XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Тайны прошлого или как оживают окаменелости

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Зиннуров Т.Р. 1

---

1МАОУ «Гимназия №39 им. Файзуллина А.Ш.», 4 А класс

Корнеева Р.И. 1Зиннурова А.В. 2

---

1МАОУ «Гимназия №39 им. Файзуллина А.Ш.», 4 А класс

2МАОУ «Гимназия №39 им. Файзуллина А.Ш.», 4 класс

Работа в формате PDF

9.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

1 Теоретическая часть

Введение

Актуальность исследования

Изучение окаменелостей играет ключевую роль в понимании истории развития жизни на Земле. Одним из наиболее распространённых и хорошо сохранившихся объектов палеонтологических находок являются аммониты — вымершие морские головоногие моллюски, существовавшие в мезозойскую эру. (Приложение1,рис.1)Современные цифровые технологии, такие как компьютерная томография (КТ), фотограмметрия и 3D-печать, позволяют исследовать внутреннее и внешнее строение окаменелостей без разрушения образца, что делает реконструкцию более точной и информативной.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью внедрения неразрушающих методов анализа в палеонтологических исследованиях и созданием доступных цифровых моделей, которые могут быть использованы в науке, образовании и музейной деятельности.

И изучение окаменелостей играет ключевую роль в понимании истории развития жизни на Земле.

Новизна исследования

Новизна работы заключается в комплексном подходе к реконструкции окаменелостей, объединяющем методы компьютерной томографии, фотограмметрии и трёхмерной печати. Такое сочетание технологий позволяет не только изучать внутреннюю структуру ископаемых, но и воссоздавать их форму в физическом виде с помощью 3D-печати. В рамках исследования также рассматривается использование 3D-моделей для создания наглядных материалов в учебных целях.

Цель исследования: разработать и продемонстрировать комплексный метод реконструкции окаменелостей (на примере аммонита, зуба отодуса) с применением технологий КТ, фотограмметрии и 3D-печати.

Гипотеза исследования: действительно ли, если объединить цифровые методы томографического сканирования и фотограмметрии с последующей 3D-печатью, то можно получить достоверную и наглядную реконструкцию окаменелостей, которая позволит изучать их структуру без повреждения оригинала.

Объект исследования: окаменелости аммонитов, зубов отодуса и ругоз (роговых кораллов), как примеры палеонтологических образцов. (Приложение1,рис.2)
Предмет исследования: методы цифровой реконструкции и физического воспроизведения окаменелостей с использованием КТ, фотограмметрии и 3D-печати.

Задачи исследования

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1. Изучить основные методы неразрушающего исследования окаменелостей.
2. Провести компьютерную томографию и построить внутреннюю 3D-модель аммонита.
3. Получить внешнюю модель методом фотограмметрии.
4. Совместить внутреннюю и внешнюю модели для полной 3D-реконструкции.
5. Подготовить модель для 3D-печати и изготовить физические копии образцов.
6. Проанализировать возможности применения таких технологий в учебных и музейных целях.

7. Создать 3D-модели окаменелостей, а также гипсовые реконструкции окаменелостей.

Практическая значимость работы

Результаты исследования имеют практическое значение для образовательных учреждений, музеев и исследовательских лабораторий. Созданные 3D-модели и физические копии окаменелостей могут быть использованы для демонстрации морфологических особенностей древних организмов, проведения лабораторных занятий и выставок, создания цифровых архивов редких палеонтологических находок и популяризации естественнонаучных дисциплин.

Места проведения исследования: Куштау, Торатау, Юрактау, Шахтау, геологический разрез Мечетлино, геологический разрез д.Ахуново, Оренбургская область, Пермская область, Самарская область, Ульяновская область, г. Москва, Свердловская область, Республика Дагестан (Приложение1,рис.3)

Методы:

• Отбор и обобщение информации в процессе анализа литературы по выбранной тематике;

• Отбор наглядно – иллюстративного материала;

• Изучение справочной, литературоведческой и краеведческой литературы, а также материалов интернет-сайтов;

• Сбор, систематизация и обработка необходимых фактов и сведений;

• Подбор и частичное создание иллюстративного материала;

• Проведение эксперимента;

• Проведение анкетирования;

• Проведение опыта;

• Просмотр детских познавательных передач;

• Просмотр научно-популярных фильмов.

Достоверность результатов проведённого исследования обеспечивается всесторонним анализом разнообразия окаменелостей, обсуждением и личной консультацией компетентных в области геологии и палеонтологии людей, личным участием в раскопках автора и найденных эксклюзивных образцах. (Приложение2, Рис.1)

Таким образом, исследовательская работа по палеонтологии не только углубляет научное понимание древней жизни, но и имеет практическое применение в образовании, экологии и экономике.

1. 1. Планета в прошлом

История Земли продолжается около 4,5 миллиардов лет — от ее до формирования современных геологических и биологических процессов. Изучение прошлого мира позволяет понять закономерности ее эволюции, изменения климата, способов материков и развития жизни.

Формирование Земли

Земля возникла примерно 4,5 миллиарда лет назад из пыле-газового облака, оставшегося после образования Солнца. На первых этапах планета представляла собой раскалённое тело с высокой вулканической активностью и частыми падениями метеоритов. Прогрессивная поверхность остыла, сформировались земная кора, атмосфера и гидросфера, что создало предпосылки для зарождения жизни.(Приложение 2,Рис.2)

Основные геологические эпохи

• Архейская эра (4,0–2,5 млрд лет назад).(Приложение2, Рис.3)
  В этот период появились первые наблюдения — прокариоты и цианобактерии. Началось сохранение древнейших континентов и накопление кислорода в атмосфере. [2]

• Протерозойская эра (2,5 млрд – 541 млн лет назад)(Приложение 3,Рис.1)
  Произошло развитие многоклеточных организмов и образование суперконтинентов. Атмосфера обогатилась кислородом, что создало условия для дальнейшего развития жизни. [1]

• Палеозойская эра (541–252 млн лет назад).(Приложение 3,Рис.2)
  Характеризуется бурным развитием жизни. Появились рыбы, наземноводные, рептилии и первые растения на суше. Эра завершилась крупнейшим массовым вымиранием.

• Мезозойская эра (252–66 млн лет назад).(Приложение 3,Рис.3)
  Эпоха динозавров, появление первых птиц и млекопитающих, расцвета цветковых растений. Завершилась мезозой падением астероида и массовым вымиранием. [2]

• Кайнозойская эра (66 миллионов лет назад – настоящее время). (Приложение 4,Рис.1)
  Эра млекопитающих и птиц. Сформировались современные экосистемы и появился человек, чья деятельность существенно изменила природные процессы на планете. [1]

Образование окаменелостей

Окаменелости — это остатки и следы древних организмов, сохранившихся в горных породах. Они представляют собой основной источник информации о биологической и геологической истории Земли.(Приложение 4, Рис.2.)

Процесс их образования называется фоссилизацией . Это происходит, когда остатки живых организмов быстро покрываются слоями следов — песком, илом или глиной, что позволяет им располагаться под воздействием их кислорода и воздействия. Пока осадки уплотняются, превращаются в осадочную форму, органические материалы замещаются минеральными веществами (кремнезёмом, кальцитом или пиритом).
В результате возникают различные виды окаменелостей:

• остаточные (кости, раковины, панцири),

• отпечатки и следы (листьев, лапа, тел животных),

• окаменелое дерево и другие формы.

Изучение окаменелостей позволяет учёным реконструировать внешний вид вымерших организмов, их образ жизни, а также определить возраст пород, в которых они найдены. Именно благодаря этим данным удалось установить по продолжительности жизни живых существ и обеспечить надежную взаимосвязь между различными геологическими эпохами.

Изменения климата и экосистемы

На протяжении геологической истории Земля неоднократно переживала периоды глобального похолодания и потепления, ледниковые и межледниковые эпохи. Эти процессы влияли на распространение видов, вымирание одних и появление других, более приспособленных организмов.

Оценка человека

Развитие земледелия, промышленности и влияние человека на природу значительно усилилось. Оно проявляется в условиях климата, загрязнения окружающей среды и воды, вырубки лесов и вымирания видов. Человеческая деятельность сегодня является одним из главных факторов, определяющих дальнейшую эволюцию биосферы.

1.2 Главные подразделения палеонтологии:

Палеоботаника — изучает вымершие растения.

Палеозоология — изучает ископаемых животных и подразделяется на палеозоологию беспозвоночных и палеозоологию позвоночных.

Палеомикология — изучает ископаемые грибы.

Палеоихнология — исследует следы жизнедеятельности.

Микропалеонтология — изучает древние микроорганизмы и микроскопические остатки макроорганизмов.

Бактериальная палеонтология — изучает ископаемые бактерии.

Палеобиогеография — изучает закономерности географического распространения древних организмов.

Палеоэкология — изучает образ жизни и экологические связи вымерших организмов.

Тафономия — изучает процессы захоронения и окаменения (фоссилизации).

Палеогистология и палеофизиология — изучают ткани и морфофизиологические системы древних организмов.

Палеоневрология — исследует нервную систему ископаемых организмов.

Палеопатология — изучает следы заболеваний.

Молекулярная палеонтология — изучает остатки биомолекул, сохраняющихся в ископаемом состоянии. [8]

II Практическая часть.

2.Материал и методика исследований.

2.1. Общие характеристики окаменелостей

Таксономическая принадлежность окаменелостей включает в себя различные группы, например:

Простейшие. Это одноклеточные организмы, которые могут быть как автотрофными (фотосинтетическими), так и гетеротрофными. К простейшим относятся амебы, инфузории и водоросли.

Это одноклеточные организмы, которые могут быть как автотрофными (фотосинтетическими), так и гетеротрофными. К простейшим относятся амебы, инфузории и водоросли. [3]

К ним относятся фораминиферы, радиолярии, остракоды.  Окаменелости диатомей, радиолярий и других одноклеточных водорослей[3]

Губки. Простые многоклеточные организмы, которые фильтруют воду и питаются микроскопическими частицами. Губки имеют пористую структуру. Окаменелости губок часто встречаются в известняках.Например, класс Demospongea (большинство живых губок).

Археоциаты. 

Книдарии.  К ним относится, например, вымершая группа Conulariida, существовавшая с кембрия по триас и оставившая характерные конические фосфатные окаменелости. 

Черви. 

Мшанки.

Брахиоподы. 

Иглокожие. Например, некоторые морские пузыри и морские лилии. 

Членистоногие. 

Моллюски.  Например, белемениты — представители отряда вымерших беспозвоночных животных класса головоногих моллюсков. 

Также к окаменелостям относят остатки микроскопически малых организмов, зубы мелких млекопитающих, конодонтов, низшие растения (диатомовые водоросли, кокколитофориды) и высшие растения (споры, пыльца и др.). 

2.2. Датировка и препарирование

Для изучения окаменелостей палеонтологи используют два основных метода датирования:

1. Относительный метод. Используется, когда известно, что и где найдено. При относительной датировке используются уже изученные организмы, породы и формации. [5]

2. Абсолютный метод. Для его применения нужна лаборатория, чтобы изучить находку. Зная скорость распада определённых изотопов и насколько они распались, можно достаточно точно определить возраст организма или породы, в которой он был обнаружен. [4]

Также существуют другие методы, в которых используются другие изотопы:

— уран-свинцовый анализ,
— свинец-свинцовый анализ,
— калий-аргоновый анализ

Препарация окаменелостей — это процесс освобождения образца от вмещающей породы.  (Приложение17,Рис.1)

Некоторые методы препарации:

• Сухое препарирование. Начерно окаменелость обрабатывают «на сухую», а затем замачивают на несколько часов в воде, которая размягчит известняк или мергель, сделав его более пластичным и податливым. 

• Химическое препарирование. Микрофоссилии извлекают с помощью различных растворов, содержащих кислоты, щёлочи, соли и пр., и помещают в консерванты (смолы, глицерин, гипс).  (Приложение18,Рис.1)

• Ультразвуковая ванночка. Образец кладут в воду, и высокочастотные колебания приводят к тому, что от него отваливается всё, что плохо держится. Ультразвук используют в основном на финальных этапах — для удаления тонких корочек и белого налёта, который не очистить механически. 

• Метод компрессов. На подлежащие химической очистке детали образца накладывают компрессы из ватных дисков, сверху помещают полиэтиленовую плёнку. Под действием химии кальцитовые корочки на образце размягчаются, а дальше иглой проявляется его структура. 

В понятие препарации также входит восстановление до максимально полного вида — этот процесс называют реставрацией. 

Для препарации окаменелостей используют различные инструменты, например зубило, скарпель, тонкую заточенную отвёртку, иглу с ручкой, химикаты и ватные палочки. (Приложение16,Рис.2)[2]

Химическая препарация окаменелостей — это процесс извлечения микро- и нанофоссилий с помощью различных растворов, содержащих кислоты, щёлочи, соли и другие вещества. Химическая препарация — длительный процесс, и при неправильном подходе есть риск повредить образец.

2.3. Методы восстановления облика ископаемого организма

1. Методы восстановления облика ископаемого организма включают:

2. Анатомический метод (аналогии с современными видами)

3. Морфологический метод (изучение строения скелета) (Приложение18.Рис.2)

4. Экологический метод (определение места нахождения и окружающих пород)

2.4. Методы изучения ископаемых организмов

Для определения возраста окаменелостей применяются следующие методы:

1. Радиоуглеродное датирование(Приложение5.Рис.2)

2. Стратиграфический метод (Приложение5.Рис.1) [5]

3. Геохронологические шкалы. (Приложение4.Рис.3)

При работе с коллекциями важно соблюдать правила хранения и обработки материала, такие как использование специальных консервантов и бережная очистка от посторонних примесей. [5]

2.5. Методы реконструкции окаменелостей

1. Графические реконструкции(Приложение5.Рис3)

Исторически первым методом реконструкции было создание рисунков и чертежей на основе имеющихся окаменелых останков. Этот подход широко применялся в XIX и XX веках. Он включает следующие этапы:

Создание эскиза на основе доступных окаменелостей.

Добавление отсутствующих деталей путем сравнения с похожими видами.

Художественное оформление рисунка для визуализации предполагаемого облика организма.

Однако данный метод ограничен субъективностью художника и отсутствием объективных критериев оценки точности реконструкции. Тем не менее он продолжает использоваться в сочетании с современными технологиями для наглядного представления научных гипотез.

2. Компьютерные симуляции и 3D-моделирование

(Приложение6.Рис.1,2)

Современная цифровая эпоха принесла значительные изменения в методы реконструкции окаменелостей. Одним из наиболее эффективных инструментов стала компьютерная графика и 3D-моделирование. Основные шаги включают:

Получение высокоточных изображений окаменелостей с помощью компьютерной томографии (КТ) или микротомографии.

Преобразование полученных данных в 3D-модель с возможностью вращения и масштабирования.

Модификация модели для устранения дефектов и добавления недостающих элементов.

Эти модели позволяют детально изучить морфологию и анатомию древнего организма, а также провести биомеханические анализы, такие как расчет силы укуса или определение способа передвижения.

3.Лазерно-стимулированная флюоресценция (LSF)

Этот метод основан на использовании ультрафиолетового света для возбуждения молекул органических веществ, оставшихся в окаменелостях. Когда образец освещается УФ-светом, молекулы начинают излучать свет, который фиксируется камерой. Таким образом удается выявить контуры и детали, скрытые от обычного зрения.

LSF позволяет получить изображения высокого разрешения, показывающие точное расположение кожных покровов, перьев и других мягких тканей. Метод особенно полезен для изучения мелких деталей, таких как структура кожи или форма оперения.(Приложение7,Рис.1)

3. Синхротронные методы и рентгеновская микроскопия

Синхротроны представляют собой гигантские установки, генерирующие интенсивные пучки рентгеновского излучения. Используя эту технологию, ученые могут получать подробные изображения внутренней структуры окаменелостей, вплоть до клеточного уровня. Рентгеновская микроскопия позволяет выявлять тонкие слои минералов, замещавших органические вещества, и определять химические компоненты, оставшиеся после смерти организма.

Одним из ярких примеров применения синхротронов стало выявление пигментов в коже и перьях динозавров, что дало возможность впервые достоверно установить цветовую гамму некоторых видов.(Приложение7.Рис.2)

4. Биомеханическое моделирование

Биомеханика изучает движение и функционирование биологических систем. Применительно к окаменелостям она позволяет смоделировать возможные способы передвижения, питания и взаимодействия древних организмов с окружающей средой. Основываясь на анализе строения суставов, расположения мышц и плотности костной ткани, ученые создают виртуальные модели, способные имитировать реальные действия.

Например, расчеты показали, что тираннозавр рекс мог развивать скорость около 18 км/ч, а диплодоки передвигались медленно, поддерживая равновесие с помощью длинного хвоста.(Приложение8.Рис.1)

6. Микроскопия и гистологическое исследование

Микроскопия позволяет наблюдать мелкие детали окаменелостей, недоступные глазу человека. Она полезна для выявления особенностей внутреннего строения костей, зубов и других твердых тканей. Гистология, в свою очередь, занимается изучением тонких срезов окаменелостей, позволяющих видеть клетки и волокна, сохранившиеся в процессе окаменения. [9]

Гистологические исследования дают важную информацию о росте, развитии и образе жизни древних организмов. Например, наличие годовых колец в костях указывает на сезонные колебания температуры и доступности пищи.

7. Фосфатизация и сохранение мягких тканей

Иногда мягкие ткани, такие как кожа, мышцы или внутренние органы, сохраняются в окаменелостях благодаря процессу фосфатизации. Минерал апатит заменяет органические материалы, создавая точную копию исходной ткани. Такие случаи крайне редки, но чрезвычайно полезны для понимания физиологии и экологии древних организмов.

Один из известных примеров — окаменевшая кожа динозавра, найденная в Канаде, которая сохранилась настолько хорошо, что видны отдельные чешуйки и текстура кожи.

8. Виртуальная реальность и 3D-печать

Виртуальная реальность (VR) и 3D-печать стали важными инструментами в современной палеонтологии. VR позволяет погружаться в виртуальное пространство, где можно свободно перемещаться вокруг окаменелостей и изучать их с разных сторон. 3D-печать, в свою очередь, дает возможность создавать точные копии окаменелостей, пригодные для дальнейшего изучения и демонстрации в музеях.(Приложение8.Рис.2,3)

Эти технологии значительно облегчают работу ученых, позволяя работать с крупными объектами, такими как скелеты динозавров, без необходимости транспортировки тяжелых экспонатов.

1. 1. Инструменты и оборудование

Для успешной реконструкции окаменелостей учёные используют разнообразные инструменты и оборудование, которые позволяют проводить тщательные исследования и восстанавливать внешний вид и особенности древних организмов. Рассмотрим наиболее распространённые из них:

1. 2. Методы очистки и препаровки окаменелостей

• Дентальные боры: Тонкие стоматологические сверла и фрезы, применяемые для удаления матрицы породы вокруг хрупких структур кости.

• Иглы и кисточки: Для деликатной расчистки мелких поверхностей, особенно мягких тканей или чешуи.

• Аэрозольные распылители ацетона: Помогают быстро растворять гипсовые формовки и удалять остатки матрицы с поверхности образца.

1. 1. Инструменты цифровой диагностики и моделирования

• Компьютерная томография (КТ): Обеспечивает создание объёмных изображений внутренних структур окаменелостей без разрушения образцов.

• Микротомографы: Используются для детального анализа микроструктуры тонких срезов костей и тканей.

• 3D-принтеры: Служат для печати физических моделей ископаемых объектов, помогающих изучать форму и размер оригинальных образцов.

1. 1. Химический анализ и исследование материалов

2. ИК-спектрометры: Применяются для химического анализа минерального состава и органических соединений в костях.

3. Люминесцентные лампы: Позволяют выявлять скрытые структуры и следы паттернов окраски на поверхности окаменелостей.

4. Хроматографические системы: Изучают состав смолистых веществ и белков, содержащихся в остатках окаменевших тел.

   1. Лабораторное оборудование

• Электрофорезные камеры: Оценка молекулярных характеристик ДНК и РНК в редких случаях обнаружения генетического материала.

• Электронные микроскопы: Высокоразрешающие устройства для наблюдения мельчайших особенностей поверхности костей и клеток.

• Зонды ультразвукового контроля: Выявляют трещины и полости внутри крупных костей, что важно для реставрации и сохранения образцов.

4. Методика выполнения исследовательской работы

4.1. Результаты анкетирования

И вот какие результаты у меня получились:

По итогам анкетирования я сделал вывод, что люди интересуются вопросами палеонтологии.

Диаграмма (Приложение 9.Рис.1).

4.2. Метод эксперимента

Также я использовал в своей работе метод эксперимента.

Я провел опыты:

4.3. Рентгенография

Опыт №1 «Использование рентгенографии при реконструкции окаменелостей»

В ходе исследования окаменелостей в лаборатории я с помощью специалистов сделал рентген образцов. Это был предварительный этап перед КТ-сканированием. Снимки позволили уточнить состояние внутренней полости и выявить зоны, содержащие перегородки и камеры.

Вывод: Это позволило улучшить параметры сканирования и построить более точную 3D-модель.(Приложение10.Рис.1)

4.4. Компьютерная томография

Опыт №2 «Использование компьютерной томографии при реконструкции окаменелостей»

Для анализа внутреннего строения окаменелостей применялся метод компьютерной томографии (КТ), который проводился в лаборатории.

В исследовании для анализа внутреннего строения окаменелостей применялся метод компьютерной томографии (КТ). Данный метод основан на последовательном рентгеновском сканировании образца под различными углами с последующим объединением полученных изображений в трёхмерную модель. Применение КТ позволило получить детальную информацию о внутреннем строении аммонита без разрушения внешней оболочки. На реконструированных томографических срезах были выявлены перегородки, камеры и спиральная форма раковины, характерные для представителей данного типа.
На основе полученных данных выполнена виртуальная реконструкция недостающих фрагментов, что обеспечило восстановление исходной формы окаменелости. Построенная трёхмерная модель использовалась для морфометрического анализа, включающего измерение радиуса спирали, толщины стенок и объёма внутренних камер. Таким образом, использование метода компьютерной томографии позволило повысить точность реконструкции и сохранить целостность оригинального образца. (Приложение10.Рис.2)

Вывод: использование метода компьютерной томографии позволило повысить точность реконструкции и сохранить целостность образца.

4.5. Метод фотограмметрии

Опыт №3 «Использование метода фотограмметрии»

Для получения внешней трёхмерной модели окаменелости использовался метод фотограмметрии, основанный на объединении серии фотографий объекта, сделанных под разными углами. Изображения были обработаны с помощью специализированного программного обеспечения (например, Agisoft Metashape или RealityCapture), которое выполняет автоматическое совмещение снимков и построение точечной 3D-модели.(Приложение17,Рис.2)

Фотограмметрия позволяет с высокой точностью воспроизвести внешнюю геометрию объекта, включая мелкие детали поверхности. Метод особенно эффективен при работе с крупными или хрупкими образцами, которые нельзя подвергать физическому воздействию. Полученные данные использовались для сопоставления с результатами КТ-сканирования, что обеспечило комплексное представление об окаменелости как снаружи, так и изнутри.

Вывод: у меня получились 3D-модели- материалы для печати. (Приложение10.Рис.3)

4.6. Метод 3D-реконструкция

Эксперимент «3D-реконструкция и визуализация»

На основании данных, полученных с помощью компьютерной томографии и фотограмметрии, была выполнена трёхмерная реконструкция окаменелостей. Совмещение внутренней (КТ) и внешней (фотограмметрической) моделей позволило восстановить полную форму окаменелости с высокой степенью точности.

Для обработки и визуализации использовались программы Slicer и Blender. На этом этапе была проведена виртуальная «очистка» модели от лишней породы, восстановлены недостающие участки спирали и выполнена цветовая визуализация отдельных элементов (камер, перегородок, оболочки).

Итоговая 3D-модель позволила подробно изучить морфологические особенности аммонита, а также подготовить материалы для печати и демонстрации в образовательных целях.

Вывод: итоговая 3D-модель позволила подробно изучить особенности окаменелостей. Такой подход обеспечивает неразрушающее исследование, высокую точность восстановления формы и возможность цифрового анализа и хранения данных.(Приложение11.Рис.1)

4.7. Метод 3D-печать

Эксперимент «Использование 3D-печати в реконструкции окаменелостей»

На основе трёхмерной реконструкции аммонита по данным КТ была создана цифровая модель с восстановленными недостающими участками спирали. Модель экспортировалась в формат STL и напечатана на 3D-принтере методом послойного наплавления (FDM) из пластика PLA. Печатная копия точно воспроизводит форму и спиральную структуру аммонита, что позволяет использовать её для демонстрации строения камер и перегородок. В музеях такие модели окрашиваются в контрастные цвета, чтобы показать внутренние элементы, невидимые в настоящей окаменелости. (Приложение11.Рис.2)

Печать зуба мегалодона

Модель зуба мегалодона (вымершей акулы Carcharocles megalodon) была создана по сканам реальных образцов, полученных методом фотограмметрии. 3D-печать позволила получить увеличенные копии зуба, демонстрирующие характерную форму, размеры и структуру режущих краёв. Такой подход используется для изучения морфологии зубов, сравнения с современными видами акул, а также для музейных экспозиций и учебных лабораторий.

Печать ругозы (рогового коралла)

Окаменелости ругоз представляют собой роговидные скелеты одиночных кораллов. 3D-модель ругозы создаётся по данным микросканирования, что позволяет рассмотреть тонкие внутренние перегородки и детали строения скелета. После обработки модель печатается из прозрачного или полупрозрачного пластика, что даёт возможность визуализировать внутренние камеры и септы. Такая реконструкция особенно полезна для демонстрации строения коралловых организмов на уроках биологии и палеонтологии.

Для эксперимента я попробовал распечатать на 3-D принтере имеющиеся окаменелости аммонита, зуба отодуса и одиночного коралла по данным КТ и фотограмметрии.

Вывод: в процессе эксперимента у меня получились 3-D копии, которые я хочу вам продемонстрировать.

Применение 3D-печати в палеонтологии открывает широкие возможности для сохранения, изучения и популяризации древних организмов. Создание физических копий аммонитов, зубов мегалодонов и ругоз позволяет безопасно демонстрировать уникальные находки, проводить морфологические исследования и развивать научно-образовательные проекты.

4.7. Метод УФ-излучение Лазерно-стимулированная флюоресценция (LSF)

Опыт№4 «Использование ультрафиолетового излучения при изучении окаменелостей» (Приложение11.Рис.3)

С помощью УФ фонарика( 365 НМ), я выявил скрытые детали строения окаменелостей, невидимых при обычном освещении.

Под воздействием УФ-лучей некоторые минералы и органические остатки, входящие в состав окаменелостей, начинают флуоресцировать, излучая свет различного цвета и интенсивности.

Вывод: использование УФ излучения при изучении окаменелостей повышает точность изображения.( помогает в определении минералов и делает возможным выявление скрытых деталей строения древних организмов без повреждения образца.)

4.8. Метод Гипсовые слепки

«Моделирование окаменелостей методом отпечатка (гипсовые слепки)»

Метод отпечатка (слепка) с последующим изготовлением гипсовой модели является простым и доступным способом получения физической копии окаменелости. Данный подход широко применяется в образовательных и музейных целях, а также для первичной репликации образцов перед выполнением более дорогостоящих и трудоёмких методов (3D-печать, реставрация). (Приложение12.Рис.1,2)

Основные этапы метода:
1. Подготовка поверхности: очистил окаменелость от рыхлой породы и пыли мягкой кистью. Поверхность необходимо увлажнить при отсутствии масляных загрязнений.
2. Нанес разделительный слой: на поверхность образца (и на внутренние части формы, если применимо) нанёс разделительный агент — вазелин или специализированный воск/спрей, чтобы избежать сцепления гипса с оригиналом.
3. Изготовление опалубки (при необходимости), чтобы удерживать раствор гипса.
4. Приготовил гипсовую смесь: гипс смешалт с водой в соответствии с инструкцией производителя до получения однородной консистенции без комков.
5. Нанесение гипса: гипсовую пасту аккуратно накладывают на поверхность окаменелости, равномерно распределяя, чтобы воспроизвести все детали. Нанос несколько слоёв при необходимости, давая первым слоям частично схватиться.
6. Демонтаж слепка: после полного затвердения гипса слепок аккуратно снимают с образца. Слепок очищают от частиц и при необходимости укрепляют с обратной стороны дополнительными слоями гипса или армирующей сеткой.
7. Получение позитивной модели (при необходимости): из отрицательного слепка можно получить позитивную копию, залив в форму новую порцию гипса или реставрационных материалов.
Материалы и инструменты:
- строительный или формовочный гипс (быстротвердеющий гипс типа Г-4 или специализированный гипс для форм);
- разделительный агент (вазелин, силиконовый спрей, парафин);
- мягкие кисти, шпатели, ёмкости для смешивания, защитные перчатки;
- опалубочные материалы (картон, пластик) и армирующие сетки для усиления слепков.
Меры предосторожности и научная добросовестность:
- не применять агрессивные химикаты; при работе с гипсом использовать перчатки и защитные очки;
- перед нанесением гипса убедиться, что разделительный слой не повредит оригинал; выполнить тест на малозаметном участке;
- в документации указывать, какие элементы являются репликой и каким образом был получен слепок (датирование, материалы, номера образцов). [7]
Практическое значение метода:
Гипсовый отпечаток предоставляет доступную и быструю репликацию образцов для образовательных стендов, лекций и лабораторных работ. Он служит хорошей отправной точкой при подготовке долговечных форм для последующего изготовления копий из более прочных материалов, а также помогает в начальной визуальной и тактильной оценке морфологических особенностей окаменелости.(Прнложение17,Рис.3)

5.Метод наблюдения

5.1. «Наблюдение за внешними и видовыми характеристиками окаменелостей»

Наблюдение проводилось в музеях разных городов, где представлены коллекции окаменелостей в видовом сравнении.

(Приложение 13.Рис.1,2,3)

Вывод: особи одного вида имели сходства внешнего строения и условия среды обитания. Омар Хаписов(Приложение14.Рис.!,2,3)

6. Основные выводы исследования

В ходе исследовательской работы «Тайны прошлого или как оживают окаменелости», была изучена возможность реконструкции окаменелостей с помощью современных цифровых и физических методов. В работе последовательно применялись компьютерная томография (КТ), фотограмметрия, трёхмерное моделирование, 3D-печать, а также методы гипсового слепка, ультрафиолетового освещения и рентгенографии.

Проведя анализ исследовательской работы, я понял, что исследование окаменелостей в мире будет увеличиваться, ведь это – необходимость для изучения эволюции жизни на нашей планете.

Заключение

Итак, изучив информацию по реконструкции окаменелостей, я понял значение для науки, я узнал много интересного.

Данная исследовательская работа привела меня к выводу, что любой школьник может оказывать помощь в воссоздании картины древнего мира. Работа по изучению данного исследования мне показалась очень интересной и полезной.

Таким образом, моя гипотеза подтверждена!

Действительно можно объединять цифровые методы и получить достоверную и наглядную реконструкцию окаменелостей!

Список использованной литературы:

1. Дробышевский С.В. Палеонтология антрополога. Книга 1. Докембрий и палеозой. М.: Эксмо, 2020. — 464 с.

2. Дробышевский С.В. Палеонтология антрополога. Книга 2. Мезозой. Москва: Эксмо, 2020. — 461 с.

3. Богоявленская О.В., Федоров М.В. Основы палеонтологии. – М.: Недра, 1990. – 209 с.

4. Бондаренко О.Б., Михайлова И.А. Определитель ископаемых беспозвоночных. – М.: Недра, 1984. – 533 с.

5. Биостратиграфия палеозоя Саяно-Алтайской горной области. Под ред. Халфина Л.Л. Том 2. – Новосибирск, 1960. – 760 с.

6. Владимирская Е.В. и др. Историческая геология с основами палеонтологии. – Л.: Недра, 1986. – 405 с.

7. Глухова Л.В. Основы палеоботаники. – Учебное пособие. Красноярск. 2002. – 81 с.

8. Давиташвили Л.Ш. Краткий курс палеонтологии. – Москва: Гос. Научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 1958. – 500 с.

9. Палеонтология беспозвоночных. Отв. Ред. Ю.А. Орлов. – Изд-во Московского университета, 1962. – 467 с.

Гиперссылки:

https://disk.yandex.ru/i/roNSXqaBOrJT_w

https://disk.yandex.ru/i/uRkcF-u90KuJPg

https://disk.yandex.ru/i/xUUC0aQeJ-UHYw

https://disk.yandex.ru/i/0xDex4u9QqYwFA

Приложение 1

Рис.1 Аммонит

Рис.2. Окаменелости: аммонит, зубы отодуса и ругоз.

Рис.3. Места проведения исследования

Приложение 2

Рис.1. Специалисты в области геологии и палеонтологии.

Рис.2. Возникновение Земли

Рис.3. Архейская эра (4,0–2,5 млрд лет назад)

Приложение 3

Рис.1.Протерозойская эра (2,5 млрд – 541 млн лет назад)

Рис.2. Палеозойская эра (541–252 млн лет назад).

Рис.3.Мезозойская эра (252–66 млн лет назад).

Приложение 4

Рис.1.Кайнозойская эра (66 миллионов лет назад – настоящее время).

Рис.2. Окаменелости

Рис.3.Геохронологическая шкала

Приложение 5

Рис.1.Стратиграфический метод

Рис.2. Радиоуглеродное датирование

Рис.3 Графические реконструкции

Приложение 6

Рис.1.Компьютерные симуляции и 3D-моделирование

Рис.2

Приложение7

Рис.1. Лазерно-стимулированная флюоресценция (LSF)

Рис.2.Синхротронные методы и рентгеновская микроскопия

Приложение8

Рис.1.Биомеханическое моделирование

Рис.2.Виртуальная реальность и 3D-печать

Рис.3.Виртуальная реальность и 3D-печать

Приложение9

Диаграмма

Рис.1.Диаграмма-анкетирование

Приложение10

Рис.1. Рентгенография

Рис.2. Компьютерная томография

Рис.3.Метод фотограмметрии

Приложение11

Рис.1.Метод 3D-реконструкция

Рис.2.Метод 3D-печать

Рис.3Метод УФ-излучение Лазерно-стимулированная флюоресценция (LSF)

Приложение12 Рис.1. Метод Гипсовые слепки

Рис.2. Метод Гипсовые слепки

Приложение13

Рис.1 Рис.2. Рис.3.

Приложение14 Рис.1 Рис.2.

Приложение15

Приложение16

Рис.1

Рис.2

Приложение17

Рис.1

Рис.2 Рис.3

Приложение18

Рис.1

Рис.2