新兴的铝铍测年法给出了新的“北京人”的年龄——77万岁。20万年的时间变化对“北京人”来说意味着什么？这种测年法有什么高明之处？我们可以用哪些方法来了解古生物的年龄？
2009年4月，“北京人”的玉照登上了著名科学杂志《自然》的封面，这是因为我国科学家通过新的年代测定方法——铝铍埋藏测年法，将北京人的生活时间段又向前推移了20万年。在随后几天时间里，“‘北京人’又‘老’了20万岁”的报道出现在各大媒体的首要位置。半个月之后，出现了质疑新的测定方法及其结果的声音。“北京人”的年龄问题为什么吸引这么多人的目光呢？
“北京人”生活在冰天雪地之中？
按现今教科书的描述，“北京人”都是生活在40万～50万年前的一群古人类。这项最新的研究将他们的生活年代又前推了20万年，这段看似漫长的时间不过是地质历史上短暂的一瞬。既然“短暂”，又为何能引发学术界的激烈争论呢？
如果“北京人”生活在距今40万～50万年前，就很容易让人理解，因为这段时间正好是第四纪冰期中的温暖时间，也就是处在大冰期中的“间冰期”。这段时间绝对是“北京人”的幸福时光—华北平原温暖湿润，茂密的森林里活跃着“肥美”的肿骨鹿，枝头挂着五光十色的野果，地下还埋藏着营养丰富的块茎，生活“悠闲”而“富足”。
如果把时间向前推移20万年，所有的舒适和惬意都会荡然无存。70万年前的华北地区正经历着冰期低温干燥的侵袭。原始人类要想在这样低温的环境下生存，就必须掌握对抗寒冷的技术。据报道，现代人的“表亲”尼安德特人很可能是因为无法抵抗3万年前的那次冰期的刺骨寒冷而从地球上消失的。
在寒冷的夜晚，除了将兽皮披在身上，生火取暖无疑是一个更有效的方法。在之前对周口店猿人文化遗址的发掘过程中，找到了大量木炭、灰烬和烧烤过的土块、石块、骨头等物品，这些都说明“北京人”会使用火。如果他们真的生活在寒风暴雪之中，那很可能已经学会保存火种，这就可能将人类用火的历史大大推前。也难怪，《自然》杂志封面上有了“PEKING MAN WAS COOL”（北京人真酷）这个大标题，这个标题一方面说明“北京人”可能生活在冰天雪地之中，另一方面也暗含了“北京人”生命力顽强的意思。
这种观点无疑是对目前国际学术界占主流的“人类非洲起源说”的一大冲击。目前主流观点认为，现代人的祖先是在距今8万～15万年前从非洲迁徙到世界各地的，而在此前分布于北半球各地的古人类可能由于冰期的严酷环境，在这些“非洲人”到来之前灭绝了。《北京人真酷》的作者之一、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的高星研究员表示：“如果‘北京人’的生存时期推到77万年前，那么就证明他们能够在寒冷的冰期生存下来。”这样，“北京人”就可能抗过冰期寒冷的日子，延续下来，并为现代人注入他们的遗传因素。
这样，问题的焦点又集中到了“北京人”具体的生活时间上。要想得到这个问题的准确答案，就必须找到一个精准的计时器，并且这样的计时器要在人类诞生之前很多年被按下了计时按钮，因为没有一个现代人能做到这一点。这样的时钟究竟藏在哪里？科学家又是如何得到新的“北京人”生活时间？
让沙子告诉你时间
在《自然》杂志关于“北京人”的这篇文章以及之后的相关报道中，都提到一种新使用的检测年代的方法——铝铍埋藏测年法，这个概念让很多人摸不着头脑。实际上，用通俗的说法就是，让沙子说出它们所处地层的年龄。沙子主要成分是石英（二氧化硅），当它们裸露于地表的时候，其中的硅和氧在宇宙射线的轰击下分别产生铝(26Al）和铍（10B）的同位素。这两种同位素转变的速度是恒定的，并且会稳定在一个比率上（铝铍之比为6.8∶1），同时不会受纬度、海拔等因素的影响。不过，这两种东西还会衰变成镁26和硼10。并且它们的半衰期有着不小的差异，铝26的半衰期是717万年，而铍10的半衰期是1510万年。当携带有这两种同位素的石英被埋藏之后，铝26和铍10的比值就会发生变化了，比如，150万年后比值是3.4∶1。通过检测沙子中的铝铍比值，通过计算，就可以得出那粒沙子被埋藏的时间，从而确定其所在地层的年龄。
铝铍埋藏测年法的原理很简单，但实际操作却存在着不少难点。首先，要从地层中找到合适的石英样品，这本身就是项很艰巨的任务。从石器或者泥巴里拣出沙粒很难，况且还要求这些沙子曾经暴露在宇宙射线之下，积累了足够铝铍同位素，更是难上加难。据《北京人真酷》一文的第一作者沈冠军介绍，在得到样品之后，首先将它们在盐酸里“洗个澡”，只留下石英含量较高的粗沙。接下来，把得到的粗沙用氢氟酸去煮，然后再用磁性设备筛选，得到纯净的没有磁性的石英颗粒；最后一步也最繁琐，由于大部分石英砂中所含的铝同位素是铝27而非铝26，因此，需要先把那些含有铝27的颗粒都分拣出去。沈冠军教授的小组发现，石英中铝26的丰度与其透明度有直接联系，通过人工筛选的方法，最终获得铝26含量较高的石英。将样品制备出来之后，分析方法则相对简单—利用质谱仪就可以检测出铝27和铍10的含量，并最终确定样品所在地层的年龄。
作为一个新开发出来的“计时器”，铝铍测年法具有自身的独特本领。尽管测试样品的制备有些繁琐，甚至困难，但是石英的分布比较广泛，因而比较容易得到样品。同时，其测定的年限也较常用的铀系元素法和碳14法要长，通常可以达到150年左右，而另外两种方法则分别为60万年和5万年。但是，这种方法的弊端也是显而易见的。光是采得准确的样品就是个问题，对《北京人真酷》一文存在疑虑的中科院古脊椎动物与古人类研究所吴新智院士对本刊记者说，“这篇论文的作者将他们得到的第6堆积层的平均值为278万年前的数据，和第3堆积层那块石器得出的平均值为166万年前的数据，在讨论时这些数据均被排除，就是肯定那些样品在进洞以前曾经长期与宇宙射线隔离。”也就是说，所取样品的准确埋藏时间还是一个问题。此外，由于各种因素的影响，这种方法存在较大的误差，吴新智院士说：“第12层的样品测出的平均年龄是62万年，标准差却达到74万年；第13层的样品的测量结果更离奇，平均值是31万年，而标准差是74万年。其他被作者采信的数据误差也很大，作者给出的平均年代是77万年，被他们采信的各个样品测出的标准差在17万到29万年之间。”不过，这种方法毕竟还“年轻”，通过改进方法和提供检测仪器灵敏度，也许会报出更准确的时间。
除了铝铍埋藏测年法，沙子还可以通过另一种语言告诉你时间，那就是热释光法。石英受到地层中的铀、钍等放射性物质的辐射，产生自由电子。这些电子可以被石英的晶格“捕获”，从而保存下来。当这些储存了自由电子的石英被加热（阳光或者人为）时，那些被晶格“囚禁”的自由电子就会摆脱束缚，并且以发光（辉光）形式释放能量。值得注意的是，这些自由电子的数量和它们释放出辉光的能量跟石英所受的辐射量成正比。也就是说，石英在地层里埋藏得越久，发光的强度就越高。当然，它们记录的时间也是最后一次晒太阳的时间，热释光法常用于约100万年以内的黄土、沙丘沙、海滨沙、冲积沙、考古材料和晚更新世以来活动断层等的年龄研究。
尽管沙子可以告诉我们很长很长的时间，但是要论精确性就会大打折扣，特别是对于尺度较小的时间，时间误差甚至比实际时间还要长。这就需要一个精确一点的“时钟”，而放射性元素正好为我们提供了这样的工具。
核“沙漏”
要想知道一个生物准确的生存年代，最好的办法就是在它自己身上找到记录年代的计时器，生物体内（特别是植物）所含碳14就是其中之一。在生物体内，构成氨基酸、核酸等生命化合物骨架的主要是碳12，大气中的二氧化碳也是如此。在宇宙射线的作用下，大气中的氮会产生另一种放射性同位素碳14，并且，在大气中碳14的含量基本上是恒定不变的。当植物进行光合作用时，是不会区分那些含碳12或者碳14的二氧化碳，再加上植物的呼吸作用也不会区分，动物吃植物，同时也要呼吸，所以每个生活在地球上的生命体的碳元素总在与外界进行交换，它们体内碳14的比率跟大气中是一致的。当动植物死亡之后，碳交换中止，它们体内的碳14含量就会因为衰变而慢慢下降，通过比对动植物化石中的碳14和大气中的碳14含量，就可以知道其死亡的年代了。
虽然碳14测得的时间相对准确，但是碳14的半衰期为5730年，也就是说经过5730年后，原来碳14的含量只剩下一半了，再过5730年后就只剩一半的一半。生物体内的碳14就像沙漏里的沙子，总有一天会流光，而这个终止时间被定格在5万年。所以，对于5万年前的时间，“碳14计时器”就无能为力了。
要想测量长的时间，就需要装沙子多一些的沙漏，铀系元素是合适的选择。例如，钍230的半衰期约为7.5万年，而铀234的半衰期为245万年，所以利用铀系元素测年法，可以测定距今60万年内的地层的年代。当然，与铝铍同位素测定的年代相比，铀系元素法仍然像沙子装得较少的沙漏，可以测定的时间依然有限。
还有一种被称为钾氩测年法的“核沙漏”，测定的年代则要长得多，因为钾同位素钾40的半衰期是13亿年，这种方法也被大量应用在古人类研究中。但是只有在火山熔岩和火山灰中才富含这种钾的同位素，因此在火山活动稀少的地域，这种方法显然不适用，“北京人”所在的周口店地区就是这样的地点。
除了检测放射性物质本身，它们发生裂变时留下的痕迹也可以作为度量时间的计时器。因为放射性物质裂变产生的高能碎片（如α粒子）在通过绝缘物质（云母、玻璃等）时，会打出一些小孔洞（损伤径迹）。利用显微镜对样品上的这些孔洞进行计数，就可以知道岩石样品的年龄了。当然，如果样品年龄比较小的话，裂变径迹就比较少，断代工作就会有困难。
磁场“编年书卷”
在GPS全球定位系统高度发达的今天，指南针几乎都被扔进垃圾堆了。但是，在没有卫星信号也没有电池的时候，这个小东西还是个救命的宝贝。在指南针的帮助下，我们可以顺着地磁场标注的路线，找到想去的地方。不过，地磁场可不像悬挂在公路旁或者画在道路上的“路标”那般老实，时不时还会“抖动”一下换个角度，甚至是直接翻个身，南北极掉个个儿。虽说存在导致人们迷失方向的潜在危险，但是这种地磁活动极其缓慢（通常是以百万年为单位），人类能赶上的机会微乎其微。同时，这种磁极方向的变化，会被一些能够被磁化的物质记录下来，保存在不同的地层里面，倒是为人们提供了查阅年代的“编年书卷”。
通常来说，最能准确记录着地球磁极反转的“记录纸”就在大洋中海岭的两侧。大洋底都在以每年数厘米的速度扩张，从而引起大陆板块移动，以及山峰隆起和地震。扩张时，岩浆会从海岭的缝隙中涌出，每次涌出都不会完全覆盖上一次的凝固的熔岩，而是将原有的熔岩向两边推，因而在洋底形成有规则排列的褶皱带。这些涌出的熔岩在冷却过程中，会受地磁场影响，留下微弱的磁场。这样不同时代的涌出的熔岩会记录当时的磁场情况。一旦熔岩凝固磁场方向不再改变，造成不同的褶皱带的磁场方向不一致。
当然，地表的火山熔岩和海底熔岩一样都会记录下地磁场的变化。只不过，由于板块挤压，山脉的走向不会向海底的褶皱带那样稳定，造成大部分信息缺失。除了岩石，在不同时期沉积的黄土也可以记录地磁变化，但是其准确性也不及海底熔岩。
不仅熔岩可以记录时间，尘埃也一样可以记录下磁场变化。由这些颗粒组成的黄土层，能够像岩层一样记录下沉积时磁场的方向。从这个角度看，黄土高原的山峰就像一部记录地磁方向的“万年书”。
如果我们只知道岩石或者黄土层的磁场记录，就像拿到一把只有刻度而没有“零位”，也没有“刻度数值”的时间尺子。这时，还需要利用生物化石或者放射性同位素含量为这把尺子标上“零位”和“刻度值”，这样就可以使用这些标准的沉积层来度量时间了。通过对比发掘的沉积层的地磁记录和标准的黄土沉积层的地磁记录，就可以判断出发掘的沉积层的年代了。
氨基酸也可以是计时器
除了放射性和地磁场变化，生物体本身的材料也可以作为计时器。首先，我们需要介绍一下有机物的旋光性。在有机物中，存在这样的现象：这对有机物长得几乎一模一样（同分异构体），如果把其中一个有机物放在镜子（如果有这么小的镜子的话）前，就会发现它的镜像，与它成对的那个有机物完全一样。别看这点镜像差异如此细微，却会引起巨大的影响。例如，右旋薄荷醇的味道是消毒水味的，而左旋薄荷醇的味道才是我们熟悉的薄荷味。
要区分这些化合物，我们没办法给他们照镜子。当光线通过这些物质的溶液时，光波的振动平面会发生偏转。上述关于薄荷醇的“左旋”和“右旋”的分类，正是根据光波震动平面偏转而定义的。
一般来说，活的生物体内的有机物几乎都是左旋异构体。当生物体死亡之后，体内的氨基酸会缓慢地从左旋变为右旋。通过测定标本中一种氨基酸左旋和右旋异构体的比值，就可以大致判断标本的年龄。不同氨基酸由左旋变右旋的半衰期有所不同，从天门冬氨酸的2万年，到异亮氨酸的十几万年。选择合适的氨基酸，可以得到更精确的年代数据。不过，氨基酸的这种“右旋化”过程会受到温度等因素的影响，在温度急剧变化的地质历史时期中，难免会引入误差。
寸有所长，尺有所短，不同的测年法有利有弊，正如吴新智院士向本刊记者介绍的：“没有哪种测年法最优或者最好，只有根据研究地点的实际（取样）境况，利用适当的方法，我们才能得到比较准确的年代数据”。看来，要想知道“北京人”的准确年龄，还需要一个新的更精确的“计时器”。
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