Рентген мезозойской эры

Палеонтологи из Университета города Рен во Франции при содействии коллег из Европейского центра изучения синхротронного излучения смогли в деталях разглядеть три с половиной сотни древних насекомых, ракообразных и пауков в совершенно непрозрачных кусках янтаря, найденных в отложениях близ французской реки Шаранта. Два килограмма образцов, датируемых серединой мелового периода, удалось просветить лишь с помощью мощного рентгеновского излучения, которое вырабатывает синхротрон.

Непрозрачный янтарь всегда представлял загадку для палеонтологов. Невооруженным глазом невозможно определить, что у него внутри, открыть же черный ящик также не представляется возможным – разломив янтарь напополам, можно увидеть что-то на вновь образовавшихся поверхностях, однако такой метод подразумевает разрушение искомых останков мелких животных. Воссоздать же цельную картину облика ископаемых форм доисторической жизни по мельчайшим крупинкам – неблагодарная задача, практически наверняка обреченная на неудачу.

Для палеонтологов Ренского университета исследования непрозрачного янтаря особенно актуальны – львиная часть окаменевшей смолы из французских рек непрозрачна. Ренские исследователи под руководством Мальвины Лак, а также собственный палеонтолог синхротронного центра Поль Таффоро при содействии парижского Музея истории природы смогли применить к оптически непрозрачному янтарю метод рентгеновского построения изображений микроструктуры аморфных тел, именуемый микрорадиографией фазового контраста.

Иногда такой метод получения изображений просвечиванием объемных материалов называют рентгеновской микроскопией. Заключается он в том, что рентгеновский луч, проходя через границу раздела фаз, различающихся показателями преломления, изменяет фазу своих колебаний. В результате различные внутренние фазовые границы в объемном теле, по-разному «отбрасывают тень» на рентгеновский детектор, регистрирующий поток квантов излучения на выходе из вещества. Внешне всё похоже на происходящее в рентгеновском кабинете, хотя физика отличается.

Синхротронное же рентгеновское излучение, кроме того, отличается и колоссальной интенсивностью, и относительно небольшой шириной спектральной линии, позволяющей добиться нужного разрешения в изображении внутренностей образца.

Таким образом, куски камня, совершенно неинтересные человеческому глазу, выявили свое внутреннее содержимое, оказавшееся на редкость богатым. Поль Таффоро не без гордости отмечает, что это первый успех палеонтологов в этой области, уже давно и безуспешно пытающихся применить различные физические методы для изучения инклюзий в непрозрачном янтаре.

Комплексное исследование ученых подразумевало сканирование 640 кусочков янтаря с юго-востока Франции. Ученым предстали детальные образы 356 ископаемых существ, таких как осы и мушки, муравьи, пауки и клещи.

Почти половина – 47% – выделенных животных относятся к совершенно новым для науки родам и даже семействам.

Большинство организмов, как и стоило ожидать, крохотные. Среднестатистический клещ, заключенный в янтаре, не превышал по размерам 0,8 мм. Осы зачастую имели лишь 4 мм в длину. Судя по всему, более крупные организмы просто были в состоянии вырваться из смоляного капкана до его затвердевания. Мелкие же были обречены на погребение.

Было бы ошибкой полагать, что секрет успеха - лишь мощный рентгеновский луч. Поверхность янтаря оказалась испещрена мелкими царапинами и трещинами, отражающимися на итоговом изображении различных фазовых контактовкуда четче мелких остовов доисторических обитателей земли. Количество этих дефектов поверхности делало анализ инклюзий попросту невозможным, а полировка поверхности янтаря неизбежно привела бы к потере большей части ценных данных.

И здесь учёные нашли очень простое и очень красивое решение.

Перед сканированием они погрузили каждый кусочек янтаря в стеклянную капсулу, заполненную водой.

Так как плотность янтаря очень близка к плотности воды, то границы раздела рентгеновские лучи преодолевали практически без отклонения, изменения фазы колебаний электромагнитной волны или поглощения. В результате многочисленные неровности стали практически невидимы, что позволило резко повысить информативность снимков, отображающих внутренности каменных капканов. Многих особей ученые смогли разглядеть во всех подробностях.

Исследователи изначально были ориентированы не только на обнаружение насекомых, но и на комплексное исследование их морфологии, а потому стремились получить трехмерные компьютерные изображения. Для этого после обнаружения очередного ископаемого они делали его снимки под различными углами. Для получения полного трехмерного образа понадобилось сделать не менее тысячи снимков каждой букашки. Благодаря их усилиям, равно как и установке трехмерной печати, имеющейся во французском научном центре в Гренобле, миниатюрные доисторические насекомые размером в несколько миллиметров оказались позже воплощены в пластиковые тридцатисантиметровые модели.

Как оказалось, большинство представителей фауны мезозойской эры, запечатанные в янтаре, относятся к водным обитателям, населявшим устье реки, «потомком» которой является Шаранта.

Мальвина Лак надеется, что подобные исследования, показав свой потенциал, приведут к более интенсивным исследованиям непрозрачных янтарей, так как они скрывают очень много знаний о древнем мире, до сих пор недоступных ученым. Кроме того, подобные методы позволят существенно изменить систему классификации ископаемых – вместо музейного экспоната каждому интересующемуся будет предоставлена трехмерная картинка и пластиковая модель древнего животного, даже не извлеченного на свет из каменной глыбы и не имеющего ныне живущих прямых потомков.

Ученые также надеются существенно модернизировать свою установку, позволяющую на данный момент сканировать только площадь 4 на 4 сантиметра. В скором времени диаметр мощнейшего рентгеновского пучка составит 25 сантиметров, что позволит мгновенно получать изображение таких крупных объектов, как череп древнего человека, навсегда нашедшего покой под толщей навалившегося грунта.

Впрочем, учёные сомневаются, что пионерская методика найдёт массовое применение среди палеонтологов. Дело в деньгах.

Стоимость работ на синхротронных ускорителях очень велика. Техническое совершенство этих устройств, сложность их изготовления и даже стоимость электроэнергии, необходимой для работы, делают их эксплуатацию очень дорогой. Такие траты не всегда под силу даже космическим агентствам и авиационным заводам, тестирующим на подобных аппаратах на наличие дефектов лишь критически важные узлы своей продукции. Пока не ясно, согласятся ли агентства, финансирующие научные исследования, оплачивать подобные счета от учёных, которым прежде нужны были лишь отбойный молоток и кисточка.