原子彈居然炸出了鯨鯊的年齡

張京成

如何得知?jiǎng)又参锏哪挲g？

你知道世界上最大的魚(yú)是什么嗎？如果你回答是藍(lán)鯨，那你就錯(cuò)了。因?yàn)樗{(lán)鯨不是魚(yú)，而是哺乳動(dòng)物。世界上最大的魚(yú)其實(shí)是鯨鯊——鯨鯊身體龐大，身長(zhǎng)最長(zhǎng)可達(dá)20米，體重最重可達(dá)12.5噸。但一直以來(lái)，人們疑惑于這種巨大魚(yú)類的年齡。據(jù)估計(jì)，鯨鯊的壽命可達(dá)到70～100年。但是當(dāng)面對(duì)一條壯年鯨鯊時(shí)，要知道它是30歲還是50歲，還真是一個(gè)難題。在過(guò)去幾十年的時(shí)間里，這個(gè)問(wèn)題一直得不到解決。這是為什么呢？

要想知道一個(gè)人的年齡，問(wèn)一下他就好了。如果不方便問(wèn)，看一下他的身份證上的出生日期也就知道了。但是，不能說(shuō)話又沒(méi)有辦理身份證的植物和動(dòng)物，我們?cè)趺粗浪鼈兊哪挲g呢？其實(shí)，很多生物的身上都帶有標(biāo)記年齡的天然標(biāo)記。例如樹(shù)木，每到春天，氣候變暖，它就向外再長(zhǎng)出一圈。在樹(shù)木的橫截面上，我們會(huì)看到許多的同心圈，每一個(gè)圈代表一歲，有多少個(gè)圈就說(shuō)明這棵樹(shù)有多少歲了，這些圈就被稱作年輪。而在動(dòng)物界，也有類似年輪的標(biāo)記，例如烏龜背甲盾片上的同心環(huán)紋。而對(duì)于一般魚(yú)類來(lái)說(shuō)，它們的年輪標(biāo)記在耳石上。耳石是魚(yú)的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的一部分，當(dāng)魚(yú)大一歲時(shí)，耳石表面就會(huì)多出一個(gè)同心圈。但是，鯨鯊既沒(méi)有耳石，也沒(méi)有任何其他的年齡標(biāo)記方式，這就讓科學(xué)家們犯了難。

科學(xué)家們想到了碳-14 。碳一共有3種同位素，碳-14是含量最少的那一種，它的來(lái)源也很獨(dú)特——由來(lái)自太空的宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產(chǎn)生。碳-14會(huì)與氧結(jié)合形成含有碳-14的二氧化碳。不過(guò)碳-14不穩(wěn)定，它會(huì)發(fā)生衰變，半衰期為573 0年，正負(fù)誤差4 0年（放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時(shí)所需要的時(shí)間，叫半衰期）。長(zhǎng)期以來(lái)，碳-14在鑒定化石的存在時(shí)間上發(fā)揮了巨大的作用，其使用的鑒定方法稱之為“碳-14年代測(cè)定法”。生物體在活著的時(shí)候會(huì)因呼吸、進(jìn)食等不斷地從外界攝入碳-14，最終體內(nèi)碳-14與碳-12的比值會(huì)與環(huán)境相同（我們將碳-14的濃度與碳-12濃度的比值稱為碳-14的相對(duì)濃度）。長(zhǎng)期以來(lái)，這個(gè)比值沒(méi)有改變。不過(guò)當(dāng)生物體死亡時(shí)，碳-14的攝入停止，遺體中的碳-14則發(fā)生衰變，使遺體中的碳-14與碳-12的比值發(fā)生變化。所以，通過(guò)測(cè)定碳-14與碳-12的比值就可以測(cè)定該生物的大致死亡時(shí)間?？梢?jiàn)，利用碳-14無(wú)法檢測(cè)活著的生物年齡，只能得出生物死亡的那一刻到今天的時(shí)間間隔，即“死后年齡”。而且因?yàn)樘?14的半衰期有著多達(dá)幾十年的誤差，這導(dǎo)致“碳-14年代測(cè)定法”測(cè)量得到的時(shí)間間隔也不大準(zhǔn)確。

那么，我們真的就不可能利用碳-14測(cè)量鯨鯊的年齡了嗎？20世紀(jì)中期大規(guī)模的核試驗(yàn)讓我們看到了測(cè)量鯨鯊年齡的希望。

核試驗(yàn)居然還有這個(gè)好處

二戰(zhàn)后期，“小男孩”和“胖子”兩枚原子彈被投到日本本土，其巨大的破壞力促使日本投降，同時(shí)也震驚了世人。二戰(zhàn)結(jié)束后，冷戰(zhàn)開(kāi)啟，世界兩極分化嚴(yán)重，隨時(shí)可能爆發(fā)激烈沖突，引起第三次世界大戰(zhàn)。核武器作為當(dāng)時(shí)世界上最厲害的大殺器，世界強(qiáng)國(guó)紛紛進(jìn)行研發(fā)，以美、蘇為首的大國(guó)進(jìn)行了數(shù)量眾多的核試驗(yàn)。20世紀(jì)40年代至60年代的核武器試驗(yàn)都是在大氣層中進(jìn)行的，這造成了嚴(yán)重的生態(tài)污染——核爆產(chǎn)生的放射性殘留物不僅留在當(dāng)?shù)?，還隨著大氣環(huán)流進(jìn)入到全球環(huán)境中，造成世界范圍內(nèi)的放射性物質(zhì)含量的逐年上升，碳-14就是其中的一種。這是因?yàn)楹吮瑫?huì)產(chǎn)生大量的中子，中子轟擊大氣中的氮?dú)?，產(chǎn)生大量的碳-14。大氣中碳-14的相對(duì)濃度在19 63年左右達(dá)到峰值，以后才逐年下降。這是因?yàn)樵?963 年，美、蘇、英三國(guó)簽訂《部分禁止核試驗(yàn)條約》，該條約禁止了除地下核試驗(yàn)之外的一切核試驗(yàn)，有效避免了更多的碳-14流入大氣中。20世紀(jì)90年代，《全面禁止核試驗(yàn)條約》簽訂后，人類核試驗(yàn)才基本停止，避免了更多核試驗(yàn)對(duì)自然環(huán)境的傷害。

那么，這些新增的碳-14怎么幫助人類測(cè)量鯨鯊的年齡呢？1945年之前，環(huán)境中的碳-14的相對(duì)濃度是一個(gè)定值，這也就導(dǎo)致了那時(shí)活的生物體內(nèi)中的碳-14的相對(duì)濃度一直都是穩(wěn)定不變的。如果沒(méi)有干擾的話，以上兩者的碳-14的相對(duì)濃度是不變的。但是，如果大氣中的碳-14的濃度變化了呢？二戰(zhàn)后的核試驗(yàn)使得大氣中的碳-14的濃度增大，這必然會(huì)被環(huán)境和生物吸收。而通過(guò)吸收，環(huán)境中和生物體內(nèi)的碳-14的相對(duì)濃度也逐漸增大。這會(huì)導(dǎo)致大氣中的碳-14的相對(duì)濃度逐漸降低，環(huán)境中和生物體內(nèi)的碳-14的相對(duì)濃度也隨之減小，呈現(xiàn)共同增大、共同減小的趨勢(shì)。

科學(xué)家們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，生物體內(nèi)的碳-14的相對(duì)濃度呈現(xiàn)出具有高度的時(shí)間依賴性的曲線變化，這意味著當(dāng)我們得知某個(gè)細(xì)胞的碳-14的相對(duì)濃度的時(shí)候，我們就知道它是哪一年形成的。所以，我們只需要找出鯨鯊出生不久后形成的細(xì)胞，通過(guò)測(cè)定其碳-14的相對(duì)濃度，就可以知道鯨鯊的出生日期。不過(guò)，細(xì)胞是不斷在更新的，例如皮膚細(xì)胞，一直處于替換當(dāng)中，新生兒的皮膚細(xì)胞早已經(jīng)不存在了。怎么辦呢？神經(jīng)細(xì)胞可以幫助我們解決這問(wèn)題——有些神經(jīng)細(xì)胞一旦形成，就會(huì)伴隨生物終生。我們只需要找出這些神經(jīng)細(xì)胞，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)即可。

當(dāng)然，不僅僅是鯨鯊，我們可以測(cè)出任何20世紀(jì)50年代之后出生的生物的年齡。核爆居然也會(huì)給科研帶來(lái)這個(gè)好處，這真是令人驚訝的事情。不過(guò)遺憾的是，據(jù)估計(jì)，到了2 0 5 0年以后，環(huán)境中碳-14的相對(duì)濃度又會(huì)趨于穩(wěn)定。這意味著2 0 5 0年之后出生的鯨鯊，它們的年齡將還是不會(huì)被人類所知。所以趁著碳-14的相對(duì)濃度還在變化，我們應(yīng)該抓緊時(shí)間，盡可能地利用這個(gè)變化做一些相關(guān)的科學(xué)研究，為人類的科學(xué)事業(yè)做貢獻(xiàn)。