我都化成灰30億年了，咋還能被你認出來？

01

AI找到30億年前的生物痕跡

科學家們運用化學技術和人工智能的強大組合，在南非古老巖石的距今33.3億年前的沉積物中，找到了迄今為止地球上生命存在的最早、最確鑿的化學證據。

最原始的微生物不但細小，而且也沒有骨骼，所以不會形成可見的化石。而且經過了長時間的生物地球化學循環后，這些原始的微生物很大概率已經風化降解掉了，因此幾乎無跡可尋。

我們有句俗語叫做“化成灰我也認識你”，但如果生物真的化成灰了，只留下一團原子和分子的混合物了，人眼確實很難分辨出——但這并不意味著能逃過AI的火眼金睛。

卡耐基研究所的科學家們分析了超過400個樣本，用于檢驗AI對于生命的識別能力。這些樣本涵蓋了現代植物、動物、真菌、煤炭等生物來源的無細胞沉積物，以及富碳隕石、合成有機材料以及古代沉積物等非生物來源的沉積物。

他們利用先進的光譜技術，從每個樣本中釋放出被包裹的化學碎片。然后，他們將這些數據輸入到一種名為“隨機森林”的特定機器學習模型中，借此來練該模型識別生物過程留下的化學“指紋”。

模型展現出了驚人的精準度，能夠以超過90%的準確率區分生物來源和非生物來源（例如隕石或合成碳）。在已知樣本上，其準確率甚至高達98%。

也就是說，同樣面對一堆灰燼，AI可以告訴我們，被燒掉的大概率是一棵植物還是一件衣服。

訓練好AI之后，科學家用它來分析了來自南非的33億年前的巖石樣本，結果發現，這些巖石的含碳沉積物，非常可能是來自一種能夠進行光合作用的微生物。

該模型能夠成功地從混亂、降解的化學數據中提取微量的生物信息，同樣的技術也可以應用于空氣樣本，用于尋找地外生命。例如，模型可以應用于火星巖石或木衛二的樣本。為此，研究人員計劃改進他們的模型，甚至可能以非產氧光合細菌為例進行測試，以期找到地球外生物的類似物。

這片薄巖片中的黑色結構是距今25億年的微生物遺跡

課代表總結：真·見到老祖宗了。

02

氮核心手性分子的不對稱合成獲突破

左手和右手，看上去沒有什么本質差異，都是五個手指連在一個手掌上。但是一旦涉及到立體的互動，左右手的區別就顯露出來了。

例如，兩個人見面握手，如果一人出左手一人出右手，那么握手就會很別扭；更直觀的例子是，右手的手套戴在左手上就會很難受。

這種鏡像區分的性質，在化學中被稱為手性，也就是一種物體與其鏡像不可重合的特性。生物體內經常涉及到分子之間的立體互動，所以很多生物分子都會表現出手性。因此，如何區分左右是化學家和生物學家長久以來的重要研究領域。

現在，想象我們身體的軀干部分是一顆碳原子，而頭、腳、左手和右手都是不同的取代基，加在一起構成的人體就是一整個手性分子。

這類以碳原子為核心的立體分子，如何確保它的左手和右手不會裝反，科學家已經小有所成；然而對于以氮原子為核心的立體分子，科學家仍然感到撓頭。

近期，德國馬普研究所在《自然》發表了突破性研究。

他們設計了一種催化不對稱策略，用于合成穩定的非環N-立體胺。這項開創性工作將經典的離子配對概念與烯醇硅烷和硝酸根離子的精妙反應性相結合，在受限環境中通過定制手性陰離子的協同作用，成功構建了夢寐以求的立體氮中心。

咳咳，讓我們說點能聽懂的。

氮原子核心之所以難以控制，是因為它本身容易發生快速翻轉。形象地說，氮原子構成軀干有一種“超能力”，能在手腳頭都不轉向的前提下，肚子和后背直接來一個互換。就好比大風天撐雨傘，傘被風一吹，內側面直接變成外側面，而外側面翻轉成了內側面。

想象一下，肚子和后背發生了對換，那么左右手的相對位置也就跟著一起互換了，這就是為什么氮原子做核心原子時，它的左右手很容易裝反的原因。

那么，如何避免傘被風吹得“翻面”呢？很簡單，用墻抵住傘的外側面，再大的風也不可能把它刮翻。

于是，科學家在設計氮原子核心的分子時，嘗試在它的身后引入兩個大型原子團充當墻壁，利用這些原子團產生的空間位阻和電子效應，強效抑制了氮構型的翻轉能力。由此，原本轉瞬即逝的氮原子核心獲得了構型穩定性，它的手性就不會再那么容易變換了。

這項突破體現了創新催化與機理理解相結合的變革性影響。隨著不對稱合成不斷探索新的立體化學空間，成功控制氮立體中心成為人類智慧與分子世界無限潛力的見證。

想象一下，雨傘

是一個氮原子核心的手性分子

課代表總結：所以為什么襪子不分左右咧？

參考文獻：

Zhu, C., Das, S., Sterling, M.S. et al. The Asymmetric Synthesis of an Acyclic N-Stereogenic Amine. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09905-z

03

月球可能是“近親相撞”的產物

從1970年代開始，隨著地質學研究的深入以及對月球樣本的分析，科學家們對月球的起源有了新的認識。

現在的理論認為，大約45億年前，也就是說地球剛剛誕生不久，一顆名為忒伊亞的年輕原行星撞擊了地球，并且淹沒在了地幔以下。這次撞擊是如此的劇烈，以至于地幔大部分都被融化，海量的碎片被拋射到空中，并且逐漸融合成了一顆星球，這就是現在的月球。

也就是說，組成月球的碎片一部分是來自于原始地球，也有一部分是來自于忒伊亞。那么，科學家想要進一步判斷，月球到底有哪些成分是來自于忒伊亞的，并希望借此來推測忒伊亞的組成。

來自馬克斯·普朗克太陽系研究所和芝加哥大學的研究人員，重建了迄今最詳盡的忒伊亞化學構成與起源圖譜。他們的結論是：忒伊亞很可能形成于比地球更靠近太陽的位置。

研究人員通過分析地球與月球巖石中特定關鍵金屬（尤其是鐵、鉬和鋯）的同位素展開研究。在早期太陽系中，同位素分布并不均勻，其豐度隨行星與太陽的距離而變化，這種差異使它們成為天然的化學地理標記。

結果發現，月球的同位素組成和地球非常類似。通過計算能產生現今地球與月球同位素特征的元素組合，研究人員反向推演出忒伊亞的原始構成。

計算表明，地球本身所含有的鐵和鉬，應該早就沉沒進地核了；但現在在地幔中仍然含有很多鐵和鉬，它們很可能來自忒伊亞，而不是地球自身的元素。最有可能的情景之一是：地球與忒伊亞的大部分構建模塊都起源于太陽系內部。它們很可能是近鄰。也就是說，忒伊亞可能并非先前認為的來自深空的流浪天體，而是由與地球元素組成相似的太陽塵埃和富金屬碎屑聚合而成。

忒伊亞和地球相撞的藝術家想象圖

課代表總結：本是同根生，相撞何太急！

參考文獻：

Timo Hopp et al. ,The Moon-forming impactor Theia originated from the inner Solar System.Science390,819-823(2025).DOI:10.1126/science.ado0623

04

古DNA揭示石峁古城人群的遺傳來源與社會結構

石峁遺址是陜西省神木縣境內的一處新石器時代遺址。遺址位于高家堡鎮石峁村禿尾河北側山峁，在長城南邊十余公里，黃河西邊二十余公里，興建于公元前2300年前后，廢棄于公元前1800年前后。

遺址中包含內、外城和“皇城臺”，總面積為425萬平方米，看起來非常像一個國家，但是沒有任何文字史料記載該遺址，其人群來源、社會結構及與周邊人群的關系等問題長期存有爭議。

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所等科研團隊，歷時13年，對來自石峁遺址、周邊遺址及晉南地區共169例古代人骨樣本展開大規模、高分辨率的核基因組研究，揭示了石峁古城人群的遺傳來源與社會結構。

結果發現，埋在石峁古城皇城臺、內城和外城的不同等級人群，其主體人群的遺傳成分高度一致，均和陜北本地仰韶晚期人群相同。

研究進一步發現，石峁文化人群的部分離群個體還攜有一定比例的中國北方草原裕民成分相關人群和南方沿海稻作人群相關祖源成分。

例如，在北方草原方向，從仰韶晚期的五莊果墚遺址，到龍山時期的石峁城址和周邊的木柱柱梁、新華遺址，均發現了攜有極高比例裕民成分相關人群成分的離群個體。

在南方沿海方向，多個石峁文化遺址的少數離群個體被檢測出10%-30%的古南方人群遺傳成分，可被4千多年前的南方稻作人群相關成分所代表。

這一發現擴寬了對稻作農業人群北向影響范圍的理解，為史前稻作農業北傳提供了強有力的遺傳學證據。

可見，石峁文化與相關人群呈現出“主干清晰、多元交融”的動態形成過程，以本地仰韶人群為穩定的遺傳主干，同時與中原、草原和南方的農牧業人群保持著不同程度、長期的互動交流，為理解中華文明“多元一體”格局的早期演進提供了關鍵實證。

這些發現深化了我們對早期國家形態和中華文明早期發展路徑的認識，為探索中華文明“多元一體”格局形成過程做出里程碑式的貢獻。

石峁古城遺址及其人口分布來源

課代表總結：上古文明還有很多需要我們去探索，畢竟中國太大了。

參考文獻：

Chen, Z., Gardner, J.D., Sun, Z. et al. Ancient DNA from Shimao city records kinship practices in Neolithic China. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09799-x

05

全球航運路線的改變揭示了隱藏的氣候變化

正如蝴蝶效應所說：“亞馬遜河上的一只蝴蝶扇動翅膀，導致了密西西比河流域上的一場颶風。”類似地，紅海航運路線上的槍聲，可能會導致南大西洋上空的云層開始消散。

自2023年11月起，紅海曼德海峽的襲擊事件導致紅海航運量急劇下降，迫使船只改道繞行非洲最南端的好望角，南大西洋地區航運活動迅速增加。

受地理因素影響，這一地區的云層很低，因此對船舶污染反應非常強烈。但令人疑惑的是，從船隊開始繞行好望角開始，這一地區的云層居然變少了。

之前，繞行此處的船舶都會造成嚴重的空氣污染，為什么這次的繞行非但沒有污染，反而讓云層消散了呢？

在《大氣化學與物理》雜志上發表的一項最新研究中，美國佛羅里達州立大學的研究者發現，這是因為船用燃料中的硫含量降低造成的。

2020年1月，國際海事組織（IMO）要求大幅降低船用燃料的硫含量，這一措施主要是為了減少硫化物對空氣產生的污染。

這一要求產生了意向不到的效果。科學家表示，燃料中的硫燃燒后會形成氣溶膠，形成含有大量小液滴的云，讓云層變得不透明并且更低。現在燃料里沒有硫了，這種氣溶膠的濃度降低，因此濃厚的云層就減少了。

而云層能夠反射太陽光，從而有效減少地球接收到的太陽加熱。因此有觀點提出，這種減硫燃料雖然可以減少污染，但會加劇氣候變暖。

科學家們仍在爭論，IMO新規實施后，到達海洋的陽光增加是否可能對2023年和2024年大西洋海洋熱浪產生了影響。此外，對于云量總體下降的幅度也存在分歧，有人估計云量下降了10%，而有人認為下降了80%。

這次的航線改變為科學家們提供了實測的機會，能夠在航運活動水平相近的情況下，直接比較燃油排放規則實施前后云層狀況的變化。

數據顯示，燃油新規實施后，船舶對云形成的影響能力下降了67%。這一發現進一步證實了清潔燃料已顯著降低了航運對云特性的影響，并為改進未來的氣候模型提供了重要的約束條件。

總的來說，棄用含硫燃料已經拯救了數萬人因空氣污染而過早死亡，但可能也導致了地球失去了大量云層。已有相關領域的科學家提出，需要對短期和長期的環境利益進行進一步的權衡。

全球航運路線的改變可能對全球氣候有意料之外的影響

課代表總結：當下還是未來，從來都是一個難題。

參考文獻：

Michael S. Diamond, Lili F. Boss. Conflict-induced ship traffic disruptions constrain cloud sensitivity to stricter marine pollution regulations. Atmospheric Chemistry and Physics, 2025; 25 (22): 16401 DOI: 10.5194/acp-25-16401-2025

來源：科學大院，原標題：我都化成灰30億年了，咋還能被你認出來？| 一周趣科學vol.84

編輯：LYang

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