同位素與飲食

民以食為天。萬物都是由原子構成的，食物也不例外，吃東西就是吃原子。那么，你是否知道，同種元素的原子還有“胖”有“瘦”，“體重”不盡相同？這些胖瘦不一的原子影響著我們的身體，科學家也通過研究它們，發展出一門能幫人吃得更“好”的技術——同位素技術。

那么，什么是同位素呢？原子核內有兩種粒子，一種叫質子，另一種叫中子。質子決定著原子的種類，中子影響著原子的“體重”。種類相同而“體重”不同的原子，便是彼此的同位素。

生命之源

水是人體中最常見的物質之一，水分子是由2 個氫原子與1 個氧原子組成的無機化合物。自然界中，氫有三種同位素，分別是氕、氘、氚。其中，氕是最常見的氫，天然狀態下約占所有氫的99.98% ；而氘只占0.016% ；氚就更少了，在天然狀態下簡直可以忽略不計。

氘比氕多一個中子，因此要重一些。這一區別導致重水（幾乎全由氘原子組成的水）和天然水的性質存在些許差異，如重水密度略大，冰點略高，沸點略高，黏度約為天然水的1.2 倍。

除了物理性質不同，重水參與化學反應的速率也比天然水緩慢，而水又偏偏參與著生命體內幾乎所有反應和構成，比如，DNA的遺傳和復制。當人體內氘含量偏高的時候，DNA 轉錄復制發生的錯誤很難被DNA 修復酶糾正，而這些錯誤，可能會對人體產生不可逆轉的危害。

盡管天然水中正常含量的氘不會給人體帶來明顯的危害，但水中的氘還是越少越好。在海面上生成的雨云，在從海岸線飄往內陸的過程中，氘會比氕更容易先隨著雨水降落下來。不同緯度、不同海拔的地區，水的蒸發量存在不同，氕會比氘更容易蒸發。因此，不同地區的降雨、地表水和地下水中的氫同位素組成存在明顯差異。

總的來說，越接近極地、越偏離海岸、海拔越高，其水中的氘含量就越低。由于植物生長要吸水，所以不同地區植物體內的氫同位素含量也不同。根據這一點，我們可以鑒定食物的原產地，例如鑒定進口葡萄酒和國產葡萄酒，以及鑒定進口橄欖油和國產橄欖油。

真假蜂蜜

蜂蜜是蜜蜂從開花植物的花蕊中采得的花蜜，在蜂巢中經過充分釀造而成的天然甜物質，營養豐富，風味獨特，吸引著許多消費者購買，同時也讓許多不法分子乘虛而入，在蜂蜜中摻入取自其他植物的糖，欺騙消費者。

蜂蜜含有果糖，往蜂蜜里面加入廉價且同樣含有果糖的玉米糖漿是一種造假手段。玉米糖漿加入蜂蜜后不影響外觀和口感，常規檢測手段不易發現，同位素檢測法則是拆穿這一謊言的利器。

根據光合作用途徑的不同，植物可分為C3 植物和C4植物。常見的C3 植物有大豆、小麥、水稻、葡萄等，幾乎所有的蜜源植物都屬于C3 植物；常見的C4 植物有玉米、甘蔗、高粱等。C3 植物和C4 植物中的碳同位素組成存在顯著不同。根據蜂蜜中碳同位素的組成，可以推斷它來自C3 植物還是C4 植物，是不是正經蜂蜜。

既然向蜂蜜中摻入玉米等C4植物的糖漿太容易被識破，那么摻入取自C3 植物的糖漿是否就可以蒙混過關了呢？

這些假蜜確實一度給辨識蜂蜜是否摻假帶來了難題，比如取自水稻的大米糖漿。現在，即便是C3 植物糖漿，同位素技術也能輕松鑒別了。這是因為，蜂蜜中各類糖的碳同位素比值是相差不大的，而一旦C3 植物的糖混入其中，某類糖的碳同位素比值就會產生變化。因此，蜂蜜摻假，在如今的同位素檢測技術面前，已無處遁形。

食物溯源

如果說DNA 記錄了人類的遺傳密碼，那么同位素則記錄了人類的生活密碼。自然界的食物天然就存在著穩定同位素比值之間的差異。當這些食物被人類消化吸收，就會轉化成骨骼的組成成分。由此，根據考古遺址里人骨的同位素比值，我們可以追溯其食物來源，了解人類演化史和文明演進史。比如，同位素技術在研究中華民族的飲食文化基因方面就立了一件大功。

科學家對我國北方多個考古遺址中的遺骨做了同位素分析，發現8000 多年前古人的骨頭中雖然檢出一些C4 植物（主要是粟黍食物）同位素的信號，但非常弱，這反映了此時期粟黍種植盡管已經有所發展，但人們取食依然主要依賴狩獵，農業只是輔助；到了7000 多年前之后，這些信號明顯增強，展現了當時粟作農業大發展，人群極度依賴粟作農業的情況。粟作農業自7000年前左右的仰韶文化以后，已經成為我國北方地區非常重要的生產方式，是支撐中華文明形成的物質基礎。

粟不僅在國內大放異彩，還不斷擴散至歐亞大陸的西端。科學家根據縱貫歐亞大陸考古遺址中人骨的同位素數據，制作了一張“食物地圖”。我國黃河流域的人群，皆主要以粟類食物為食；中亞和我國新疆則呈現麥粟食物混食的情形；歐洲人群也時有對粟類食物的攝取。人骨同位素數據清晰反映了粟類作物自黃河流域不斷向西輻射至中亞和歐洲的進程。

古代人群的骨骼，就仿若一個個密碼箱，等待科學家分析破譯，同位素技術正是破譯這些密碼的關鍵技術之一。