Изотопный состав человека

Для каждого из перечисленных механизмов усвоения углерода характерна своя величина d. Так, d 13С для механизма С3 лежит в интервале от –21 до –31, для механизма С4 от –9 до –15, для САМ от –11 до –28 ‰. Различие в изотопных эффектах углерода у растений С3 и С4 позволяет однозначно идентифицировать не только сами растения и их плоды, но и продукты их переработки.

Проиллюстрировать возможности контроля изотопного состава удобно на примере меда. Пчелы собирают пыльцу и нектар как правило с растений С3. Поэтому натуральный мед характеризуется величиной d 13С порядка -25 ‰. Если же мед разбавлен сиропом (кукурузным или из сахарного тростника, для которых d 13С составляет –10 ‰), то изотопный состав углерода в смеси будет промежуточным между –25 ‰ и –10 ‰. Если провести довольно несложную процедуру разделения меда на две составляющие - белковую и углеводную и проанализировать изотопный состав углерода в каждой из них, то станет сразу же ясно натуральный ли этот мед или фальсификат. В натуральном меде обе составляющие произошли одновременно и из одного источника и изотопное распределение углерода в них должно быть одинаковое. Если оно отличается, то мед фальсифицирован сахаром или сиропом.

По изотопному составу углерода удается устанавливать факты фальсификации не только меда, но и концентратов фруктовых соков, если в них добавлен дешевый сироп, что особенно важно для нашей страны, импортирующей полуфабрикаты прохладительных напитков. Другой пример использования изотопного состава углерода в целях установления истины – это выявление типа этилового спирта, используемого для изготовления водки. Известно, что синтетический спирт запрещен для приготовления алкогольных напитков: сырьем в этом случае может выступать только “пищевой” этиловый спирт, получаемый брожением глюкозы растительного происхождения и имеющим тот же изотопный состав углерода, что и сырье.

Синтетический спирт получают гидратированием этилена, содержащегося в крекинговых газах, изотопный состав углерода в котором резко отличается от растительного. Безусловно, химический состав примесей пищевого и синтетического спиртов различен и его легко можно зафиксировать с помощью, например, газового хроматографа. Однако, добавка ведра самогона в железнодорожную цистерну чистого синтетического спирта приводит к тому, что хроматограф окажется бессильным. В то же время измерение изотопного состава углерода даст однозначный ответ на вопрос, какой из спиртов пищевой, а какой синтетический.

Не спиртом единым жив человек! Все продукты питания несут на себе изотопную метку. А поскольку человек есть то, что он ест (и пьет), то и он несет эту метку. Изотопный состав углерода у американца (d 13С заключена в интервале от -19 ‰ до –13 ‰) заметно отличается от того, что у европейца (d 13С лежит между -28 ‰ и –21 ‰). Объяснить это не трудно. В диете европейца преобладают растения типа С3, растения этого же типа идут и на корм скоту. А в США значительно большую долю рациона и людей, и домашних животных составляет кукуруза и сахарный тростник, относящиеся к растениям С4. Экспериментально проверить это решил Тур Стерлинг из университета штата Юта. В 1996 году он отправился в геофизическую экспедицию в Монголию на четыре месяца. Каждое утро он собирал там остатки своих волос после бритья и упаковывал их в отдельные маркированные пакетики. Вернувшись в США, он продолжал это делать еще два месяца. А затем Крэг Кук, биолог из того же университета, провел изотопный анализ углерода волос. Оказалось, что во время пребывания в Монголии он изменился с –16 ‰ до –23 ‰, а через три недели после возвращения из экспедиции состав снова стал нормальным для американца. Интересно, что Стерлинг в середине своей командировки вернулся из монгольской “глубинки” в Улан-Батор и жил там в течение двух недель в посольстве США, питаясь американскими продуктами. Этот эпизод с соответствующим сдвигом нашел свое отражение на графике зависимости изотопного состава углерода от времени. Все это однозначно свидетельствует о связи изотопного состава с диетой.

Изотопная метка человека помогает органам, контролирующим наличие у спортсмена следов применения допинговых препаратов. Известно, что проблема их употребления решается химико-аналитическими методами. Но если принимаемый препарат совпадает с эндогенным, т.е. вырабатываемым организмом человека, то стандартная аналитика бессильна. Именно такая ситуация имеет место в случае тестостерона – одного из основных допингов. Однако, у синтетического тестостерона изотопный состав углерода существенно отличается от d 13С американца и, тем более, европейца. Поэтому измеренная величина d 13С дает однозначный ответ о происхождении тестостерона.

Вообще, проблема источника происхождения стоит очень остро будь то разлитая в океане нефть, или вино в бутылке с наклейкой “Бордо”, или ванилин, по документам привезенный с Коморских островов. Такие задачи можно перечислять достаточно долго. В США и Европейском Союзе они решаются с помощью изотопной масс-спектрометрии: измеряется изотопный состав углерода, водорода, кислорода и азота исследуемого образца и сопоставляется с соответствующими величинами из банка данных. Это можно проиллюстрировать примером, показав фрагмент банка данных по изотопному составу кислорода в винах, производимых в странах Европейского Союза и в ряде приграничных к нему государств (в основном, стран среднеземноморского региона).