Leaf-based computer chips, and evidence that two early human ancestors coexisted
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这期播客由位于纽约市的西奈山卫生系统学术部门——西奈山伊坎医学院赞助，它是美国领先的研究型医学院之一。科学家和临床医生正在进行哪些工作来改善女性的医疗保健和健康？请在由西奈山伊坎医学院与《科学》杂志合作编写的《科学》杂志特刊中寻找答案。访问

访问我们的网站 www.science.org 并搜索医学研究前沿 - 女性健康，西奈山伊坎医学院。我们总能找到方法。

这是 2024 年 11 月 29 日的科学播客。我是梅根·坎特韦尔。本周首先，主持人莎拉·克雷斯皮与通讯编辑克里斯蒂·威尔科克斯讨论用树叶制作电路板。接下来，我将与研究员凯文·哈塔拉谈论 150 万年前的化石足迹，这些足迹表明两种早期人类可能共存。

现在我们要谈谈如何用树叶让电子产品更环保。我们的每日通讯编辑克里斯蒂·威尔科克斯将在这里告诉我们如何做到这一点。嗨，克里斯蒂。嗨。你好吗？我很好。是的。我们这里有一些你与研究人员交谈时的录音，我想在这部分播放一些。但在我们开始之前......

是什么让你决定写关于叶状电子产品的文章，正如它被称呼的那样？是的，嗯，这是其中一篇论文，我一看到标题就觉得，这是什么？这听起来很有趣。我，你知道，显然读了它，觉得它真的很有趣。然后其中一位研究人员，拉凯什·奈尔，他只是随机地联系我，说，嘿，我有一篇新论文。你感兴趣吗？我说，

我刚刚在看它。是的。你能跟我说说并解释一下吗？所以我跟他谈了，也跟他的博士后导师汉斯·克莱曼谈了，谈论了用树叶制作电路板这个迷人的想法，电子技术中的电路板。

更具可持续性。所以这基本上是电路板的主体。你知道，你有你的小电线，你有你的由昂贵的东西制成的小部件，这些东西很难从地下挖出来，但你还有这个大的塑料背衬或玻璃背衬。为什么让计算机、电子产品的这一部分变得如此困难，

更具可持续性，更环保。这些电路板，就像现在一样，非常坚固。你说的是玻璃纤维和环氧树脂，塑料。这些东西在环境中可以保存数千年。而且它们必须非常坚固，因为许多制造工艺要么涉及奇怪的 pH 值，高酸性、高碱性的东西，要么涉及非常高的温度。

一直以来，人们都在努力尝试，比如说，将纸或丝绸变成这些特别灵活的电路板，这些电路板用于某些类型的设备。但它们在处理这些温度方面并不是那么好。你通常仍然需要在它们上面涂上一层东西。拉凯什注意到的一件事是，纸实际上并不是那么可持续。你最终会制造很多污染，而且仅仅为了造纸就需要提取很多东西。

但接下来的问题是，好吧，纸不合适。有什么比纸更便宜、更容易获得、同样灵活、同样可生物降解的东西？答案是什么都没有。我找不到任何比纸更好的东西。总有一些原因导致这种新材料不如纸好。也许它更贵。也许它无法大规模生产。有一天去吃午饭，我们研究所外面有一棵树。

那是一棵木兰树，我突然灵光一闪。啊，你知道，树叶以某种方式将它们的细胞保持在一起，而且它们是可生物降解的。它们绝对是唯一比纸更普遍存在的东西。让我们移除活细胞，使用将细胞保持在一起的框架，而不是细胞，为什么不使用聚合物呢？

你能谈谈他们对这些树叶做了什么来使它们适合用于电子产品吗？是的，嗯，这很有趣，因为他们实际上做了一些我以前为了艺术而做过的事情，那就是他们将树叶骨架化。你可以把它放在一种特定的溶液中或其他什么东西中，你就会得到这个框架，这个树叶骨架。

它具有这种惊人的、美丽的叶脉分形图案，它也非常稳定，非常坚固。他们拿这个，然后在它上面涂上这种生物衍生的聚合物。所以，同样，这是一种来自自然的东西，那就是他们的电路板。而且

拉凯什向我描述的方式是，他基本上尝试了所有方法，让它不能作为电路板工作。所以你说的高温，比如你可以在上面焊接。所以他在上面焊接。他在上面印刷。他蚀刻它。他对这些东西做了所有的事情。他甚至把它放进了其中一台机器里。所以为了制造......

有机发光二极管或 OLED，对吧？他们把它们放进这台机器里，这台机器会制造真空，然后将有机材料以非常非常细、非常薄的层沉积下来。谢天谢地，有汉斯这样的向导，当我把一片叶子放进真空室时，他没有抱怨太多。

在我们最先进的物理纸张沉积机中。这可能也是我做完这件事后告诉他的结果，但他绝对没有阻止我继续实验。

令人惊讶的是，它成功了。我沉积了物理蒸汽，沉积了金和其他金属，甚至沉积了半导体。它竟然幸存了下来。基板幸存了下来。这些层看起来很不错。我们甚至优化了表面粗糙度，以真正针对难以制造的设备，即使在像 OLED 这样的玻璃上也是如此。所以，是的，我们试图把它推到一个它不起作用的地步，这样我们就能找到一种方法，好吧，这就是极限。现在我们对其进行优化。

但它似乎已经运行得相当好了。所以现在其他科学家必须复制它，并让每个人都知道什么不起作用或在哪里可以改进。因为肯定有改进的方法。我们选择了一种聚合物来结合到这种准分形结构上。

但这只是一个随机的选择。它可能是一种我们甚至还不知道的更好的聚合物。故事中出现的一个问题是，你知道，我们的手机、电视，它们的设计工作时间是一定的，然后我们应该更换它们。

换成最新型号，进行重大升级。但里面的电子元件的设计寿命，正如你所说，是一千年。那么如果是树叶，它能用多久，或者说它有多容易回收或升级到下一代电子产品中？所以这是他们实际展示的非常酷的事情之一。它很漂亮

尤其是在这篇论文的补充材料中。你可以降解这些树叶，但你也可以回收你附在上面的所有东西。所以他们能够提取他们用来制造电路的银，他们能够分解树叶并回收银，然后制造墨水。目标是实现完全的循环经济，完全可回收的产品。他们设想在旁边有一片树林

制造电子产品的工厂旁边是回收金属并将这些树叶放入沼气发生器的回收工厂。沼气为所有这些建筑物提供燃料。因此，它就像一个点，你可以在一个地方完成所有的回收和循环。好的。这是我一直问的问题。这听起来很棒。为什么它现在不在我的手机里？

接下来的步骤是什么？有什么障碍会使它难以，你知道，推广出去？虽然这些叶状电子产品在几乎所有行业测试中都表现得非常好，但行业有标准的一件事是稳定性。这种东西很坚固，可以保存一千年。他们对材料的耐用性有非常严格的标准。

关键是我们希望这些东西能够生物降解。所以它们不一定会达到最严格的标准。汉斯的说法是，为了让这些东西达到标准，标准可能必须妥协，降低 5% 或 10%。但能承受高温、承受使用、磨损，这很好。只是，它不会保存 500 年。这也是一件有趣的事情，对吧？你在制造这些手机、智能手表或其他什么东西......

在五年、十年内就坏了？比如，为什么你需要一个能用一千年的东西？如果我们想要真正可回收和可持续的设备，行业就必须做出一些让步。如果这东西上市，我们真正需要做好准备的另一件事就是所有的双关语。我的意思是，伙计们，我确实让汉斯在这里分享了他最喜欢的一些双关语。我就让它播放吧。

我们有很多为项目创建新缩写的想法。所以我们有 Leaftronics（叶状电子产品），我们有 Unbelievable（难以置信），我们有 Believe（相信），我们有 Exfolia（拉丁语，意为来自树叶）。所以我们有很多基于“leaf”（树叶）这个词的有趣的文字游戏。真正让我印象深刻的一件事是研究人员谈论如何受到自然的启发，以及如何受到自然的启发。

自然的指引。所以这个分形的想法，我不知道我们第一次提到骨架化的树叶是什么样子时是否真的深入探讨过。我觉得这太酷了。这种分形结构，在不同维度上反复使用一种材料是我们拥有的

并说，这是一种非常好的、美丽的方式，但在我们的技术中，我们从未采用这种方式。我们总是要么只做纳米级，要么做微米级，要么做宏观级，但总是对每个不同的级使用不同的方法和不同的材料。但大自然只是不断地使用相同的材料，并从一块糖中构建

构建整棵树。始终是相同的材料。只是以略微不同的方式使用材料。这太鼓舞人心了，我认为树叶就是一个非常美丽的例子，说明了如何做到这一点。他们还谈到，大自然如何创造了所有这些非常耐用且可回收的东西，如果大自然无法支持它，也许你不应该这样做。我

我问了他们这里的局限性是什么。他们尝试制造 OLED。他们成功了。他们尝试，你知道，蚀刻它。他们尝试在上面焊接。所有这些都成功了。我问，什么不会成功？这会在哪里失效？我可能只是补充一下这个假设，说所有我们不能添加到叶基板上的东西根本不值得添加。

因为树叶本身或木材，一棵树，就像来自大自然的根本解决方案。它非常稳定，但仍然可以生物降解，并且可以承受你能想象到的最恶劣的 pH 值、温度等条件。所以，例如，我们永远无法在我们的叶基板上生长硅晶片，因为你需要 1300 摄氏度才能在上面生长硅。这永远不会成功。

但也许正是因为这个原因，不值得考虑这一点，因为大自然已经说过，这是我们星球所能承受的极限，所有超过这个极限的东西都太稳定了。你不应该生产它。

克里斯蒂，故事中我还有什么遗漏的吗？你还有什么想从你的报道中分享的吗？所以，是的，有一件事让我印象深刻，那就是它们看起来很酷。他们给我发了照片，我简直惊呆了。而且，它们看起来太整洁了。我只是，就我个人而言，我认为，你知道，从艺术的角度来看，非常非常酷。网站上有照片。你可以在通讯中看到，我相信在播客页面上也能看到。嗯，克里斯蒂，这真的很有趣。是的，每个人都应该去看那些照片，想象一下在你的手机里有一片树叶。我喜欢它。

克里斯蒂·威尔科克斯是我们每日通讯《科学顾问》的编辑。请继续收听我与研究员凯文·哈塔拉关于在肯尼亚新发现的足迹的对话。

这期播客由美国领先的研究型医学院之一——西奈山伊坎医学院赞助。伊坎西奈山是位于纽约市的拥有八家医院的西奈山卫生系统的学术部门。它一直是 NIH 资金的顶级接受者之一。伊坎西奈山的研 究人员在许多对改善患者健康至关重要的领域取得了突破性发现，包括癌症，

COVID 和长期 COVID，心脏病学，神经科学和人工智能。西奈山伊坎医学院。我们总能找到方法。

位于马里兰州巴尔的摩的摩根州立大学是一所卡内基 R2 级博士研究机构，提供 100 多个学术课程，并授予学士、硕士和博士学位，正在推进其发展未来、引领世界的使命。摩根继续应对现代城市环境的需求和挑战。

随着四年来研究经费翻了两番，十几个新的博士课程和八个新的国家卓越中心，摩根有望在未来五年内获得卡内基 R1 的称号。要了解更多关于摩根及其晋升为 R1 的信息，请访问 morgan.edu/research。

根据化石证据，我们知道两种早期人类，鲍氏傍人猿和直立人，在一百多万年前生活在非洲南部和东部的类似地区。但尚不清楚这些物种是仅仅生活在彼此附近，还是实际上共存。本周在《科学》杂志上，凯文·哈塔拉和他的同事发表了一篇论文，其中包含的证据或许可以澄清这个故事。非常感谢你加入我，凯文。

谢谢你邀请我。当然。所以我想对于听众来说，首先描绘一下直立人和鲍氏傍人猿的样子可能会有所帮助。是的。所以直立人，它们看起来，尤其是从脖子往下，很像现代人类。人们认为他们可能是这段时期内我们直系祖先的最有力候选人。另一方面，鲍氏傍人猿，它们看起来非常，

非常不同。它们的特征是头骨似乎是为了咀嚼非常具有机械挑战性的食物而生的。它们有非常大的下颚和非常大的牙齿。因此，它们似乎适应了与直立人截然不同的饮食。从脖子往下，我们不太清楚鲍氏傍人猿是什么样子。许多属于该物种的化石是

头骨或牙齿。这些是它们解剖结构中最独特的部分。在类似的地区和时期发现了这些物种的骨骼化石，但为什么研究人员一直无法得出它们实际上共享栖息地的结论呢？有

骨骼化石共同出现在代表大约 10 万年的沉积层序中。而且很难弄清和理解

在这大约 10 万年的时间跨度内，每个物种都存在于哪里。你可能会看到这种交替的占领，它们实际上并没有同时出现，但你永远无法从骨骼化石记录中获得的那种分辨率中了解到这一点。所以到目前为止，我们一直在谈论骨骼遗骸，但足迹是

另一种非常好的方法来了解这些不同物种究竟在哪些栖息地。你能谈谈你发现这些足迹的地点吗？该地点位于肯尼亚北部图尔卡纳湖东岸附近。这个地区被称为库比福拉，几十年来，古人类学研究一直在那里进行。发现这个遗址的具体位置

它不像一个已经进行了数十年的长期挖掘。一个团队正在挖掘骨骼化石，然后该团队的一名成员理查德·洛基发现那里有一层足迹层，并在该遗址发现了第一个原始人足迹。我们这里讨论的时期大约是 160 万到 140 万年前。看起来它必须非常普遍。

完美的条件才能发生这种情况，并保存到你真正分析它们所需的细节水平，对吗？所以你需要一个足够柔软的泥土表面，能够接受走在上面的脚的印记。然后你需要某种上覆沉积物来

但要轻轻地冲刷在它上面，以便分布一层上覆沉积物，这层沉积物会覆盖并最终保留在泥土中形成的足迹的形状。你可能会认为它们非常罕见，但当你想到在 10 万年左右的时间里这种情况发生的频率时，也许它并不完全是

那么罕见，至少如果你在这种环境中，在已经存在了很长时间的湖泊边缘。有多少个足迹？我们看到有人在

在海岸线上走了一会儿？或者说你从这个遗址获得了多少可供研究的东西？有一条很长的轨迹，一个人连续走了 13 步。然后还有三个其他足迹，它们的方向不同，几乎垂直于那条很长的轨迹。

这些足迹大小和形状各不相同。因此，看起来它们代表了三个不同的个体。所以总的来说，看起来有四个不同的原始人在那一刻走过这个特定的表面。在这个表面上留下的足迹，它们应该是在彼此相隔数小时到数天内形成的。

根据我们在现代图尔卡纳湖海岸线上进行的实验，看起来那里的足迹最多可以保存大约三天左右。在任何一种情况下，如果这些原始人在彼此相隔数小时或数天内出现，它们都将共存并共享同一片土地。有趣。好的，所以我想......

作为这个领域的研究人员，如果我看到这两个足迹，我能看出它们可能非常不同吗？或者这真的是像你必须以非常详细的方式来看待，才能理解这两个不同的物种可能留下了这些足迹？你可能可以区分它们。在我看来，有一些差异很突出。当我们挖掘这些足迹时，我们首先看到的一个足迹是大脚趾连接处

与现代人类足迹中通常看到的角度略有不同。我和我的同事们，我们互相说，哦，这看起来有点奇怪。这看起来有点不同。大脚趾那里发生了什么？我不认为......

我们中的任何人在现场时都知道这些足迹可能代表两个不同的物种。一旦我们挖掘出足迹，我们，在这种情况下，使用了一种叫做摄影测量的方法，我们拍摄大量的照片，然后使用计算机软件将它们拼接在一起，创建足迹的 3D 模型。我们的大部分分析实际上是分析 3D 形态。

你不想过早地得出任何结论。所以直到我们回到实验室，分析了 3D 形状，你知道，才能看到这些东西分开。我进行了分析，然后与这篇论文的几位同事一起进行了分析，说，你能想到任何可能出错的原因吗？我们花了几个月的时间来研究，试图弄清楚其他可能的解释是什么

我很好奇，这些早期人类的足迹是否落在我们今天看到的现代人类足迹的范围内，或者它们完全超出了这个范围？在任何样本中都会有一些变化。因此，现代人类的足迹，它们彼此之间看起来可能大相径庭。在化石中，它们彼此之间看起来也可能大相径庭。

有趣的是，在这个特殊的案例中，当我们查看来自这个遗址和其他一些我们在论文中分析的遗址的足迹时，有一些化石足迹完全落在人类变异的范围内。然后还有其他一些足迹远远超出了人类变异的范围。它们很好地分成了两个不同的集群，这

基于该分析，我们开始说，哦，我认为这些足迹代表了两种不同的行走方式。你能根据这些足迹判断他们的脚的运动和步态与直立人有什么不同吗？很难确切地知道它有什么不同，但我们可以看出这些运动是不同的。足迹的足弓形状告诉我们脚是如何在泥土中移动的。如果

如果你走在沙滩上，留下一个足迹，你会发现它有一个足弓形状。很多人会认为，这只是反映了你脚本身的足弓形状。我的两位合著者，史蒂夫·盖茨和彼得·福金汉姆，我们进行了一些实验，试图弄清楚足迹是如何形成的。

我们使用了双平面 X 光，也就是两束重叠的 X 光束，它们记录 X 光视频。然后在这些 X 光束重叠的区域，你可以实际重建那里发生的事情的 3D 图像。我们发现的是，足弓形状更多地与你的脚在行走时在泥土中滚动和旋转的方式有关。所以我们行走时，首先是用脚后跟着地，然后我们的脚平稳地旋转，直到它变平。

然后我们用前脚掌蹬地。当你以这种方式旋转你的脚时，这实际上就是推动沉积物四处移动，并创造出足迹的足弓形状。

现在，当我们比较我们假设的傍人猿足迹和我们假设的直立人足迹时，足弓形状，这就是我们实际看到的不同之处。它们的足弓形状不同，这告诉我们脚的移动方式不同。确切差异的更细粒度的细节，这是我们仍在试图弄清楚的问题。你能从这些足迹中判断出脚的形态吗？

我提到大脚趾是区分这些足迹的特征之一。因此，观察我们假设是由傍人猿留下的足迹，看起来大脚趾比我们在现代人类中看到的更灵活。所以大脚趾会从脚的其余部分向外张开，就像一点点，它的位置会

沿着这条轨迹的长度，每一步都略有不同。因此，大脚趾位置的这种变化暗示着，在傍人猿的脚骨骼中可能也有一些证据。现在是否有其他遗址，你可能会重新访问，看看是否所有的足迹都是直立人，或者可能已经有这两种物种并肩行走的记录证据？

我们实际上回到了来自其他化石足迹遗址的数据集，这些遗址的年代大致相同，并且来自同一地区。我们重新分析了来自这些遗址的数据，我们最终发现这种模式实际上在多个遗址中重复出现。

因此，当我们看到这不是一次性的事情时，这让我们对这篇论文中的假设更有信心。并不是说在这个特定的遗址发生了一些不寻常的事情。这似乎是一种在超过 10 万年的时间里多次出现的模式。你是否着眼于另一个地点进行研究？或者你是否有兴趣研究其他早期......

早期原始人物种的足迹？两者都是。我提到这个地区在保存这些遗址方面非常特殊。所以我们知道还有很多遗址在同一个附近，还有很多其他遗址可能包含更多数据，可以帮助我们解决诸如这两个物种的行走方式有何不同等问题。这个问题是

这些环境是什么样的，似乎吸引了这两个物种？或者我们或许能够弄清楚是否有某种东西比其他东西更能吸引一个物种。因此，在相同的地理区域和时间段内，有很多问题可以研究。与此同时，我对在此之前发生的事情也非常感兴趣。所以问题是，你知道，找到合适的环境，在那里这些化石很可能会被保存下来。

非常感谢你抽出时间与我交谈。非常感谢你谈论你的论文。是的，不客气。凯文·哈塔拉是查塔姆大学的生物学副教授。你可以在 science.org/podcasts 上找到我们讨论的论文的链接。

本期《科学》播客到此结束。如果您有任何评论或建议，请写信给我们，地址是 [email protected]。要在播客应用程序中找到我们，请搜索《科学》杂志，或者你可以在我们的网站 science.org/podcast 上收听。

本节目由我和梅根·坎特韦尔以及莎拉·克雷斯皮编辑。我们得到了梅根·塔克特-波迪吉的制作帮助。我们的音乐由杰弗里·库克和阮柯阮创作。代表《科学》及其出版商 AAAS，感谢您的收听。