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遠古人類的食譜

人類歷史上大多數時候,我們的祖先與環境之間的原子交換其實都非常接近於「鮭魚森林」,而且這可以在人體中通過同位素標記進行追蹤,就像萊莫什的研究所觀察到的一樣。

考古學家會通過對骨骼中最豐富的膠原蛋白進行氮15同位素分析,從而構建出遠古人類的食譜。在一項類似的研究中,厄爾·納爾遜(Erle Nelson)和他的團隊在格陵蘭島南部發掘出了早期挪威定居者的骨骼,並分析了他們15世紀在此處定居失敗的原因。不少專家提出,原因是由於環境變冷,也就是所謂的「小冰期」,氣候變得過於惡劣。其他專家則認為,他們可能固執地拒絕接受當地因紐特人的生活習慣,不願以打獵捕魚為生,最終土地退化與糧食歉收導致了他們的死亡。2012年,納爾遜團隊研究了格陵蘭島埋骨之地的原子組分,以檢驗這些富有爭議的猜測。

他們的同位素分析證明,格陵蘭島上的挪威人,食譜中有很多魚和海豹肉,這使得「氣候致死說」與「糧食歉收說」都顯得有些站不住腳。與太平洋西北地區的熊一樣,以海洋生物為食的人群相比那些以糧食或家畜為食的人群,體內的氮15含量會更豐富一些。在格陵蘭島開展的研究表明,如果這些定居者是以麵包為食,骨骼中的氮15含量肯定不會像測量值那麼高。

所有的骨骼都是如此,只有一個例外。根據當地記載,此人出生在斯堪的納維亞,加入移民大軍後不久就死去了。結果,他的骨骼中仍然攜帶著大量農業性的氮原子,這是由他早些年在挪威吃的食物留下的。他體內較低的氮15含量也證實,在他死的時候,身體中的氮原子還沒有完全被當地食物的原子所置換。

作者認為,這些早期定居者體內的氮同位素表明,格陵蘭島移民的消亡不太像是突發事件,而是一段緩慢的疏散過程。在哥本哈根大學的一篇新聞報道中,人類學家尼爾斯·林納洛普(Niels Lynnerup)對此解釋道:「沒有證據表明挪威人的消失是自然災害的結果。如果要說是什麼原因,那可能就是他們對於在世界盡頭啃食海豹的生活已經厭倦了。」出於對斯堪的納維亞更發達的文化及社會環境的渴望,很多年輕人會先被吸引並前往,剩下的村民們最終也放棄堅守,離開此地。

捕食者消化另一個生物體中蛋白質的過程,體內會傾向於留下更多較重的氮15原子,這也使得捕食者體中的氮15含量通常會比獵物更高,而這一原理也適用於我們人類。1997年發表在《有機地球化學》的一篇論文提到,通過哺乳期的母親與她們嬰兒間的營養物質關係,可以揭開這種神奇的原子紐帶。

當你還只是胎兒時,你所有的原子都來自你母親的身體。你還不會自己吃喝或呼吸,只能通過臍帶從胎盤獲取或排出流體。說到底,當時你還只是你母親身體的一部分。即便你在出生之後已經能夠自行呼吸了,你還需要從母親的乳汁那裡獲取其他的原子,除非你是喝配方奶粉長大的。

不過儘管你最初的原子都來自你的母親,但你自己的身體中,氮15還是得到了輕微富集,這與熊的蛋白質相對於它們食用的鮭魚氮15含量更高的原理相同。換句話說,你不僅僅是你母親身體的一部分,你也在由她滋養。如果你樂意,你可以用捕食、寄生甚至同類相食這樣的字眼來描述這個關係,因為不管怎麼表述,對於你的氮原子同位素都是一樣的,同時它們也在記錄著你的所作所為,並將其寫入蛋白質的分子檔案中。

當研究者輕輕剪下哺乳期新生兒的指甲,並與其母親的指甲進行對比時,他們搜尋到了母親做出莫大犧牲的同位素證據。被捕獲的鮭魚並不情願用它的氮15去餵食飢餓的黑熊,但哺乳期的母親卻是在無私地向她們的孩子提供自己的原子。遵循著古老的食物鏈原則,研究發現嬰兒體內的蛋白質,其中氮15的含量會略微高於他們的母親,直到他們斷奶之後,同位素分佈逐漸與今後將養育他們的更廣闊外界環境趨於一致。最早顯示獨立的同位素證據出現在兩到三個月後的指甲中,這也是新生兒的指甲從角質層生長到指尖所需要的時間。類似的同位素研究還發現,母親的妊娠期可以在頭髮絲中體現,因為這時她的身體正在不斷地向她的孩子輸送氮原子。

母親與孩子之間的緊密聯繫,從很多方面也反映了我們與地球之間的原子關聯。即便已經不再依靠胎兒期的臍帶連接,我們也仍舊生活在這個由回收原子構成的「地球胎盤」中。不過如今,加入到這些原子連接網中的,不僅有生物,還有各種機器。

就在寫作本書期間,地球上具備生物價值的含氮化合物,有一半都是由我們的機動車、農場和工業所生產。《科學》雜誌2010年發表的一項研究顯示,如今僅僅是哈伯—博施工藝這一項,就足以匹敵海洋與陸地上所有微生物的固氮總量。我們生活的這個世界已遠非我們的祖先所能理解,甚至,我們大多數人都不再依賴農場了。

在電影《綠野仙蹤》中的黑白世界裡,農場產出什麼,人們就只能吃什麼,他們體內的氮原子都來自他們養殖的家畜或種植的糧食,以及偶爾發生的閃電。從土壤細菌到植物再到農民,然後再回到土壤中,氮原子一次又一次地回到同一片土壤中,馬匹在此處犁過,將豬糞和其他廢棄物翻騰到四處。即便沒有龍捲風襲來,那段困苦時期也實在算不上什麼完美的田園生活,不過我們能夠從中學到一些更深刻的道理。他們都曾經是元素循環中的一部分,不過在如今的堪薩斯州,這種循環已經很大程度地被破壞了,就跟世界上其他地方一樣。

如果你也和大多數美國人一樣,那麼你的全部食物也是幾乎都來自超級市場,由工業化的農場供應。由此可以推斷,你身體中的大多數氮原子,都是在某個離你居住地很遙遠的地方由人工方法所固定。用於固定氮的主要能源是大量不可再生的化石燃料,將這些食物運輸到你家周邊商舖直至餐桌的能源也是它們。這些代價高昂的含氮化合物在排放後,並不會被農作物所吸收;其他的氮元素,通過牲畜的排泄物,進入污水池或是廢水處理廠,反硝化細菌在那裡將它們分解成惰性的氮氣重新回歸到空氣中。這些過程讓以人類為中心的全球氮元素循環出現了巨大缺口,而這個缺口只能通過能耗更經濟的固氮技術和運輸技術填平。

或許有人會辯解說,事情本來就該如此,因為這是保證龐大人口生存並遠離飢餓威脅的唯一辦法。不過長期來看,尋找更有效的一些方式閉合我們的氮元素循環不僅可行,而且也是有利的。將動物糞便還田,用固氮植物給土地增肥,更仔細地調整化肥施用的時機和用量,這些都是如今在此循環中相對簡單的推薦方案。

幾十萬年以來,我們的祖先吸收並利用這些同樣的原子,然後又將它們排放到同樣的一座「原子蓄水池」中,相信這個世界會滿足他們所需,並稀釋或分解他們產生的垃圾。作為目前地球上最主要的活性氮源,哈伯—博施合成氨工藝推動著我們跨入了21世紀,同時隨著我們從大氣中獲取營養物質的能力不斷提升,我們給全球氮循環帶來的影響也在與日俱增。

生態學家大衛·辛德勒(David Schindler)在代表華盛頓大學接受採訪時,對我們的處境做了簡單描述:「對於氮而言,這個世界遠比我們想像中要小。」當我們丟棄氮原子的時候,它們會依舊留在這個星球上,和我們在一起。如今,它們的規模與我們的其他垃圾一起不斷增長。除了給糧食作物提供養分以外,我們排放的含氮垃圾也給我們帶來了意外的後果,比如水藻暴發、酸雨酸雪和城區的有毒霧霾。它們甚至對氣候變化也有貢獻,因為過量施肥的田地、草坪、高爾夫球場以及化石燃料燃燒所產生的氧化二氮(N2O)是一種溫室氣體。生態學家亞歷克斯·沃爾夫(Alex Wolfe)在接受一次線上採訪時指出:「全球氣候變化的爭論主要都集中在對碳排放的討論……(但)全球氮循環中由人為造成的困擾已經遠遠超出了碳的影響。」

作為一種迅速成熟而富有感知力的物種,如何權衡我們對固定氮的需求以及這種需求對水與空氣質量的影響,還有我們的進化——是會互相促進還是互相殘殺,這些都將是人類前進之路上上演的偉大故事。而且不管故事在未來如何發展,弗裡茨·哈伯這項頗具兩面性的遺產都將繼續在其中扮演重要角色,毫無疑問。