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科学家利用X射线技术重建367万年前人类化石的数字面孔

作者 Redação Mix Vale • 2026年3月12日 • 1 min de leitura

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照片: rosto digital de Little Foot ancestral humano - X/@CienciaDelCope

国际研究团队通过数字化重建了被称为“小脚”的标本的面部结构，实现了古人类学前所未有的里程碑。南方古猿化石距今 367 万年前，是进化科学史上发现的最完整的骨骼之一，并提供了有关原始人类谱系的重要数据。

这项细致的工作需要使用极其高精度的设备来扭转时间和地质压力造成的损害。所应用的技术使得克服化石材料的物理限制成为可能，这些化石材料在非洲大陆的岩石沉积物中被埋藏了数千年后严重变形。

虚拟头骨恢复过程涉及高度复杂的逆向工程和三维扫描步骤，包括以下技术程序：

– 通过同步加速器灯光装置中的 X 射线显微断层扫描进行结构测绘。

– 在超级计算机上进行数据处理以对齐微观骨碎片。

– 创建虚拟模型，保留原始化石的完整性，而不存在物理损坏的风险。

这种技术干预的结果为全球科学界提供了前所未有的数据库。从三维模型中提取的信息为了解古代灵长类动物的解剖学、结构生物学和生存习惯开辟了新的途径。

斯特克方丹洞穴的发现和漫长的提取过程

这块化石被科学编目为 StW 573，最初由古人类学家 Ronald Clarke 在 20 世纪 90 年代发现。这一发现的确切位置发生在斯泰克方丹洞穴群中，该地区位于南非，因其丰富的史前化石记录而闻名于世。

拆除骨架需要持续不断的努力，持续了大约二十年的实地工作。骨头极其脆弱，嵌入非常坚硬的石灰岩角砾岩基质中，需要采用外科挖掘技术，以避免在移除过程中历史材料破碎。

拔牙过程中极其小心，最终保留了大约 90% 的个体原始骨骼结构。这种完整性水平使该标本成为详细研究非洲大陆南部地区人群的进化转变和身体特征的基本标本。

物理限制和先进技术干预的需要

原始人类的头骨在数百万年的时间里经历了严重的挤压和移位过程。洞穴内不断积累的沉积层重量极大地改变了面部的原始形态，给直接解剖分析带来了复杂的挑战。

鉴于材料的保存状况，专家完全排除了任何传统物理修复的尝试。手动操作骨头碎片会带来不可逆转的破坏现代古生物学中最重要的发现之一的不可接受的风险，需要其他方法。

多学科团队找到的解决方案是将数据（而不是物理化石）传输到尖端研究中心。初级扫描于 2019 年在位于英国的钻石光源设施进行，使用非常高强度的光束来穿透材料的密度。

该设备生成的图像分辨率高达 21 微米，令人印象深刻，捕捉肉眼看不见的内部细节。然后，高性能计算系统的任务是处理数 TB 的信息，以虚拟方式将每块骨头重新定位到三维空间中正确的解剖结构。

形态分析及与其他古人类物种的比较

完成的数字重建揭示了比例和解剖特征，重新定义了对物种多样性的理解。小脚的脸部尺寸和生物学结构使其与之前在东非地区发现的南方古猿标本更加接近。基于地形地标和精确线性测量的几何形态测量研究将这块化石的颅骨形状置于与当代灵长类动物群体（例如潘属和庞戈属）相似的区域。这一形态学发现凸显了南部非洲孤立种群的进化复杂性远大于先前理论所提出的，表明非洲大陆不同地区可能存在迁徙流动或平行适应。

与其他已知的南非化石（例如 Sts 5 标本）的交叉引用数据表明，南方古猿属本身的面部结构存在显着的区域差异。轨道区域的结构表明，它在进化过程中经历了强烈的选择和适应压力，塑造了物种与环境相互作用的方式。只有通过 3D 模型的操作，才能进入这些与视觉、呼吸和咀嚼等重要功能密切相关的关键区域。该技术允许进行虚拟横截面和精确的内部测量，而不需要对原始材料进行破坏性干预，从而为后代研究人员保证化石遗产的完整性。

两足行走和适应史前环境的证据

几乎完整的骨架提供了无可争议的物质证据，证明了居住在南非的第一批原始人类具有双足行走的能力。对下部骨骼结构的生物力学分析表明，直立行走具有明显的适应性，这是人类谱系与其他大型陆生灵长类动物之间进化分离的基本特征。与此同时，上肢和关节的解剖结构保留了形态特征，表明其具有高效爬树的非凡能力。这种陆地运动能力和树栖灵巧性的结合表明了一种高度灵活的生存策略，使该物种能够探索不同的生态位，躲避大型捕食者，并在三百万多年前该地区特有的茂密森林和开阔稀树草原之间的过渡环境中获取更广泛的食物资源。