核爆炸的黑暗遺產

李雯婷

中國新聞網最近報道了一則令人震驚的消息，即威尼斯著名的佩姬·古根漢美術館收藏的一幅油畫日前被發現原來是一幅假畫，而令這幅畫“現出原形”的竟然是意大利一批核物理學家。

據外媒報道，藝術界頂級專家和研究員自20世紀70年代開始，就一直在試圖確定美術館收藏的這幅畫是否為法國畫家費爾南·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家稱，利用一種從未用于藝術鑒定，名為“核彈曲線”的碳-14測年法，確定該幅畫是假的，謎團已解開。那么，這種新的“破案”手法究竟為何物，為何如此神奇。“核彈曲線”告訴您！

核彈曲線

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，地點位于澳大利亞新南威爾士的巴瑟斯特鎮。警方進行了數次調查，但都沒有線索。她的3個小孩在成長中對此一直很困惑、對母親的消失傷心不已。朱迪斯的女兒露西·勞倫斯當年10歲，日前告訴記者：“我有過一個母親，她很愛我，但我卻忽然得知她離開了我。”

僅僅在澳大利亞，每年就有近1600人被列入長期失蹤的名單，而他們的家人永遠不知道他們到底遭遇了些什么。但在2009年，有人在巴瑟斯特鎮以外200千米的一處偏僻灌木叢中發現了一具人類遺骸。遺骸已經所剩無幾，但警方還是將幾片碎骨送到新西蘭懷卡托大學的考古學家菲奧娜·佩徹那里進行分析。通常，佩徹分析的碎骨大多來自太平洋大約3000年前的第一批島民。但是，要測定這幾片看起來“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定法——利用天然碳同位素的衰變率來斷定年代。那是在1960年代的冷戰時期，冷戰核武試驗達到峰值之后，大氣中殘留下了大量的塵埃物。佩徹用這個方法，得以確認警方目前正在追查的是一樁謀殺案。

自從這項法醫技術在2005年首次展示以來，世界各地已有很多實驗室采用這種方法來判定死尸的年代。目前為止，要在沒有任何線索的情況下確定死亡時間，這是唯一精準的辦法。但是，它并不單是用于刑事司法的一件重要新型工具，這項碳年代測定法還能幫助調查人員來測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來研究人腦細胞的更新，發現我們的大腦將以更快的速度更換細胞。這項技術的使用范圍之廣，超出我們的想象，對疾病和衰老的影響有了更多的了解。

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

之后，碳-14會衰變成碳-12，半衰期為5700年。因此，從一個生物體死亡，不再攝入碳原子開始，細胞中的碳-14會不斷減少。放射性碳年代測定法就是測量碳-12和碳-14的比值，這個測定方法可以將有機組織的大致年齡推測到4萬年以前。佩徹就是這樣來為古生物組織測定年代的。

這種標準的碳年代測定法在研究舊石器時代的飲食或辨認理查三世（英格蘭國王，1483 年到1485年在位）的頭骨方面成效卓越，不過，如果要用它來測定比較新的物質就會遇到一個問題：在過去的200年里，化石燃料中釋放出來的碳-12稀釋了大氣中大量的碳-14，這使要精確測定年代比較新的物質是不可能的一件事。

但是不必擔心，我們還有核彈的數據可用。從1952年到1963年，地上核試驗被禁止的同時，美國和蘇聯引爆的核武器使得大氣中碳-14的含量翻了一番。由于美蘇兩國都想搶在禁令生效之前完成各自的試驗，碳-14的含量先是急劇上升，接著又穩定下降。

這就產生了后來所謂的“核彈曲線”。只要測量有機物質中碳-14的含量，然后再與20世紀50年代大氣中的放射性碳數據進行對比，我們就能知道這個有機物是何時產生的。比如，朱迪斯·巴萊特骨骼中碳-14的含量，就體現了她死亡時大氣中碳-14的含量。后來的DNA測試也證明了死者就是她。

在沒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定死亡時間方面精確，因為在每個人的一生中，骨膠原每隔10到20年就會更換一次，其中的碳-14可能在這段時間里的任何一個時刻被吸收。相比之下，毛發和指甲就要有用得多，因為它們生長得更快，制造新細胞時會更加頻繁地吸收碳原子，其中的放射性碳含量也較能體現當時的大氣水平。對照“核彈曲線”，這些快速生長的組織能夠將死者的死亡時間圈定在數月內。然后，再通過比對那些不會更換組織的細胞，如牙釉質，就能確定一個人死亡時的年齡了。

美國加利福尼亞州國家實驗室的物理學家布魯斯·布赫茲曾形容牙釉質就像是一臺法醫時鐘。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，他的牙釉質表明他是在50多歲時死的，他的頭發指出了死亡日期。

每種樣本都是用一臺質譜儀來分析。“每個樣品只需要花5分鐘時間，”布赫茲說，“而且結果非常準確。”盡管佩徹和布赫茲在這項技術的使用上大獲成功，但知道它的人卻并不多。布赫茲說：“使用這個測量方法和儀器可以辨認出數千個張三李四的身份，可是許多法醫單位根本不知道它的存在。”

當布赫茲清掃著他最近獲得的組織殘片時，美國東海岸的另外一位物理學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-多爾蒂地球觀測站，凱文·烏諾正在利用“核彈曲線”打擊非法捕獵。象牙會在大象的整個生命周期中持續生長，因此測量象牙髓中的碳-14比例，就能推算出該已死大象的死亡時間。《國際瀕危物種貿易公約》在1989年禁止了象牙貿易，要確定某件象牙制品是否來自1989之后死去的大象，“核彈曲線”是一件不可或缺的憑證。

烏諾一直在和加拿大環境部合作，如果懷疑某家拍賣行拍賣的象牙是走私象牙，環境部就可以將其沒收并銷毀。加拿大在1975年將象牙貿易取締，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”技術還可以測定其他野生動物制品的年代，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”測定的年代能夠幫助他掌握在全球范圍內野生動物額的貿易走向。每一年，環保人士在繳獲大量象牙的基礎上，還能計算出又有多少大象遭到屠殺、還有多少仍在野外生存。“但如果這些象牙中有一些是從政府倉庫中流出來的呢？”烏諾問到。

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：“非法野生動物交易每年的金額大約有200億美元。在繳獲的象牙中隨機抽樣，再用“核彈曲線”為它們測定年代，就可以通過比例算出其中到底有多少是來自政府中某些官員的腐敗。”

布赫茲和烏諾是利用“核彈曲線”來發現死者的秘密，其他人則用它來探索生者的奧秘。瑞典卡羅琳斯卡學院的約拿斯·弗里森是第一批在法醫學中運用這項技術的人之一。他很快發現，放射性碳同位素不僅告訴我們某個人是什么時候死的，它還能測定個別細胞的死亡時間。這使得弗里森的團隊明白了器官生長發育的方式，在身體不同部位的細胞更新速度，以及我們的哪些部位能夠永遠年輕。比如，腸道黏膜的細胞每5天就會更換一次;而肋部肌肉需要整整16年才會全部更新。在人的一生中，全身上下幾乎每個部位都會更換，包括骨骼。但是，他最引人注目的發現還要數那些不會完全更新的器官：大腦和心臟。

迄今為止，弗里森使用“核彈曲線”在人類尸體的腦細胞上測定了年代，結果在齒狀回神經中發現了實質性的證據。這個部位的神經元對認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分開來。例如，滾石和披頭士都演奏搖滾樂，但齒狀回神經可以幫助您區分出兩者的不同。

他的團隊還研究了人類嗅球，即大腦中的嗅覺中心，發現與其他哺乳動物有不同，在這個部位的人腦細胞并不會自我更新。在其他哺乳動物大腦中，附近的側腦室壁產生干細胞，然后變成新的神經，遷移至嗅球。當然，人類的側腦室壁也會產生神經干細胞，但它們不會遷移到嗅球，而會到達人類特有的中央紋狀體。“我們在人類的紋狀體中發現了明顯的神經再生跡象，而在任何其他動物身上，這很少被發現或者說根本沒有。”弗里森說，“這一點確實很令人激動啊。”什么是紋狀體呢？紋狀體是如高爾夫球一般大小，長在大腦的兩側的器官，它們參與了大腦對動作的控制，還具有與學習、成癮有關的認知功能的發展。例如，它們經常受到中風和其他疾病的影響，如帕金森病和亨廷頓病，這兩種疾病眼下都無法根治。弗里森認為，新的發現有可能會改變現狀。“我們可以在這些患者的側腦室壁上收集干細胞，待它們分化之后再植入到紋狀體中去。”

細胞更替的奧秘

另外，弗里森的實驗室還在探究人類心臟細胞的更新。他們發現，人類心臟細胞確實會更新，只是速度非常慢而已。年輕人每年約1%左右的心臟細胞會更新，而隨著年齡的上升，這個數字會下降到0.5%。弗里森說：“這意味著，即使是很老很老的老人，他們的心臟細胞還有一半是出生時的那些。大多數心臟和腦皮層中的細胞都永遠不會更新，它們會十年又十年地反復運作下去。”

當然，頻繁地更換細胞是有危險的，例如得癌癥，但是兩者并沒有必然的聯系。弗里森說：“結腸癌是一種非常常見的癌癥，小腸癌癥卻幾乎沒有聽說過，這是為什么呢？它們兩個的細胞分裂的速度可是相同的啊！”

弗里森覺得，在“核彈曲線”的幫助下，他就有希望解開人體如何持久、如何治療以及如何對抗衰老的幾個根本奧秘了。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程。但是目前還有許多研究要做。例如，更換腦細胞可行嗎？“也許更換腦細胞就像是更換硬盤，”弗里森說，“你有可能會失去長期記憶，而新的細胞又有可能會無法整合。”

“核彈曲線”是迄今為止能準確描繪人類細胞更新的唯一方法，特別是腦細胞。不過，這種方法正在漸漸失效：核試驗在大氣中留下的碳-14很快就會所剩無幾，到時候就不可能區分不同年代的樣本了。烏諾解釋說：“當核彈曲線慢慢趨于平緩，用它來測定年代就有更多的不準確性。”

目前，弗里森正在利用逐步改進的質譜儀來抵消“核彈曲線”漸漸變緩的趨勢。他還在生物銀行里儲存了組織樣品，在那里，時鐘是停止的。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者正在抓緊時間做更多的研究。

最終，其他的年代測定技術有可能會出現，不過現在好像還看不到有這樣的跡象。布赫茲說：“如果能再出現一次碳-14峰值就好了，但沒人希望再爆一顆核彈。”或許，我們可以采用過去的核試驗中產生的另一種同位素，一種像碳-14那樣沒有被稀釋的東西。問題關鍵在于，目前還沒有發現能和碳-14相媲美的東西。例如鍶，它在空氣中暴露時間很短，沒有足夠多的時間被活的組織吸收。另外，還有一種方法可以測定有機物的年代，依賴于這樣一個事實：在細胞中的氨基酸含有一種特殊的碳，細胞一死，它就更換成新的細胞。但是，這種更換十分敏感，會受到溫度和濕度等環境的影響，所以并不適合精確地測定年代。

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：“我和我兄弟知道了母親并沒有離開我們。”要不是因為“核彈曲線”，她的母親是不可能被辨認出來的。不過，大約再過另一個10年，我們有可能就無法據此推算死亡時間了。現在，一切都取決于“核彈曲線”。弗里森說：“我們需要快點、快點、再快點。”

看到這兒，估計大家就明白了，為什么核物理專家能夠斷定那幅畫是1959年以后的作品，因為萊熱是在1955年去世的。通過檢測萊熱畫作上畫布的放射性碳含量，就能鑒定畫作真偽。