圖片作者：NotebookLM
在研究早期地球生命時，科學家常常面臨一個尷尬的現實：化石很少，DNA 不可能保存，能用的只剩下化學痕跡。
但是，什麼是δ¹⁵N ？為什麼當它是接近零或是負值，就可以推斷有具備固氮能力的生物存在？
首先，氮有兩種穩定同位素：¹⁴N 和 ¹⁵N。而δ¹⁵N 描述的是：某個樣本中氮同位素比例，相對於大氣氮的偏移量。雖然大氣中的氮主要（99.6337%）是 ¹⁴N，但是負責固氮的Nitrogenase更喜歡用¹⁴N，這會使得生物體內的氮的¹⁴N比例更高。
於是，科學家就計算生物體中含¹⁵N的比例，然後以大氣的¹⁵N比例作為分母，將生物體內的¹⁵N比例減掉大氣的¹⁵N，再除上大氣的¹⁵N，就得到δ¹⁵N 。
既然nitrogenase比較喜歡用¹⁴N，可以想見只要有生物體存在的地方，δ¹⁵N 通常會呈現負值或趨近於零。
因此，當地球化學家在古老沉積岩中看到接近 0 或略為負值的 δ¹⁵N 時，常會推論：
當時可能已經存在生物固氮。
這個評估方法用了多年，但是大家卻忘記一件很重要的事。所謂的「δ¹⁵N在有固氮生物的地方通常為趨近於零或負值」，其實是建立在一個很大的前提上。
這個前提就是我們假設：古代的 nitrogenase，跟現代的 nitrogenase，在選擇同位素的行為上是相似的。
但是，萬一不是呢？如果不是，那代誌就大條了！就會變成「拿清朝的劍斬明朝的官」！
可能有讀者會說：等一下！在真實的自然界中，氮循環並不是只有固氮菌參與，至少還有再礦化、硝化、脫氮等過程，所以沉積岩的 δ¹⁵N 是多個過程疊加的結果，並不是「一顆酵素的指紋」，而是整個氮循環留下的混合訊號。
這是真的，而這也是為什麼，很多地球化學家在解讀古代 δ¹⁵N 時，其實都相當保守。
不過，最近的一篇研究，決定要先從固氮菌這一關開始計較，嘗試直接處理這個「劍是不是同一把」的問題。
由於要從化石中取得固氮菌的基因相當困難，因此研究團隊用了一個方法，我們可以稱為「有根據的推論」：
他們先蒐集大量現存生物的 nitrogenase 序列，然後用系統發育法，推論在不同演化節點上最可能的祖先酵素序列（共四個，命名為Anc1–Anc4）；接著應用合成生物學，把這些「推論出的古代酵素」做出來，然後放入剔除nif基因的模式固氮菌 Azotobacter vinelandii中，再測量它們造成的 δ¹⁵N 偏移情形。
結果發現，在長達 20 多億年的演化尺度內，Mo-nitrogenase 造成的 δ¹⁵N 分餾，落在一個相當狹窄的範圍（−0.9‰ 到 −2.9‰）中。而這個範圍完全落在現代 Mo-nitrogenase 的典型範圍內。
也就是說，至少在這段時間（ 20 多億年）內，這把劍（nitrogenase）沒有被大幅重鑄；因此，之前用過δ¹⁵N 偏移的論文，都不用重算～呼。
為什麼這麼在意這一步？
因為在 proxy 科學裡，最危險的錯誤不是「資料不足」，而是：工具本身因為跨時代失效，卻沒有人察覺。
如果 nitrogenase 的同位素行為真的在演化中劇烈改變過，那麼過去數十年基於 δ¹⁵N 的許多論文，都必須重新推論。
至少目前看來，在 Mo-nitrogenase 這條演化路徑上，這個最根本的前提並沒有被推翻。
不過，要注意一件事：雖然看起來目前萬事OK，但是因為這四個「古」酵素其實都是推論出來的，如果未來真的有誰走了大運，從古代的某個地層分離到了古代的nitrogenase基因，而它具有完全不同的氮偏好，那麼我們還是得相信那個「真・古代」nitrogenase。
畢竟，當明朝的劍真的出土時，總不會有人還哭著喊著說：「我之前推論出來的明朝的劍才是真貨！」吧？
參考文獻：
Rucker, H.R., Bubphamanee, K., Harris, D.F. et al. Resurrected nitrogenases recapitulate canonical N-isotope biosignatures over two billion years. Nat Commun 17, 616 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-025-67423-y
