氨基酸的測(cè)年

氨基酸的測(cè)年摘要：利用地質(zhì)體（如化石等）中殘余氨基酸的外消旋作用測(cè)定地質(zhì)年齡的方法，簡(jiǎn)稱為氮基酸測(cè)年法。眾所周知，生命機(jī)體主要是由蛋白質(zhì)組成的，而蛋白質(zhì)則由氨基酸組成。在組成蛋白質(zhì)的二十多種氨基酸中，除甘氨酸外，其余的都含有一個(gè)或一個(gè)以上的不對(duì)稱碳原子，因而至少存在兩種構(gòu)型的異構(gòu)體，即L一型氨基酸和D一型氮基酸。由于酶的作用，組成生命機(jī)體蛋白質(zhì)的氨基酸幾乎全部都是L一型氨基酸（僅某些細(xì)菌的細(xì)胞壁含有少量的D一氨基酸）。一旦生物死亡之后，酶便失去活性.L一氨基酸逐漸地轉(zhuǎn)化為D一氨基酸，隨著時(shí)間的推移,D一氨基酸的數(shù)量由少到多，最后達(dá)到平衡（即氮基酸D/L二1），氨基酸的這種轉(zhuǎn)化作用稱之為外消旋作用。且隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，氨基酸測(cè)年在地質(zhì)、考古和疾病等方面的作用越來(lái)越大，而氨基酸測(cè)年也變得越來(lái)越重要。關(guān)鍵字：氨基酸、氨基酸外消旋作用、氨基酸測(cè)年、氨基酸外消旋年齡、氨基酸年齡、測(cè)年應(yīng)用、氨基酸測(cè)年法內(nèi)容一、 簡(jiǎn)介氨基酸測(cè)年法是本世紀(jì)七十年代隨著高精度儀器的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的一種新的測(cè)年技術(shù)。它具有樣品用量少（1~10克）、測(cè)年范圍寬（幾千年?幾百萬(wàn)年）等特點(diǎn)。對(duì)這方面的研究，目前外國(guó)尤其是美國(guó)處于領(lǐng)先地位，而我國(guó)則剛起步。近年來(lái)，我們?cè)陂_展地質(zhì)體氨基酸方面的研究有一定的進(jìn)展，對(duì)我國(guó)一些具有代表性的化石地點(diǎn)中的哺乳動(dòng)物化石（如牙化石、骨化石等），進(jìn)行了氨基酸的組成、含量以及外消旋程度的測(cè)定，并根據(jù)化石埋藏環(huán)境的古地理資料確定其古溫度值，進(jìn)行地質(zhì)年齡的計(jì)算。二、 氨基酸測(cè)年法常用的氨基酸測(cè)年法為氨基酸外消旋法測(cè)年（aminoacidracemization，AAR）：由于在生物氨基酸中含有不對(duì)稱碳原子，因而在結(jié)構(gòu)上分出有L型和D型，稱為光學(xué)異構(gòu)體或稱旋光異構(gòu)體，分別具有左、右旋光性（即該物質(zhì)具有使所通過光線的偏振面發(fā)生向左或向右偏轉(zhuǎn)的性能一一光學(xué)活性）。生物產(chǎn)出的氨基酸皆具有L型結(jié)構(gòu)，且隨時(shí)間推移逐漸向D型轉(zhuǎn)化，直至達(dá)到平衡，形成等量的D型和L型氨基酸混合物為止，從而失去旋光性（此時(shí)左、右旋光性相互抵消）一一即外消旋作用。外消旋作用為一級(jí)反應(yīng)且服從質(zhì)量作用定律，其轉(zhuǎn)化率為時(shí)間的函數(shù)，轉(zhuǎn)化速度則是溫度的函數(shù)。因此，可利用氨基酸的外消旋程度測(cè)定其所經(jīng)歷的時(shí)間和樣品形成溫度，此即為氨基酸外消旋法測(cè)年。當(dāng)t=0時(shí)，[D]/[L]=0，當(dāng)t-8時(shí)，[d]/[L]=1，達(dá)到平衡狀態(tài)（[D]、[L]分別為D型、L型氨基酸濃度），一般把達(dá)到[D]/[L]=0.33所需的時(shí)間稱為“半外消旋期”，在0°C條件下各種氨基酸的半外消旋期T1/2排列順序：天門冬氨酸VT1/2丙氨酸?谷氨酸V4X10A5a異亮氨酸W1X10Fa纈氨酸5X10Fa?，F(xiàn)用于測(cè)年的主要為天門冬氨酸和異亮氨酸。測(cè)試樣品為骨化石、介殼、牙齒化石和有孔蟲化石、鈣質(zhì)沉積物及泥炭等，測(cè)年范圍100年至200萬(wàn)年。此方法是第四紀(jì)年代學(xué)研究的有效測(cè)年手段，優(yōu)點(diǎn)是樣品用量少、可與14C法和U系不平衡法相互驗(yàn)證，用氨基酸分析儀測(cè)定氨基酸比值。氨基酸外消旋作用遵循近似可逆一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，外消旋程度與溫度和時(shí)間成函數(shù)關(guān)系。因而，當(dāng)測(cè)定出化石中氨基酸的外消旋程度（即氮基酸D/L比值），以及確定了化石埋藏環(huán)境的平均溫度之后，根據(jù)相應(yīng)的公式便可計(jì)算出化石的地質(zhì)年齡。年齡計(jì)算：Bada（1972）推導(dǎo)的氨基酸外消旋反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式為：LnL+（D/L）]1-k’（D/L）其中k’為平衡常數(shù)的倒數(shù),D/L為氨基酸外消旋程度。積分常數(shù)可通過動(dòng)物活體的牙或骨，經(jīng)水解、脫鹽等與化石同樣的處理方法得，。D/L值，然后進(jìn)行計(jì)算。k'為夕卜消旋反應(yīng)速度常數(shù)，在計(jì)算中經(jīng)常采用的有“高溫法”和‘校正k值法”進(jìn)行計(jì)算(劉德明等,1987;周義華,1989;王將克等,1989)。三、 氨基酸測(cè)年法的應(yīng)用主要是在考古和地質(zhì)上的應(yīng)用云南省元謀盆地是我國(guó)西南地區(qū)著名的第四紀(jì)沉積發(fā)育地點(diǎn)。盆地中的元謀組舊稱馬街馬化石層，以產(chǎn)云南馬化石著稱。大部分地質(zhì)工作者認(rèn)為元謀組的時(shí)代屬早更新世但也有人認(rèn)為屬中更新世。自從在元謀組上部發(fā)現(xiàn)“元謀人”牙齒化石后，更引起有關(guān)方面人士的注意(錢方等，1984)。對(duì)“元謀人”的時(shí)代，過去根據(jù)地層及伴生的哺乳動(dòng)物群化石定為早更新世。周國(guó)興、胡承志(1987)對(duì)“元謀人”牙齒研究后，也認(rèn)為“元謀人”應(yīng)屬于比“蘭田人”和“北京人”更早的直立人，其生存時(shí)代為早更新世晚期。李普等(1976)和程國(guó)良等(1977)先后用古地磁方法對(duì)元謀組進(jìn)行了磁性地層的研究，提出“元謀人”化石層位大致在古地磁極性期的松山反向期中的奧都維事件和吉爾薩事件之間所以分別推測(cè)元謀人的年代為距今170士10萬(wàn)年或距今161—1“萬(wàn)年。但對(duì)“元謀人”的時(shí)代在磁極性斯中的位置尚有不同的解釋，認(rèn)為“元謀人”的年代為距今50—60萬(wàn)年(劉東生等，1983)。嗣后，錢方(1985)和梁其中等(1988)分別又對(duì)含“元謀人”的地層進(jìn)行了磁性地層的再研究，得出的結(jié)果和前人較大結(jié)果的意見基本一致，元謀人的年代為距今170萬(wàn)年左右。由于在元謀盆地沒有發(fā)現(xiàn)火山灰，因而限制了采用K一Ar法來(lái)直接測(cè)定“元謀人”的年代。在含“元謀人”化石層位及其上、下層中，均埋藏有豐富的哺乳動(dòng)物化石。還有在廣西一些第四紀(jì)洞穴堆積物中的哺乳動(dòng)物(牙、骨等)化石及貝殼化石進(jìn)行了測(cè)年研究，并初步測(cè)得柳州巨猿洞和筆架山洞的牛牙和犀牛牙化石的年齡。由于巨猿洞和筆架山洞樣品的時(shí)代分別為早更新世和中更新世，因此，研究者們我們采用外消旋速度較慢的異亮氨酸差向異構(gòu)化程度來(lái)計(jì)算年齡。此外還有安徽和縣猿人遺址牙化石的氨基酸生物地球化學(xué)_王將克，泥河灣層的氨基酸年齡測(cè)定—吳佩珠等。由此我們可以通過氨基酸測(cè)齡的方法知道化石或生物所處的年代以及當(dāng)時(shí)有關(guān)的地質(zhì)問題。通過它我們可以更為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)當(dāng)時(shí)的環(huán)境和物種或生態(tài)情況等。氨基酸測(cè)年法在進(jìn)行地質(zhì)年齡的計(jì)算時(shí),要有化石埋藏環(huán)境的古溫度這一參數(shù)。而氨基酸外消旋反應(yīng)對(duì)溫度是很靈敏的，溫度變化士1°C,年齡誤差20~25%(Bender,1974),所以要獲得可靠的年齡數(shù)據(jù)，就必須準(zhǔn)確地估算化石埋藏環(huán)境的古溫度。研究表明,洞穴是個(gè)封閉系統(tǒng)，其溫度比較恒定。因此，洞穴是氨基酸測(cè)年法極為理想的取樣環(huán)境，氨基酸測(cè)年法對(duì)于測(cè)定洞穴堆積物中化石的地質(zhì)年齡尤其適應(yīng)。我國(guó)南方地區(qū)第四紀(jì)洞穴堆積甚為發(fā)育，分布極其廣泛，并含有豐富的動(dòng)物化石。但是，其地層年代一直懸而未決，氨基酸測(cè)年法將為開展這一課題的研究開辟新的途徑。此外，氨基酸測(cè)年法可能會(huì)在醫(yī)學(xué)，生物學(xué)，海洋性，化學(xué)等方面有廣闊的應(yīng)用前景，值得期待。四、 未來(lái)展望雖然氨基酸測(cè)年現(xiàn)在應(yīng)用不是那么的廣泛，但是從上面我們可以看出其廣闊的應(yīng)用前景。在將來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步氨基酸測(cè)年法將能更準(zhǔn)確的測(cè)出氨基酸的年齡，我們將能發(fā)現(xiàn)更多的歷史寶藏。氨基酸測(cè)年也將為人類帶來(lái)更廣闊的的世界，帶來(lái)更多的財(cái)富和方便！參考文獻(xiàn)1、 Bada,J.L.1972,Thedatingoffossilbonesusingtheracemizationofisoleucine《EarthPLant.Sci.lett.》55(2)2、 Bender,M.L.1974,Reliabilityofaminoacidracemizationdatingandpalaeotemperatureanalysisonbones《Nature》，2523、 Wehmiller,J.F.,1986.DatingYoungSedimessCCOPTechnicalPublication,Thailand.139一158。4、 王將克、陳水挾、羅紅紅、鐘月明，1989。廣西一些第四紀(jì)洞穴堆積中化石的氮基酸地質(zhì)年齡。人類學(xué)學(xué)報(bào),8:17