Unik billeddannelse af et dinosaurisk kranium fortæller en evolutionær historie

Forskere, der bruger Los Alamos' unikke neutron-billeddannelse og højenergi røntgenfunktioner har afsløret de indre strukturer af det fossile kranium af en 74 millioner år gammel tyrannosauroid dinosaur med tilnavnet Bisti-dyret i den højeste opløsningsscanning af tyrannosaur-kranie nogensinde gjort. Resultaterne tilføjer en ny brik til puslespillet om, hvordan disse knogleknusende top-rovdyr udviklede sig over millioner af år.

"Normalt, vi ser på en række tykke, tætte genstande ved Los Alamos til forsvarsprogrammer, men New Mexico Museum of Natural History and Science var interesseret i at afbilde et meget stort fossil for at lære om, hvad der er indeni, " sagde Ron Nelson, af Laboratoriets Fysik Afdeling. Nelson var en del af et team, der omfattede personale fra Los Alamos National Laboratory, museet, University of New Mexico og University of Edinburgh. "Det viser sig, at højenergineutroner er en interessant og unik måde at afbilde noget af denne størrelse på."

Resultaterne hjalp holdet med at bestemme kraniets sinus og kraniestruktur. Indledende visning af computertomografi (CT) skiverne viste bevarelse af ikke-udbrudte tænder, hjernehulen, indre struktur i nogle knogler, sinus hulrum, veje i nogle nerver og blodkar, og andre anatomiske strukturer. Disse billeddannelsesteknikker har revolutioneret studiet af palæontologi i det sidste årti, giver palæontologer mulighed for at få væsentlig indsigt i anatomien, udvikling og bevaring af vigtige eksemplarer. Teammedlemmer vil præsentere deres resultater om fossilet, Bistahieversor sealeyi, 23. august ved det årlige Society of Vertebrate Paleontology møde i Calgary, Alberte.

For at kigge ind i 40-tommer kraniet, som blev fundet i 1996 i Bisti/De-Na-Zin Wilderness Area nær Farmington, N.M. Los Alamos-holdet kombinerede neutron- og røntgen-CT for at udtrække anatomisk information, der ikke var tilgængelig på anden måde og uden risiko for at beskadige det uerstattelige fossil. Los Alamos er et af få steder i verden, der kan udføre begge metoder på prøver lige fra den meget lille til den meget store skala.

Tykkelsen af ​​kraniet krævede røntgenstråler med højere energi end dem, der typisk er tilgængelige for at trænge tilstrækkeligt ind i fossilet. Laboratoriets mikrotronelektronaccelerator producerede røntgenstråler med tilstrækkelig høj energi.

For at give et alternativt udsyn inde i kraniet, holdet brugte også en nyudviklet, højenergi neutronbilleddannelsesteknik med neutroner produceret af protonacceleratoren ved Los Alamos Neutron Science Center (LANSCE). Neutronerne interagerer med kernerne i stedet for elektronerne i kraniet, som røntgenstråler gør, og har således forskellig elementær følsomhed. Dette giver supplerende information til den, der opnås med røntgenstråler.

Holdets undersøgelse belyser Bisti-dyrets plads i det evolutionære træ, der kulminerede i Tyrannosaurus rex.

"CT-scanningerne hjælper os med at finde ud af, hvordan de forskellige arter inden for T. rex-familien forholdt sig til hinanden, og hvordan de udviklede sig, " sagde Thomas Williamson, Kurator for palæontologi ved New Mexico museum. "Bistahieversoren repræsenterer den mest basale tyrannosaur, der har den store hoved, knogleknusende tilpasninger og næsten sikkert de små forlemmer. Den levede sammen med arter, der var tættere beslægtet med T. rex, den største og mest afledte tyrannosaur af alle, som levede for omkring 66 millioner år siden. Bistahieversor levede næsten 10 millioner år før T. rex, men det var også et overlevende medlem af en slægt, der beholdt mange af de primitive træk fra endnu længere tilbage, tættere på, da tyrannosaurer gennemgik deres overgang til knogleknusning."

Bisti Beast-kraniet er det største objekt til dato, hvor fuld, Højopløselige neutron- og røntgen-CT-scanninger er blevet udført på Laboratoriet og krævede innovationer både for at afbilde hele kraniet og til at håndtere billedrekonstruktionen fra de resulterende store datasæt.

Dette arbejde fremmer det nyeste inden for billedbehandlingskapaciteter på laboratoriet og har allerede vist sig nyttigt til billeddannelse af større programmatiske elementer relateret til laboratoriets nationale sikkerhedsmission.