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3D掃描儀
挑戰(zhàn)：兩位研究員打算開展一項重大項目，專注研究現(xiàn)已滅絕的袋狼。但是，要想展開精準的研究，他們必須找到一種輕松、無創(chuàng)的數(shù)字捕獲方式，為幾十種不同物種、幾百只動物頭骨完成亞毫米級三維掃描。
解決方案：Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Studio
效果：帶上輕便的Artec Space Spider，兩位研究員走訪了全球各地的博物館。每份標本只需幾分鐘的時間，即可完成掃描，不用接觸，沒有損壞風險。通過這種方式，他們掃描了57種食肉動物，共計223份頭骨，從而得以完成這項新穎的研究，揭示了袋狼獨特的進化史。
E.J.K. Baker約于1904年在華盛頓特區(qū)國家公園拍攝的雌雄兩只袋狼。無版權圖片。D.S. Rovinsky上色。
由于外表神似，袋狼被稱為塔斯馬尼亞“狼”，但事實上，他們并不是狼。不過，由于相似度太高，包括科學家在內(nèi)的幾乎所有人都想當然地認為袋狼的進化軌跡和狼非常相近。
但有一個進化生物學專家小組卻不這么認為。他們走遍全球，希望能找到這個神秘物種真實的進化路徑。
蒙納士大學研究員Douglass Rovinsky博士和Justin W. Adams博士帶上他們的埃太科三維掃描儀，走訪了全球各家博物館和高校博物館，掃描了不同物種的數(shù)百件標本，用于這項獨一無二的大規(guī)模研究，這項研究將告訴世人，袋狼和狼究竟是否出現(xiàn)了趨同進化。
趨同進化
在生物學中，趨同進化就是指源自不同祖先的獨立物種，為了適應了相似的生活和生態(tài)環(huán)境，而演化出相近的身體構造和生理功能。
換言之，如果兩類物種出現(xiàn)了趨同進化，它們可能表現(xiàn)出實際并不存在的遺傳關系。
趨同進化的物種：
烏龜和蝸牛：兩類物種都進化出了堅硬的外殼，來保護自己不受捕食者的傷害，但是烏龜屬于爬行動物（如蜥蜴、蛇），而蝸牛屬于軟體動物（如船蛆、蛤蜊、章魚）。
魷魚和鳳頭鸚鵡：雖然一個水里游，一個天上飛，但它們都進化出了堅硬的喙，用來撕碎獵物。這樣一來，魷魚就可以享用深海蟹，鳳頭鸚鵡就能咀嚼花生或緩緩移動的昆蟲。
一個多世紀以來，大多數(shù)研究人員都想當然地認為袋狼身形酷似犬類，因此一定在進化學上接近狼，而且它完全不像其他人類發(fā)現(xiàn)并描述的有袋類動物。
先前無數(shù)的研究都帶有這樣先入為主的假設，對于“袋狼就是帶袋的狼”的觀點，鮮有學者提出質(zhì)疑。
從體重看趨同進化
神奇的袋狼一個世紀前突然滅絕，而大眾對袋狼先入為主的認知又十分普遍，于是Rovinsky和Adams決定對袋狼的進化過程進行系統(tǒng)研究，試圖精準且完整地勾勒出袋狼形象，還原袋狼過去的生活方式。
Adams解釋道：“不幸的是，在袋狼還未消失的時候，沒有人為其記錄過基本的自然歷史數(shù)據(jù)，比如體重、飲食偏好、捕食策略、運動習慣、棲息地偏好等等。沒有這些細節(jié)信息，我們甚至無法了解袋狼究竟是一種什么樣的生物。”
研究員Douglass S. Rovinsky正在用Space Spider和Artec Studio軟件掃描袋狼頭骨。
在過去的研究中，Rovinsky和Adams發(fā)現(xiàn)袋狼的平均體重和過去研究中假設并使用的數(shù)據(jù)有明顯不同。在最新研究中，他們深入研究并分析了袋狼和其他物種在顱骨形狀、飲食、相對獵物大小等三方面的相似度。
本研究全面探討了各項指標，清楚地表明，并沒有任何依據(jù)可以認為袋狼的頭骨外形和狼出現(xiàn)了趨同進化，同樣地，袋狼也不會表現(xiàn)出相似的進食習慣或進化趨勢。
相反，Rovinsky和Adams確認，袋狼表現(xiàn)出了和多種犬類趨同的進化軌跡，如非洲豺（Lupulella adusta、Lupulella mesomelas），以及一些南美狐趨同的軌跡，如潘帕斯狐（Lycalopex gymnocercus）和鬃狼（Chrysocyon brachyurus）。
三維掃描：顱骨數(shù)據(jù)采集
重疊頭骨：在Artec Studio中，灰狼（藍）、袋狼（粉）、犬科明顯趨同的物種群體（綠）頭骨外形重疊在一起，就能明顯看到它們的差異。趨同組的外形來源于四種不同的犬科動物，即鬃狼、黑背豺、側(cè)紋豺和河狐。
這類絕跡不久的罕見物種標本館藏地都有嚴格的限制，不便接觸這些標本，因此，為精準測量并研究標本的頭骨形狀，他們必須找到一種亞毫米級精度的無創(chuàng)數(shù)據(jù)捕獲方式。
Rovinsky回憶道：“當時我們只能借用特定的幾件展品，館長非常不希望卡尺等手動測量工具劃傷或損傷這些標本，更不用說手動操作還要多次調(diào)整標本位置了。在標本上留下任何印記或標記都是不可接受的。”
Artec Space Spider
這也是他們?yōu)轫椖刻暨x三維掃描儀的關鍵所在。Artec Space Spider是一款質(zhì)量輕便的手持式彩色三維掃描儀，每秒捕獲速度高達一百萬點，精度達0.05毫米（人類頭發(fā)直徑）。憑借這款產(chǎn)品，Rovinsky和Adams在短短幾分鐘內(nèi)就采集了頭骨數(shù)據(jù)。
在談到Space Spider和古生物學測量中傳統(tǒng)卡尺和標尺的區(qū)別時，Adam說道：“袋狼以及其他滅絕物種都不是一個二維平面形象。”
他進一步解釋道：“如果我們用二維測量方式來描繪生物體的外形，那我們永遠無法獲得生物形態(tài)為適應特定環(huán)境而產(chǎn)生的微妙變化。這也是Space Spider掃描儀對項目研究如此重要的原因。”
最終，他們共掃描了來自57種食肉動物的223個頭骨標本，包括袋狼、鬣狗、麝貓、貓鼬、袋鼬、馬島長尾貍貓、狗、浣熊等。
演化樹：本研究涉及57個物種的代表性頭骨，根據(jù)種系發(fā)生（進化關系）排列，按科分類（如貓科為綠色，犬科為淺藍等）。
研究流程涉及了大量物種，以確保數(shù)據(jù)集和整套分析都不失偏頗。
從進化角度來看，除袋狼外，研究其他食肉有袋動物，如袋鼬，以及其他小型食肉動物，如黃鼠狼、麝貓、貓鼬，都是不可或缺的。
隨后，掃描數(shù)據(jù)在Artec Studio軟件中被轉(zhuǎn)換為3D模型，并導出至例如Geomagic Studio等軟件，對所選物種的3D頭骨外形進行量化分析。
從掃描到數(shù)據(jù)集分析
Geomagic Studio軟件截屏——網(wǎng)格重新定位與對齊操作，之后將用于3D幾何形態(tài)測量程序
掃描后，3D幾何形態(tài)測量（外形）的分析需要在每份3D顱骨表面做好381處解剖標記。
這些標記可精準識別不同顱骨間的外形特點，加上量化分析，即可幫助研究人員解決與形狀、形態(tài)相關的諸多問題。
在豺（Cuon alpinus）的平均顱骨外形圖上制作標記模板，分別位于顱骨兩側(cè)（a）、頂部（b）和底部（c）。弧線與表面上的半標記可以幫助研究員收集其他“無特征”區(qū)域的數(shù)據(jù)。
結論與新發(fā)現(xiàn)
曾有研究者研究過袋狼的咬合強度，并提出了袋狼飲食生態(tài)學的疑問，本次分析結果與趨同測試能較好地回答這些問題。
袋狼不是為對抗大型動物而生。要能打敗大型動物，它們必須要有強大的下頜，但事實證明，它們沒有這樣的下頜。
撕裂大型哺乳動物需要像狼一樣相當可觀的咬合力，但袋狼的顱骨結構十分精細，根本不可能做到。
另一方面，袋狼和非洲豺、美洲狐的趨同進化得到了數(shù)據(jù)的支持，但并未支持它們和土狼、紅狐間趨同進化的猜測。
但是，正如Rovinsky和Adams在研究中所強調(diào)的那樣，袋狼可能與適應獵捕小型獵物的犬科動物存在趨同進化，但它們兩者仍然不同。
這些研究結果，結合過去對袋狼的解剖研究，進一步表明袋狼確實是一種獨一無二的種類。
Damir Martin制作的袋狼藝術效果圖
袋狼是一種有著獨特進化史的物種，可以追溯到2300多萬年前的漸新世時代，它們既不是“有袋類狼”，也不是“有袋類虎”，更不是“有袋類豺狼”。
用Rovinsky的話說，“袋狼在人類的捕殺下從地球上銷聲匿跡，至少我們可以把它們最終應得的尊重還給它們。”
探索過去，勇往無前
研究人員未來還將進行后續(xù)研究，關注袋狼的下頜（下顎），以揭示其與捕食行為更緊密的關系。
其他研究內(nèi)容還包括袋狼的肘部和腳部，盡可能清晰地了解袋狼的運動模式和捕獵方式。
Rovinsky補充道：“我們對袋狼仍有很多未知。我希望今后有人繼續(xù)研究袋狼趨同進化的身體特征，這有助于我們完善對這一消失物種的認識。”
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