远古人类的食谱

人类历史上大多数时候，我们的祖先与环境之间的原子交换其实都非常接近于“鲑鱼森林”，而且这可以在人体中通过同位素标记进行追踪，就像莱莫什的研究所观察到的一样。

考古学家会通过对骨骼中最丰富的胶原蛋白进行氮15同位素分析，从而构建出远古人类的食谱。在一项类似的研究中，厄尔·纳尔逊（Erle Nelson）和他的团队在格陵兰岛南部发掘出了早期挪威定居者的骨骼，并分析了他们15世纪在此处定居失败的原因。不少专家提出，原因是由于环境变冷，也就是所谓的“小冰期”，气候变得过于恶劣。其他专家则认为，他们可能固执地拒绝接受当地因纽特人的生活习惯，不愿以打猎捕鱼为生，最终土地退化与粮食歉收导致了他们的死亡。2012年，纳尔逊团队研究了格陵兰岛埋骨之地的原子组分，以检验这些富有争议的猜测。

他们的同位素分析证明，格陵兰岛上的挪威人，食谱中有很多鱼和海豹肉，这使得“气候致死说”与“粮食歉收说”都显得有些站不住脚。与太平洋西北地区的熊一样，以海洋生物为食的人群相比那些以粮食或家畜为食的人群，体内的氮15含量会更丰富一些。在格陵兰岛开展的研究表明，如果这些定居者是以面包为食，骨骼中的氮15含量肯定不会像测量值那么高。

所有的骨骼都是如此，只有一个例外。根据当地记载，此人出生在斯堪的纳维亚，加入移民大军后不久就死去了。结果，他的骨骼中仍然携带着大量农业性的氮原子，这是由他早些年在挪威吃的食物留下的。他体内较低的氮15含量也证实，在他死的时候，身体中的氮原子还没有完全被当地食物的原子所置换。

作者认为，这些早期定居者体内的氮同位素表明，格陵兰岛移民的消亡不太像是突发事件，而是一段缓慢的疏散过程。在哥本哈根大学的一篇新闻报道中，人类学家尼尔斯·林纳洛普（Niels Lynnerup）对此解释道：“没有证据表明挪威人的消失是自然灾害的结果。如果要说是什么原因，那可能就是他们对于在世界尽头啃食海豹的生活已经厌倦了。”出于对斯堪的纳维亚更发达的文化及社会环境的渴望，很多年轻人会先被吸引并前往，剩下的村民们最终也放弃坚守，离开此地。

捕食者消化另一个生物体中蛋白质的过程，体内会倾向于留下更多较重的氮15原子，这也使得捕食者体中的氮15含量通常会比猎物更高，而这一原理也适用于我们人类。1997年发表在《有机地球化学》的一篇论文提到，通过哺乳期的母亲与她们婴儿间的营养物质关系，可以揭开这种神奇的原子纽带。

当你还只是胎儿时，你所有的原子都来自你母亲的身体。你还不会自己吃喝或呼吸，只能通过脐带从胎盘获取或排出流体。说到底，当时你还只是你母亲身体的一部分。即便你在出生之后已经能够自行呼吸了，你还需要从母亲的乳汁那里获取其他的原子，除非你是喝配方奶粉长大的。

不过尽管你最初的原子都来自你的母亲，但你自己的身体中，氮15还是得到了轻微富集，这与熊的蛋白质相对于它们食用的鲑鱼氮15含量更高的原理相同。换句话说，你不仅仅是你母亲身体的一部分，你也在由她滋养。如果你乐意，你可以用捕食、寄生甚至同类相食这样的字眼来描述这个关系，因为不管怎么表述，对于你的氮原子同位素都是一样的，同时它们也在记录着你的所作所为，并将其写入蛋白质的分子档案中。

当研究者轻轻剪下哺乳期新生儿的指甲，并与其母亲的指甲进行对比时，他们搜寻到了母亲做出莫大牺牲的同位素证据。被捕获的鲑鱼并不情愿用它的氮15去喂食饥饿的黑熊，但哺乳期的母亲却是在无私地向她们的孩子提供自己的原子。遵循着古老的食物链原则，研究发现婴儿体内的蛋白质，其中氮15的含量会略微高于他们的母亲，直到他们断奶之后，同位素分布逐渐与今后将养育他们的更广阔外界环境趋于一致。最早显示独立的同位素证据出现在两到三个月后的指甲中，这也是新生儿的指甲从角质层生长到指尖所需要的时间。类似的同位素研究还发现，母亲的妊娠期可以在头发丝中体现，因为这时她的身体正在不断地向她的孩子输送氮原子。

母亲与孩子之间的紧密联系，从很多方面也反映了我们与地球之间的原子关联。即便已经不再依靠胎儿期的脐带连接，我们也仍旧生活在这个由回收原子构成的“地球胎盘”中。不过如今，加入到这些原子连接网中的，不仅有生物，还有各种机器。

就在写作本书期间，地球上具备生物价值的含氮化合物，有一半都是由我们的机动车、农场和工业所生产。《科学》杂志2010年发表的一项研究显示，如今仅仅是哈伯—博施工艺这一项，就足以匹敌海洋与陆地上所有微生物的固氮总量。我们生活的这个世界已远非我们的祖先所能理解，甚至，我们大多数人都不再依赖农场了。

在电影《绿野仙踪》中的黑白世界里，农场产出什么，人们就只能吃什么，他们体内的氮原子都来自他们养殖的家畜或种植的粮食，以及偶尔发生的闪电。从土壤细菌到植物再到农民，然后再回到土壤中，氮原子一次又一次地回到同一片土壤中，马匹在此处犁过，将猪粪和其他废弃物翻腾到四处。即便没有龙卷风袭来，那段困苦时期也实在算不上什么完美的田园生活，不过我们能够从中学到一些更深刻的道理。他们都曾经是元素循环中的一部分，不过在如今的堪萨斯州，这种循环已经很大程度地被破坏了，就跟世界上其他地方一样。

如果你也和大多数美国人一样，那么你的全部食物也是几乎都来自超级市场，由工业化的农场供应。由此可以推断，你身体中的大多数氮原子，都是在某个离你居住地很遥远的地方由人工方法所固定。用于固定氮的主要能源是大量不可再生的化石燃料，将这些食物运输到你家周边商铺直至餐桌的能源也是它们。这些代价高昂的含氮化合物在排放后，并不会被农作物所吸收；其他的氮元素，通过牲畜的排泄物，进入污水池或是废水处理厂，反硝化细菌在那里将它们分解成惰性的氮气重新回归到空气中。这些过程让以人类为中心的全球氮元素循环出现了巨大缺口，而这个缺口只能通过能耗更经济的固氮技术和运输技术填平。

或许有人会辩解说，事情本来就该如此，因为这是保证庞大人口生存并远离饥饿威胁的唯一办法。不过长期来看，寻找更有效的一些方式闭合我们的氮元素循环不仅可行，而且也是有利的。将动物粪便还田，用固氮植物给土地增肥，更仔细地调整化肥施用的时机和用量，这些都是如今在此循环中相对简单的推荐方案。

几十万年以来，我们的祖先吸收并利用这些同样的原子，然后又将它们排放到同样的一座“原子蓄水池”中，相信这个世界会满足他们所需，并稀释或分解他们产生的垃圾。作为目前地球上最主要的活性氮源，哈伯—博施合成氨工艺推动着我们跨入了21世纪，同时随着我们从大气中获取营养物质的能力不断提升，我们给全球氮循环带来的影响也在与日俱增。

生态学家大卫·辛德勒（David Schindler）在代表华盛顿大学接受采访时，对我们的处境做了简单描述：“对于氮而言，这个世界远比我们想象中要小。”当我们丢弃氮原子的时候，它们会依旧留在这个星球上，和我们在一起。如今，它们的规模与我们的其他垃圾一起不断增长。除了给粮食作物提供养分以外，我们排放的含氮垃圾也给我们带来了意外的后果，比如水藻暴发、酸雨酸雪和城区的有毒雾霾。它们甚至对气候变化也有贡献，因为过量施肥的田地、草坪、高尔夫球场以及化石燃料燃烧所产生的氧化二氮（N2O）是一种温室气体。生态学家亚历克斯·沃尔夫（Alex Wolfe）在接受一次线上采访时指出：“全球气候变化的争论主要都集中在对碳排放的讨论……（但）全球氮循环中由人为造成的困扰已经远远超出了碳的影响。”

作为一种迅速成熟而富有感知力的物种，如何权衡我们对固定氮的需求以及这种需求对水与空气质量的影响，还有我们的进化——是会互相促进还是互相残杀，这些都将是人类前进之路上上演的伟大故事。而且不管故事在未来如何发展，弗里茨·哈伯这项颇具两面性的遗产都将继续在其中扮演重要角色，毫无疑问。