昨天是基因剪刀,六十年前諾貝爾化學獎是「同位素時鐘」考古神器

2020-10-08 考古李巖

北京時間 10 月 7 日下午 5點 45 點左右,2020 諾貝爾化學獎評選結果揭曉——諾貝爾委員會宣布,2020年諾貝爾化學獎被授予艾曼紐·卡彭特(Emmanuelle Charpentier)和詹妮弗·杜德納(Jennifer A. Doudna),以表彰她們對「基因編輯」方法研究中做出的突出貢獻。

Emmanuelle Charpentier 和Jennifer A. Doudna 發現了基因技術中最尖端的工具: CRISPR/Cas9基因剪刀。利用這項技術,研究人員可以極其精確地改變動物、植物和微生物的 DNA。這項技術不僅對生命科學產生了革命性的影響,為開創新的癌症療法做出了貢獻,還可能使治癒遺傳性疾病的夢想成為現實。


今年諾貝爾化學獎的兩位獲獎者,圖片來自網絡

今年諾貝爾化學獎的重點是基因剪刀,六十年前的諾貝爾化學獎頒給了」同位素時鐘「,令考古學以及相關學科發生了革命性的改變。

如何叫做」同位素時鐘「?

這要從碳元素的同位素碳十四說起。不要用過於專業的話來解釋,簡要地說:碳十四是宇宙射線撞擊空氣中的氮十四原子所產生的一種具有微弱放射性的物質,1940年,美國科學家馬丁·卡門(Martin Kamen) 與同事塞繆爾·魯賓(Sam Ruben)在美國勞倫斯伯克利國家實驗室發現碳十四。它的半衰期約為5,730年,碳十四原子轉變為氮原子。放射性同位素的半衰期是什麼意思?就是該同位素將減少50%的時間間隔。隨後,每經過一個半衰期,同位素的濃度就降低2倍。大多數放射性同位素的衰變常數極其穩定,除了相對罕見的例外;在地球上任何自然環境中運行的普通物理或化學過程都不會改變其衰變,就是說,半衰期是一個常數。

碳是有機物的主要構成元素之一,光合作用使得植物中有碳十四,動物和人吃了植物,體內也就有了。生物在生存的時候,由於需要呼吸和進食,體內的碳十四含量大致不變,生物體死去後,與外界的碳交換就停止了,其體內的碳十四含量開始減少,減少的速度由其放射性衰變速率決定;測量體內遺留的碳十四含量,就可以推斷出生物距今的死亡時間。但由於還有很多複雜因素的幹擾,這個時間還需要進行樹木年輪的校正。現在常用的校正方法是樹木年輪法,最多可推算到大約10000年前。理論上,碳十四測年方法可測量的時間範圍在大約距今300年前至大約6萬年前範圍內,1萬年以來由於有樹木年輪的校正,其可信度也相當高了。從化學的角度而言,這個時間的數值是通過放射性同位素含量取得的,因此,老李稱之為」同位素時鐘「,目前,被廣泛應用在考古學研究中,例如夏商周斷代工程和文明探源工程都離不開這個測年方法。


樹木年輪

美國物理化學家威拉德·利比(Willard Libby)於1946年發明了這種革命性的年代測定方法,並於1949年公布了一系列已知年代的物件之測定年代,驗證了其方法的正性。次年,他又用此方法測定了古埃及金字塔的建造年代,與歷史文獻也十分吻合。舉世轟動!


威拉德·利比(Willard Libby)


對於考古學家來說,這如同夢境般神奇的方法,那就是:簡直了。。。

如果有諸如古代的木材、木炭或骨頭含碳的標本 ,就可以測定其年代。相較於僅靠地層學和類型學判斷年代而言,考古學家驚呼:獲取含碳的標本,咱有啊!放射性碳定年法(Radiocarbon dating)就此閃亮登場。

1960年12月10日,第六十屆諾貝爾獎的化學獎頒發給了美國科學家威拉德·利比,因他創立了放射性碳測定法,為人類探求自己的歷史,特別是沒有文字記載的歷史做出了重大貢獻,利比教授為我們創造出了神奇記時器--可用於考古學」同位素時鐘「!


1960年12月10日,威拉德·利比先生在諾貝爾頒獎典禮上的留影

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