isotoper

Forekomsten af visse radioaktive isotoper eller bestemte forhold mellem stabile isotoper er karakteristiske for kosmisk materiale. Man taler om kosmogent dannede isotoper, fx ¹⁰Be, ¹⁴C, ²⁶Al, ³⁶Cl og ⁶⁰Fe, der alle er radioaktive og har en så kort halveringstid (<10⁷ år), at de ikke kan have været til stede på Jorden siden dens dannelse for 4,5 mia. år siden, men nødvendigvis må være dannet i rummet inden for de sidste par millioner år og derefter er faldet ned på jordoverfladen. Visse stabile isotoper forekommer i meteoritter i et andet forhold end her på Jorden. Det gælder fx den stabile ædelgasisotop ¹²⁹Xe, der stammer fra henfald af ¹²⁹I. Materiale med ekstra ¹²⁹Xe i forhold til andre Xe-isotoper må være ekstraterrestrisk og er sandsynligvis dannet tidligt i Solsystemets historie. I sjældne mikrodiamanter i kulchondritter findes isotopforhold, der tyder på, at diamanterne er dannet i atmosfæren på en fremmed stjerne, før Solsystemet blev til.

Molekyler, som indeholder atomer med flere forskellige isotoper, især radioaktive isotoper, har fundet stor anvendelse til at klarlægge biokemiske og molekylærbiologiske processer og følge stoffers omsætning i levende celler eller i hele organismen. Det har især drejet sig om brugen af de ikke-radioaktive tunge isotoper deuterium (²H), tungt kvælstof (¹⁵N) og tung ilt (¹⁸O) samt de radioaktive isotoper tritium (³H), kulstof (¹⁴C), fosfor (³²P og ³³P) og svovl (³⁵S), der alle udsender betapartikler af varierende energi, samt om isotoper af jod (fx ¹²⁵I og ¹³¹I), der udsender gammastråling.

Ved at tilsætte radioaktivt kuldioxid (¹⁴CO₂) til kulturer af belyste cyanobakterier blev det fra omkring 1945 muligt at følge trin i fotosyntesen, og primærproduktionsmåling vha. kulstof-14 er meget anvendt. Levende celler kan optage radioaktivt fosfat (³²PO₄^3-) og indbygger det først i nukleotider og derpå i DNA og RNA. Ved at tilføre levende celler aminosyrer mærket med ¹⁴C eller de to svovlholdige aminosyrer cystein og methionin mærket med ³⁵S er biosyntesen af proteiner blevet undersøgt. Inden for immunologien er antistoffer med påkoblet radioaktivt jod af stor praktisk betydning, fx ved analyse af infektioner. Inden for molekylærbiologien anvendes industrielt fremstillede nukleotider mærket med ³²P og ³³P til DNA-sekventering og til fremstilling af specifikke markørmolekyler for en række forskellige gener.

I nogle forsøg benyttes en puls-mærkning, hvor de radioaktive molekyler kun tilsættes i kort tid til cellerne eller organismen, hvorefter det radioaktive stof bortfortyndes ved tilsætning af store mængder af det ikke-radioaktive molekyle. Denne fremgangsmåde, kaldet pulse-chase, gør det muligt tidsmæssigt at følge de enkelte trin i omdannelsen af det tilsatte molekyle gennem organismens biokemiske processer.

Mængden af det radioaktive stof måles nemt og med stor præcision vha. en scintillationstæller, hvorimod mængden af de ikke-radioaktive tunge isotoper mere vanskeligt må bestemmes ved massespektrometri. Hvis det er ønskeligt at lokalisere det radioaktive stof i en celle, anvendes autoradiografi, hvor den udsendte stråling eksponerer en følsom overflade, fx en røntgenfilm. Ved at anvende en isotop, som udsender en lavenergetisk betapartikel (fx ³H), og som derfor har en meget begrænset rækkevidde, kan der opnås en positionsbestemmelse af objekter med en størrelse af ca. 1 μm svarende til mange af en celles organeller.