核爆炸的黑暗遗产

李雯婷

中国新闻网最近报道了一则令人震惊的消息，即威尼斯著名的佩姬·古根汉美术馆收藏的一幅油画日前被发现原来是一幅假画，而令这幅画“现出原形”的竟然是意大利一批核物理学家。

据外媒报道，艺术界顶级专家和研究员自20世纪70年代开始，就一直在试图确定美术馆收藏的这幅画是否为法国画家费尔南·莱热于1913年至1914年所绘的《Contraste de Formes》系列一部分。核物理研究所的科学家称，利用一种从未用于艺术鉴定，名为“核弹曲线”的碳-14测年法，确定该幅画是假的，谜团已解开。那么，这种新的“破案”手法究竟为何物，为何如此神奇。“核弹曲线”告诉您！

核弹曲线

朱迪斯·巴莱特在28岁那年被警方列入失踪名单。她于1964年的某天上班路上失踪了，地点位于澳大利亚新南威尔士的巴瑟斯特镇。警方进行了数次调查，但都没有线索。她的3个小孩在成长中对此一直很困惑、对母亲的消失伤心不已。朱迪斯的女儿露西·劳伦斯当年10岁，日前告诉记者：“我有过一个母亲，她很爱我，但我却忽然得知她离开了我。”

仅仅在澳大利亚，每年就有近1600人被列入长期失踪的名单，而他们的家人永远不知道他们到底遭遇了些什么。但在2009年，有人在巴瑟斯特镇以外200千米的一处偏僻灌木丛中发现了一具人类遗骸。遗骸已经所剩无几，但警方还是将几片碎骨送到新西兰怀卡托大学的考古学家菲奥娜·佩彻那里进行分析。通常，佩彻分析的碎骨大多来自太平洋大约3000年前的第一批岛民。但是，要测定这几片看起来“年轻得多”的碎骨，她还需另外的工具。

佩彻这次采用的是放射性碳年代测定法——利用天然碳同位素的衰变率来断定年代。那是在1960年代的冷战时期，冷战核武试验达到峰值之后，大气中残留下了大量的尘埃物。佩彻用这个方法，得以确认警方目前正在追查的是一桩谋杀案。

自从这项法医技术在2005年首次展示以来，世界各地已有很多实验室采用这种方法来判定死尸的年代。目前为止，要在没有任何线索的情况下确定死亡时间，这是唯一精准的办法。但是，它并不单是用于刑事司法的一件重要新型工具，这项碳年代测定法还能帮助调查人员来测定象牙和犀牛角的年代，从而推断它们是否是合法所得。还有其他研究者正在使用这一技术来研究人脑细胞的更新，发现我们的大脑将以更快的速度更换细胞。这项技术的使用范围之广，超出我们的想象，对疾病和衰老的影响有了更多的了解。

在高热原子核反应（核武器）问世的20世纪50年代之前，自然中的放射性碳都是由宇宙线射线制造出来的。高能中子穿过大气层与氮原子相撞，撞掉了氮原子中的一个质子并取而代之，由此创造出了一种带放射性的同位素碳，也就是“碳-14”。碳-14通过光合作用，被植物吸收，然后沿着食物链上行，最终进入到所有生物的细胞内。

之后，碳-14会衰变成碳-12，半衰期为5700年。因此，从一个生物体死亡，不再摄入碳原子开始，细胞中的碳-14会不断减少。放射性碳年代测定法就是测量碳-12和碳-14的比值，这个测定方法可以将有机组织的大致年龄推测到4万年以前。佩彻就是这样来为古生物组织测定年代的。

这种标准的碳年代测定法在研究旧石器时代的饮食或辨认理查三世（英格兰国王，1483 年到1485年在位）的头骨方面成效卓越，不过，如果要用它来测定比较新的物质就会遇到一个问题：在过去的200年里，化石燃料中释放出来的碳-12稀释了大气中大量的碳-14，这使要精确测定年代比较新的物质是不可能的一件事。

但是不必担心，我们还有核弹的数据可用。从1952年到1963年，地上核试验被禁止的同时，美国和苏联引爆的核武器使得大气中碳-14的含量翻了一番。由于美苏两国都想抢在禁令生效之前完成各自的试验，碳-14的含量先是急剧上升，接着又稳定下降。

这就产生了后来所谓的“核弹曲线”。只要测量有机物质中碳-14的含量，然后再与20世纪50年代大气中的放射性碳数据进行对比，我们就能知道这个有机物是何时产生的。比如，朱迪斯·巴莱特骨骼中碳-14的含量，就体现了她死亡时大气中碳-14的含量。后来的DNA测试也证明了死者就是她。

在没有其他组织可用的情况下，骨骼胶原蛋白也是可用的，但是它不如其他组织在测定死亡时间方面精确，因为在每个人的一生中，骨胶原每隔10到20年就会更换一次，其中的碳-14可能在这段时间里的任何一个时刻被吸收。相比之下，毛发和指甲就要有用得多，因为它们生长得更快，制造新细胞时会更加频繁地吸收碳原子，其中的放射性碳含量也较能体现当时的大气水平。对照“核弹曲线”，这些快速生长的组织能够将死者的死亡时间圈定在数月内。然后，再通过比对那些不会更换组织的细胞，如牙釉质，就能确定一个人死亡时的年龄了。

美国加利福尼亚州国家实验室的物理学家布鲁斯·布赫兹曾形容牙釉质就像是一台法医时钟。最近，他刚刚帮助加拿大警方确定了两具尸体的年龄，一具是英属哥伦比亚的4岁半的儿童，而警方先前猜测他的年龄是7岁。另一具是埋在纽芬兰一地下的男性，全身上下只剩下头骨，他的牙釉质表明他是在50多岁时死的，他的头发指出了死亡日期。

每种样本都是用一台质谱仪来分析。“每个样品只需要花5分钟时间，”布赫兹说，“而且结果非常准确。”尽管佩彻和布赫兹在这项技术的使用上大获成功，但知道它的人却并不多。布赫兹说：“使用这个测量方法和仪器可以辨认出数千个张三李四的身份，可是许多法医单位根本不知道它的存在。”

当布赫兹清扫着他最近获得的组织残片时，美国东海岸的另外一位物理学家正在研究另一种截然不同的残骸。

追踪象牙有奇招

在纽约州帕里赛德斯的拉蒙特-多尔蒂地球观测站，凯文·乌诺正在利用“核弹曲线”打击非法捕猎。象牙会在大象的整个生命周期中持续生长，因此测量象牙髓中的碳-14比例，就能推算出该已死大象的死亡时间。《国际濒危物种贸易公约》在1989年禁止了象牙贸易，要确定某件象牙制品是否来自1989之后死去的大象，“核弹曲线”是一件不可或缺的凭证。

乌诺一直在和加拿大环境部合作，如果怀疑某家拍卖行拍卖的象牙是走私象牙，环境部就可以将其没收并销毁。加拿大在1975年将象牙贸易取缔，所以，任何在1975年以后制成的象牙制品都属违法。利用“核弹曲线”技术还可以测定其他野生动物制品的年代，如犀牛角、虎皮和穿山甲鳞片以及非法砍伐的硬木。

乌诺希望用“核弹曲线”测定的年代能够帮助他掌握在全球范围内野生动物额的贸易走向。每一年，环保人士在缴获大量象牙的基础上，还能计算出又有多少大象遭到屠杀、还有多少仍在野外生存。“但如果这些象牙中有一些是从政府仓库中流出来的呢？”乌诺问到。

腐败的官员可以从收缴而贮藏的这些象牙中榨取很多油水。乌诺指出：“非法野生动物交易每年的金额大约有200亿美元。在缴获的象牙中随机抽样，再用“核弹曲线”为它们测定年代，就可以通过比例算出其中到底有多少是来自政府中某些官员的腐败。”

布赫兹和乌诺是利用“核弹曲线”来发现死者的秘密，其他人则用它来探索生者的奥秘。瑞典卡罗琳斯卡学院的约拿斯·弗里森是第一批在法医学中运用这项技术的人之一。他很快发现，放射性碳同位素不仅告诉我们某个人是什么时候死的，它还能测定个别细胞的死亡时间。这使得弗里森的团队明白了器官生长发育的方式，在身体不同部位的细胞更新速度，以及我们的哪些部位能够永远年轻。比如，肠道黏膜的细胞每5天就会更换一次;而肋部肌肉需要整整16年才会全部更新。在人的一生中，全身上下几乎每个部位都会更换，包括骨骼。但是，他最引人注目的发现还要数那些不会完全更新的器官：大脑和心脏。

迄今为止，弗里森使用“核弹曲线”在人类尸体的脑细胞上测定了年代，结果在齿状回神经中发现了实质性的证据。这个部位的神经元对认知功能和记忆整理很是重要，它们能帮助我们把相似的东西区分开来。例如，滚石和披头士都演奏摇滚乐，但齿状回神经可以帮助您区分出两者的不同。

他的团队还研究了人类嗅球，即大脑中的嗅觉中心，发现与其他哺乳动物有不同，在这个部位的人脑细胞并不会自我更新。在其他哺乳动物大脑中，附近的侧脑室壁产生干细胞，然后变成新的神经，迁移至嗅球。当然，人类的侧脑室壁也会产生神经干细胞，但它们不会迁移到嗅球，而会到达人类特有的中央纹状体。“我们在人类的纹状体中发现了明显的神经再生迹象，而在任何其他动物身上，这很少被发现或者说根本没有。”弗里森说，“这一点确实很令人激动啊。”什么是纹状体呢？纹状体是如高尔夫球一般大小，长在大脑的两侧的器官，它们参与了大脑对动作的控制，还具有与学习、成瘾有关的认知功能的发展。例如，它们经常受到中风和其他疾病的影响，如帕金森病和亨廷顿病，这两种疾病眼下都无法根治。弗里森认为，新的发现有可能会改变现状。“我们可以在这些患者的侧脑室壁上收集干细胞，待它们分化之后再植入到纹状体中去。”

细胞更替的奥秘

另外，弗里森的实验室还在探究人类心脏细胞的更新。他们发现，人类心脏细胞确实会更新，只是速度非常慢而已。年轻人每年约1%左右的心脏细胞会更新，而随着年龄的上升，这个数字会下降到0.5%。弗里森说：“这意味着，即使是很老很老的老人，他们的心脏细胞还有一半是出生时的那些。大多数心脏和脑皮层中的细胞都永远不会更新，它们会十年又十年地反复运作下去。”

当然，频繁地更换细胞是有危险的，例如得癌症，但是两者并没有必然的联系。弗里森说：“结肠癌是一种非常常见的癌症，小肠癌症却几乎没有听说过，这是为什么呢？它们两个的细胞分裂的速度可是相同的啊！”

弗里森觉得，在“核弹曲线”的帮助下，他就有希望解开人体如何持久、如何治疗以及如何对抗衰老的几个根本奥秘了。如果是那样，就有可能彻底改变我们治疗疾病和延缓衰老的过程。但是目前还有许多研究要做。例如，更换脑细胞可行吗？“也许更换脑细胞就像是更换硬盘，”弗里森说，“你有可能会失去长期记忆，而新的细胞又有可能会无法整合。”

“核弹曲线”是迄今为止能准确描绘人类细胞更新的唯一方法，特别是脑细胞。不过，这种方法正在渐渐失效：核试验在大气中留下的碳-14很快就会所剩无几，到时候就不可能区分不同年代的样本了。乌诺解释说：“当核弹曲线慢慢趋于平缓，用它来测定年代就有更多的不准确性。”

目前，弗里森正在利用逐步改进的质谱仪来抵消“核弹曲线”渐渐变缓的趋势。他还在生物银行里储存了组织样品，在那里，时钟是停止的。然而，这并不足以涵盖人们所希望探索的道路。像乌诺和弗里森这样的研究学者正在抓紧时间做更多的研究。

最终，其他的年代测定技术有可能会出现，不过现在好像还看不到有这样的迹象。布赫兹说：“如果能再出现一次碳-14峰值就好了，但没人希望再爆一颗核弹。”或许，我们可以采用过去的核试验中产生的另一种同位素，一种像碳-14那样没有被稀释的东西。问题关键在于，目前还没有发现能和碳-14相媲美的东西。例如锶，它在空气中暴露时间很短，没有足够多的时间被活的组织吸收。另外，还有一种方法可以测定有机物的年代，依赖于这样一个事实：在细胞中的氨基酸含有一种特殊的碳，细胞一死，它就更换成新的细胞。但是，这种更换十分敏感，会受到温度和湿度等环境的影响，所以并不适合精确地测定年代。

回到新南威尔士，那位母亲遇害的可怕消息反倒为3位孩子送去了安慰。劳伦斯说：“我和我兄弟知道了母亲并没有离开我们。”要不是因为“核弹曲线”，她的母亲是不可能被辨认出来的。不过，大约再过另一个10年，我们有可能就无法据此推算死亡时间了。现在，一切都取决于“核弹曲线”。弗里森说：“我们需要快点、快点、再快点。”

看到这儿，估计大家就明白了，为什么核物理专家能够断定那幅画是1959年以后的作品，因为莱热是在1955年去世的。通过检测莱热画作上画布的放射性碳含量，就能鉴定画作真伪。