核爆炸的黑暗遺產(chǎn)

李雯婷

中國(guó)新聞網(wǎng)最近報(bào)道了一則令人震驚的消息，即威尼斯著名的佩姬·古根漢美術(shù)館收藏的一幅油畫(huà)日前被發(fā)現(xiàn)原來(lái)是一幅假畫(huà)，而令這幅畫(huà)“現(xiàn)出原形”的竟然是意大利一批核物理學(xué)家。

據(jù)外媒報(bào)道，藝術(shù)界頂級(jí)專(zhuān)家和研究員自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，就一直在試圖確定美術(shù)館收藏的這幅畫(huà)是否為法國(guó)畫(huà)家費(fèi)爾南·萊熱于1913年至1914年所繪的《Contraste de Formes》系列一部分。核物理研究所的科學(xué)家稱(chēng)，利用一種從未用于藝術(shù)鑒定，名為“核彈曲線(xiàn)”的碳-14測(cè)年法，確定該幅畫(huà)是假的，謎團(tuán)已解開(kāi)。那么，這種新的“破案”手法究竟為何物，為何如此神奇?！昂藦椙€(xiàn)”告訴您！

核彈曲線(xiàn)

朱迪斯·巴萊特在28歲那年被警方列入失蹤名單。她于1964年的某天上班路上失蹤了，地點(diǎn)位于澳大利亞新南威爾士的巴瑟斯特鎮(zhèn)。警方進(jìn)行了數(shù)次調(diào)查，但都沒(méi)有線(xiàn)索。她的3個(gè)小孩在成長(zhǎng)中對(duì)此一直很困惑、對(duì)母親的消失傷心不已。朱迪斯的女兒露西·勞倫斯當(dāng)年10歲，日前告訴記者：“我有過(guò)一個(gè)母親，她很愛(ài)我，但我卻忽然得知她離開(kāi)了我?！?

僅僅在澳大利亞，每年就有近1600人被列入長(zhǎng)期失蹤的名單，而他們的家人永遠(yuǎn)不知道他們到底遭遇了些什么。但在2009年，有人在巴瑟斯特鎮(zhèn)以外200千米的一處偏僻灌木叢中發(fā)現(xiàn)了一具人類(lèi)遺骸。遺骸已經(jīng)所剩無(wú)幾，但警方還是將幾片碎骨送到新西蘭懷卡托大學(xué)的考古學(xué)家菲奧娜·佩徹那里進(jìn)行分析。通常，佩徹分析的碎骨大多來(lái)自太平洋大約3000年前的第一批島民。但是，要測(cè)定這幾片看起來(lái)“年輕得多”的碎骨，她還需另外的工具。

佩徹這次采用的是放射性碳年代測(cè)定法——利用天然碳同位素的衰變率來(lái)斷定年代。那是在1960年代的冷戰(zhàn)時(shí)期，冷戰(zhàn)核武試驗(yàn)達(dá)到峰值之后，大氣中殘留下了大量的塵埃物。佩徹用這個(gè)方法，得以確認(rèn)警方目前正在追查的是一樁謀殺案。

自從這項(xiàng)法醫(yī)技術(shù)在2005年首次展示以來(lái)，世界各地已有很多實(shí)驗(yàn)室采用這種方法來(lái)判定死尸的年代。目前為止，要在沒(méi)有任何線(xiàn)索的情況下確定死亡時(shí)間，這是唯一精準(zhǔn)的辦法。但是，它并不單是用于刑事司法的一件重要新型工具，這項(xiàng)碳年代測(cè)定法還能幫助調(diào)查人員來(lái)測(cè)定象牙和犀牛角的年代，從而推斷它們是否是合法所得。還有其他研究者正在使用這一技術(shù)來(lái)研究人腦細(xì)胞的更新，發(fā)現(xiàn)我們的大腦將以更快的速度更換細(xì)胞。這項(xiàng)技術(shù)的使用范圍之廣，超出我們的想象，對(duì)疾病和衰老的影響有了更多的了解。

在高熱原子核反應(yīng)（核武器）問(wèn)世的20世紀(jì)50年代之前，自然中的放射性碳都是由宇宙線(xiàn)射線(xiàn)制造出來(lái)的。高能中子穿過(guò)大氣層與氮原子相撞，撞掉了氮原子中的一個(gè)質(zhì)子并取而代之，由此創(chuàng)造出了一種帶放射性的同位素碳，也就是“碳-14”。碳-14通過(guò)光合作用，被植物吸收，然后沿著食物鏈上行，最終進(jìn)入到所有生物的細(xì)胞內(nèi)。

之后，碳-14會(huì)衰變成碳-12，半衰期為5700年。因此，從一個(gè)生物體死亡，不再攝入碳原子開(kāi)始，細(xì)胞中的碳-14會(huì)不斷減少。放射性碳年代測(cè)定法就是測(cè)量碳-12和碳-14的比值，這個(gè)測(cè)定方法可以將有機(jī)組織的大致年齡推測(cè)到4萬(wàn)年以前。佩徹就是這樣來(lái)為古生物組織測(cè)定年代的。

這種標(biāo)準(zhǔn)的碳年代測(cè)定法在研究舊石器時(shí)代的飲食或辨認(rèn)理查三世（英格蘭國(guó)王，1483 年到1485年在位）的頭骨方面成效卓越，不過(guò)，如果要用它來(lái)測(cè)定比較新的物質(zhì)就會(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題：在過(guò)去的200年里，化石燃料中釋放出來(lái)的碳-12稀釋了大氣中大量的碳-14，這使要精確測(cè)定年代比較新的物質(zhì)是不可能的一件事。

但是不必?fù)?dān)心，我們還有核彈的數(shù)據(jù)可用。從1952年到1963年，地上核試驗(yàn)被禁止的同時(shí)，美國(guó)和蘇聯(lián)引爆的核武器使得大氣中碳-14的含量翻了一番。由于美蘇兩國(guó)都想搶在禁令生效之前完成各自的試驗(yàn)，碳-14的含量先是急劇上升，接著又穩(wěn)定下降。

這就產(chǎn)生了后來(lái)所謂的“核彈曲線(xiàn)”。只要測(cè)量有機(jī)物質(zhì)中碳-14的含量，然后再與20世紀(jì)50年代大氣中的放射性碳數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，我們就能知道這個(gè)有機(jī)物是何時(shí)產(chǎn)生的。比如，朱迪斯·巴萊特骨骼中碳-14的含量，就體現(xiàn)了她死亡時(shí)大氣中碳-14的含量。后來(lái)的DNA測(cè)試也證明了死者就是她。

在沒(méi)有其他組織可用的情況下，骨骼膠原蛋白也是可用的，但是它不如其他組織在測(cè)定死亡時(shí)間方面精確，因?yàn)樵诿總€(gè)人的一生中，骨膠原每隔10到20年就會(huì)更換一次，其中的碳-14可能在這段時(shí)間里的任何一個(gè)時(shí)刻被吸收。相比之下，毛發(fā)和指甲就要有用得多，因?yàn)樗鼈兩L(zhǎng)得更快，制造新細(xì)胞時(shí)會(huì)更加頻繁地吸收碳原子，其中的放射性碳含量也較能體現(xiàn)當(dāng)時(shí)的大氣水平。對(duì)照“核彈曲線(xiàn)”，這些快速生長(zhǎng)的組織能夠?qū)⑺勒叩乃劳鰰r(shí)間圈定在數(shù)月內(nèi)。然后，再通過(guò)比對(duì)那些不會(huì)更換組織的細(xì)胞，如牙釉質(zhì)，就能確定一個(gè)人死亡時(shí)的年齡了。

美國(guó)加利福尼亞州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家布魯斯·布赫茲曾形容牙釉質(zhì)就像是一臺(tái)法醫(yī)時(shí)鐘。最近，他剛剛幫助加拿大警方確定了兩具尸體的年齡，一具是英屬哥倫比亞的4歲半的兒童，而警方先前猜測(cè)他的年齡是7歲。另一具是埋在紐芬蘭一地下的男性，全身上下只剩下頭骨，他的牙釉質(zhì)表明他是在50多歲時(shí)死的，他的頭發(fā)指出了死亡日期。

每種樣本都是用一臺(tái)質(zhì)譜儀來(lái)分析?！懊總€(gè)樣品只需要花5分鐘時(shí)間，”布赫茲說(shuō)，“而且結(jié)果非常準(zhǔn)確?！北M管佩徹和布赫茲在這項(xiàng)技術(shù)的使用上大獲成功，但知道它的人卻并不多。布赫茲說(shuō)：“使用這個(gè)測(cè)量方法和儀器可以辨認(rèn)出數(shù)千個(gè)張三李四的身份，可是許多法醫(yī)單位根本不知道它的存在。”

當(dāng)布赫茲清掃著他最近獲得的組織殘片時(shí)，美國(guó)東海岸的另外一位物理學(xué)家正在研究另一種截然不同的殘骸。

追蹤象牙有奇招

在紐約州帕里賽德斯的拉蒙特-多爾蒂地球觀測(cè)站，凱文·烏諾正在利用“核彈曲線(xiàn)”打擊非法捕獵。象牙會(huì)在大象的整個(gè)生命周期中持續(xù)生長(zhǎng)，因此測(cè)量象牙髓中的碳-14比例，就能推算出該已死大象的死亡時(shí)間?！秶?guó)際瀕危物種貿(mào)易公約》在1989年禁止了象牙貿(mào)易，要確定某件象牙制品是否來(lái)自1989之后死去的大象，“核彈曲線(xiàn)”是一件不可或缺的憑證。

烏諾一直在和加拿大環(huán)境部合作，如果懷疑某家拍賣(mài)行拍賣(mài)的象牙是走私象牙，環(huán)境部就可以將其沒(méi)收并銷(xiāo)毀。加拿大在1975年將象牙貿(mào)易取締，所以，任何在1975年以后制成的象牙制品都屬違法。利用“核彈曲線(xiàn)”技術(shù)還可以測(cè)定其他野生動(dòng)物制品的年代，如犀牛角、虎皮和穿山甲鱗片以及非法砍伐的硬木。

烏諾希望用“核彈曲線(xiàn)”測(cè)定的年代能夠幫助他掌握在全球范圍內(nèi)野生動(dòng)物額的貿(mào)易走向。每一年，環(huán)保人士在繳獲大量象牙的基礎(chǔ)上，還能計(jì)算出又有多少大象遭到屠殺、還有多少仍在野外生存?！暗绻@些象牙中有一些是從政府倉(cāng)庫(kù)中流出來(lái)的呢？”烏諾問(wèn)到。

腐敗的官員可以從收繳而貯藏的這些象牙中榨取很多油水。烏諾指出：“非法野生動(dòng)物交易每年的金額大約有200億美元。在繳獲的象牙中隨機(jī)抽樣，再用“核彈曲線(xiàn)”為它們測(cè)定年代，就可以通過(guò)比例算出其中到底有多少是來(lái)自政府中某些官員的腐敗。”

布赫茲和烏諾是利用“核彈曲線(xiàn)”來(lái)發(fā)現(xiàn)死者的秘密，其他人則用它來(lái)探索生者的奧秘。瑞典卡羅琳斯卡學(xué)院的約拿斯·弗里森是第一批在法醫(yī)學(xué)中運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)的人之一。他很快發(fā)現(xiàn)，放射性碳同位素不僅告訴我們某個(gè)人是什么時(shí)候死的，它還能測(cè)定個(gè)別細(xì)胞的死亡時(shí)間。這使得弗里森的團(tuán)隊(duì)明白了器官生長(zhǎng)發(fā)育的方式，在身體不同部位的細(xì)胞更新速度，以及我們的哪些部位能夠永遠(yuǎn)年輕。比如，腸道黏膜的細(xì)胞每5天就會(huì)更換一次;而肋部肌肉需要整整16年才會(huì)全部更新。在人的一生中，全身上下幾乎每個(gè)部位都會(huì)更換，包括骨骼。但是，他最引人注目的發(fā)現(xiàn)還要數(shù)那些不會(huì)完全更新的器官：大腦和心臟。

迄今為止，弗里森使用“核彈曲線(xiàn)”在人類(lèi)尸體的腦細(xì)胞上測(cè)定了年代，結(jié)果在齒狀回神經(jīng)中發(fā)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)性的證據(jù)。這個(gè)部位的神經(jīng)元對(duì)認(rèn)知功能和記憶整理很是重要，它們能幫助我們把相似的東西區(qū)分開(kāi)來(lái)。例如，滾石和披頭士都演奏搖滾樂(lè)，但齒狀回神經(jīng)可以幫助您區(qū)分出兩者的不同。

他的團(tuán)隊(duì)還研究了人類(lèi)嗅球，即大腦中的嗅覺(jué)中心，發(fā)現(xiàn)與其他哺乳動(dòng)物有不同，在這個(gè)部位的人腦細(xì)胞并不會(huì)自我更新。在其他哺乳動(dòng)物大腦中，附近的側(cè)腦室壁產(chǎn)生干細(xì)胞，然后變成新的神經(jīng)，遷移至嗅球。當(dāng)然，人類(lèi)的側(cè)腦室壁也會(huì)產(chǎn)生神經(jīng)干細(xì)胞，但它們不會(huì)遷移到嗅球，而會(huì)到達(dá)人類(lèi)特有的中央紋狀體?！拔覀?cè)谌祟?lèi)的紋狀體中發(fā)現(xiàn)了明顯的神經(jīng)再生跡象，而在任何其他動(dòng)物身上，這很少被發(fā)現(xiàn)或者說(shuō)根本沒(méi)有?！备ダ锷f(shuō)，“這一點(diǎn)確實(shí)很令人激動(dòng)啊?！笔裁词羌y狀體呢？紋狀體是如高爾夫球一般大小，長(zhǎng)在大腦的兩側(cè)的器官，它們參與了大腦對(duì)動(dòng)作的控制，還具有與學(xué)習(xí)、成癮有關(guān)的認(rèn)知功能的發(fā)展。例如，它們經(jīng)常受到中風(fēng)和其他疾病的影響，如帕金森病和亨廷頓病，這兩種疾病眼下都無(wú)法根治。弗里森認(rèn)為，新的發(fā)現(xiàn)有可能會(huì)改變現(xiàn)狀?！拔覀兛梢栽谶@些患者的側(cè)腦室壁上收集干細(xì)胞，待它們分化之后再植入到紋狀體中去?！?/p>

細(xì)胞更替的奧秘

另外，弗里森的實(shí)驗(yàn)室還在探究人類(lèi)心臟細(xì)胞的更新。他們發(fā)現(xiàn)，人類(lèi)心臟細(xì)胞確實(shí)會(huì)更新，只是速度非常慢而已。年輕人每年約1%左右的心臟細(xì)胞會(huì)更新，而隨著年齡的上升，這個(gè)數(shù)字會(huì)下降到0.5%。弗里森說(shuō)：“這意味著，即使是很老很老的老人，他們的心臟細(xì)胞還有一半是出生時(shí)的那些。大多數(shù)心臟和腦皮層中的細(xì)胞都永遠(yuǎn)不會(huì)更新，它們會(huì)十年又十年地反復(fù)運(yùn)作下去。”

當(dāng)然，頻繁地更換細(xì)胞是有危險(xiǎn)的，例如得癌癥，但是兩者并沒(méi)有必然的聯(lián)系。弗里森說(shuō)：“結(jié)腸癌是一種非常常見(jiàn)的癌癥，小腸癌癥卻幾乎沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)，這是為什么呢？它們兩個(gè)的細(xì)胞分裂的速度可是相同的??！”

弗里森覺(jué)得，在“核彈曲線(xiàn)”的幫助下，他就有希望解開(kāi)人體如何持久、如何治療以及如何對(duì)抗衰老的幾個(gè)根本奧秘了。如果是那樣，就有可能徹底改變我們治療疾病和延緩衰老的過(guò)程。但是目前還有許多研究要做。例如，更換腦細(xì)胞可行嗎？“也許更換腦細(xì)胞就像是更換硬盤(pán)，”弗里森說(shuō)，“你有可能會(huì)失去長(zhǎng)期記憶，而新的細(xì)胞又有可能會(huì)無(wú)法整合?！?/p>

“核彈曲線(xiàn)”是迄今為止能準(zhǔn)確描繪人類(lèi)細(xì)胞更新的唯一方法，特別是腦細(xì)胞。不過(guò)，這種方法正在漸漸失效：核試驗(yàn)在大氣中留下的碳-14很快就會(huì)所剩無(wú)幾，到時(shí)候就不可能區(qū)分不同年代的樣本了。烏諾解釋說(shuō)：“當(dāng)核彈曲線(xiàn)慢慢趨于平緩，用它來(lái)測(cè)定年代就有更多的不準(zhǔn)確性?！?/p>

目前，弗里森正在利用逐步改進(jìn)的質(zhì)譜儀來(lái)抵消“核彈曲線(xiàn)”漸漸變緩的趨勢(shì)。他還在生物銀行里儲(chǔ)存了組織樣品，在那里，時(shí)鐘是停止的。然而，這并不足以涵蓋人們所希望探索的道路。像烏諾和弗里森這樣的研究學(xué)者正在抓緊時(shí)間做更多的研究。

最終，其他的年代測(cè)定技術(shù)有可能會(huì)出現(xiàn)，不過(guò)現(xiàn)在好像還看不到有這樣的跡象。布赫茲說(shuō)：“如果能再出現(xiàn)一次碳-14峰值就好了，但沒(méi)人希望再爆一顆核彈?！被蛟S，我們可以采用過(guò)去的核試驗(yàn)中產(chǎn)生的另一種同位素，一種像碳-14那樣沒(méi)有被稀釋的東西。問(wèn)題關(guān)鍵在于，目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)能和碳-14相媲美的東西。例如鍶，它在空氣中暴露時(shí)間很短，沒(méi)有足夠多的時(shí)間被活的組織吸收。另外，還有一種方法可以測(cè)定有機(jī)物的年代，依賴(lài)于這樣一個(gè)事實(shí)：在細(xì)胞中的氨基酸含有一種特殊的碳，細(xì)胞一死，它就更換成新的細(xì)胞。但是，這種更換十分敏感，會(huì)受到溫度和濕度等環(huán)境的影響，所以并不適合精確地測(cè)定年代。

回到新南威爾士，那位母親遇害的可怕消息反倒為3位孩子送去了安慰。勞倫斯說(shuō)：“我和我兄弟知道了母親并沒(méi)有離開(kāi)我們。”要不是因?yàn)椤昂藦椙€(xiàn)”，她的母親是不可能被辨認(rèn)出來(lái)的。不過(guò)，大約再過(guò)另一個(gè)10年，我們有可能就無(wú)法據(jù)此推算死亡時(shí)間了?，F(xiàn)在，一切都取決于“核彈曲線(xiàn)”。弗里森說(shuō)：“我們需要快點(diǎn)、快點(diǎn)、再快點(diǎn)?！?/p>

看到這兒，估計(jì)大家就明白了，為什么核物理專(zhuān)家能夠斷定那幅畫(huà)是1959年以后的作品，因?yàn)槿R熱是在1955年去世的。通過(guò)檢測(cè)萊熱畫(huà)作上畫(huà)布的放射性碳含量，就能鑒定畫(huà)作真?zhèn)巍?/p>