古代行星撞击地球、尘埃让恐龙消亡？最大的七鳃鳗、欧洲新石器时代 | 一周论文新鲜读

11.6

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的最新发表，我们为您精选呈现。

1. 实现巴黎协定目标的碳预算少于此前估计

2. 尘埃可能是恐龙消亡的主要原因之一

3. 发现已知最大的古七鳃鳗物种

4. 机器学习用化学家直觉助力药物发现

5. 古代形成月球的撞击改变了地球地幔

6. 欧洲发生大规模战争时间或提早1千年

气候变化 | 实现巴黎协定目标的碳预算少于此前估计

Assessing the size and uncertainty of remaining carbon budgets

Nature Climate Change

《自然-气候变化》发表的一项研究认为，要将气候变暖限制在相对工业化前水平升高1.5°C，人们还能排放的碳或会在接下去6年里耗尽。这些发现基于对现有估计的重新评估，表明要坚持巴黎协定设定的温控目标，相应碳预算或少于此前估计。

剩余碳预算（RCB）代表在不超过特定升温阈值情况下可排放的二氧化碳净量。它是在巴黎协定下规划脱碳途径的重要参数，巴黎协定设定了将变暖限制在2°C以内、最好是工业化前水平以上1.5°C以内 的目标，以最小化气候变化的恶果。但尽管计算RCB十分重要，因受到其他因素影响，包括CO₂之外的气体带来的变暖以及模型中未考虑的排放的持续影响，计算RCB仍有很大程度的不确定性。

英国帝国理工学院的Robin Lamboll和同事用一个最新数据集和方法论评估了RCB并阐明了现有的一些不确定性。他们的计算表明，有50%可能将变暖限制在1.5°C的RCB，在2023年1月时是2500亿公吨（250GtCO₂）。他们表明这约是现有估计的一半。在当前排放水平下，他们认为限制变暖在1.5°C以内的RCB将在6年内耗尽。作者还估计，将变暖有50%可能限制在2°C的RCB是12000亿公吨（1200GtCO2）。他们指出，如果排放以2022年的水平持续（约每年40GtCO2），这个RCB大约相当于66%概率将升温限制在2 °C以内场景下23年的排放量，90%概率将升温限制在2°C以内场景下12年的排放量。

作者提到，他们的发现强调了不同因素对RCB的影响，但也指出，他们的重新估计仍含有一些不确定性。在同时发表的“新闻与观点”文章中，Benjamin Sanderson写道，“Lamboll和同事的这些发现表明，任何计算，无论多么严格，都可依据修订后的数据和理解做出更改。”

气候 | 尘埃可能是恐龙消亡的主要原因之一

Chicxulub impact winter sustained by fine silicate dust

Nature Geoscience

《自然-地球科学》发表的一项研究认为，希克苏鲁伯撞击造成岩石粉碎带来的细小硅酸盐尘埃，可能在全球气候变冷和撞击发生后对光合作用的破坏中发挥了主要作用。

希克苏鲁伯撞击一直被认为引发了6600万年前的全球寒冬，导致了恐龙和地球上约75%的物种消亡。但撞击喷射出的各种碎片对气候造成了何种影响仍存在争议，究竟是什么导致了大灭绝也尚不明确。过去的研究认为，撞击释放出的硫以及撞击后野火的烟尘，构成了撞击冬天的主要驱动力，但人们并不认为射入大气的硅酸盐尘埃颗粒的大小是主要因素。

为了评估硫、烟尘和硅尘对撞击后气候的影响，比利时皇家天文台的Cem Berk Senel和同事基于对美国北达科他州一处保存完好的撞击沉积物中的细小颗粒材料进行的分析，制作了古气候模拟。他们发现，硅酸盐碎屑（约0.8-8.0微米）的粒径分布表明了细小尘埃的作用比此前认识到的更大。他们在一个气候模型中输入了测量的粒径分布，估计此类细小尘埃可能在事件后于大气中滞留15年之久，导致地球表面全球降温高达15°C。他们认为，尘埃引发的日照辐射变化也可能使撞击后光合作用停止长达近两年。

作者认为，硅酸盐尘埃以及烟尘、硫的冷却作用会阻碍光合作用，使撞击冬天持续足够长的时间，以至于导致初级生产力灾难性的崩溃，引发链式灭绝反应。

古生物学 | 发现已知最大的古七鳃鳗物种

The rise of predation in Jurassic lampreys

Nature Communications

《自然-通讯》发表的一篇论文报道了中国北部发现的两个1.6亿年前的超大化石七鳃鳗物种，体长为最原始七鳃鳗的10倍以上。这些保存完好的化石填补了该种群化石记录的一个重要空白，为我们了解七鳃鳗的摄食演化史、生命周期以及地理起源提供了重要信息。

七鳃鳗是两种现生无颌脊椎动物谱系之一，其化石记录可追溯到3.6亿年前。七鳃鳗拥有三个阶段的生命周期和独特的摄食行为，会利用有齿的口吸盘附着在猎物身上。已知古生代最原始的七鳃鳗体型很小，只有几厘米长，而且摄食结构较弱，生命周期中缺少变态期。然而，由于目前只发现过少数七鳃鳗化石，它们的演化史仍不明确。七鳃鳗究竟何时演化出更复杂的摄食牙齿和三个阶段的生命周期仍有待阐明。

中国中国科学院吴飞翔和同事描述了发现于中国北方的侏罗世陆生生物化石群——燕辽生物群——的两个大小超出预期的新化石七鳃鳗物种，其中一个长度大于60厘米。更长的化石七鳃鳗物种被命名为Yanliaomyzon occisor（杀手燕辽鳗），另一个被命名为Yanliaomyzon ingensdentes（大牙燕辽鳗）。形成化石的口吸盘和“咬”结构保存良好，能证明七鳃鳗已经演化出高级的摄食结构，体型变得更大，而且到了侏罗纪时期已经是捕食性动物。结合其他化石证据和体型的生理学意义判断，这两种七鳃鳗可能已演化出了三个阶段的生命周期。作者还指出，研究结果表明，现代七鳃鳗很有可能源自南半球而不是北半球。

化学 | 机器学习用化学家直觉助力药物发现

Extracting medicinal chemistry intuition via preference machine learning

Nature Communications

《自然-通讯》发表的一篇论文报道了一种机器学习模型，该模型能部分重现职业化学家在工作中积累的集体知识，这类知识通常被称为“化学直觉”。作者认为，该研究或使今后的药物研发更高效。

传统上，药物与化学发现需要依靠试错实验和研究人员在工作中积累的知识。使用模拟工具，尤其是机器学习，能让研究人员更快地发现候选分子，极大降低发现新药用化合物的成本。如果要用机器学习预测分子性质，分子就必须还原到数学表达，这通常包含一组性质或“特征”。确定正确特征是这些数据驱动性能预测模型成功的关键。

瑞士诺华生物医学研究所的Nikolaus Stiefl、英国微软研究院科学智能中心（AI4Science）的José Jimenez-Luna和同事让35名医学化学家各自从5000对分子中选择自己更偏向的分子，再用他们的回答做成排序游戏来训练一个机器学习模型，随后让这个模型给分子打分。这个分数基本不受该领域之前作为特征的其他性质的影响，因为这来自行业内多年的知识积累。团队提议的模型还能用来改变数学模型的推荐，从而更好地匹配化学家的集体专业知识，有望在今后早期药物研发中缩短迭代时间。

作者认为，这种方法或能在药物研发中作为对分子建模的补充。

行星科学 | 古代形成月球的撞击改变了地球地幔

Moon-forming impactor as a source of Earth’s basal mantle anomalies

Nature

《自然》发表的一篇基于计算机模拟的论文表明，约45亿年前古代行星忒伊亚（Theia）和原始地球间的巨大撞击可能塑造了地球地幔的不同区域。据推测，这次巨大的、形成了月球的撞击令忒伊亚的残骸深埋于地球地幔之中，这些发现或改进我们对地球和月球形成的理解。

巨大撞击设想认为古代原始行星忒伊亚和原始地球发生了撞击，冲击碎片形成了地球的卫星月亮。但关于忒伊亚存在的直接证据十分模糊。

美国加州理工学院的Qian Yuan和同事使用计算机模拟，对地球地幔在大约2900千米深处两个大区域显示出异常缓慢地震速度提出了一种解释。这些区域的物质被认为比周围地幔密度高2.0-3.5%，作者认为，高密度物质可能是忒伊亚幔物质的埋藏残骸，在形成月球的大撞击后保留在了原始地球深处。这些高密度的忒伊亚残骸被认为横跨数十公里，作者认为，它们沉到地幔较低区域，积聚形成地核上方密度较高的团块，一直留存至今。

作者认为，这些密度较高区域可能是形成月球的大撞击的自然结果。此外，由于大撞击在行星吸积过程末期很常见，类似的撞击导致地幔不均匀可能在其他行星体内部同样存在。

考古学 | 欧洲发生大规模战争时间或提早一千年

Large‑scale violence in Late Neolithic Western Europe based on expanded skeletal evidence from San Juan ante Portam Latinam

Scientific Reports

一项研究重新分析了在西班牙一处遗址发掘的300件5000年前的骨骼残骸，研究显示，许多个体可能曾是欧洲最早期战争的伤亡人员，比该地区此前已知最早的大规模冲突还要早1000年。该研究发表于《科学报告》，显示受伤个体数量和不成比例的大量男性伤者说明这些伤亡来自某个冲突时期，这次冲突可能持续了数月有余。

目前对欧洲新石器时代（约9000年至4000年前）的冲突仍不了解。此前研究显示，由短期袭击构成的冲突一般不超过数天，规模较小，最多有20-30人参与，人们因此推测早期社会缺乏支持长期大规模冲突的后勤保障。欧洲最早这类冲突之前被认为发生在青铜时代（约4000至2800年前）。

西班牙巴利亚多利德大学的Teresa Fernández Crespo和同事重新分析了338名个体的骨骼残骸，寻找伤口愈合和未愈合的证据。所有残骸都来自位于西班牙北部Rioja Alavesa地区一个浅洞穴的单一集体埋葬点，放射性碳测年显示该遗址距今有5400至5000年。这个遗址还发现过52个燧石箭头，之前研究在其中36个箭头上发现了与击中一个目标相关的轻微损坏。作者发现，23.1%的个体都有骨骼伤痕，10.1%的个体有未愈合的伤口，比同期的 估算受伤率（分别为7-17%和2-5%）高了很多。他们还发现，74.1%的未愈合伤口和70.0%的愈合伤口出现在青少年或成年男性身上，明显高于女性，这种差异在欧洲新石器时期的其他集体埋葬点中不曾见过。

整体受伤率、男性受伤率高，以及之前在箭头上看到的损坏，都显示该埋葬点的许多个体曾经历过暴力，可能是冲突事件的伤亡人员。作者指出，伤口愈合率相对较高说明这次冲突持续了数月。这次冲突的原因尚不清楚，但作者推测了几个可能原因，包括新石器时代晚期该地区不同文化群体之间的矛盾。

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