整理 | 周舒义、平生
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三年级坐不住，可能会一路影响成年学历人群为什么天然爱左转？为什么老年病越来越多？自然选择偏爱年轻人拖延症有救了？大学生试过后，目标完成率真的提高了细菌没有脑子，却能把“上辈子的苦”传给孙辈缺乏“性”，曾让生命演化停滞数千万年冰到底是怎么冻出来的？理论仍然错得离谱
三年级坐不住，可能会一路影响成年学历
三年级时的课堂表现能否预测高中、乃至成年后的发展？一项发表于《发展心理学》（Developmental Psychology）的最新研究显示：一定程度上可以。这是一项相关性研究，不能表明因果。
研究人员利用一项从出生追踪到成年的纵向数据发现，那些在校期间表现得更加好动和冲动（表明自控力较差）的三年级学生，更有可能在小学和高中阶段学业成绩较低，并且成年后受教育年限也更短。
图源：Unsplash/CC0 Public Domain
研究人员使用美国国家儿童健康与人类发展研究所（NICHD）“早期儿童保育与青少年发展研究”的数据，分析了747名个体的信息。参与者出生于1991年，数据采集从出生一直持续到26岁。他们在三年级时曾连续最多7天佩戴加速度计，记录在学校的身体活动水平（如跑步、跳跃）。
研究作者在论文中解释：“我们之所以聚焦三年级，是因为这一阶段标志着儿童向童年中期过渡，开始更多地独立控制自身行为。”
为评估儿童的自控能力，研究人员考察了活动水平、教师对多动行为的评估、以数学和阅读成绩衡量的学业成就，以及参与者自我报告的26岁前所获最高学位等数据。
结果显示，儿童的活动量往往随着上学时间的推移而增加。然而，有些孩子的活动量上升幅度更大，被教师评价为更冲动、更具破坏性，他们在小学和高中阶段的数学和阅读成绩更低，成年后完成的受教育年限也更短。相比之下，那些在一天中更能维持行为稳定的儿童，数学和阅读成绩更高，完成四年制本科学位的几率也高出20%。
“身处校园需要一定程度的自控能力。孩子们被要求走路而不是奔跑、管好自己的手脚、在需要时安坐在座位上，”该研究的第一作者、纽约大学应用心理学助理教授安德鲁·E·克普（Andrew E. Koepp）表示。
克普指出：“我们的研究结果表明，从行为层面来看，大多数孩子到放学前都会有点‘绷不住’。有趣的是，那些能够‘稳住’更长时间的孩子，往往在学校表现更好，也更有可能取得长期的教育成功。”
不过，这项研究并不意味着“三年级坐不住，就注定学业失败”。研究采用的指标可以作为自控能力的外在信号，但不能完整概括一个孩子的性格、智力或未来潜力。研究的意义不在于给孩子贴上“自控力差”的标签，而在于更早识别那些可能需要额外支持的学生。学校和家长应该帮助儿童练习行为调节、改善课堂节奏、提供适当活动机会，而不是单纯批评他们“坐不住”。
相关论文：https://dx.doi.org/10.1037/dev0002212
人群为什么天然爱左转？
在喜剧电影《超级名模》（Zoolander）中，世界顶级男模德里克·祖兰德曾哀叹自己有一个罕见的怪癖：“我不是‘双向转弯者’……这是我从小就有的毛病……我不能左转。”
如今，一项最新研究表明，这位时尚达人的怪癖比人们想象的更加罕见。实验显示，人们在随意走动时，存在一种天然的左转倾向，并且更喜欢沿逆时针方向行走。相关论文6月10日发表于《自然-通讯》（Nature Communications）。
“如果你只是让某人开始走路——无论是在博物馆、超市，甚至是一个空房间里漫步——他们逆时针走动的可能性出奇地高，”西班牙纳瓦拉大学（University of Navarra）的伊尼亚基·埃切韦里亚·华尔特（Iñaki Echeverría Huarte）博士说。
这一发现来自偶然。新冠疫情期间研究人员开展实验，研究多少人能在保持安全距离的前提下共享同一空间。在回看实验录像时，他们注意到人群绝大多数沿逆时针方向移动。这一意外观察催生了一整个研究项目。科学家们随后进行了一系列实验，让单个行人或小规模人群在封闭空间内漫步，结果一次又一次地观察到逆时针行走的倾向。
这张俯视图展示了西班牙一所学校的操场，图中点和线标示了青少年参与者的运动轨迹。| 2026 Echeverría-Huarte et al. CC-BY-ND
由于怀疑可能是文化习惯起作用，研究团队与东京大学的克劳迪奥·费利恰尼（Claudio Feliciani）博士展开合作，结果后者在日本得到了同样的结果。即便研究人员将惯用右手、右脚以及右眼主导等因素纳入考量，这一发现依然成立，且在男性和女性步行者中均有体现。他们发现的唯一差异是，这种偏好在儿童身上更为明显。
“我们每个人都带有轻微偏向一侧的个人倾向，而当许多人共处一个空间时，这些微小的偏差累加起来，便形成了整体的逆时针旋转，”埃切韦里亚·华尔特说。
科学家们尚不清楚这种偏好的来源，但已在虚拟现实环境中开展了进一步实验，还让参与者假装一条腿骨折后行走，希望借此找到线索。有研究成员甚至打趣说，澳大利亚或许会观察到相反的趋势，或许是地球自转使风向偏转的“科里奥利效应”在作怪。
“我们不知道这种现象为何发生，但我们认为，通过理解其中的原因，我们能够更好地理解人类如何感知世界，”费利恰尼说，“这或许还能带来比这项发现本身更重要的其他发现。”
值得一提的是，人类并非唯一表现出这种偏好的物种。英国布里斯托尔的研究人员已经证明，岩蚁在探索陌生巢穴时同样存在左转偏好。
目前，研究人员的怀疑焦点集中在生物力学上。“我们没有人是完全对称的，每个人的大脑收集感官信息并与肌肉协调的方式，似乎会让人轻微地偏向一侧。”埃切韦里亚·华尔特说，“不过我必须坦诚，我们已经检验了好几种假说，但这种偏差顽固地反复出现，所以确切机制仍然是一个悬而未决的问题。”
他还表示，理解这种偏好有助于让人群流动和疏散模拟更加真实，并为我们日常穿行的空间——从博物馆、超市到火车站——提供更好的设计依据。
事实上，这种偏好早已在体育领域留下印记。
卡迪夫城市大学运动与锻炼生物力学系主任加雷斯·欧文（Gareth Irwin）教授指出，在1896年首届现代奥运会上，运动员是沿顺时针方向绕跑道奔跑的，但由于大多数运动员认为那是一个“不自然的奔跑方向”，这一规则在1913年被修改。
如今，逆时针跑步已被写入《田径规则》。“可以合理推测，这一惯例源于人群普遍的右腿优势，”欧文说，“沿逆时针方向跑弯道时，身体右侧承受的内部作用力更大。”
不过他补充道，这或许与其说是生物力学问题，不如说反映了右腿优势人群的社会主导地位。“右侧主导的观念超越了体育和田径的范畴，在其他领域也随处可见，比如超市的布局设计，它影响着商家希望引导顾客在店内行走的方向。”
相关论文：https://dx.doi.org/10.1038/s41467-026-73713-w
为什么老年病越来越多？自然选择偏爱年轻人
为什么人类在拥有更长寿命的同时，却不得不面对越来越多如心血管疾病和神经退行性疾病等“老年病”？近期发表在《自然综述：遗传学》（Nature Reviews Genetics）上的一篇综述文章，通过将进化理论、比较基因组学与人类遗传学相结合，试图解释这一现象背后的生物学谜团。
衰老的进化解释，核心在于被称为“选择阴影”（selection shadow）的现象。自然选择主要优化年轻和繁殖期的生物通路，晚年才显现的有害突变和副作用不容易被清除。举例来说，如果一个基因突变会导致个体在幼年或青年时期死亡，这个突变就会被自然选择无情淘汰，因为携带它的人根本没有机会留下后代。反之，一旦个体完成繁衍，如果某种基因缺陷在晚年才发作，自然选择对这种晚发缺陷是“盲目”的——因为携带缺陷的个体早就把基因顺利传给下一代了。
这意味着，那些只在生命晚期才发挥有害作用的突变，会在漫长演化过程中不断积累。
文章指出，衰老的遗传机制主要可以从两个方面理解。第一是“突变积累”：由于自然选择在“阴影区”失效，那些晚发性的有害突变难以被进化机制清除。当我们变老并步入这个“阴影区”时，自然选择撒手不管留下的“烂摊子”问题集中爆发。
第二是“拮抗多效性”：同一个基因可能同时具有两种截然相反的作用——在年轻时能带来巨大好处，例如促进生长、代谢或繁殖，却在老年阶段增加疾病风险。因为早期的收益在自然选择的光环下极其宝贵，而晚期的代价被隐藏在“选择阴影”中，所以进化会主动奖励并保留这些“先甜后苦”的基因。这意味着衰老并不是一个独立于生命史之外的过程，而是早年收益和晚年代价之间的长期权衡。
这种权衡不仅存在于基因层面，也存在于能量分配层面。生物体可支配的能量是有限的，必须在“繁衍后代”和“维护身体运转”之间做出选择。在生命早期生育许多后代的个体，往往在长期的身体修复过程中投入较少，这可能导致其身体加速衰老。
现代社会经历了“人口结构转型”，使这一问题变得更加突出。人们寿命显著延长、生育更少、医疗条件更好，从高出生率、高死亡率的社会，转向低出生率、高预期寿命的社会。作者指出：由于今天存活到老年的人数远超人类进化史上的任何时期，“选择阴影”的后果——过去那些未被自然选择清除的晚年有害变异，以及那些专为年轻时期优化的生物学通路，如今正以前所未有的规模在长寿人群中显现出负面后果。
现代生活方式也会放大这些代价。充足甚至过量的食物、更少的体力活动以及现代医疗干预，都与人类生物学演化时所处的环境大相径庭。某些曾经在资源匮乏、体力活动频繁的环境中有利的代谢和生长通路，在现代环境中可能增加肥胖、糖尿病、心血管疾病或其他慢性病风险。
作者特别强调，这并不意味着老年如今像青年一样重新受到强烈的自然选择。更长的寿命确实将选择的影响延伸到了生命的更晚阶段，但走低的生育率又削弱了整体选择强度。最终的结果是，那些在进化史上几乎未被选择触及的生物学过程，如今正塑造着大量人群的生活。
“衰老的进化视角不只是一种历史上的好奇，”论文作者、德国莱布尼茨衰老研究所的梅利克·德内尔塔什（Melike Dönertaş）强调，“它指向那些保守的、古老的通路——正是它们在生命晚期的持续活动促成了年龄相关疾病，因而也最有可能成为干预奏效之处。”
相关论文：https://dx.doi.org/10.1038/s41576-026-00959-x
拖延症有救了？大学生试过后，目标完成率真的提高了
如果能与十年后的自己面对面交谈，你今天的选择会有所不同吗？一项发表于《医学互联网研究杂志》（Journal of Medical Internet Research）的最新随机对照试验表明，通过虚拟现实（VR）和智能手机应用与数字化的“未来自我”互动，能够显著增强大学新生的未来自我认同感并提高目标达成率，部分效果在六个月后依然存在。
研究招募了321名大学一年级学生，并将其随机分配到三个组别：智能手机应用干预组、同一干预内容的沉浸式VR版本组，以及接受传统目标设定支持的对照组。参与者首先设定个人目标——一个年度目标和一个月度目标，此外还制定了一个周目标，作为实现月度目标的第一步。研究人员协助参与者完善这些目标，确保其具体、可衡量、具有挑战性但切实可行。
FutureU VR环境概览 | 论文
在为期三周的干预中，应用组和VR组的参与者与十年后的\"未来自我\"数字化身进行互动，开展引导式对话和反思练习。VR体验还允许用户“化身”为自己的未来自我，以第一人称视角增强沉浸感。
结果显示，与对照组相比，两个数字干预组在未来自我认同的三个维度上均有显著提升：连结感，即现在自我与未来自我之间的相似性与连续性；生动性，即对未来自我心理图像的清晰程度；以及情感效价，即与未来自我相关联的情绪基调。这些效果在干预期间最为显著，在六个月后的随访中仍部分保留，其中情感效价的持续性尤为突出。
另一项引人注目的发现是VR对目标达成的更强促进作用。使用VR的参与者报告的每周目标完成率显著更高（效应量 d = 0.88），这表明沉浸式体验可能更有效地将心理层面的转变转化为现实行动。相比之下，智能手机应用并未表现出类似优势，原因可能在于支持结构的差异：VR组获得了面对面指导和针对目标的结构化反馈，而应用组则完全独立完成练习。
该研究的共同作者、未来自我认同领域的知名研究者让-路易·范·海尔德（Jean-Louis van Gelder）强调了这类工具的变革潜力：“当人们能够看到、听到甚至‘成为’自己的未来自我时，‘未来’这一抽象概念就变得真实起来。这是一种能够释放动力的心理转变。”
他进一步补充道：“真正的力量不仅在于技术本身，更在于它降低了未来思维的认知负荷。我们不是要求人们去‘想象’未来，而是让他们亲身体验未来——这使未来变得更加触手可及，对那些在长期规划方面有困难的人尤其如此。”
研究人员同时指出，该干预并未对自我挫败行为、冲动性或学业表现等更深层的结果产生显著影响。但其在未来自我认同和目标投入方面的短期收益已颇为可观。研究结果表明，数字工具有望成为促进长期福祉与目标追求的有力且可推广的切入点，在教育和预防性健康领域尤具应用价值。
相关论文：https://dx.doi.org/10.2196/84420
细菌没有脑子，却能把“上辈子的苦”传给孙辈
一项最新研究表明，即便没有大脑或神经系统，细菌也能够从过往经历中“学习”、跨代储存“记忆”，并据此调整自身行为以适应不断变化的环境。
研究团队来自卡内基梅隆大学，他们追踪了单个大肠杆菌（E. coli）细胞在营养丰富与营养匮乏环境之间反复切换时的反应。结果发现，细菌并非每次都以相同方式作出反应，而是会根据此前经历过的环境变化模式来调整自身的生长——那些经历过快速变化环境的细胞，比在稳定环境中长大的细胞适应得更好。
“长期以来，人们假设细菌的生长只由它当前所处的环境决定，”论文第一作者约西亚·克拉茨（Josiah Kratz）表示，“而我们的研究表明，过去环境的历史同样重要。细胞会记住这些经历，而这种记忆会改变它们的行为方式。”
此前一些研究已证明细菌能够保留对先前环境的短期记忆，而新研究更进一步。“我们证明了细胞能够分辨不同的环境变化频率，”克拉茨说，“要做到这一点，它们需要一种比此前任何人所展示过的都更复杂的记忆。”
更令人惊讶的是，这种记忆甚至能够跨代延续。对细菌而言，一代的时间可能只有几十分钟到数小时。在营养丰富的条件下，单个大肠杆菌细胞可能每30分钟到1小时就分裂一次，但在应激条件下产生的蛋白质，可以被子代乃至孙代细胞所继承。这些被遗传下来的分子，让后代得以保留关于其自身从未直接经历过的环境的信息。
“如果一个‘祖母’细胞经历过应激并存活了下来，那么‘孙辈’细胞会因为这段历史而表现出不同的行为，”克拉茨这样形容。
这一发现对临床医学具有潜在意义。传统上，研究人员认为细菌对抗生素的反应主要取决于药物的种类与剂量浓度。但如果细菌确实保留着对过往应激的“记忆”，那么它们的反应或许还取决于自身的环境历史——曾经历过饥饿、高温或低温或低剂量抗生素的细菌，对治疗的反应可能与没有这类经历的细菌截然不同。
“如果我们想要全面理解并预测细菌对抗生素的反应，我们可能不仅要考虑它们当下正在经历什么，还要考虑它们过去曾经经历了什么，”克拉茨说。
相关论文：https://dx.doi.org/10.1103/5zbg-8vll
缺乏“性”，曾让生命演化停滞数千万年
一项最新化石研究显示，地球上最早期动物的无性生殖，曾在长达数千万年的时间里抑制了生命多样性的发展。直到环境压力和竞争催生了有性生殖，演化的步伐才骤然加快。相关论文6月9日发表于《自然-生态与演化》（Nature Ecology & Evolution）。
长期以来，古生物学家一直困惑于这样一个现象：动物生命在地球上出现之后，却在漫长的岁月里演化缓慢，直到大约5.5亿年前的“第二波”多样化浪潮，才为演化进程注入了强劲动力。从动物登场到真正迎来爆发，这中间长达两千多万年的“停滞期”究竟经历了什么？
研究团队分析了距今约5.74亿年、目前已知最古老动物的化石。结果表明，无性生殖将演化的节奏拖慢到近乎停滞，原因在于它限制了不同类群之间的竞争。
在经历了数十亿年的微生物时代后，地球进入了埃迪卡拉纪（约6.35亿至5.39亿年前）。在这一时期，生命的体型显著增大，最早的动物登上舞台。其中一些最早期的动物，比如外形近似蕨叶的Fractofusus，体长可达两米。
这些动物的外观更像蕨类植物，而非我们今天所熟悉的任何动物：它们似乎没有口、没有器官，也没有运动能力，因此科学家推测它们是通过吸收周围水中的养分来维生。和大多数埃迪卡拉生物一样，它们在约5.4亿年前寒武纪伊始便从化石记录中消失，这使得科学家很难将它们与任何现代生命形式建立联系。
艺术家描绘的埃迪卡拉纪动物群落。| Hugo Salais
此前的研究已经确定，这些早期动物通过无性方式繁殖——它们像今天的草莓植株那样，通过匍匐茎或走茎派生出克隆个体。在埃迪卡拉纪富含营养的海水中，它们繁衍生息、欣欣向荣。
“埃迪卡拉纪的生活相当惬意，所以对‘性’的需求相当有限，”新研究的第一作者、剑桥大学动物学系的艾米莉·米切尔（Emily Mitchell）博士表示，“当时竞争相对较少，因此并没有真正的压力去改变什么。”
米切尔和合作者安德烈亚·马尼卡（Andrea Manica）教授综合运用了激光扫描、空间分析和人工智能等手段，研究了来自加拿大纽芬兰“迷斯塔肯角”（Mistaken Point）的化石。这里是全球埃迪卡拉纪化石最丰富的产地之一。
埃迪卡拉纪动物Fractofusus的化石。| Emily Mitchell
研究团队进一步建立了计算机模型，模拟不同繁殖策略下早期动物群落的扩散和竞争。模型被运行数千次，并借助简单神经网络筛选出最符合真实化石分布模式的模拟结果。研究采用的方法称为近似贝叶斯计算，即从现实化石数据反推古代生物的扩散距离和资源竞争强度。
结果显示，以匍匐茎为基础的无性繁殖会把个体连接在邻近区域内。这样一来，相邻个体之间可能共享营养，彼此竞争较弱；但代价是种群扩散范围有限，生态位分化和物种多样化速度也随之降低；而后来向更广泛扩散和有性生殖的转变，则恰好与演化多样性的突然爆发相吻合。
竞争与压力在数十亿年间一直是演化的主要驱动力，但在埃迪卡拉纪的深海中，无性生殖意味着竞争被限制在很低的水平。“如果你和邻居通过这些走茎相互连接，那么你们是在共享养分，根本不需要彼此竞争，”马尼卡解释道。
转折可能发生在早期动物从深海逐渐进入更浅水域之后。浅海环境更不稳定，潮汐、风暴、温度变化以及营养水平的波动，都让生存变得更加岌岌可危，从而加剧了对资源的争夺，扩散到新区域的收益也随之变大。
“如果你突然身处一个一年里要被‘杀死’好几次的环境，那一切就都不一样了，”米切尔说，“压力本质上会催生有性生殖，而一旦这种情况发生，我们就能看到扩散距离的大幅增加——由于竞争加剧，动物会努力去开拓新的领地。”
研究人员认为，压力增加可能推动有性繁殖和更远距离扩散的出现，最终引发了埃迪卡拉纪动物演化的“第二波”浪潮。
相关论文：https://dx.doi.org/10.1038/s41559-026-03094-2
冰到底是怎么冻出来的？理论仍然错得离谱
在德国汉堡郊区的地下，一台粒子加速器将电子加速至接近光速，在急转弯中释放出辐射脉冲，由此产生强大的X射线激光束。这台名为“欧洲X射线自由电子激光装置”（European XFEL）的设备，曾帮助科学家拍摄化学反应的超快“电影”、绘制病毒的原子结构。如今，研究人员正用它破解一个看似简单、却困扰科学界数十年的难题：水和其他液体究竟是如何结冰的。
150年来，理论学家一直试图解释纯净液体凝固成固体的过程，然而他们关于结冰速度的模型与实验结果相比往往严重失准——偏差可高达20个数量级。“实验非常困难，理论很困难，计算机模拟同样困难。”位于瑞士卢加诺的意大利语区大学理论学家米歇尔·帕里内洛（Michele Parrinello）说。模型或实验中的微小误差，都可能导致结果的巨大变化。
现代结冰理论可追溯到18世纪初的物理学家丹尼尔·华伦海特，以及一个多世纪后的约西亚·威拉德·吉布斯。吉布斯用统计力学描述了纯净液体——即不含任何杂质颗粒的液体的结冰过程。
但自然界中的结冰大多并不“纯净”。把一杯水放进冰箱，水分子会首先在杯壁和水中杂质上开始结晶。这种“非均相成核”远比纯净液体中的“均相成核”容易发生。在大多数云层中，水正是在尘埃等颗粒物上通过非均相成核结冰的；而在极高海拔处，由于空气极冷且相对纯净，均相成核也时常出现。
吉布斯关注的正是纯净液体。在他的理论中，结冰是两种分子组织状态之间的竞争：一方面，液体分子排成有序晶体后能量更低，降温到冰点以下后结晶在能量上是有利的；另一方面，在晶体与液体之间形成新界面需要付出能量代价。微小颗粒的表面积与体积之比极大，因此液体中刚萌生的微小晶体天然不稳定，会迅速瓦解回液态。只有当晶体团簇达到“临界半径”，继续生长才变得有利，相变才会真正发生。结晶速率因此取决于一种罕见热涨落的概率——大量分子凭随机机会恰好落入正确的晶体排列，推动团簇越过能量壁垒。
后来的科学家将这一思想发展为“经典成核理论”（CNT），至今仍是大多数成核理论的核心。应用该理论需要一些简化假设，例如临界晶核呈球形、微小新晶体与大块固体性质同等。基于这些假设，理论可以预测成核速率：每秒每单位体积内应发生多少次成核事件。
不幸的是，该理论给出的速率是一个极度敏感的指数函数，依赖于液-固界面张力、液体黏度等多个变量。德国达姆施塔特GSI亥姆霍兹重离子研究中心的物理学家罗伯特·格里森蒂（Robert Grisenti）指出，对纯净液体而言，条件的微小变化会引起结冰速率的巨变：“一滴保持在零下20摄氏度的纯水，几十亿年都不会结冰；但再降温15度，它会在一瞬间冻结。”
正因如此，研究人员很难做出可重复的实验，而理论家略有不同的假设也会得出天差地别的结果。一项对理论估算的调查显示，不同的建模选择可使成核速率的预测值相差多达25个数量级。
实验同样如此。瑞典斯德哥尔摩皇家理工学院（KTH）的物理化学家约纳斯·塞尔贝里（Jonas Sellberg）及其同事测量了小水滴中的成核速率。当他们汇总过去三四十年间多项研究的数据时，发现测量值的差异同样跨越20至25个数量级。
“这只是水而已，”他说，“这不禁让人疑惑：速率怎么会相差这么多？”
这些实验涵盖微米级液滴、纳米级液滴以及沉积在基底上的水薄膜。塞尔贝里说，在一组实验中，即便研究人员努力复现相似条件，成核速率仍相差6个数量级。“这些不是随机误差，而是薄膜的制备方式不同，结果就截然不同。”
为了拉近理论与实验的距离，研究人员转向了更简单的体系。水之所以复杂，一个重要因素在于其分子具有方向性——它们通过氢键相连，而氢键要求分子既靠近又取向正确。在一种简单模型——伦纳德-琼斯（LJ）液体中，分子在远距离上相互吸引，靠得太近则相互排斥。LJ液体在自然界中以液化稀有气体（如氪和氩）的形式存在。
格里森蒂团队制造出液态氪和氩的高速射流并射入真空，液体因蒸发而迅速冷却。研究人员向射流发射X射线脉冲并分析衍射图样，从中读取液体原子构型的变化。结果显示，射流在仅仅几百微米的距离内、短短几微秒中，便从液态演化出晶体结构的迹象。
将理论与模拟结合后，预测的成核速率仍比实验值高出100至1000倍——但与以往实验相比，差距已缩小了约100倍。格里森蒂解释说，进步源于两方面：LJ液体足够简单，略有差异的理论和模拟都能给出相对一致的预测；而新测得的成核速率很可能也比以往更准确。
这些实验还为超越经典成核理论提供了线索。在今年1月发表的论文中，帕里内洛团队对真空中小LJ液滴的结冰进行了建模，设置与格里森蒂等人的实验非常相似。经典理论假设存在唯一的球形临界晶核，而帕里内洛团队考虑了更复杂的成核几何形状，结果发现，当模型纳入对球形的偏离时，与实验数据吻合得最好。这表明，更多样的原子构型很可能在早期成核中扮演关键角色。
科学家由此意识到，凝固液体中早期结构的精确细节可能影响成核速率，水或许同样如此。X射线激光正是研究这一问题的理想工具——它能探测极小体积的晶种，并凭借其强度分辨结构细节。“这让你有机会瞄准晶体成核与生长的早期时间尺度。”塞尔贝里说。
分子动力学模拟也提供了线索。大约15年前对水的模拟表明，冰晶常呈现一种不寻常的有序性：普通的冰具有六方晶格，但冰也能以较不稳定的立方结构形成。模拟显示，过冷水经均相成核后生长的晶体往往表现出“堆垛无序”——六方与立方晶层的随机交错排列。近年来对过冷水滴的实验也发现了类似证据。在去年发表的实验中，格里森蒂团队利用XFEL对液态氪液滴进行了初步探索，同样在生长中的晶体里发现了高比例的堆垛层错。他希望未来的实验能确定这些不寻常的结构是否会加速成核。
不过格里森蒂表示，水的均相成核问题恐怕在相当长时间内仍将深奥难解。“实验与模拟报告的冰成核速率之间，差距仍可高达20个数量级。”他说，这对云内过程建模影响重大，而云对气候预测举足轻重。目前，格里森蒂团队已开始用机器学习模型解读X射线激光数据，希望从原始衍射数据中提取出原本无法获得的信息，揭示水和其他液体中最早期晶体的新结构基元。
相关来源：https://www.nature.com/articles/d41586-026-01817-w
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