Izotopi su varijante atoma istog elementa s različitim brojevima neutrona u jezgru. Više o izotopima pročitajte i pogledajte u animaciji na linku ovdje. Ugljik postoji u dva stabilna izotopska oblika: „laki” ugljik-12, koji čini veliku većinu ugljika, i ugljik-13, koji ima dodatni neutron. Postoji i radioizotop C-14, ali taj baš i nije dobar za živa biće te još nekoliko rijetkih izotopa, koji su uglavnom sintetski, ne nalaze se u prirodi. C-12 i C-13 su stabilni izotopi ugljika. C-12, C-13 i C-14 su prirodni izotopi. Neobični C-11 i svi izotopi s brojem neutrona većim nego kod C-14 su sintetski.
No zbog čega u živim bićima ima više C-12 nego C-13?
Prema eksperimentalnim rezultatima, relativne količine prirodnih izotopa su konstantne na Zemlji. Omjer izotopa naziva se izotopsko obilje. Omjer zastupljenosti C-13 je oko 1% od C-12.
Bilo bi jednostavno reći da je izotop sa 6 neutrona više prisutan, pa je živim bićima dostupniji, dok je onaj sa 7 neutrona rjeđi. I to je zaista dio odgovora zašto u živim bićima ima više ovog izotopa sa 6 neutrona. I jedan i drugi se mogu ugrađivati u biološke molekule, ali postoje neke stvari koje smetaju živim bićima vezano za izotop C-13 odnosno onaj sa 6 protona i 7 neutrona.
Zbog ovog dodatnog neutrona, ugljik-13 teži stvaranju molekula s nešto čvršćim vezama. Većina organskih molekula stvorenih životom obogaćena je ugljikom-12. Metan iz rižinih polja, na primjer, obogaćen je laganim ugljikom, u poređenju s nebiološkim metanom iz hidrotermalnih otvora na morskom dnu. Živa bića preferiraju C-12.
Jednostavno, u metabolizmu živih bića važna stvar je da molekularne veze budu reverzibilne i da se atomi lako mogu spajati i otpuštati te ulaziti kroz hemijske reakcije u sastav drugih molekula. Molekule sa C-12 su kao Lego, a molekule s C-13 kao Lego kojeg smo sastavili univerzalnim ljepilom. I, ako od starih kockica želimo napraviti nešto novo, presložiti ih – to nećemo moći baš tako lako. Odnosno, moći ćemo, ali će nam trebati mnogo više energije aktivacije za to, a i katalizatori će biti manje efikasni i moraćemo ih trošiti više.
Atomi C-12 lakše stupaju u reakcije i lakše je prekinuti hemijske veze ako imamo izotope manje mase nego na izotope veće mase bilo kojeg elementa.
C-13 se sporije ugrađuje u fotosintezi, ali i ugljični dioksid s ovim izotopom sporije difundira – prosto jer mu je atom ugljika teži.
