Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

По мере того как мы получали все больше данных, некоторые ученые начали рассматривать изотопные соотношения как инструмент для изучения не только питания, но и болезней. Например, используя диеты с различными уровнями C₄-сахаров (к таким относятся и кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, и тростниковый сахар), К. Кук и его коллеги обнаружили соответствующие изменения в соотношении ¹³C/¹²C в глюкозе крови после еды²². П. Пэйтел и его коллеги выяснили, что существует обратная корреляция между потреблением рыбы, показателем которого служит низкое соотношение изотопов Углерода, и риском диабета²³. Печень – место производства мочевины и синтеза белка – процессов, в ходе которых Азот разделяется на фракции. К. Петцке и его соавторы выявили, что у пациентов с циррозом печени (дегенеративным заболеванием) соотношение изотопов Азота в волосах было на –0,32 % ниже, чем у здоровых людей

²⁴.

Рис. 10.4. Измерение соотношения ¹⁵N/¹⁴N в организме беременной по сравнению с соотношением в воздухе в зависимости от времени (зачатие соответствует нулевой неделе). Также на графике указан вес женщины. Утреннее недомогание в первом триместре привело к ярко выраженному похуданию и одновременно к резкому повышению соотношения изотопов Азота, которое изменилось, как только начался набор веса (Reitsema, 2013)

Тяжелые изотопы Водорода (на долю ²H в настоящее время приходится около 0,02 % всего Водорода) и Кислорода (доля ¹⁸O – примерно 0,25 % от уровня ¹⁶O), присутствуя в воде (H₂O), делают ее «тяжелой». В роли «посредников» они позволяют точно определять температуру и место выпадения осадков (см. ниже и главу 11). Но кроме того, фракционирование, происходящее при образовании воды в ходе метаболических реакций, приводит к систематическому появлению других фракций тяжелой воды, более высоких, чем те, которые присутствуют в воде, поступающей в наш организм с пищей и напитками. Поскольку диабет вызывает обезвоживание и, следовательно, заставляет в большом количестве потреблять питьевую воду, было показано, что у мышей с индуцированным диабетом соотношения ²H/

¹H и ¹⁸O/¹⁶O на –0,13 % и –0,27 % ниже, чем у их здоровых собратьев. Хотя этот эффект еще не установлен у больных диабетом, Т. Куо и его коллеги показали соотношения более легких изотопов у пациентов с заболеваниями почек²⁵.

У Кальция пять стабильных изотопов, из которых преобладает ⁴⁰Ca (96,9 %), а большую часть остальных составляет ⁴⁴

Ca (2,1 %). Процессы фракционирования приводят к тому, что в человеческих костях наблюдается избыток более легкого изотопа по сравнению с его соотношением в пище, тогда как и мягкие ткани, и моча содержат больше тяжелого изотопа. При остеопорозе костные минералы повторно поглощаются и выводятся с мочой, в которой из-за этого оказывается больше легких изотопов, чем обычно. Поэтому анализ мочи обеспечивает простой и неинвазивный способ мониторинга потери костной массы.

Наконец, соотношения изотопов можно использовать и при судебно-медицинских экспертных исследованиях, связанных с маркировкой пищевых продуктов. Как отмечалось выше, предполагается, что органические культуры выращиваются с использованием только натуральных удобрений (то есть отходов животноводства), и поскольку такие отходы содержат больше тяжелого ¹⁵N, в органических культурах должны наблюдаться более высокие значения ¹⁵N/¹⁴N, чем в культурах, выращиваемых с использованием искусственных удобрений. Чистый клеверный мед должен иметь соотношение ¹³C/¹²C, соответствующее C3-растениям; любое отклонение предполагает подмешивание (гораздо более дешевого) кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы или тростникового сахара. Точно так же и бренди, дистиллированный из C3-винограда, не должен иметь признаков обогащения дистиллированным спиртом из хлебного зерна.

Путешествие Этци: сила изотопов