Avec un broyeur industriel, un appareil photo à très haute résolution habituellement utilisé pour la photographie de mariage, et les réseaux de neurones à haut débit, Les géoscientifiques de Princeton Adam Maloof et Akshay Mehra peuvent déconstruire des échantillons de roche et créer des versions numériques en trois dimensions, qu'ils ont utilisé pour analyser des spécimens de fossiles de Cloudina recueillis par Mehra (à gauche) et les étudiants de premier cycle Will Van Cleve et Christian Gray (à droite) de la promotion 2017 de la formation de Byng, une formation de récif fossile dans une vallée sculptée par les glaciers sur le mont Salient dans les Rocheuses canadiennes. Crédit :Adam Maloof et Akshay Mehra, Département de géosciences de l'Université de Princeton
Avez-vous déjà rêvé de pouvoir voyager à l'intérieur d'un rocher? Cela peut sembler plus magique que scientifique, mais les scientifiques de Princeton ont trouvé un moyen de le rendre (presque) vrai.
Avec un broyeur industriel et une caméra à très haute résolution, Les géoscientifiques de Princeton Adam Maloof et Akshay Mehra peuvent déconstruire des échantillons de roche et créer des versions numériques en trois dimensions que les scientifiques peuvent regarder sous n'importe quel angle. En outre, ils ont développé un logiciel qui permet à l'ordinateur de segmenter des images et d'isoler des objets sans biais humain.
En utilisant cette technologie en conjonction avec des observations détaillées sur le terrain, ils ont examiné une créature à carapace mince qui vivait dans une grande partie du monde il y a environ 545 millions d'années, Cloudina, généralement reconnu comme le tout premier « biominéralisateur, " un organisme qui peut créer une coquille ou des os en plus des tissus mous.
Alors que des chercheurs précédents avaient soutenu que Cloudina était des constructeurs de récifs, Maloof et Mehra ont pu utiliser leur reconstruction en 3D des structures tubulaires délicates des créatures pour conclure que les fossiles avaient été transportés d'autres régions, suggérant que Cloudina n'a joué qu'un rôle mineur dans les premiers systèmes récifaux. Leurs travaux sont publiés dans le numéro actuel du Actes de l'Académie nationale des sciences .
"Je pensais qu'en entrant, nous apprendrions toutes sortes de choses sur cet incroyable premier biominéraliseur et premier constructeur de récifs, mais Cloudina s'est avéré être plus comme un habitant des récifs, " dit Maloof, professeur agrégé de géosciences. Il s'est maintenant concentré sur le prochain constructeur de récifs potentiel le plus ancien, une éponge appelée Archaeocyatide qui a vécu il y a environ 520 millions d'années.
Cloudina s'était montrée résistante à l'étude détaillée car son enveloppe délicate est trop fragile pour être extraite physiquement du calcaire environnant, et il ne pouvait pas être imagé à distance avec les techniques traditionnelles de tomographie aux rayons X, qui nécessitent des différences de densité entre l'objet d'intérêt et le matériau environnant. Parce que Cloudina est chimiquement identique au calcaire, les fossiles étaient effectivement invisibles aux rayons X.
Le géoscientifique de l'Université de Princeton, Adam Maloof, a passé cinq ans à perfectionner une combinaison de broyeur et de système d'imagerie qui peut créer une « visite virtuelle » en trois dimensions à l'intérieur de tout objet solide, des roches aux batteries. Ici, une meule diamantée broie un échantillon dans le Princeton Grinding Imaging and Reconstruction Instrument (GIRI) dans le Grinder Lab derrière Guyot Hall, Université de Princeton. Crédit :Adam Maloof et Akshay Mehra, Département de géosciences de l'Université de Princeton
Rencontrez GIRI
Il y a presque cinq ans, Brad Samuels, collaborateur de Maloof et Situ Studio, a rassemblé la technologie pour créer ce qu'il appelle maintenant des « flipbooks », " des rendus numériques qui se déplacent à travers plus d'un millier de tranches ultra-fines à travers une roche. Connu sous le nom de "GIRI" ou "le broyeur, " L'instrument Princeton Grinding Imaging and Reconstruction est une réponse au désir de longue date des géologues de savoir à quoi ressemblent les roches à l'intérieur.
« Depuis toujours, depuis Darwin, les gens ont essayé de comprendre à quoi ressemblent les fossiles en 3D, quand ils sont incrustés dans la roche et qu'il est difficile de les sortir, " a déclaré Maloof. " Les gens ont fait des sections en série comme ça à l'époque - mais peut-être pas à cette échelle - où ils broyaient un peu de roche, Dessine le, broyer un peu plus, Dessine le. … Cela peut prendre énormément de temps. »
Entrez GIRI, qui peut couper des tranches aussi fines que quelques microns (moins de 1% de millimètre) et peut fonctionner 24 heures sur 24 pendant des semaines. Comme chaque tranche prend environ 90 secondes à couper et à imager, les chercheurs doivent choisir entre vitesse et échelle. La plupart des spécimens photographiés par Maloof et Mehra sont découpés en tranches de 30 microns, environ un tiers de l'épaisseur d'un cheveu humain. Un pouce d'épaisseur typique, 1, L'échantillon de 500 tranches prend environ un jour et demi à broyer et à imager; pendant ce temps, l'opérateur n'a besoin de remplacer les fluides de la machine et de nettoyer les racleurs (qui nettoient la surface après chaque coupe) qu'une seule fois.
« Le processus est destructeur, " dit Maloof. " Os de dinosaures, échantillons lunaires - il y a certains spécimens que les gens sont moins susceptibles de nous donner. Cela ne nous a pas vraiment arrêté, car la plupart des échantillons ne sont pas précieux. Cloudina, il y en a des millions, nous ne pourrons jamais tous les broyer."
GIRI peut produire un rendu 3D de n'importe quel objet solide, s'il présente ou non les différences de densité nécessaires pour une microtomographie par rayons X efficace (généralement connue sous le nom de tomodensitométrie à rayons X ou micro tomodensitométrie). En outre, parce que vous prenez une photo en très haute résolution avec chaque tranche, tu vois toujours le rocher lui-même, pas seulement le modèle de densité que la télédétection peut fournir.
"C'est destructeur bien sûr, c'est l'inconvénient, mais ce qui est bien, c'est de voir des photos et de faire des observations directes, " Maloof. " C'est ce qui m'a tant changé la vie :j'aime que ce ne soit pas un mannequin. Vous pouvez simplement le voir. Sur une tranche donnée, si vous trouvez quelque chose de bien, tu peux juste trouver la tranche et dire, 'À quoi cela ressemblait-il?' ...Nous sommes en visite virtuelle à l'intérieur, plutôt que de regarder les formes d'onde et d'essayer de les interpréter."
