张京成

如何得知動植物的年龄？

你知道世界上最大的鱼是什么吗？如果你回答是蓝鲸，那你就错了。因为蓝鲸不是鱼，而是哺乳动物。世界上最大的鱼其实是鲸鲨——鲸鲨身体庞大，身长最长可达20米，体重最重可达12.5吨。但一直以来，人们疑惑于这种巨大鱼类的年龄。据估计，鲸鲨的寿命可达到70～100年。但是当面对一条壮年鲸鲨时，要知道它是30岁还是50岁，还真是一个难题。在过去几十年的时间里，这个问题一直得不到解决。这是为什么呢？

要想知道一个人的年龄，问一下他就好了。如果不方便问，看一下他的身份证上的出生日期也就知道了。但是，不能说话又没有办理身份证的植物和动物，我们怎么知道它们的年龄呢？其实，很多生物的身上都带有标记年龄的天然标记。例如树木，每到春天，气候变暖，它就向外再长出一圈。在树木的横截面上，我们会看到许多的同心圈，每一个圈代表一岁，有多少个圈就说明这棵树有多少岁了，这些圈就被称作年轮。而在动物界，也有类似年轮的标记，例如乌龟背甲盾片上的同心环纹。而对于一般鱼类来说，它们的年轮标记在耳石上。耳石是鱼的听觉系统的一部分，当鱼大一岁时，耳石表面就会多出一个同心圈。但是，鲸鲨既没有耳石，也没有任何其他的年龄标记方式，这就让科学家们犯了难。

科学家们想到了碳-14 。碳一共有3种同位素，碳-14是含量最少的那一种，它的来源也很独特——由来自太空的宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生。碳-14会与氧结合形成含有碳-14的二氧化碳。不过碳-14不稳定，它会发生衰变，半衰期为573 0年，正负误差4 0年（放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期）。长期以来，碳-14在鉴定化石的存在时间上发挥了巨大的作用，其使用的鉴定方法称之为“碳-14年代测定法”。生物体在活着的时候会因呼吸、进食等不断地从外界摄入碳-14，最终体内碳-14与碳-12的比值会与环境相同（我们将碳-14的浓度与碳-12浓度的比值称为碳-14的相对浓度）。长期以来，这个比值没有改变。不过当生物体死亡时，碳-14的摄入停止，遗体中的碳-14则发生衰变，使遗体中的碳-14与碳-12的比值发生变化。所以，通过测定碳-14与碳-12的比值就可以测定该生物的大致死亡时间。可见，利用碳-14无法检测活着的生物年龄，只能得出生物死亡的那一刻到今天的时间间隔，即“死后年龄”。而且因为碳-14的半衰期有着多达几十年的误差，这导致“碳-14年代测定法”测量得到的时间间隔也不大准确。

那么，我们真的就不可能利用碳-14测量鲸鲨的年龄了吗？20世纪中期大规模的核试验让我们看到了测量鲸鲨年龄的希望。

核试验居然还有这个好处

二战后期，“小男孩”和“胖子”两枚原子弹被投到日本本土，其巨大的破坏力促使日本投降，同时也震惊了世人。二战结束后，冷战开启，世界两极分化严重，随时可能爆发激烈冲突，引起第三次世界大战。核武器作为当时世界上最厉害的大杀器，世界强国纷纷进行研发，以美、苏为首的大国进行了数量众多的核试验。20世纪40年代至60年代的核武器试验都是在大气层中进行的，这造成了严重的生态污染——核爆产生的放射性残留物不仅留在当地，还随着大气环流进入到全球环境中，造成世界范围内的放射性物质含量的逐年上升，碳-14就是其中的一种。这是因为核爆会产生大量的中子，中子轰击大气中的氮气，产生大量的碳-14。大气中碳-14的相对浓度在19 63年左右达到峰值，以后才逐年下降。这是因为在1963 年，美、苏、英三国签订《部分禁止核试验条约》，该条约禁止了除地下核试验之外的一切核试验，有效避免了更多的碳-14流入大气中。20世纪90年代，《全面禁止核试验条约》签订后，人类核试验才基本停止，避免了更多核试验对自然环境的伤害。

那么，这些新增的碳-14怎么帮助人类测量鲸鲨的年龄呢？1945年之前，环境中的碳-14的相对浓度是一个定值，这也就导致了那时活的生物体内中的碳-14的相对浓度一直都是稳定不变的。如果没有干扰的话，以上两者的碳-14的相对浓度是不变的。但是，如果大气中的碳-14的浓度变化了呢？二战后的核试验使得大气中的碳-14的浓度增大，这必然会被环境和生物吸收。而通过吸收，环境中和生物体内的碳-14的相对浓度也逐渐增大。这会导致大气中的碳-14的相对浓度逐渐降低，环境中和生物体内的碳-14的相对浓度也随之减小，呈现共同增大、共同减小的趋势。

科学家们通过研究发现，从20世纪50年代开始，生物体内的碳-14的相对浓度呈现出具有高度的时间依赖性的曲线变化，这意味着当我们得知某个细胞的碳-14的相对浓度的时候，我们就知道它是哪一年形成的。所以，我们只需要找出鲸鲨出生不久后形成的细胞，通过测定其碳-14的相对浓度，就可以知道鲸鲨的出生日期。不过，细胞是不断在更新的，例如皮肤细胞，一直处于替换当中，新生儿的皮肤细胞早已经不存在了。怎么办呢？神经细胞可以帮助我们解决这问题——有些神经细胞一旦形成，就会伴随生物终生。我们只需要找出这些神经细胞，对其进行检测即可。

当然，不仅仅是鲸鲨，我们可以测出任何20世纪50年代之后出生的生物的年龄。核爆居然也会给科研带来这个好处，这真是令人惊讶的事情。不过遗憾的是，据估计，到了2 0 5 0年以后，环境中碳-14的相对浓度又会趋于稳定。这意味着2 0 5 0年之后出生的鲸鲨，它们的年龄将还是不会被人类所知。所以趁着碳-14的相对浓度还在变化，我们应该抓紧时间，尽可能地利用这个变化做一些相关的科学研究，为人类的科学事业做贡献。