張京成

如何得知動植物的年齡？

你知道世界上最大的魚是什么嗎？如果你回答是藍鯨，那你就錯了。因為藍鯨不是魚，而是哺乳動物。世界上最大的魚其實是鯨鯊——鯨鯊身體龐大，身長最長可達20米，體重最重可達12.5噸。但一直以來，人們疑惑于這種巨大魚類的年齡。據(jù)估計，鯨鯊的壽命可達到70～100年。但是當面對一條壯年鯨鯊時，要知道它是30歲還是50歲，還真是一個難題。在過去幾十年的時間里，這個問題一直得不到解決。這是為什么呢？

要想知道一個人的年齡，問一下他就好了。如果不方便問，看一下他的身份證上的出生日期也就知道了。但是，不能說話又沒有辦理身份證的植物和動物，我們怎么知道它們的年齡呢？其實，很多生物的身上都帶有標記年齡的天然標記。例如樹木，每到春天，氣候變暖，它就向外再長出一圈。在樹木的橫截面上，我們會看到許多的同心圈，每一個圈代表一歲，有多少個圈就說明這棵樹有多少歲了，這些圈就被稱作年輪。而在動物界，也有類似年輪的標記，例如烏龜背甲盾片上的同心環(huán)紋。而對于一般魚類來說，它們的年輪標記在耳石上。耳石是魚的聽覺系統(tǒng)的一部分，當魚大一歲時，耳石表面就會多出一個同心圈。但是，鯨鯊既沒有耳石，也沒有任何其他的年齡標記方式，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，它的來源也很獨特——由來自太空的宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產(chǎn)生。碳-14會與氧結(jié)合形成含有碳-14的二氧化碳。不過碳-14不穩(wěn)定，它會發(fā)生衰變，半衰期為573 0年，正負誤差4 0年（放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時所需要的時間，叫半衰期）。長期以來，碳-14在鑒定化石的存在時間上發(fā)揮了巨大的作用，其使用的鑒定方法稱之為“碳-14年代測定法”。生物體在活著的時候會因呼吸、進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的相對濃度）。長期以來，這個比值沒有改變。不過當生物體死亡時，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，通過測定碳-14與碳-12的比值就可以測定該生物的大致死亡時間。可見，利用碳-14無法檢測活著的生物年齡，只能得出生物死亡的那一刻到今天的時間間隔，即“死后年齡”。而且因為碳-14的半衰期有著多達幾十年的誤差，這導(dǎo)致“碳-14年代測定法”測量得到的時間間隔也不大準確。

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

核試驗居然還有這個好處

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，同時也震驚了世人。二戰(zhàn)結(jié)束后，冷戰(zhàn)開啟，世界兩極分化嚴重，隨時可能爆發(fā)激烈沖突，引起第三次世界大戰(zhàn)。核武器作為當時世界上最厲害的大殺器，世界強國紛紛進行研發(fā)，以美、蘇為首的大國進行了數(shù)量眾多的核試驗。20世紀40年代至60年代的核武器試驗都是在大氣層中進行的，這造成了嚴重的生態(tài)污染——核爆產(chǎn)生的放射性殘留物不僅留在當?shù)?，還隨著大氣環(huán)流進入到全球環(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。這是因為核爆會產(chǎn)生大量的中子，中子轟擊大氣中的氮氣，產(chǎn)生大量的碳-14。大氣中碳-14的相對濃度在19 63年左右達到峰值，以后才逐年下降。這是因為在1963 年，美、蘇、英三國簽訂《部分禁止核試驗條約》，該條約禁止了除地下核試驗之外的一切核試驗，有效避免了更多的碳-14流入大氣中。20世紀90年代，《全面禁止核試驗條約》簽訂后，人類核試驗才基本停止，避免了更多核試驗對自然環(huán)境的傷害。

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

科學(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)，從20世紀50年代開始，生物體內(nèi)的碳-14的相對濃度呈現(xiàn)出具有高度的時間依賴性的曲線變化，這意味著當我們得知某個細胞的碳-14的相對濃度的時候，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胞，通過測定其碳-14的相對濃度，就可以知道鯨鯊的出生日期。不過，細胞是不斷在更新的，例如皮膚細胞，一直處于替換當中，新生兒的皮膚細胞早已經(jīng)不存在了。怎么辦呢？神經(jīng)細胞可以幫助我們解決這問題——有些神經(jīng)細胞一旦形成，就會伴隨生物終生。我們只需要找出這些神經(jīng)細胞，對其進行檢測即可。

當然，不僅僅是鯨鯊，我們可以測出任何20世紀50年代之后出生的生物的年齡。核爆居然也會給科研帶來這個好處，這真是令人驚訝的事情。不過遺憾的是，據(jù)估計，到了2 0 5 0年以后，環(huán)境中碳-14的相對濃度又會趨于穩(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被人類所知。所以趁著碳-14的相對濃度還在變化，我們應(yīng)該抓緊時間，盡可能地利用這個變化做一些相關(guān)的科學(xué)研究，為人類的科學(xué)事業(yè)做貢獻。