同位素與飲食

民以食為天。萬物都是由原子構(gòu)成的，食物也不例外，吃東西就是吃原子。那么，你是否知道，同種元素的原子還有“胖”有“瘦”，“體重”不盡相同？這些胖瘦不一的原子影響著我們的身體，科學(xué)家也通過研究它們，發(fā)展出一門能幫人吃得更“好”的技術(shù)——同位素技術(shù)。

那么，什么是同位素呢？原子核內(nèi)有兩種粒子，一種叫質(zhì)子，另一種叫中子。質(zhì)子決定著原子的種類，中子影響著原子的“體重”。種類相同而“體重”不同的原子，便是彼此的同位素。

生命之源

水是人體中最常見的物質(zhì)之一，水分子是由2 個氫原子與1 個氧原子組成的無機化合物。自然界中，氫有三種同位素，分別是氕、氘、氚。其中，氕是最常見的氫，天然狀態(tài)下約占所有氫的99.98% ；而氘只占0.016% ；氚就更少了，在天然狀態(tài)下簡直可以忽略不計。

氘比氕多一個中子，因此要重一些。這一區(qū)別導(dǎo)致重水（幾乎全由氘原子組成的水）和天然水的性質(zhì)存在些許差異，如重水密度略大，冰點略高，沸點略高，黏度約為天然水的1.2 倍。

除了物理性質(zhì)不同，重水參與化學(xué)反應(yīng)的速率也比天然水緩慢，而水又偏偏參與著生命體內(nèi)幾乎所有反應(yīng)和構(gòu)成，比如，DNA的遺傳和復(fù)制。當(dāng)人體內(nèi)氘含量偏高的時候，DNA 轉(zhuǎn)錄復(fù)制發(fā)生的錯誤很難被DNA 修復(fù)酶糾正，而這些錯誤，可能會對人體產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的危害。

盡管天然水中正常含量的氘不會給人體帶來明顯的危害，但水中的氘還是越少越好。在海面上生成的雨云，在從海岸線飄往內(nèi)陸的過程中，氘會比氕更容易先隨著雨水降落下來。不同緯度、不同海拔的地區(qū)，水的蒸發(fā)量存在不同，氕會比氘更容易蒸發(fā)。因此，不同地區(qū)的降雨、地表水和地下水中的氫同位素組成存在明顯差異。

總的來說，越接近極地、越偏離海岸、海拔越高，其水中的氘含量就越低。由于植物生長要吸水，所以不同地區(qū)植物體內(nèi)的氫同位素含量也不同。根據(jù)這一點，我們可以鑒定食物的原產(chǎn)地，例如鑒定進口葡萄酒和國產(chǎn)葡萄酒，以及鑒定進口橄欖油和國產(chǎn)橄欖油。

真假蜂蜜

蜂蜜是蜜蜂從開花植物的花蕊中采得的花蜜，在蜂巢中經(jīng)過充分釀造而成的天然甜物質(zhì)，營養(yǎng)豐富，風(fēng)味獨特，吸引著許多消費者購買，同時也讓許多不法分子乘虛而入，在蜂蜜中摻入取自其他植物的糖，欺騙消費者。

蜂蜜含有果糖，往蜂蜜里面加入廉價且同樣含有果糖的玉米糖漿是一種造假手段。玉米糖漿加入蜂蜜后不影響外觀和口感，常規(guī)檢測手段不易發(fā)現(xiàn)，同位素檢測法則是拆穿這一謊言的利器。

根據(jù)光合作用途徑的不同，植物可分為C3 植物和C4植物。常見的C3 植物有大豆、小麥、水稻、葡萄等，幾乎所有的蜜源植物都屬于C3 植物；常見的C4 植物有玉米、甘蔗、高粱等。C3 植物和C4 植物中的碳同位素組成存在顯著不同。根據(jù)蜂蜜中碳同位素的組成，可以推斷它來自C3 植物還是C4 植物，是不是正經(jīng)蜂蜜。

既然向蜂蜜中摻入玉米等C4植物的糖漿太容易被識破，那么摻入取自C3 植物的糖漿是否就可以蒙混過關(guān)了呢？

這些假蜜確實一度給辨識蜂蜜是否摻假帶來了難題，比如取自水稻的大米糖漿?，F(xiàn)在，即便是C3 植物糖漿，同位素技術(shù)也能輕松鑒別了。這是因為，蜂蜜中各類糖的碳同位素比值是相差不大的，而一旦C3 植物的糖混入其中，某類糖的碳同位素比值就會產(chǎn)生變化。因此，蜂蜜摻假，在如今的同位素檢測技術(shù)面前，已無處遁形。

食物溯源

如果說DNA 記錄了人類的遺傳密碼，那么同位素則記錄了人類的生活密碼。自然界的食物天然就存在著穩(wěn)定同位素比值之間的差異。當(dāng)這些食物被人類消化吸收，就會轉(zhuǎn)化成骨骼的組成成分。由此，根據(jù)考古遺址里人骨的同位素比值，我們可以追溯其食物來源，了解人類演化史和文明演進史。比如，同位素技術(shù)在研究中華民族的飲食文化基因方面就立了一件大功。

科學(xué)家對我國北方多個考古遺址中的遺骨做了同位素分析，發(fā)現(xiàn)8000 多年前古人的骨頭中雖然檢出一些C4 植物（主要是粟黍食物）同位素的信號，但非常弱，這反映了此時期粟黍種植盡管已經(jīng)有所發(fā)展，但人們?nèi)∈骋廊恢饕蕾囜鳙C，農(nóng)業(yè)只是輔助；到了7000 多年前之后，這些信號明顯增強，展現(xiàn)了當(dāng)時粟作農(nóng)業(yè)大發(fā)展，人群極度依賴粟作農(nóng)業(yè)的情況。粟作農(nóng)業(yè)自7000年前左右的仰韶文化以后，已經(jīng)成為我國北方地區(qū)非常重要的生產(chǎn)方式，是支撐中華文明形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。

粟不僅在國內(nèi)大放異彩，還不斷擴散至歐亞大陸的西端。科學(xué)家根據(jù)縱貫歐亞大陸考古遺址中人骨的同位素數(shù)據(jù)，制作了一張“食物地圖”。我國黃河流域的人群，皆主要以粟類食物為食；中亞和我國新疆則呈現(xiàn)麥粟食物混食的情形；歐洲人群也時有對粟類食物的攝取。人骨同位素數(shù)據(jù)清晰反映了粟類作物自黃河流域不斷向西輻射至中亞和歐洲的進程。

古代人群的骨骼，就仿若一個個密碼箱，等待科學(xué)家分析破譯，同位素技術(shù)正是破譯這些密碼的關(guān)鍵技術(shù)之一。