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每年5月下旬至7月上旬，一支由学生、古人类学家、地质学家和地区动物群专家组成的全球性团队，分别从南非、澳大利亚、美国和欧洲出发，前往德里莫伦，一个位于南非约翰内斯堡以北的洞穴系统，“人类摇篮”遗址之一。我所在的这个化石挖掘团队每年都会带着新希望到那里去，期待能挖采出保存完整的人类祖先头盖骨。一下飞机我们就开始认真寻找，期待随时能有大的突破，帮助那些藏在岩石和泥土中等待着的化石重见天日。
2018年，一位学生挖掘员Samantha Good发现了一块罗百氏傍人的成年男性头盖骨，这块头盖骨倒置，露出了上牙。我们两位最好的挖掘人员Angeline Leece和Stephanie Baker在之后一周里小心翼翼地不停工作，直到把那块头盖骨从土里挖出来，但当时它的很大一部分仍然包裹在沉积物中。接下来的两个星期里，我继续她们的精细工作，移除头盖骨上残余的沉积物，将它从200万岁高龄的沉积石棺中解放出来，开始重新拼凑它的数百块碎片，这实在是一项艰苦的工作。虽然科学界对人类的近亲罗百氏傍人已有所了解，但这样一块完整头盖骨的发现促使人们重新评估我们此前对这一已经灭绝的近亲的认识。
人类化石的发现最令人兴奋的事情之一是，它们提供了一个解决“我们的共同起源是什么”这种科学问题的机会，而这些问题在此前是没有答案的。就这块新挖掘出来的编号DNH 155的罗百氏傍人头盖骨而言，新问题都集中在人类微进化（一个物种内部的微小变化）是以怎样的速度和模式应对200万年前的气候演变的。
达尔文的自然选择渐进进化理论预测种群会随着时间的推移而变化，但我们很少有足够精确的数据来观察这些变化是怎样在很久以前发生的。换句话说，我们已经能很好地从缩小了的视角去了解人类的进化故事，但当我们放大画面，评估较小尺度上的变化时，图像就变得非常像素化，很难看清。DNH 155头盖骨的发现为我们有效提供了一个窄小但高分辨率的快照，揭示了发生在不同的序列种群之间的小规模微进化变化。
挖化石有点像拆礼物：你永远不确定你会得到什么。以DNH 155头盖骨为例，“礼物的包装纸”是有200万年历史的洞穴沉积物，“拆包装纸”花了好几个星期，整个过程费劲且极易出现差错。尽管如此（很像一件礼物），从第一天开始，我们的团队就有充分的理由预感我们将有幸一起发现一些非常特别的东西。然而，考古学和古人类学的问题在于，挖掘化石或文物的行为本身就具有破坏性。包裹着这些发现的沉积物可以告诉我们很多关于化石本身的年代和背景信息，所以我们必须创新保存这些记录的方法。
DNH 155头盖骨的情况更加复杂，因为人类祖先的化石很少能够完整出土。事实上，DNH 155的头盖骨已经碎成了几百块，有的甚至比小指指甲还要小，而且每一块都非常脆弱。因为不可能对一个化石进行两次挖掘（会破坏其初始状态），所以我们必须第一次就成功。基于这个原因，3-D扫描仪已经成为游戏规则的改变者。
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进行中的数字化建设
我在挖掘现场的主要工作是重建化石，所以分配给我的任务是拼凑DNH 155头盖骨。我用了约一星期的时间，才将头盖骨碎片以及所有粘合这些碎片的沉积物从它们原来所在的德里莫伦主采石场里取出。在艰难取出大约300个碎片后，一个名为Artec太空蜘蛛的专业手持3-D扫描仪数字化了这些碎片。扫描仪发射的光线随目标物体表面位置变化而扭曲，然后反射回扫描仪，就像蝙蝠使用声纳，只是在扫描化石时，来回反射的是光而不是声音。我们用这项技术精确记录每一块头盖骨碎片在沉积物中的位置，以防任何碎片被意外遗漏。
第一阶段的重建工作是人工完成的。但即使在人工重建之后，该头盖骨的部分碎片仍无法归位，因为接触点面积太小，或者边缘的一小部分已经丢失。这些情况下，Artec软件可用于数字定位各碎片的相互位置。具体来说，DNH 155的面部不能安全地和颅骨其余部分连接在一起，但数字技术完成了这项任务。虽然可以用胶水把碎片粘在一起，但那是有风险的并可能会对化石造成永久性损害。如果没有3-D技术，已经向大众预告了的DNH 155头盖骨重建项目就不可能完成，而这将沉重打击其他研究人员未来评估化石的能力。
化石数据民主化
颅骨重建只是揭开这块稀有化石秘密的研究任务的一部分。许多研究南非化石的研究人员无法前往约翰内斯堡研究原始化石。对于在资金短缺的机构工作的研究人员和资金普遍拮据的学生来说，情况尤其如此。出于这个原因，德里莫伦团队投入大量资金，将 DNH 155头盖骨和大部分德里莫伦化石组合数字化。作为一名博士生，我对太空蜘蛛等高质量3-D扫描仪的潜力很感兴趣，它们通过允许自由访问科研质量数据来普及研究。虽然这些数据（如德里莫伦化石数据）的访问权限由威特沃特斯兰德大学控制，但我们的最终目的是与研究人员分享我们的数据，尤其是处于职业生涯早期，正在研究与南非人类化石有关的话题的人员。
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古人类学一直以来都是一门竞争多于合作，不时还有点排外的学科。我相信3-D技术和它产生的高便携性数据有能力将新一代研究人员聚集起来，促成此前不可能实现的合作。20年前，古人类学家Gerhard Weber呼吁一场这样的革命。虽然现在还没有完全达到目标，但我们正不断取得进展。
撰文：Jesse Martin，澳大利亚墨尔本乐卓博大学考古学研究生
翻译：张乃欣
审校：曾小欢
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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