同位素标记 同位素标记法在高中生物中的应用

19世纪90年代初，欧内斯特·汉金正在研究恒河岸边的霍乱疫情。当地人习惯于将死者的遗体扔进这条神圣的河流，使其成为致病菌的孳生地。结果，霍乱疫情在恒河上迅速蔓延。

他在全欧洲看到过由病菌引起的水污染严重爆发，但在这里，恒河两岸的疫情相对温和；新的疫情将很快结束，而不是像野火一样蔓延。

韩进认为，水中一定有某种神秘的物质，可以在病菌泛滥前将其杀死。但直到20年后，一位法国科学家才发现，所谓的神秘物质其实是一种叫做噬菌体的病毒。噬菌体对人体无害，但能有效杀灭霍乱菌，从而在霍乱菌感染当地朝圣者之前净化河水。

噬菌体长期以来被科学家忽视。但目前，人们认为这种“忍者病毒”为我们提供了对抗致命疾病的新武器，有朝一日将拯救全球数百万人的生命。

找到对抗细菌感染的新方法不是一蹴而就的。几十年来，我们一直依靠青霉素等抗生素来对抗感染。除非你太年轻、太老或太虚弱，否则没有必要害怕割伤、擦伤和基础手术。然而，随着抗生素的使用越来越多，细菌开始进化出耐药性——这无疑给人们敲响了警钟。

据英国政府和医疗慈善机构Wellcome Trust联合发布的一份报告称)“2014年，目前，各种耐药菌每年杀死数十万人，到2050年，这个数字将激增至1000万。

“1000万这个数字相当于目前每年死于癌症的人数。不仅老年人，任何年龄的人都会死于耐药菌。新西兰奥克兰梅西大学的希瑟·亨德里克森说:“轻微的皮肤损伤，如擦伤，以及分娩或髋关节手术等常见的治疗方法，都会使患者暴露在致命的耐药细菌感染中。”。“我们被拖回到抗生素诞生之前的世界。当时，人类的平均寿命比现在短得多，因为无法抵抗感染。”

如果我们不想这个可怕的未来成为现实，我们必须找到一种新的抗菌方法。亨德里克森认为我们应该认真研究在恒河两岸挽救了许多村民生命的噬菌体。2016年11月15日，她在悉尼BBC未来频道主办的改变世界理念峰会上介绍了自己的研究。

与更先进的杀菌机制相比，噬菌体的抗菌原理非常简单:由少量蛋白质分子组成的噬菌体可以进入细菌体内劫持其生理功能，然后自我复制成数百个噬菌体拷贝。死亡后，细菌会破裂解体，从死亡的细菌中释放出数百个噬菌体拷贝，然后重复上述过程。身体自身的免疫系统就采用了这种杀菌机制——大量的噬菌体分布在我们的鼻腔里，杀死空空气中的细菌。

噬菌体有很多优点，因此被医生视为对抗耐药菌的利器:噬菌体的数量巨大:亨德里克森指出，与细菌相比，噬菌体的数量是10比1，这使得许多新的疗法成为可能。“每克土壤含有的噬菌体比地球上的总人口还多，”她说。

更妙的是，忍者病毒只攻击特定目标。这一点至关重要:医生发现人体内的益生菌对人体健康非常重要。它们可以对抗哮喘，甚至帮助身体释放神经递质，从而保持精神健康。

抗生素针对性差，往往会乱杀益生菌。“它们会像核弹一样进入人体，”亨德里克森说，而噬菌体就像训练有素的狙击手，可以准确地射击敌人而不伤害友军。

噬菌体具有多样性和靶向性，是新型抗菌治疗的理想选择。像亨德里克森这样的科学家正在努力研究每种噬菌体的特征和它能对抗的细菌类型。“需要建立一个巨大的噬菌体治疗数据库，”她说。

与此同时，亨德里克森和他的学生正在努力研究在土壤中发现的各种天然噬菌体的特性。噬菌体数据库建立后，他们还需要找到一种安全的方法来培养、纯化和储存噬菌体——噬菌体非常脆弱，容易变质，同时，他们需要确保噬菌体在治疗过程中不会产生副作用。重要的是要知道噬菌体可能引发人体免疫反应，从而可能导致过敏等问题。

现在，大阪大学领导的一个国际研究小组通过鉴定一种碳元素改变了这种情况，这种碳元素是生命中不可缺少的元素，有六个质子幻数。他们进行了一些实验，使他们能够测量不同碳同位素原子核中的质子半径(同位素的质子数相同，但原子核中的中子数不同)。有趣的是，不同的碳同位素显示出非常相似的质子半径。他们在《自然通讯》上发表了他们的发现。

为了帮助理解实验结果，研究人员进行了计算。计算的质子半径与实验值一致。碳同位素的自旋轨道分裂还通过分析实验和理论数据来分析从每个同位素的原子核中添加或移除质子的能量。