通过牙齿化石的发现研究人类的进化

三维扫描的古生物

在基于根堡研究院和国家历史博物馆法兰克福的古人类学和曼塞尔研究部,牙齿表面的非常精细的纹理采用高分辨率的虚拟牙齿模型的援助是科学考察,主要重点是对人类的臼齿人类和其他灵长类动物。

为了分析闭塞方面以及哺乳动物牙齿的功能,古生物学家,古人类学,牙医和牙科技工的一个跨学科工作组(上和下钳口的齿之间的接触)已基于它们的数字检查和评估各个发现与AICON扫描系统的帮助下产生的复制。不同的研究相结合的方法,还有不同的交流,又称赞的专业知识有助于促进自然形状和齿冠的功能演变的一般理解。

目标和测量对象

牙齿作为洞察史前时代:牙齿考古发现感兴趣的特定研究不仅对牙科医学领域,但也非常的古生物学(史前生物科学和生物):识别的唯一方法的许多已经灭绝的动物物种的仍是通过他们的牙齿。科学家利用牙齿遗骸重建以前的环境条件,对动物物种进行地理扩展和系统发育分析,以及对它们在进化史上的年代分类。

Fossile-Zahnfunde_Oberer-M1化石已经非常早期古生物检查已经显示迹象表明,不仅整体生物体而且齿受到进化改变关于其尺寸,形状和数量。在其它方面,牙齿表面被这对个人齿廓产生重大影响摄入的食物颗粒的物理性质的影响。
通过分析牙齿的咀嚼面,古生物学家能够捕捉并解释它们各自的功能变化。这样做,就有可能解释对各种可用食物的适应,并间接地获得有关过去气候条件的线索。
由于对牙齿磨损过程的了解,一个功能性牙齿轮廓的比较可以帮助我们得出关于我们祖先的生活方式的结论。例如,收集到的信息可以帮助我们了解水果、草、叶和肉在人类和其他生物的饮食中所占的比例,从而重建我们祖先的生活环境。

这些化石可以追溯到近2亿年前哺乳动物的进化过程,提供了不同类型生物牙齿持续进化变化的文件。咀嚼过程和营养摄入的特定特性,加上特有的行为模式,会在牙齿表面留下清晰而明显的痕迹。运用这方面的知识,最近对所谓的牙冠接触面磨损的研究表明,尼安德特人的饮食比之前认为的更加多样化,食物供应主要取决于他们的生活环境。

在Senckenberg Institute的3D实验室中,对咀嚼面,即上下腭的接触面进行了彻底的检查。利用德国研究基金会(DFG-FOR771)资助的研究基金新开发的专用软件(咬合指纹分析仪),通过三角曲面模型模拟咀嚼运动,并对咀嚼运动进行定量评价。

测量系统及装置

对牙齿表面进行3D扫描的不同方法是可能的:机械测量,例如,在触觉探针的帮助下逐点捕获物体。这是一个非常耗时的过程,因为首先要用引用标记来准备对象。由于采用基于点的采集方法,在某些情况下,测量时间可能需要几个小时,甚至几天。此外,触觉测量方法仅在一定程度上适用于精细的化石物体,在探测过程中可能会受到破坏。

Fossile-Zahnfunde_Analysis对于古人类学和古生物学的研究,使用AICON SmartScan的光学测量方法是最适合的扫描方法。它的操作是无接触的,它能在几秒钟内对表面积进行数字化,以非常高的精确度捕获大量数据,并且可以很容易地调整到任何物体的大小。

使用AICON SmartScan,只需几次测量就可以快速而精确地实现考古发现的数字化。灵活的传感器配置是SmartScan系列的关键特征之一,它能够以30度、20度和10度的三角角度执行扫描过程,即使是非常难接近的物体区域也能以高细节精度捕获。

工作流

要捕捉像牙齿表面那样被透明的牙釉质覆盖的反射性非常强的表面,在需要精确到细节的情况下,有两种方法来准备物体:

在大多数情况下,在数字化之前向被测表面(或整个物体)喷涂防反射物质就足够了(喷涂可以很容易地用水去除,不会留下任何残留物)。对于非常敏感的物体,Senckenberg研究所用氯化铵蒸气表面,氯化铵是一种粉末,在烧瓶中加热,然后在一个小泵操作的喷嘴的帮助下均匀地喷到物体上。

另外,有时也会对高精度的牙模进行扫描,这些牙模在高清牙模材料的帮助下被复制成负模,然后进行铸造,例如在牙模石(Everest®Rock, KaVo)上进行铸造。这些铸件由特殊的非反射石膏制成,是完美的复制品,非常适合白光扫描器AICON SmartScan。

系统校准之后是在牙齿表面的第二周围一个的单个测量序列内的三维测量。在计算机中的三维数据的计算后,将对象的确切数字图像是可用的,准备好被用于在深入研究,以及用于文档和归档的目的。

结论

使用AICON智能手机,Senckenberg研究行业和国家历史博物馆甚至可以在不接触的情况下,以高速和精确的方式捕捉到极其精细的古生物学发现。通过使用数字复制品进行研究,原始发现不仅得以保存,3D扫描数据还允许对牙齿表面进行更详细的研究,而不是使用它们的原件。
此外,使用一个相应的数字数据档案允许研究研究和评估的同一发现,在世界任何地方进行在同一时间-只需访问全球网络!


信息资料和图片由森肯伯格研究所和自然历史博物馆提供。如有要求,我们很乐意提供相关文章的参考书目。

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