你吃的是什么?对考古学家来说，这是一个至关重要的问题，他们可以根据古代骨骼样本的化学特征推断出一个人的饮食，甚至是大规模的人口迁徙活动。稳定同位素分析法用于研究考古材料中元素的细微差别，可以帮我们解开许多谜团，包括气候、饮食、骨骼和其他物质的地理起源。
稳定同位素分析着眼于不同元素的同位素——含有额外中子或缺失中子的原子。不稳定的同位素，如碳-14，会随着时间的推移发生衰变，而稳定的同位素则不会。已知的稳定同位素超过250种，元素周期表前82种元素中有80种含有稳定同位素。有机化合物和无机化合物都含有稳定同位素，它们之间的比值可以作为一个标志特征。
解开古老谜团
上世纪70年代，考古学家Nikolaas van der Merw在南非的一处遗址上发掘了一具特别的骸骨，与同时期发现的其他骸骨有很大差别。他与同位素物理学家John Vogel和古人类学家Philip Rightmire一起展开了研究，他们决定用同位素分析法鉴定这具骸骨。分析显示，这名古人类的饮食与挖掘过程中发现的其他古人类的饮食不同，这表明狩猎采集者（比如该遗址中发现的这些古人类）与该地区的农民在很早之前有过互动。
为了证明玉米早在公元1000年左右就被引入北美东部林地地区，Van der Merwe和Vogel继续对来自美国的考古材料进行了稳定同位素分析。
考古学家打开了在秘鲁潘帕 •拉克•鲁斯遗址（Pampa La Cruz site）发现的儿童祭品。通过分析这个儿童的骨头，研究人员就能得知这一古代文明中的人们为何会用自己的孩子做祭品。
摄影：MARK THIESSEN, NAT GEO IMAGE COLLECTION
对研究人员来说，同位素特征用处极大。例如，植物会吸收稳定的碳-12和碳-13同位素，这两种同位素在地球大气中的比例都是十分稳定的。空气中的碳-12和碳-13可以通过土壤以及植物吸收的水分传递给植物。在光合作用过程中，水量、阳光和其他因素都会改变植物的碳同位素比率。
植物光合作用的碳同化途径有三种:C3、C4和CAM。研究人员可以通过不同的碳同化途径推测出植物的种植地以及它们所承受的环境条件。当植物被动物摄取时，就会成为动物身体的一部分。反过来，通过分析动物毛发、牙齿和骨骼中碳的含量，可以得出它们所食用植物的碳同位素比值。
这样一来就能判断植物的光合作用类型，从而知晓生物体吃的是哪种植物，以及何种环境条件造就了它们。同位素还可以揭示个体所承受的气候条件(例如，生活在干旱环境中的人，含有更多的氮-15)，或者表明人口是如何迁移的。
时间的快照
其他同位素能够揭开与考古材料有关的各种信息。牙齿在生长过程中会吸收锶同位素，可以将个体童年的生活区域信息收集起来，如同一本快照集。而骨骼细胞处于不断更新状态，因而骨骼中的锶能反映出个体后来生活的地方。
将两者进行对比就能揭示个体一生的活动，或者表明一个人的埋葬地并不是他的出生地。氮同位素可以揭示一个孩子开始吃固体食物时的年龄。
现在，稳定同位素的应用十分广泛，从骨头到锅上的食物残渣等等。它们也可以用来鉴别不同金属的来源。
但是同位素分析并非万金油，分析中用到的材料成本昂贵，且该方法对燃烧过的材料不起作用，操作过程中必须小心避免污染。样本年代越久，从中推断出来的信息就越少，因为骨胶原在5万年后会分解。尽管如此，我们仍然可以通过这一方法了解古人类的起源以及他们的行为。
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★ 吴传钧
