核武器试验爆炸在空气中留下了辐射微尘,这些微尘在大气层中的同位素成为测量人类细胞年龄和更新率的新方法的基础。
推算人类细胞的年龄不是件简单的事,因为做这类实验需要将特别的标示物置入DNA,而对人类组织来说这是不可行的。Jonas Frisén是瑞典卡罗林斯研究所的干细胞研究员,他说:“尽管这种方法确实很有问题,但我真的想知道人类大脑中不同区域的神经的形成速度。”“置入DNA的物质肯定会成为诱变剂,因此只有等病人死亡之后才可能收集组织。”
这让Frisén倍感挫折,他想到了另外一种方法,就是考古学家和古生物学家喜欢使用的“碳定年”法。不幸的是,14C的半衰期为5730年,这对估计陶瓷碎片或三叶虫的年代是有用的,但对于研究肝脏细胞的更新率却无帮助。但Frisén却发现了一个意想不到的救星:原子弹。在疯狂的20世纪50年代末和60年代初,原子弹在地球上频繁地试爆,直到1963签署《部分禁止核试验条约》为止。这些试验都产生了大量的14C,它们在地球的大气层中迅速扩散并达到平衡。从1963年开始,当同位素融入生物体内或被海洋吸收后,大气中的14C水平开始稳定下降,大约每隔11年就会减少一半,这对活样本的研究来说非常有用。
Frisén假设,通过计算融入细胞基因组DNA的14C含量,再将其与1963年以后大气中的14C的含量进行对比,以此可以估计细胞的产生日期。Frisén用松树年轮和马组织进行了实验,证实了这一方法的可行性之后,Frisén和同事又用该方法估算了人类细胞的平均年龄,如骨骼肌肉的平均年龄为15.1年。然后,他们将目标转向大脑,希望对有争议的大脑皮层的神经形成问题有所了解。他们用荧光搜索到了皮层细胞,其分析显示:尽管神经胶质相当年轻,神经细胞仍然是其供体的年龄,由此推测缺少重要的神经形成。
使用这一方法的预测结果非常精确,误差可以控制在2年以内。但Frisén表示技术水平仍需要迅速提高,他的研究小组还有一个雄心勃勃的计划:“我们想建立大脑细胞运转的图谱,希望弄清楚这些地方的神经细胞是否会更新、以多大程度更新。”他们还想寻找细胞更新与各种组织疾病间的关系。
注:本文根据2005年9月期的《自然-方法学》编辑,如有误,请以《自然-方法学》原文为准。编译:王丹红