เมื่อต้นเดือนพฤษภาคมปีนี้ (2010) ได้มีข่าวน่าตื่นเต้นในหมู่นักธรณีวิทยา เกี่ยวกับการได้รับข้อมูลอันน่าประหลาดใจ ถึงการตรวจพบร่องรอยของเนื้อเยื่ออ่อนในซากดึกดำบรรพ์ (ฟอสซิล) ของนกอายุกว่า 150 ล้านปี ด้วยการใช้ เทคโนโลยีนิวเคลียร์เข้าช่วย เทคนิคที่ว่านี้คือเอกซเรย์ฟลูออเรสเซนซ์
เทคนิคเอกซเรย์ฟลูออเรสเซนซ์ (X-Ray Fluorescence Spectrometry หรือ XRF) เป็นเทคโนโลยีนิวเคลียร์ที่ดีที่สุด อย่างหนึ่ง ที่ใช้ในการวิเคราะห์หาชนิดและปริมาณของธาตุในสารตัวอย่าง ไม่ว่าจะอยู่ในสภาพที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือสารแขวนลอย โดยอาศัยการให้รังสีเอกซ์พลังงานสูงจากเครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์แก่ชิ้นงานที่จะตรวจสอบ ทำให้เกิด การแตกตัวของอะตอมที่เป็นส่วนประกอบอยู่ในวัสดุนั้น จนกระทั่งอิเล็กตรอนหลุดออกไป เมื่ออิเล็กตรอนหลุดออกจาก อะตอม จะทำให้โครงสร้างทางไฟฟ้าของอะตอมมีการเปลี่ยนแปลง อิล็กตรอนที่อยู่ในวงโคจร (orbital) ที่มีพลังงาน สูงกว่าก็จะร่วงลงมาอยู่ในวงโคจรที่มีพลังงานต่ำกว่าเพื่อทดแทนอิเล็กตรอนที่สูญเสียไป การย้ายวงโคจรแบบนี้จะมี การปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน (photon) ดังนั้นวัสดุจึงมีการเปล่งรังสีออกมาและถูกตรวจจับได้ ด้วยเครื่องตรวจวัด (detector) ซึ่งโฟตอนที่ถูกปล่อยออกมาจากธาตุต่างชนิดในชิ้นงาน จะมีความยาวคลื่นหรือพลังงาน ที่จำเพาะสำหรับธาตุชนิดนั้น ๆ จึงทำให้สามารถบอกชนิดของธาตุที่มีอยู่ในตัวอย่างได้ คำว่าฟลูออเรสเซนซ์ถูกนำมาใช้ ในการอธิบายปรากฏการณ์ที่วัสดุได้รับรังสีพลังงานสูง แล้วมีผลให้เกิดการปล่อยรังสีพลังงานต่ำออกมา เทคนิค XRF นี้สามารถวิเคราะห์ธาตุได้ตั้งแต่ธาตุที่มีน้ำหนักเบา เช่น เบริลเลียม (Be) ไปจนถึงธาตุยูเรเนียม (U) ในระดับที่มีมาก จนถึงระดับต่ำกว่า ppm (part per million: หนึ่งในล้านส่วน)
Paleontology หรือที่เรียกในภาษาไทยว่า บรรพชีวินวิทยา คือ ธรณีวิทยาแขนงหนึ่ง ที่ศึกษาเกี่ยวกับซากดึกดำบรรพ์ หรือฟอสซิล (fossil) ของสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ รวมไปถึงจุลินทรีย์ ที่ถูกเก็บรักษาไว้ในชั้นหินมาเป็นเวลานาน โดยนำ ความรู้ทาง ชีววิทยาที่มีอยู่ในปัจจุบัน ไปเปรียบเทียบกับหลักฐานที่ได้จากฟอสซิลเหล่านั้น เพื่อให้ได้ข้อมูลมาตอบ ปัญหาเกี่ยวกับประวัติความเป็นมาและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลก รวมไปถึงการศึกษาโครงสร้างและการหาอายุ ของหิน อันเป็นการช่วยให้เข้าใจถึงสภาพแวดล้อมในอดีตช่วงที่สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นอาศัยอยู่ ว่าต่างไปจากปัจจุบัน มากน้อยเพียงใด
ในวงการฟอสซิล ชิ่อเรียก Archaeopteryx (ออกเสียงว่า อา- คี- ออป- เทอ- ริคซ์) หมายถึง ซากนกดึกดำบรรพ์ (fossil bird) ซึ่งฟอสซิลนกที่สมบูรณ์ที่สุดชิ้นแรกถูกขุดพบที่แคว้นบาวาเรีย ประเทศเยอรมัน เมื่อ ค. ศ. 1861 หรือเกือบ 150 ปีมาแล้ว โดยคาดว่านกดึกดำบรรพ์นี้เคยมีอายุอยู่บนโลกในยุตจูราสสิกตอนปลาย หรือราว 150 ถึง 145 ล้านปีมาแล้ว และเชื่อว่าอาจมีวิวัฒนาการมาจากไดโนเสาร์ขนาดเล็ก หรือเป็นบรรพบุรุษของนกในยุคปัจจุบัน การถ่ายภาพด้วยเทคนิค XRF ในครั้งนี้ ได้กระทำในฟอสซิลนกที่มีชื่อเรียกว่า Thermopolis Specimen ซึ่งมีส่วนของเท้าค่อนข้างสมบูรณ์ที่สุด ในบรรดาฟอสซิลนกที่มีการขุดพบทั้งหมดทั่วโลก
การศึกษาพบว่า ขนนกที่อยู่ในฟอสซิลนี้ไม่ได้เป็นแค่เพียงสิ่งปกคลุมร่างกายของนกในยุคแรก ๆ ดังที่นักธรณีวิทยา เชื่อกันมาเป็นเวลาอันยาวนานเท่านั้น แต่น่าประหลาดใจเป็นที่สุดว่าโครงสร้างของมันยังคงรักษาองค์ประกอบของ ธาตุต่าง ๆ ทางเคมีเอาไว้ได้เป็นอย่างดี โดยนักธรณีเคมี (geochemist) รอย โวเกเลียส (Roy Wogelius) แห่ง มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ประเทศอังกฤษ กล่าวว่า ผู้คนพากันมองไปยังฟอสซิลขนนกนี้มาเป็นเวลาอันยาวนาน และคิดว่ามันเป็นเพียงรอยประทับ แต่แท้จริงแล้วยังมีเนื้อเยื่ออ่อน (soft tissue) เหลือค้างอยู่บนฟอสซิลนั้นด้วย ซึ่งเขาและคณะได้รายงานการค้นพบนี้ไว้ในเอกสารวิชาการ Proceedings of the National Academy of Sciences ในขณะที่นักบรรพชีวินวิทยา (paleontologist) ดีเร็ก บริกส์ (Derek Briggs) แห่งมหาวิทยาลัยเยลล์ สหรัฐอเมริกา กล่าวว่า การใช้เทคนิคนี้ เป็นการเปิดช่องทางใหม่ให้กับการศึกษาตุณสมบัติของฟอสซิลทางเคมี
ภาพที่ถ่ายด้วยเทคนิค XRF นี้ แสดงให้เห็นถึงธาตุหลายชนิดกระจายอยู่ทั่วฟอสซิล โดยพบฟอสฟอรัสปริมาณมากใน บริเวณแกนขนและแผงขน ซึ่งเป็นธาตุที่พบได้อย่างมากเช่นกันในขนของนกยุคปัจจุบัน แต่ไม่พบในหินที่อยู่รอบ ๆ ฟอสซิลนั้น โวเกเลียสยังกล่าวอีกว่า กุญแจสำคัญที่นำไปสู่การค้นพบครั้งใหม่นี้ คิอการพัฒนาเทคนิคการถ่ายภาพที่ สามารถใส่สีสันลงในฟอสซิลด้วยการใช้รังสีเอกซ์ความเข้มข้นสูง เพื่อทำให้ธาตุที่อยู่ในฟอสซิลเกิดการเรืองแสง ซึ่งก่อนหน้านี้ เทคนิคที่คล้ายกันได้ถูกนำมาใช้แต่เป็นรังสีเอกซ์ความเข้มข้นต่ำ และต้องใช้เวลาถึง 24 ชั่วโมง ในการสแกนผิวหน้าของฟอสซิลต่อพื้นที่ 1 ตารางเซนติเมตร ส่วนการทำงานแบบใหม่ที่ใช้รังสีเอกซ์ความเข้มข้นสูง ที่ผลิตโดยเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอน (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource in California) จะใช้เวลา เพียง 30 วินาทีเท่านั้น ในการสแกนภาพพื้นที่เท่ากัน การประหยัดเวลา ช่วยให้นักวิจัยสามารถสแกนวัตถุขนาดใหญ่ได้ โดยใช้เวลาที่สั้นลง
โวเกเลียสอธิบายต่อว่า มันเปรียบเสมือนการส่องสปอตไลต์กับการใช้ไฟฉายอันเล็ก ๆ แบบพวงกุญแจเพื่อทำให้ภาพ สว่างขึ้น เทคนิคนี้สามารถตรวจพบธาตุที่เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีความเข้มข้นต่ำเพียงไม่กี่ส่วนในล้านส่วนได้ นอกจากจะแปลกใจกับการตรวจพบธาตุฟอสฟอรัสในขนนกของฟอสซิลแล้ว การวิเคราะห์ของคณะทำงานยังเสนอแนะ ว่าสีเขียวที่เปล่งออกมาจาก ส่วนที่เป็นกระดูกของฟอสซิลยังรักษาธาตุสังกะสีบางส่วนเอาไว้ได้ การศึกษาเปรียบเทียบ กับองค์ประกอบทางเคมีของกระดูกจากนกยุคปัจจุบันได้ชี้แนะว่า กว่าครึ่งหนึ่งของสังกะสีซึ่งมีมาแต่เดิมยังคงอยู่ใน ฟอสซิล
ส่วนประกอบทางเคมีที่ยังคงอยู่โดยมีการเปลี่ยนแปลงน้อยมากนี้ เนื่องมาจากทั้งกระดูกและตะกอนที่หุ้มมันไว้อย่าง มิดชิดนั้นอุดมไปด้วยธาตุแคลเซียม บริกส์กล่าวเพิ่มเติมว่า นี่เป็นผลการศึกษาที่น่าตื่นเต้นมาก สิ่งที่ทีมงานค้นพบนี้ ไม่เพียงแต่จะไม่สามารถหาคำตอบได้ด้วยวิธีการอื่นแล้ว การถ่ายภาพด้วยวิธีนี้ยังยอดเยี่ยมมาก เนื่องจากเป็นเทคนิคที่ไม่ต้องทำลายตัวอย่าง (nondestructive) ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการศึกษาซากดึกดำบรรพ์ ที่หาได้ยากมาก เช่น ฟอสซิลนกโบราณที่ขุดพบเพียง 10 ตัวอย่างทั่วโลกในช่วง 150 ปีที่ผ่านมา และทิ้งท้ายไว้ว่า เราสามารถเก็บข้อมูลแถบสีหลายหลากทั้งหมดเหล่านี้ โดยไม่ต้องแตะต้องตัวอย่างฟอสซิลเลย |
