化石（fossil）是指生物死亡之後，在自然的狀況之下所保存下來的遺跡，包括堅硬的部分像是牙齒、骨骼和外殼，皮膚的印痕、足跡、甚至糞便也被認為是一種化石的形式（生痕化石）。

化石的形成是經由石化作用（fossilization），將原來生物體的成分（例如骨骼內的磷酸鈣），由包裹在周圍的礦物成分（例如矽質或鐵質）所取代。也因此化石的形成除了本身形體上的意義之外，其成分與包埋在周遭的無機環境也隱含著當時氣候狀況與生態環境。

所以化石是窺視古代生物世界的窗口，是劃分與對比地球地層年代的主要依據，也為生命的起源與演化之研究提供了直接證據。

牙齒	骨骼	糞便
鋸齒魚牙齒 館藏編號：NMNS003560-F003702	聖賢孔子鳥 館藏編號：NMNS003052 -F002735	恐龍糞 館藏編號：NMNS003398-F002772

生物種類繁多，在研究上必須依據生物特徵找出它們之間的親疏異同，歸類成不同的類群，作不同等級的命名系統排列。生物主要的分類等級是界（kingdom）、門（phylum）、綱（class）、目（order）、科（family）、屬（genus）、種（species），此外，還有一些輔助的等級，補充主要等級分類上的不足，例如亞門（subphylum）、亞種（subspecies）、次綱（infraclass）等。

生物的分類以種為基礎，同源相近的種歸為一屬；同源相近的屬歸為一科；…以此類推，同源相近的門歸為一界。生物或古生物的命名均依照國際命名法規，各分類等級的學名，概用拉丁字或拉丁化文字。屬和屬級以上用單一拉丁字命名，第一個字母需大寫。種的名稱採用雙名（binomen），即由種的本名與其所屬的屬名組成，屬名在前，種名在後。例如，大家所熟知的家貓分類系統與種的名稱如下：

1. 動物界（Animalia）
2. 脊索動物門（Chordata）
3. 脊椎動物亞門（Vertebrata）
4. 哺乳綱（Mammalia）
5. 食肉目（Carnivora）
6. 貓科（Felidae）
7. 貓屬（Felis）
8. 家貓（Felis domesticus）

亞 門	總 綱	綱	例
脊椎動物亞門(Vertebrata)	魚形總綱(Pisces)	無頜綱(Agnatha)	無頜脊椎動物： 溝鱗魚
		盾皮綱(Placodermi)	原始有頜脊椎動物
		棘魚綱(Acanthodii)	棘鯊類
		軟骨魚綱(Chondrichthyes)	鯊類： 懷氏鼻管新鰩
		硬骨魚綱(Osteichthyes)	硬骨魚類： 楔形雀鱔
	四足類總綱(Tetrapoda)	兩棲綱(Amphibia)	兩棲類： 美豔圓盤蜥
		爬行綱(Reptilia)	爬行類： 刻卜氏鱉
		鳥綱(Aves)	鳥類： 聖賢孔子鳥
		哺乳綱(Mammalia)	哺乳類： 大唇犀頭骨

國立自然科學博物館的脊椎動物化石蒐藏，歷經十餘年已達到4500件。包括臺灣地區、中國大陸與世界各地，涵蓋古生代、中生代與新生代，其門類包括了：

1.	軟骨魚綱- 舉例： 扁鯊、溝鱗魚、懷氏鼻管新鰩如右圖。
2.	硬骨魚綱- 舉例： 弓鰭魚、鯡魚、雀鱔、遮齒魚如右圖。
3.	兩生綱- 舉例： 玄武蛙、圓盤蜥、蠑螈、現生蛙骨骼如右圖。
4.	爬行綱- 舉例： 茂名龜、貴州龍、中龍、鸚鵡嘴龍、單脊龍如右圖。
5.	鳥綱- 舉例： 聖賢孔子鳥如右圖、巨型隆鳥蛋。
6.	哺乳綱- 舉例： 古菱齒象、猛瑪象、鏟齒象、大唇犀、洞熊、德氏水牛如右圖等。

脊椎動物化石由於體型較大，結構清晰易辨，再加上復原其動態造型與生態環境，一向是博物館中的最受歡迎的展覽之一。本研究計畫就是將這些代表性的重要脊椎動物化石，建立數位化影像，配合相關野外環境照片、模型與文獻資料，藉此介紹本館所珍藏的脊椎動物化石，以推廣古生物學知識，提供蒐藏家、化石愛好者專業查詢訊息，也為各級學校與機構在教學與研究上的參考。

脊椎動物化石典藏品數位化計畫預計以兩年的時間，挑選代表性的200件的標本，依循生物分類的系統，完成數位化建檔工作。第一年（90年）將著重在脊椎動物中的軟骨魚綱、硬骨魚綱、兩生綱、爬行綱、鳥綱；第二年（91年）則將針對哺乳動物化石進行數位化建檔工作。

此外，針對館藏來自中國大陸的恐龍立姿複製標本，也將以一系列影像和文字呈現，帶領觀眾探尋恐龍世界的奧秘。在古脊椎動物學的研究領域中，標本的比對分析與解剖構造的比較，是研究的主要方法學之一，因此，我們也將建立現生脊椎動物完整骨架標本的影像資料，以提供大眾脊椎動物的完整型態表象與研究比對分析之依據。

本計畫之成果呈現，將兼具展示、科教之功能，並可進一步的運用在各種生物教育之主題，展現生物之多樣性，生物與環境適應的關係，引領觀眾瞭解生命的奧妙與物種演化的歷程，呈現的主題方式如下：

要形成化石，需要一種極為獨特，而且高度似乎是不可能的一系列事件。在動物死亡之後，牠必需首先要避開被分解的命運，這通常需要快速的被埋藏過程。

想一想現生的動物。當動物死亡之後，牠將會是成為化石的潛在可能候選者。假若這隻動物是受到肉食者攻擊的犧牲者，那麼不太可能成為完整的化石，因為大部分的屍體，包括骨骼都將被覓食者毀損或支解。假若動物因為疾病、年老或者一種災難式的自然現象而死亡，原先即使是相連接的骨架，也可能遭受到食腐肉者，像是獵狗、狼、昆蟲甚或微體生物而分解並支解開來。除此之外，毀滅性的物理大力，像是溫度的改變以及流水與風力的毀損，也造成了化石化的極其微小契機的存在。

要了解在化石化過程中，一系列分解與保存的科學，稱之為埋藏學（ｔａｐｈｏｎｏｍｙ）。埋藏學者想要了解在化石紀錄中，何以有些化石更容易被保存下來。他們或許會質問，何以蜥腳類的體驅與四肢骨骼相對較為遍存，而蜥腳類恐龍的頭骨則如此稀罕？答案可能是與蜥腳類頭骨的脆弱性，以及相對於體軀骨骼強韌性，以及頭骨如何接合在頸椎上的方式有關。觀察在東非洲草原上大型動物，埋藏學者提出，大型動物的頸部筋腱，在動物死亡之後，很容易脫離而毀損。更進一步，因為頭骨非常脆弱（除了牙齒而外），牠們通常是所有骨骼中最難以被保存的部分。

動物死亡之後，快速被埋藏起來，並不能確保其成為化石的可能性。包裹著化石的岩石也必需被保存上百萬年之久。地球上的地質作用是持續不斷的創生並毀滅、消失。岩石形成之後歷經上百萬年，可能經由風力或流水作用而被毀損，或者經由板塊構造的大力而消失於無形。所稱板塊構造的作用（Ｔｅｃｔｏｎｉｓｍ），是指在地球的表面（地殼上部），許多塊體（即板塊）彼此相互移行的作用，造成了地殼的應力或者應變。這些作用在地球表面反應出山脈、地震斷層，以及洋底溝渠。而板塊移動中兩種最普遍的型式，即是地殼的斷片彼此錯身而過或者駕騎在另一個板塊之上。這種活動就造成了嚴酷的熱與壓力，足以將岩石重新塑形或者將化石遺骸完全毀損。

由於持續進行的侵蝕與板塊活動，年代較古老的化石，通常較年輕的化石更為稀罕，因為較老的岩層承受著更長時期的蹂躪與損毀。然而，另外一些因子也會造成不同年代化石的相對稀罕性。最重要的，要算是在某一特定時段中沉積的岩石。因為在某些地質時段中，於全球多處地點保存並裸露出岩層，這也正是可能保存了更多含有恐龍化石的岩層。

即令是岩石中保存有化石，同時也能夠避開侵蝕與板塊作用的影響，卻有可能化石依然無法找尋到並且能夠被古生物學家採集到。化石之所以能夠被採集到，僅僅是因為當板塊活動時將其抬昇到地殼的表面，並且再經過侵蝕作用將其裸露並呈現出來。許多主要含化石的岩層覆蓋有濃密的叢林，或者沉積在低窪地區，沒有裸露出的岩層，或者被更年輕的岩層覆蓋而深埋於底層。在挖掘礦區，或者大規模人工建築開挖時，這些化石偶爾在深入地表數百公尺的底層被發掘到。因此，即使可能有上萬件或者更多的骨骼化石依然被保存著，到目前為止大部分都是難以企及並能夠採集得到的。

當古生物學者企圖尋找化石的時候，他們追尋在地表經由風化作用所裸露出來的微小殘片。即使是一件完全被保存的標本，如果在被尋獲之前被風化作用揭開而裸露出地表，牠也可能只成為斷簡殘片了。非常罕見的，甚而可以說在每一個專業化石搜尋者的一生之中，或許有可能僅那麼一次會搜尋到一塊化石的殘片，或許是恐龍尾部的一段椎體、單一的指爪，甚而是鼻吻的尖端部分。而當你開始逐步深掘，發現到標本裸露出現於山丘坡地之上，越挖掘裸露出越多的骨骼殘骸。然後，整年在田野的搜尋，終年的漫遊終於得到了報償。

在古生物學領域中，對於採集任何古生物的化石，是較少受到現代科技的衝擊、影響或者改進的一個領地。除了少數的改變而外（像是所使用強固劑的種類以及品質相對較好的紀錄），自從1800年代晚期博物館首次進行大規模恐龍挖掘以來，古生物學家所引用的方法大體上都是類似的。

要挖掘一種化石的第一步，就是要找到牠們的位置。與一般人們所深信的全然迥異，古生物學家絕不會僅僅就是開始從一處潛在可能有希望的地點，冒然著手進行大規模的挖掘工作。脊椎動物的化石對這樣的趨近方式而言，實在是太過稀罕了，很難有效或有任何重大的成果。

反而，尋找化石通常是經由一種有開採希望的地區著手，這與開採金礦是類似的。即令在一些工具上（像是鏟子與鑿子）與領地所在位置上（像是遙不可及的荒漠與大山脈中），上個世紀的尋金夢與當代古生物學家的尋龍夢，都有相同的情境。成功的探採，需要有的好眼力能辨識出一小塊的骨骼或牙齒化石，消息靈通而且要具備良好的地質訓練，同時還要有好腿力，以便行走數公里之遙去進行採集工作。

因為通常僅有很少部分的化石裸露在地表，探尋者必需首先要評估這些標本是否值得進一步去開採：牠們是否保存得很好？是什麼樣的化石？是否值得去採集？決定要採集之後，從裸露的標本開始必需謹慎的著手挖掘。

挖掘工作本身是累人而且耗時的，尤其是在最初發現的興奮之情冷卻之後。在開始挖掘之前，首先要對挖掘區域做影像記錄，完整註記這項發掘的工作。然後，在所有已形裸露的骨骼表面加以強化，使標本不致崩解破壞。挖掘的過程和方式，完全取決於包裹著標本周圍的基質圍岩之類型。假若基質岩石非常疏鬆（像是膠結很差的砂或泥），挖掘僅需要應用到刷子與小鏟子。假若基岩非常堅硬（像是膠結很好的砂岩），可能就要用到手持碎石機具以及重型的工具了。

最重要的第一步工作，要劃定標本的範圍，決定到底標本保存有多少？除非標本很接近駐紮的營地，否則很重要的事情是要讓採集標本的塊體，儘量輕而且密實，因為牠必需運行很長的一段距離。劃定標本延展範圍，能夠很快速的估算出，到底骨骼有多少被保存下來。

這類的觀察與詳實紀錄，有助於標本被運送回到實驗室之後，開始進行修復準備時的進一步工作。接下去，將整塊標本連同周圍基岩，覆蓋一個薄層的纖維紙張或者紗布、報紙。最後整塊岩塊纏繞住繃帶沾上石膏的外衣，形成一個模子，就像是保護折斷的脆弱腳或者手臂的石膏模一樣。

等到石膏硬化之後，利用楔子插入模子下方，再將標本翻轉過來。對所有採集化石的人而言，這正是一個既興奮又讓人期待的時刻。可能發生兩種最糟的狀況：

1. 假若挖掘工作未完全，而標本延伸到地表之下更深層的地方，那麼模子下方會出現折斷的骨骼化石。通常，要再接續深挖下去，並且製作另一個石膏模子，以保護剩餘的骨骼部分。
2. 整個岩塊可能崩解，而使整個標本變成多個碎塊。如果很幸運的話，整個模子適當的製作，而且整個岩塊足夠堅實的話，這種可怕的情形不太可能會發生。假想在翻轉之後，整個標本完好的被保存住，接續將模子的下方部分同樣保護完備，然後小心翼翼的運送回到實驗工作室中。

專業化石修理的技術人員，就像是畫作或者雕塑品的藝術修護技師一樣。兩者都是具備有高度技術的專業人員，他們必需嚴謹的關注於這些標本或者藝術品，時時考量著如何才能永久保存，得以讓世世代代去研究。當標本從野外被運送回到博物館裡，牠們是被包裹在岩石之中，稱為基質。因而化石的修整工作，就涉及到將這些包裹在骨骼化石周圍的基質岩石除去、清理的工作。

因為基質或許十分的鬆軟，像是膠結不佳、尚未固化的砂岩；或者堅硬的有如混凝土一般，修整化石需要有各式各樣的工具裝備。其中最常用的就是牙醫的工具組合，就是一般在修補牙齒的專用器具。這些工具用來將骨質周圍的基質，小心翼翼的除去。另外一些特殊的、小型鎢鋼材質尖針，是特製用於修整特殊的標本。

直到近日，修理技師通常僅僅應用到釘鎚，尤其是在處理大型標本的時候。最近幾年，他們才開始引進了一些工程的機具，像是電動的游漂尺操控的機械。最普遍引用到的，像是壓縮機操控的小型切磨輪具，以及一些小型的噴砂機，散播出控制流量的玻璃細球或者碳酸氫鈉的微細粒子。

所有修復的工作都是相當細緻的。有時候需要焦聚的光源與立體顯微鏡。有些時候小於５０微米的細緻構造需要仔細觀察，因而牠們必需從基質中小心翼翼的除去。讓這項工作更加困難之處，在於有些時候化石的材質比起包裹的基質更加脆弱或者更加鬆軟。考量這項艱困的工作，一件極為稀罕或者重要的標本，或許需要花費整個月的時間持續修整，即令這件標本體積極其微小。

選擇某種化學物質用於強固或者修補標本，是極其重要的。即使像是石膏這種惰性的物質，在經年累月之後也會變質。因而，修理的技師不僅僅要考量標本在完成之後，牠們形貌如何；同時也要考量到這些標本如何能夠在長年累月之後，依然矗立在展場以供展示，或者完整保存在收藏庫中以供研究之用。幾種類別的膠著劑、修補材料以及填充用物質，被應用到修復裂隙或者破損的地方。一般而言，這些材質與用在藝術品保存的材料，在標準上相類似。材質的名稱、內涵成份，甚而少量樣品通常被清楚標示並保留，以便有助於爾後再需要修補類似的標本時引用。

另外全然迥異的技術是引用酸液處理的方式。化石經常保存在石灰岩的基質之中，那是一種沉積岩石，主要是由碳酸鈣所組成，能夠溶解在酸性溶液之中，以溶解掉包裹的基質。其中奧妙之處，就在於如何防止酸性溶液溶蝕掉化石本身。修理技師們保護這些化石，是藉著將已經裸露的骨骼表面塗上隋性的聚合物，像是環氧基樹脂（ｅｐｏｘｙ）之類的物質。

標本浸泡在酸性溶液中，經過一段時間後，移出並且用清水沖洗，而且任何已形裸露的骨骼塗上固著劑。重覆這些程序，直到整個保護覆蓋的骨骼裸露為止。然後，利用有機的溶劑，除去表面覆蓋的樹脂，並且將標本浸在鹼性的溶液之中，以中和原來酸性的浸液。酸劑處理方式是極其奧妙的，很多標本在引用這種技術之後會被毀損掉。然而，在最傑出的修理技師魔法似的手中，即使最微細的構造，也能夠從石灰岩的基質中被除去。用酸液處理的標本，通常成為最精緻無比，也是科學上最有價值的化石標本。

對於古生物而言，一項嶄新的突破就在於斷層掃描技術的引用。雖然這項技藝僅是在最初始的試探階段，這項技能得以加強化石修整與研究的方法。牠像是三度空間的、數值化Ｘ－光，能夠將化石的影像投注顯示在電腦螢幕上。牠能夠讓觀察者穿透基質，不破損化石而得以進一步仔細觀察標本。

這項技術能夠允許分析那些極其重要被隱藏的一些特性，像是在頭骨內部的一些構造。牠同時也能讓修理技師針對特殊的標本，設計出一套修整的方法與步驟。雖然斷層掃描技術，不可能全然取代傳統的修整化石方式，牠的確是研究上一項嶄新的工具。

現今在恐龍展示廳中，大部分的恐龍，其復原骨架都是從原始化石素材經過複製出來的標本（通常是用玻璃纖維或者石膏翻模）重建而展出的。復原並組裝一具複製的標本較為容易；質地較輕盈的素材組裝起來，就像是玩具模型組合一樣。而要組裝真正的骨骼化石，則是較為困難而且較為昂貴的。

而在紐約的美國自然史博物館中的恐龍展示廳，則試圖盡可能用原始真正的化石素材作為展示的呈現。這種取向與一般自然史博物館的展示，顯然大異其趣。在美國自然史博物館中，所有展現出來的，是有史以來從未曾引用過最大量原始骨骼化石標本所重建復原的。我們珍視這些收藏，就像羅浮宮的藝術博物館中所收藏的珍貴項目一樣。在那裡，上百萬的觀眾就是想一睹蒙娜麗莎微笑的原始真跡創作。有多少觀眾只想看一幅複製品，即令複製的畫作是如何近乎完美無缺？

在考量用於展示組裝之前，我們必需首先要揀選標本。許多的因子可以決定是否一件標本為最適切的候選者，這包括了牠的稀罕性、美學上的品味、以及其完整性。在精選之後，標本必需修整準備妥當。在修整之後，不完整的部分需要重新塑形補充。假若在其他標本中有現成的缺失部分，那麼這項工作較為容易；假若沒有現成的標本可以提供比對，那麼就只能引用相近似的種屬加以塑形，以便盡可能組合那些缺失的部分骨骼。

當準備工作進行時，反映出可能的姿態之描圖，要開始逐步建構。根據美學上與科學上的多重因子，讓科學家去選擇最佳的姿態模樣。這隻動物的姿態必需在生物力學上與生物學構造上是可能的，而用以支撐標本的鋼條，必需能夠支持整具骨架的重量。裝架的鋼樑支撐之設計與組裝，需要工程師、設計師、機械師與冶煉師共同合作，以建構起框架，足以安全的支撐起骨架，而且不會在組裝完成後造成扭曲。

框架裝設通常有兩種方式。對於複製標本通常是引用內軸鐵的方式，而這種方法卻很少用於真正的標本化石。內軸鐵架設是很美觀的，因為整具骨架看上去就像是自我支撐的模樣，但是這種方式，需要將骨骼鑽孔以便埋設內軸牽引的鐵條支柱。對於複製標本而言，不會有所傷害，但是對於原始骨骼標本具有重要科學上價值的化石則有所傷害。

因此，針對真正骨骼化石，通常引用外軸鐵支撐的方式。這種樑架可以想像成像是鑲嵌寶石的裝設；針對每一個骨架精心嵌住支撐。工程師與鐵匠利用鋼條或者鐵環等素材，精心的鑲嵌住個別骨骼。假若準確的完成之後，裝設的樑架將會是一種藝術的作品，能增進並加強骨骼姿態的力學。在紐約自然史博物館重建復原期間，內軸鐵支撐方式（像是矗立在羅斯福紀念大廳中的重型龍）以及外軸鐵支撐方式（像是暴龍與迷惑龍）都被各別引用。

化石的骨骼也可能以一種飾板為基座復原的方式去呈現。骨骼裝架在背景的石膏或者玻璃纖維基質之上，而標本本身則像浮雕一般凸起顯現。今天，很少引用將真實標本作飾板復原的展示方式。因為牠們是較為廉價而且快速的可以完成，但是許多以前的標本，很多是用這種方式呈現的。不幸的是，這種方式的展現很困難去詳細研究這些標本材料，而且很多時候試圖從這樣背景基質中，要重新取出原始的化石標本更是困難，而且經常會損毀原始的珍貴標本。