Создание цифрового динозавра
На следующее утро действие переместилось в музейную галерею морских беспозвоночных, обставленную кабинетами, и там жарко. Комната похожа на какой-то странный полевой госпиталь и оцеплена надвое: наполовину любопытная толпа посетителей, наполовину суета ученых, переносные вентиляторы, провода и светящиеся экраны. Летняя погода и школьные каникулы, а также жара от ноутбуков, света и двух больших 3D-сканеров поверхности означают, что все перегревается, не в последнюю очередь ученые, многие из которых не спали до 2 часов ночи прошлой ночью, разбирая скелет.
Мантелли тоже здесь, и он везде: на полу, на столах, под сканерами и прожекторами, в коробках, на ковриках, покрытых стикерами, и в руках под любопытными глазами, ухватившимися за возможность изучить образец из первых рук. С близкого расстояния кости завораживают. Они тяжелые; опять же, теперь они скалы. Из металлической арматуры они выглядят хрупкими и разрозненными, но все равно похожи на кости. И что более важно, они по-прежнему несут физическую подпись. «Несмотря на то, что они больше не кости, они по-прежнему содержат те же морфологические детали», - говорит Марк Грэм. Хотя ущерб от стомиллионного горообразования, раздавливания и окаменения были не единственными проблемами, с которыми эти кости столкнулись в менее просвещенные времена сохранения. «У этого конкретного экземпляра некоторые кости были повреждены годами, поскольку они были подвешены к потолку в старой галерее динозавров. По проводам, - продолжает Грэм. «Значит, от вибрации миллионов посетителей за эти годы пострадали некоторые суставы».
Предметы, которые запишут всю эту историю - недавнюю и недавнюю - стоят в противоположных углах комнаты. Трехмерные сканеры поверхности, футуристические светящиеся лучевые пушки на сочлененных руках, проецирующие цветные огни вдоль костей. На соседнем экране постепенно создается зеленая визуализация кости, которая улучшается с каждым движением.
Аспирант Джо Бонсор использует 3D-сканер для оцифровки бедренной кости. Необходимо соблюдать осторожность при попадании на каждую поверхность, иначе сканирование будет неполным.
«3D-модели действительно помогают нам делать много интересных вещей, - говорит Сюзанна Мейдмент. «Многое из того, что мы делаем, - это сравнительная анатомия. Что делают современные вещи, обладающие этими функциями? Когда мы занимаемся моделированием передвижения, мы берем эти 3D-сканы, затем препарируем крокодилов и птиц и ищем такие же мышечные шрамы у динозавра. Затем мы можем запустить это с помощью программного обеспечения, чтобы заставить ногу качаться, и сказать, что эта мышца тянула эту ногу вперед, и она работала сильнее, чем эта мышца у другого динозавра. Так что же это говорит нам о функции или скорости бега?» Она говорит. «Это очень мультидисциплинарно. Биомеханика, гистология, геология, медицина. В палео приходят люди с совершенно разным набором навыков.”
Одним из них является Джереми Локвуд, бывший врач общей практики, изучающий Мантелли для получения докторской степени. Методично измеряя, вычисляя и рисуя, его инструменты - штангенциркуль, рулетка, iPhone и альбом для рисования. Он держит плечевую кость и проводит рукой по части, похожей на кору дерева. «Вы видите вот эту шероховатость, дельтопекторальный гребень - это значит, что у этой штуки должны быть действительно мощные дельтовидные и грудные мышцы. Поэтому интересно, что его часто считают двуногим динозавром».
(Читайте: «Удивительно богатые» раскопки динозавра раскрывают свои секреты.)
Жоао Лейте исследует кости рук мантеллиозавра. Тщательное изучение отдельных костей позволяет ему сделать выводы об образе жизни динозавра.
На столе под ярким светом мужчина в футболке с изображением Парка Юрского периода с помощью прецизионных ножниц снимает кости предплечий мантеллизавра с его металлических опор. Перед ним множество 3D-печатных моделей, весы и камера. Его зовут Жоао Лейте, и он тоже учится на докторскую степень, держась за руки динозавра. Эти руки также будут просканированы с помощью компьютерной томографии - чтобы определить, какие из костей являются античными копиями, а какие - настоящими; вес и ученый глаз обычно могут определить это с более крупными костями, но с более мелкими это не так очевидно.
«У этих животных все запястья срослись воедино», - говорит он. «Тогда большой палец - это знаменитый шип большого пальца. Как будто они полностью потеряли палец и остались с шипом».
Шип большого пальца - знаменитая подпись игуанодона: одна из первых окаменелостей, найденных Гидеоном Мантеллом. Первые палеонтологи не знали, куда его положить, поэтому прикрепили его к носу, думая, что это рог. Никто до сих пор толком не знает, для чего это было сделано. «Маленький шип большого пальца очень твердый», - говорит Лейте. «В случае с игуанодоном, - думали люди, - возможно, это была защита от хищников. Но это немного странно, потому что руки не такие длинные. Если хищник атакует спереди, вы не подумаете: «Рррр, я проткну тебе шею». Он смеется. «На старых картинах было довольно кроваво. В настоящее время исследователи более склонны думать, что шип большого пальца использовался больше для борьбы между представителями одного и того же вида или для помощи в выкапывании корней, раскалывании фруктов и разрыве коры деревьев».
Внимательное изучение рук мантеллизавра показывает уплощение пальцев, что позволяет предположить, что они использовались не только для хватания, но и для ходьбы.
Он указывает на самые длинные пальцы и уплощение в костях на конце: как миниатюрные копытца. Затем он имитирует стойку своими двумя указательными пальцами, словно пытается нажимать невидимые кнопки на столе. Вот явное доказательство того, что динозавр использовал свои указательные пальцы для ходьбы.«По сути, как только вы получите все кости по отдельности и сможете увидеть все их поверхности, вы сможете попытаться выяснить, как разные кости сочленяются и двигаются относительно друг друга, как животное использовало свои руки, чтобы ходить, и что оно делало. на жизнь».
Жоао прервался, чтобы ответить на несколько вопросов представителя публики, с любопытством склонившись над поручнем ремня безопасности. Сегодня утром их было несколько: работа над Мантелли, без всяких бородавок, ведется на глазах у процессии посетителей музея за ленточным ограждением и табличкой с надписью «Исследования в действии». теперь довольно голый на вид ящик в зале Хинтце, где стоит теперь еще более скелетная арматура мантеллизавра, от которой остались только несъемные таз, плечо и череп. Даже они вызывают значительный интерес: между этим пустующим ящиком и поглощением галереи морских беспозвоночных есть еще несколько причин, почему этот проект сканирования очень актуален.
(См.: Динозавр, живущий в пустыне и балансирующий на одном пальце.)
Аспирант Жоао Лейте и доктор Сюзанна Мейдмент оценивают данные 3D-сканирования.
“Многое из того, что мы делаем, связано со сравнительной анатомией. Что делают современные вещи, обладающие этими функциями?»
Трудоемкий процесс 3D-сканирования динозавра по частям требует, чтобы каждое сканирование проверялось на качество и отсутствие пробелов в данных.
Таз и несколько других костей, которые не удалось удалить, вчера вечером были просканированы на месте с помощью портативных ручных сканеров. Светоотражающие точки, прикрепленные к костям, помогают сканеру ориентироваться в своем положении и строить карту кости - как основу для построения трехмерного каркаса. В галерее сегодня больше всего действий приходится на большие сканеры.
«Здесь у нас есть лазер, проецирующий прямую линию на поверхность кости, и камера, смотрящая на нее под смещенным углом», - объясняет доктор Эми Скотт-Мюррей, специалист по 3D-визуализации музея. «Когда лазер проецируется на плоскую поверхность, он выглядит идеально прямым. На неровной изогнутой поверхности, с точки зрения камеры, она выглядит бугристой и изогнутой», - говорит она. Датчики в руке позволяют камере точно знать, где находится камера и в каком направлении она указывает при движении. «И он объединяет эту информацию с тем, как линия меняет форму по мере движения по поверхности, чтобы реконструировать ее топографию».
Сканирование продолжается следующие два дня. Затем в четверг вечером Мантелли возвращается к своему делу. Это еще одна ночная смена, и собрать ее сложнее, чем разобрать; Позже Сюзанна Мейдмент сказала мне, что к 2:30 работа была наконец завершена. И работа уже раскрывает инсайты. «Мы заметили несколько несоответствий между тем, что люди ранее говорили о мантеллизавре, и тем, что наблюдали мы», - говорит Мейдмент.«Поэтому мы решили, что напишем статью с повторным описанием голотипа».
Что касается будущего, то оно, очевидно, становится все более цифровым. «Как музей, у нас есть постоянная цель оцифровать все наши образцы, будь то с помощью фотографии, цифровых записей или 3D-сканирования», - продолжает Мейдмент. «Мы продолжим сканировать образцы по мере возможности. Но может пройти какое-то время, прежде чем мне снова разрешат снять с выставки еще одного динозавра. И мне нужно сначала немного поспать.
Старое хранилище
В то время как мантеллизавр начинает свою новую жизнь на жестких дисках как цифровая сущность, в подвале музея находится более традиционное хранилище - и последний фрагмент мозаики этого динозавра. Как и таз и несколько других костей, которые нельзя было удалить, череп остался в витрине. Но, в отличие от других костей insitu, его не сканировали. Потому что это не реально - это факсимиле. Настоящий череп был отсканирован там, где он хранится: здесь, в подвале.
Вот коридоры и шкафы со стеллажами и стеллажами тщательно каталогизированных образцов, собранных за время существования музея. Многие исторические, некоторые известные, но большинство из них слишком хрупкие, чтобы их можно было выставлять напоказ, такие проекты, как сканирование мантеллизавра, означают, что эти образцы - а также эти коридоры и освещенный лампой стол - могут стать второстепенными ориентирами для создаваемых цифровых версий. Это определенно будет менее физически, во многих смыслах.
Профессор Пол Барретт борется с ящиком с надписью «Тяжелый!» на рабочий стол. Внутри четыре прозрачных коробки, в каждой из которых находится фрагмент кости. Затем к ящику присоединяется другой такой же лоток. Затем еще один.
Фрагменты черепа мантеллизавра в подвале Музея естественной истории.
Настоящая челюсть мантеллизавра с зубами, расположенными в виде «зубной батареи».
Черепа обычно такие. Редко когда попадаешь в цельный кусок
Вы можете ожидать, что вам подарят предмет размером с жареного цыпленка, но череп мантеллизавра состоит из множества частей. Некоторые кости чуть больше арахиса. И очень немногие из них - скажем, часть челюсти - можно идентифицировать неопытным глазом как фрагмент кости, не говоря уже о части черепа.
«Черепа обычно такие, - говорит Барретт. «Редко вы получаете тот, который все еще находится в одном куске. На самом деле у нас довольно много костей, достаточно, чтобы сделать приличный череп. В сочетании с полными черепами родственных динозавров «вы можете использовать их как своего рода шаблон для разработки того, как эти разные кости соединяются вместе».
Это почти волшебство, что эти кости могут быть реконструированы в объект, который теперь снова отображается в футляре наверху. Очевидно, кость имеет «тканую или губчатую структуру», как говорит Барретт. Особое ощущение, цвет, даже вкус - и как только вы взглянете на раскопку, не так уж сложно эстетически отделить ее от скалы, частью которой она стала. Взгляните на такой экземпляр, как череп мантеллизавра, и это утверждение будет трудно обработать.
Но по мере того, как все больше людей имеют возможность подробно изучать древние кости, картина мира в смутном и далеком прошлом с каждым днем становится все отчетливее.
Мантеллизавр снова выставлен в зале Хинтце. Как и у многих других образцов, у скелета новая цифровая жизнь, и к нему смогут получить доступ исследователи со всего мира.
Окаменелости - это отголоски древнего прошлого. Узнайте о двух основных категориях окаменелостей, о том, как происходит окаменение и как окаменелости могут помочь нарисовать картину истории планеты.