犹他大学 移除外壳以显示复杂的缝合线图案的门尼特化石或透镜化石
信用:大卫·彼得曼 早在恐龙时代之前，大约3 . 4亿年前，章鱼、鱿鱼和乌贼的祖先——菊石在海洋中漂浮和喷射
如果你看看3.4亿年来菊石的化石外壳，你会发现一些惊人的东西——随着时间的推移，外壳内的波浪线变得越来越复杂，最终变得像羽衣甘蓝叶子的边缘一样褶皱
这些波浪线被称为缝合线，它们反映了隔膜边缘的复杂性，或者说是分隔菊石壳腔室的壁的复杂性
研究人员以前关注的是这些复杂结构在抵抗外壳压力中的作用，但是犹他大学的研究人员为不同的假设提供了证据
他们发现，复杂的缝合线通过表面张力保留了更多的液体，可能有助于菊石微调其浮力
他们的结果发表在《科学报告》上
由于不幸缺少活的人造贝壳，研究人员不得不求助于另一种方法来理解贝壳结构的功能:3D打印模型
该研究的主要作者、地质与地球物理系的博士后学者大卫·彼得曼说:“如果不能为这些复杂的特征建立令人难以置信的精确模型，这些假设就无法得到验证。”
“3D打印模型允许制造难以置信的复杂室壁，其细节可与活体动物相媲美
" 化石菊石以及显示内部和外部形态的3D打印计算机重建
信用:大卫·彼得曼 日益复杂 虽然鹦鹉螺早已灭绝，但我们可以观察它们的远亲鹦鹉螺来了解它们的壳是如何工作的
如果你观察鹦鹉螺贝壳的横截面，你会发现贝壳被分成许多小室，每一个小室都被杯状的隔板分隔开
缝合线是这些隔膜与内壳壁的交叉点
“最早的缝合线基本上是鹦鹉螺类动物的菊石祖先的直线，”彼得曼说
随着时间的推移，缝合线在菊石中变得越来越复杂，隔膜的边缘也变得越来越复杂和分形
“有些物种，”他说，“缝合线非常复杂，几乎没有隔膜与外壳接触的自由空间
" 如果ammonoids进化出了复杂的缝合线和隔膜，它们一定会带来一些生存优势，对吗？大多数关于菊石的研究都集中在复杂的隔膜赋予贝壳强度的假设上
彼得曼说:“机械功能的解释通常与抗压能力有关，更复杂的隔墙起到扶壁的作用
" 但是几项研究，他说，已经挑战了这个假设
另一种假设是隔膜的复杂表面会改变它们的表面张力，使更多的水粘在一起，并改善壳腔的水填充
这很重要，因为这是菊石在生长过程中可能用来控制浮力的机制，以应对重量变化，也可能用于垂直运动
彼得曼、助理教授凯瑟琳·里特布什和他的同事们着手检验这一假设
但首先他们需要一些隔膜
彼得曼说，化石菊石的洞穴通常充满了石质泥浆或矿物质，这就需要另一种方法
现代鹦鹉螺的半壳(右)
3D打印半切割菊石壳(左)
当前研究中的腔室模型，切割以显示内部几何形状(顶部)
信用:大卫·彼得曼 3D打印过去 使用虚拟模型，研究人员定制设计了不同尺寸和不同复杂程度的隔膜表面
彼得曼说，虚拟建模也允许制造假想的表面
“例如，”他说，“最复杂的缝合线之一，来自门尼提斯或兰尼斯的外壳，在保持相对腔室体积和外壳形状不变的同时，被反复平滑以研究复杂性的差异
" 研究小组在模型上添加了一层微分散的氧化纤维素，以帮助水附着在表面
鹦鹉螺壳也有类似的涂层
彼得曼说:“虽然鹦鹉螺是菊石的远亲，但在某些方面，它们是菊石贝壳功能的最佳类似物。”
实验过程相对简单:称出每个模型的重量，把它浸泡在水中，旋转它以排出重力保持的水，然后再次称出重量，看看表面张力保持了多少水
但结果清楚地表明，越复杂的结构容纳的水越多
更复杂的褶皱在更大的模型中保持水分特别有效
彼得曼说，结果表明，复杂的中隔表面可能有助于更精确和主动的浮力控制
里特布什补充说，他们也可能已经实现了更好的平衡，更大的尺寸和有利于速度的外部形状
在当前研究中用于创建三维打印模型的单个Menuites或晶状体隔膜的虚拟模型
学分:犹他大学 在白垩纪末期，菊石和恐龙一样，在灭绝之前达到了缝合复杂性的顶峰
只有简单缝合的鹦鹉螺存活了下来，但是除了缝合的复杂性之外，可能还有其他因素使它们得以存活
他们的研究为进一步探索这种生理功能及其与菊石生态的关系奠定了基础
先进的计算工作流程和智能材料的发展最终将允许这些神秘的生物通过功能模型“复活”
“虽然我们不能像侏罗纪公园里的恐龙那样复活这些动物，”彼得曼说，“但像这样的计算机模拟和实验是我们最接近让这些具有生态意义的头足类动物复活的方法。”
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