몸속의 원자폭탄 마커

20세기 중반의 핵무기 실험은 지구상의 대부분의 생명체와 함께 우리 세포 안에 숨겨진 유산을 남겼습니다. 이 "폭탄 스파이크"는 과학자들에게 놀랍도록 유용한 것으로 입증되어 경찰 조사를 풀고 뇌에 대한 신화를 깨는 데 도움이 되었습니다. 이제 그것은 인류세의 시작을 표시하는 영리한 방법을 제공했습니다.

그것은 당신의 치아에 있습니다. 당신의 눈과 두뇌도 마찬가지입니다. 과학자들은 그것을 "폭탄 스파이크"(또는 "폭탄 펄스")라고 부르며 반세기 이상 동안 그 신호가 인체 내부에 존재해 왔습니다.

1950년대에는 지상에서 너무 많은 핵폭탄 폭발이 발생하여 대기 의 화학적 구성을 변화시켰습니다 . 그 이후로 지구 생명체의 탄소 구성은 바다, 퇴적물, 종유석 등과 함께 변경되었습니다.

폭발로 인한 직접적인 방사능 낙진과 달리 폭탄 스파이크는 해롭지 않습니다. 사실, 그것은 최근 몇 년 동안 과학자들에게 놀라울 정도로 도움이 되는 것으로 입증되었습니다. 어떤 사람들은 그것을 " 버섯 구름의 은빛 안감 " 으로 묘사하기까지 했습니다 .

왜? 맥박에 대한 증거는 어디에나 있어 법의학 과학자에게 사람이 언제 태어났는지(또는 사망했는지) 알려주고, 우리 뇌의 뉴런 나이 에 대한 발견을 제공하고 , 밀렵된 야생 동물의 기원을 밝히고 , 적포도주를 결정할 수 있습니다. 빈티지 하고 수백 년 된 상어 의 실제 나이를 잠금 해제할 수도 있습니다 (상자: "폭탄 스파이크의 다양한 용도" 참조 ).

그리고 이제는 새로운 지질학적 시대를 정의하는 데 도움이 될 수도 있습니다. 7월에 지구과학자 그룹은 20세기 중반에 인간이 만든 다른 표식과 함께 캐나다 호수에 있는 그 존재가 인류세의 공식적인 시작을 나타내야 한다고 권고했습니다 .

그렇다면 폭탄 스파이크는 정확히 무엇이며 우리와 세계에 대해 무엇을 드러낼 수 있습니까?

1960년 프랑스의 3차 원자폭탄 실험 전에 알제리에 설치된 인형들 (Credit: Getty Images)

1963년 핵 실험 금지 조약에 서명한 국가는 지하에서 핵폭탄을 실험해야 한다고 의무화하기 전에 정부는 야외에서 수백 개의 원자 무기를 폭발시켰습니다. 주로 미국과 러시아가 수행한 이러한 폭발 중 500회 이상은 내용물을 대기 중으로 분출했습니다.

이러한 테스트가 방사성 물질을 광범위하게 확산시켜 인간과 야생 동물에 해를 끼치고 전체 지역을 사람이 살 수 없게 만든다는 것은 잘 알려져 있습니다 . 아마도 과학 실험실 밖에서 덜 알려진 것은 폭탄이 천연 질소와 반응하여 새로운 동위원소 , 특히 탄소-14를 형성한다는 것입니다.

1960년대까지 지상 폭탄 테스트는 이전 수준에 비해 대기 중 탄소-14 양의 거의 두 배를 생성했습니다. 먼저 동위원소는 물, 퇴적물 및 초목에 들어간 다음 먹이 사슬을 따라 인간에게 전달되었습니다 . 그것은 심지어 가장 깊은 바다 해구에 있는 유기체에 도달했습니다 .

"본질적으로, 1950년대 후반 이후 대기 중 CO2와 교환된 지구상의 모든 탄소 저장고는 폭탄 탄소-14로 표시되었습니다." 2022년 라디오카본 저널에 실렸습니다.

20세기 중반에 과학자들은 대기 테스트가 중단되었을 때 탄소-14 급증에 주목했지만 높은 수준이 유용할 수 있다는 것을 깨닫는 데 수십 년이 걸렸습니다. 1950년대부터 그들은 탄소-14를 사용하여 구석기 시대 유물이나 고대 문서의 연대를 측정했지만 방사성 탄소 연대 측정으로 알려진 방사성 붕괴를 기반으로 했습니다. 동위원소는 불안정하여 반감기가 5,730년인 질소로 서서히 붕괴됩니다. 예를 들어, 네안데르탈인이 죽었을 때 뼈와 치아에 있는 탄소-14의 양이 점차 감소하기 시작했을 것입니다. 쇠퇴의 정도를 측정하면 네안데르탈인의 사망 날짜를 알 수 있습니다.

그러나 방사성 탄소 연대 측정은 동위 원소의 느린 붕괴 속도 때문에 300년 이상 된 샘플로 제한되는 경향이 있습니다. 더 젊고 정확한 날짜를 알 수 있을 만큼 충분히 부패하지 않았습니다. 최근 연대를 더욱 흐리게 하는 것은 산업 혁명 이후 인류가 대기 중으로 추가로 CO2를 도입한 소위 Suess 효과 입니다 .

그러나 세기가 바뀔 무렵 연구원들은 폭탄 스파이크가 탄소-14를 다른 방식으로 사용하는 데 도움이 될 수 있다는 것을 깨달았습니다.

우리는 성인기에 새로운 뉴런을 생성합니까?  폭탄 스파이크는 답을 제공하는 데 도움이 되었습니다(Credit: Getty Images).

1950년대 정점 이후로 자연(및 인간)의 동위원소 수준은 점차 감소했습니다. 따라서 과학자들은 테스트 이후 대기 중 탄소를 교환한 모든 유기 물질에서 탄소-14의 비율을 분석하고 그것이 형성된 창을 1~2년의 분해능까지 지정할 수 있습니다.

그리고 그것은 당신과 나를 포함합니다. 당신이 1950년대에 태어났다면 당신의 조직은 1980년대 어린이보다 더 많은 탄소-14를 축적했을 것입니다.

 

포렌식 분석

폭탄 스파이크의 가장 초기 사용 중 하나는 미확인 인간 유해의 연령을 확인하려는 범죄 수사관을 지원하는 것이었습니다. Monash University의 Eden Centaine Johnstone-Belford에 따르면 법의학 과학자들은 치아, 뼈, 머리카락 또는 눈의 수정체에서 폭탄 탄소-14를 측정하여 사람의 나이 또는 사망 시기를 추정할 수 있음을 발견했습니다. 호주 빅토리아 법의학 연구소의 Soren Blau.

2019년 리뷰에서 Centaine Johnstone-Belford와 Blau는 폭탄 스파이크가 경찰 조사에 정보를 제공한 여러 사례를 인용합니다. 예를 들어, 2010년 수사관들은 이탈리아 북부 호수에서 발견된 시체가 전년도에 살인범에 의해 그곳에 버려졌음을 확인하기 위해 이를 사용했습니다.

두 사람은 또한 사망 이후 시간을 아는 것이 "전쟁 범죄, 대량 학살 및 초법적 살인과 같은 인권 유린 사건에서 중요한 결정"이 될 수 있다고 지적합니다. 예를 들어, 2004년에 우크라이나의 집단 매장지에서 채취한 머리카락 샘플의 폭탄 연대 측정을 통해 수사관들은 1941년에서 1952년 사이에 발생한 나치 전쟁 범죄를 식별할 수 있었습니다.

폭탄 스파이크는 또한 우리 몸과 뇌의 세포에 대한 새로운 통찰력을 드러내는 새로운 과학적 발견의 잠금을 해제했습니다. 2005년 스웨덴 카롤린스카 연구소(Karolinska Institute)의 생물학자 커스티 스팔딩(Kirsty Spalding)과 동료들은 DNA 내 폭탄 탄소-14를 분석하여 세포의 상대적인 연대를 측정 할 수 있음을 보여주었습니다 . 여러 후속 연구에서 그녀는 이 기술을 사용하여 우리 몸의 특정 세포가 태어날 때부터 존재했는지 또는 지속적으로 교체되는지 여부를 답했습니다.

예를 들어, 2008년 Spalding과 동료들은 세포가 죽을 때 신체가 지방 세포라고 불리는 지방 세포를 지속적으로 대체한다는 것을 보여주었습니다 . 그녀가 발견한 이러한 지방 세포의 수는 성인이 되어서도 일정하게 유지되며 이는 비만을 해결하는 새로운 방법을 약속합니다. "이것이 역동적인 과정이라는 것을 이해하면 비만에서 지방 세포의 수를 줄이는 데 도움이 되는 운동 및 식이 요법과 함께 지방 세포의 출생 또는 사멸률을 조작하는 것을 포함할 수 있는 새로운 치료 방법이 열립니다."라고 그녀는 말합니다.

2013년에 Spalding과 동료들은 폭탄 스파이크를 사용하여 뇌 세포의 회전율을 관찰했습니다 . 수년 동안 연구원들은 뉴런의 수가 어린 시절에 고정되어 있다고 가정했으며 실제로 그녀의 초기 연구는 피질 과 같은 영역의 경우라고 제안했습니다 . 그러나 탄소-14를 사용하여 해마 내 뉴런의 연대를 측정함으로써 그녀와 그녀의 팀은 새로운 뉴런이 성인의 삶 전체에 걸쳐 생산될 수 있음 을 확인했습니다 .

다른 연구에 의해 확증된 "성인 신경 발생"의 존재 가능성은 지난 20년 동안 가장 중요한 신경 과학 발견 중 하나임이 입증되었습니다. 과학이 정착된 것과는 거리가 멀지 만, 질병으로 인한 신경 세포 손실을 방지하거나 새로운 신경 세포의 생성을 증가시킬 수 있는 의학적 전략을 위한 새로운 방법을 제안했습니다 .

 

새로운 시대의 새벽

마지막으로, 폭탄 스파이크는 최근 인간 활동으로 정의되는 새로운 지질학적 시대인 인류세(Anthropocene)의 시작을 공식적으로 인식하는 데 도움이 될 수 있는 여러 지표 중 하나로 지명되었습니다.

인류세라는 개념이 떠오른 지 얼마 지나지 않아 지질학자들은 층서학적 기록에서 새로운 시대가 시작되는 암석, 얼음 코어 또는 퇴적층인 소위 "황금 스파이크"로 지구에서 그 위치를 정의하는 방법에 대해 논의하기 시작했습니다. . 모든 주요 지질학적 기간에는 하나가 있습니다. Holocene의 시작은 Greenland 중심의 특정 얼음 코어로 표시됩니다. 쥬라기의 기반은 오스트리아 알프스의 카웬델 산맥(Karwendel Mountains)의 쿠요흐 패스(Kuhjoch pass)에서 시작되며, 이곳에서 매끄러운 껍질을 가진 실로 세라스 암모나이트( Psiloceras ammonite)가 처음으로 나타납니다. 그리고 지구상에서 가장 오래된 황금 스파이크 중 하나기후가 주기적으로 "눈덩이 지구"로 급락하던 시기인 6억 년 전 에디아카라의 시작을 표시하는 호주의 플린더스 산맥에서 찾을 수 있습니다.

과학자가 인류세 시대를 나타내기 위해 캐나다 호수 코어 샘플을 가리키고 있다(제공: Getty Images)

수년에 걸쳐 인간 활동의 다양한 징후가 인류세의 서막을 알리는 가능성으로 탐구되었습니다. 그것은 수천 년 전 초기 농경으로 인한 메탄의 증가 (얼음 코어에서 볼 수 있음), 광업으로 인한 초기 납 오염 의 증거일 수 있습니다. 3,000년 전의 제련 , 또는 산업 혁명 동안 화석 연료 부산물의 증가 .

그러나 2016년에 결정을 내리는 조직 의 일부인 인류세 워킹 그룹(AWG)은 탄소-14 폭탄 스파이크가 플루토늄 낙진 및 동위원소와 같은 다른 핵 지표와 함께 지질학적 기록에 들어간 1950년대를 추천했습니다 . 세슘-137 및 스트론튬-90과 같은 인공 퇴적물뿐만 아니라 고온에서 석탄을 태워 생성되는 비산재의 일종인 구상 탄소질 입자(SCP)와 같은 인공 퇴적물도 있습니다.

모든 사람이 1950년대를 선택하는 것이 좋은 생각이라는 데 동의한 것은 아닙니다. 실제로 그룹의 한 구성원은 최근 인간의 심오한 영향이 훨씬 더 일찍 시작되었다고 주장하며 항의하여 사임했습니다. 그러나 실무 그룹은 20세기 중반이 지질학적 지층에서 명확하고 인식할 수 있는 지점을 표시한다고 제안합니다 . 이때 인류는 자연 속에서 자신의 존재를 전 세계에 진정으로 완전히 알려지게 되었습니다. 그들은 또한 온실가스 배출, 물과 토지 사용, 해양 산성화, 어업 착취, 열대림 손실 등의 기하급수적인 증가를 통해 지구에 미치는 우리의 영향이 폭발적으로 증가하는 "대단한 가속"과 일치한다고 말합니다 .

그리고 폭탄 스파이크는 또한 오랜 시간 동안 지속되어 지질학자들이 수만 년 후에 그것을 볼 수 있게 합니다. "방사성 탄소 신호는 약 60,000년 동안 감지될 수 있으며 상당히 일상적인 분석입니다."라고 AWG 의장을 맡고 있는 University of Leicester의 지질학자 Colin Waters는 말합니다.

캐나다의 크로포드 호수는 인류세의 시작을 공식적으로 표시할 수 있는 장소로 추천되었습니다(Credit: Getty Images)

AWG는 폭탄 펄스와 기타 마커가 종유석으로 둘러싸인 이탈리아의 동굴, 비엔나의 고고학 발굴지, 체코 국경 근처의 이탄 지대 , 폴란드, 호주 북동쪽 해안의 산호초.

지난 달, 그들은 (아마도 곧 악명 높은) "승자"를 추천했습니다: 캐나다 온타리오의 Crawford Lake . 탄소-14, 특히 갑작스러운 플루토늄 마커 및 기타 인공 서명을 특징으로 하는 진흙 투성이 호수 퇴적물의 코어는 황동 명판과 함께 캐나다 수도 오타와에 있는 박물관에 보관될 예정입니다. (더 읽어보기: 인류세: 캐나다 호수 진흙 '지구에 대한 인간 변화의 상징' ).

호수 코어가 공식 명칭이 될 준비가 되어 있지만, 그것이 승인된다면 기술적으로 그것은 우리도 인류세의 새벽의 표지 중 하나를 우리 세포에 보유하게 된다는 것을 의미합니다. 증가된 탄소-14가 이전 수준으로 거의 돌아왔기 때문에 미래 세대는 그렇지 않을 것입니다. 따라서 미래의 고고학자들이 우연히 우리의 보존된 유해를 연구하게 된다면 역사상 독특한 시점, 즉 핵폭탄의 시대, 엄청난 가속, 인간이 이전과는 달리 자연에 영향을 미치기 시작한 세기에 대해 말할 수 있을 것입니다.