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历史地质学/氨基酸测年

来自维基教科书,开放世界开放书籍

在本文中,我们将讨论氨基酸测年(也称为外消旋化测年)背后的原理;我们将讨论它应该如何工作,以及为什么它常常不起作用。

如果一个物体无法通过旋转将其变成自身的镜像,则称该物体具有手性。例如,鞋子是手性的:你无法通过旋转或翻转将一只左脚鞋变成一只右脚鞋。另一方面,像餐刀这样的物体就不是手性的:如果你把它放在桌子上,让钝边在右边,锯齿边在左边,那么你就可以通过绕其长轴旋转刀来产生这种情况的镜像。

对映异构体。

一些分子是手性的。例如,考虑右边图片中的两个分子。它们具有完全相同的化学式,但一个是左旋的,另一个是右旋的。它们被称为彼此的对映异构体

当我们使用普通的化学方法制造手性分子时,我们通常会产生等量的两种对映异构体。这种混合物被称为外消旋体

然而,生物过程会产生具有独特手性的分子:所有氨基酸都是“左旋的”(甘氨酸除外,它不是手性的),所有糖都是“右旋的”。

外消旋化

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因此,当生物体死亡时,它的氨基酸是左旋的。但在其死亡后,氨基酸会自发地改变其手性,从左旋翻转到右旋,实际上也会反过来。

这个过程的结果是,最终氨基酸将集体变成外消旋体:每个特定的氨基酸将具有某种手性,但在足够的时间后,氨基酸在总体上将不再偏向一种对映异构体。这个过程被称为外消旋化

我们应该注意,尽管这个过程的根本基础是随机的,并且原则上氨基酸可能会通过某种统计波动变得不太外消旋,而更加手性,但统计规律确保,实际上,如果我们观察足够大的氨基酸样本,那么这种情况发生的可能性微乎其微。

因此,外消旋化过程看起来像是一个自然时钟的候选者。我们知道,当生物体死亡时,它的氨基酸都是左旋的;我们也知道,随着时间的推移,氨基酸会变得越来越外消旋。

因此,似乎如果我们想知道生物体死亡了多久,我们只需要看看它的氨基酸有多外消旋。这会奏效,前提只有一个。外消旋化的过程必须以恒定的速度进行,并且我们必须知道这个速度是多少。

而这就是整个想法崩溃的地方。

我们如何知道它有效?

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它不起作用。

外消旋化的一个问题是,它取决于受温度、湿度和发生外消旋化的原始材料性质影响的化学过程。因此,不可能说外消旋化以某种速度发生。

然而,它确实有一些应用。假设我们检查一个特定的材料(让我们说测试有孔虫Neogloboquadrina pachyderma),在特定环境中(让我们说在北极水域的泥浆中),并与我们知道可以依靠的测年方法进行比较,我们确定在这种情况下,外消旋化确实以相当稳定的速度发生。

在这种情况下,我们可以用有孔虫来测年沉积物,在这些地方我们无法使用放射性测年法。(因为推测北极泥浆中贝壳的外消旋化速度在我们能检查时是恒定的,但当我们无法检查时是可变的,这将是奇怪和反科学的。)

Kaufman等人(2008年)在他们的论文使用氨基酸外消旋化测年北冰洋晚第四纪浮游有孔虫Neogloboquadrina pachyderma古海洋学23(3)中证明了这一点。它让读者了解到这种方法的难度,以至于他们不得不使用单一常见的有孔虫物种N. pachyderma,因为他们发现即使在不同种类的有孔虫之间,外消旋化速率也不同。

因此,外消旋化测年可以有一些应用,但能够可靠地应用它的条件相当罕见。此外,外消旋化在地质标准下发生得相当快,因此,与我们已经讨论过的其他绝对测年法一样,外消旋化测年无法让我们回到遥远的地质时代。

所有这些并不是说读者应该完全不相信通过氨基酸测年获得的结果;但只有在使用它的人小心确保他们是在已知有效的情况下使用它时,才能相信它。在早期的论文中,在地质学家和考古学家还没有了解到与氨基酸测年相关的陷阱之前,不准确的日期比它们应得的要自信得多,这些论文不应该被依赖。

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