用碳追踪你与世界之间的联系

箭石很像是一种小型乌贼，或者说“曾经”是（箭石是一种生活在泥盆纪至白垩纪的软体动物，鞘容易保存为化石）。不过如今当你把箭石化石放到掌心，它看上去却更像是一颗大号子弹。箭石已经灭绝了数千万年，与恐龙一同在中生代末期消失，它们尸体的大部分都是含碳的小圆柱形方解石或霰石，这也让它们的尸体发生硬化。当箭石外层的石灰石被切开后，它们的流线型外形会更加清晰，内骨骼看起来也很优美，而你或许已经在墙上或是书架上见过它们了。不过你的碳原子与一个箭石群落之间还存在着特殊联系，因为它们的化石被作为同位素标准品，科学家可借此测算饮食与污染对人类及生态系统的影响。

几十年来，科学家们从南卡罗来纳皮迪河（Pee Dee）的海相沉积物中挖掘箭石，研磨并清洗之后，发现这些石灰石中，较重的碳13同位素与普通的碳12原子含量比为1.11％。这个值被用来作为国际碳同位素标准（PDB）。但地质化学家使用了太多的皮迪箭石，以致如今箭石已经耗尽，因此在1994年一个新的标准被启用，即VPDB标准（Vienna Pee Dee Belemnite，维也纳-皮迪箭石），以此作为同位素基准，用于测量所有含碳对象，其中也包括人类。

如果取一根头发送往同位素实验室进行分析，你会发现，相比工业革命前的估测数据，如今的碳13的含量更低，而这一差异也印证了我们给文明社会提供能源的方式。就像今天的植物与浮游生物一样，煤炭、石油和天然气的那部分由光合作用而来的碳，其中的碳13含量比水与空气中的含量低；同时，通过改变大气与海洋之间的平衡，燃烧化石能源排放的气体正在降低地球上所有生物的碳13含量。体内带有碳污染物的想法不仅仅只是一个理论抽象——通过将你失衡的同位素比例与中生代“乌贼”进行对比，你可以证明这一点。

化学家们用重轻同位素比来表示你头发中的碳13含量，并标记为“δ13C”，其发音是“德耳塔碳13”，接着根据箭石标准对这个数值进行修正，负值表示碳13的含量比皮迪箭石要低。你可能会发现你的δ13C在-15‰到-25‰之间变化，更精确的数值还取决于你所在的位置以及所吃的食物。而这，不管你信不信，又将我们带回到了麦当劳。

生态学家路易斯·马蒂内利（Luiz Martinelli）及其团队在2011年的《食品化学》杂志上发表文章，对快餐导致现代西方饮食严重同质化的观点提出质疑。为了证明这一点，他测试了全球各类常见食物的同位素比例，并通过汉堡重建了人类与其原子最初来源之间的原子联系。

他在文中写道：“消费者可以在大约120个国家超过32000个门店购买到同样的巨无霸，这在人类历史上还是第一次出现。”这一局面通常被作为饮食全球化的论据，但马蒂内利的团队指出，巨无霸的配方在全世界范围内一致，但真正的组成部分反映的仍然是食品原料产地本土的同位素环境。他们将这种全球与本土的混合特征称之为“全球本土化”。

为了更好地理解全球本土化，最好先回忆一下食物中的原子从何而来。巨无霸中的碎牛肉当然来自于大批量的牛，也许是国内养殖的，也许是进口的。举例而言，纽约或芝加哥的麦当劳，牛肉很可能来自美国本土，但阿姆斯特丹的大多数牛肉则由其他国家生产。也就是说，无论身在何处，你点的都是“双层牛肉饼”，但牛肉本身却不像配方那样全球统一。

牛的同位素比例取决于它所吃的植物，而不同植物中不同的碳痕迹又取决于植物的品种以及它们生长的环境。例如，玉米和甘蔗，δ13C的数值（-10‰到-15‰）就比小麦和大豆（-20‰到-35‰）要高，这其中既有基因的因素，也与植物生长环境有关，生长在相对温暖而干燥的地区，例如大平原地区或墨西哥湾沿岸，植物都会倾向拥有更高的数值。

在马蒂内利与他的团队测试了26个国家的牛肉饼δ13C数值后，他们也发现了这些牛肉原子受控于产地的明确依据。巴西与美国麦当劳的牛肉相比苏格兰及奥地利来说，数值明显高出不少。这在很大程度上是因为巴西的牛是在热带草原放养，美国的牛则是以玉米作为饲料，这两类植物的碳13含量都比苏格兰与奥地利用作饲料的干草或大豆更高。日本汉堡的同类数值与巴西接近，这似乎并没有像预料中那么低，因为日本的气候相对更为潮湿温和。不过日本也大量从澳大利亚进口牛肉，那边的气候则更为炎热干燥。尽管在全世界来说，巨无霸无论看上去还是吃起来都差不多，但它所含的碳原子则显示，它还是远比看起来更为本土化，或者说全球本土化。

不必惊讶的是，饮食、地理位置以及生物之间的原子关系也会延伸到你身上。

在马蒂内利的成果基础上，犹他州与印第安纳州的一组科学家继续深入调查了全球食品对欧美居民的影响。他们走访了14个国家，从理发店的地板上以及志愿者的头上收集了碎发。随后发现，无论快餐与超市连锁店如何普及，他们身上的同位素信息仍旧抹不去故乡的痕迹。他们在2012年的《公共科学图书馆期刊》发表了一篇论文，指出喜欢快餐的美国人头发中碳13的含量比欧洲人多，一部分原因就是美国饲养的牛多数以玉米为食。相比芬兰人与瑞士人，葡萄牙人δ13C的数值也更高些，很可能是因为他们的食谱中有更多的海鲜，他们消费的蔬菜与谷物也生长于干燥温暖的地中海气候中。

作者最后总结，他们的数据“在样本国家采集到了饮食在地理上的结构性差异”，虽然表面上看起来它们是一致的。尽管我们大多数人都不再利用身边动植物原子来构建并维持身体，但是通过这些有机物，食物链的同位素标记仍然将我们与特定地区联系在了一起。

人类饮食在原子层面的变化如今已超越了物种界限，影响到我们身边的动物。2010年，《哺乳动物学报》上刊登了一项发现，怀俄明大学和其他一些机构的科学家们介绍道，濒临灭绝且罕见的沙狐经常出没于加州贝克斯菲尔德市的巷道与后院中，在它们体内也观察到了同位素变化。

直到近期，野生动物学家们仍然高度依赖对狐狸粪便中可见物进行识别的方法来确认这种动物曾吃过什么。例如在加州圣华金河谷的偏僻区域，通过粪便中的残骸可以辨识出其食物中有啮齿类、鸟类和昆虫，然而在都市找到的沙狐粪便中，除了少量塑料包装物外，基本找不出可以识别的食物。加州人丢弃的深加工软质食品在沙狐的肠胃中通过，并没有留下太多痕迹，但碳同位素却记载了它们的食物从野生食物到超市食品的转变。如今，贝克斯菲尔德的沙狐比起它们的乡下亲戚来说，粪便中携带更多的碳13同位素（δ13C数值更高）。

当贝克斯菲尔德的沙狐搬到了城里，它们不仅扩大了日益缩小的濒危领地——它们也因为共享同样的全球本土化饮食，拥有与当地人类似的同位素比例。圣华金河谷的植物δ13C数值通常较低，小型的猎物也是如此，它们的碳原子便循环到了野生狐狸的体内。但贝克斯菲尔德的都市食物链与遥远的玉米产地挂钩，δ13C数值较高，这种区别如今也在都市狐狸浓密的尾毛和抽动的胡须中得以显现。

幸运的是，大多数对野生动物被人类“垃圾食物”喂养的担忧在这个案例中并不存在。相比它们的乡下亲戚来说，贝克斯菲尔德的狐狸繁殖力更强，平均存活率也更高，尽管它们面临机动车与鼠药的威胁。然而，人类与狐狸体内碳同位素平衡的另一种变化趋势就令人不悦了，并且这确实是全球性问题。

全世界的δ13C数值自从化石燃料开始被使用后都在持续下降。这种迹象随处可见，比如树木的年轮、湖底的层层沉积物或珊瑚形成的精致带状石灰石，当然还有你自己的身体。如果你能测试自己幼年时期头发中的碳13含量，你一定会发现比现在的数值要高——前提当然是你现在还有头发，饮食结构也没有发生巨变。

二氧化碳如果携带较重的碳13同位素，在进入植物及浮游生物的细胞时会更为困难，因此远古森林及海洋的沉积物，其碳13的浓度都比当时的大气中低。当我们燃烧这些化石沉积物时，就如同我们向今天的大气中倾泻了一场轻碳的洪水，最终这种对大气碳池的稀释又会通过供养我们的食物网络发挥它的作用。

与此同时，其他一些元素也随着煤炭的燃烧被释放出来。2012年，密歇根大学的研究者采用特定同位素比率测定法，将有毒的汞原子来源定位到了佛罗里达州水晶河边的火电站。一名研究员在接受密歇根大学新闻社的采访时说道：“本项研究首次采用汞同位素比率，调查因煤炭燃烧导致的近源汞沉积物。”第一作者劳拉·谢尔曼（Laura Sherman）说道：“这项研究让我们可以直接标记和定位那座火电站排放的汞，它们被排放到本地的湖泊中，并可能对其中的鱼类以及吃这些鱼的人们造成潜在威胁。”

有一点毋庸置疑：我们体内的碳原子证实，我们对全球碳循环的影响甚于火山。通过测定夏威夷莫纳罗亚火山排放的二氧化碳δ13C数值发现，20世纪70年代时其平均值大约是-7.5‰，直到本书撰写期间已降至大约-8.3‰了——延续着工业革命以来的趋势。δ13C数值的每一次下降，都意味着大气中二氧化碳含量的上升。全球性的同位素变化趋势只是警告之一，它告诉我们在现代社会中，我们仍然通过原子链与地球紧密相连，跟我们的祖先并无差异。在这种不可避免的约束之下，能否让生活既美好又可持续，将是对我们的一大挑战。