От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной читать онлайн - Марио Ливио

От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной

Марио Ливио

Золотой фонд науки

Эта книга – блестящее подтверждение вечной истины «не ошибается только тот, кто ничего не делает»! Человеку свойственно ошибаться, а великие умы совершают подлинно великие ошибки. Американский астрофизик Марио Ливио решил исследовать заблуждения самых блистательных ученых в истории человечества и разобраться не только в сути этих ляпсусов, но и в том, какие психологические причины за ними стоят, а главное – в том, как они повлияли на дальнейший прогресс человечества. Дарвин, Кельвин, Эйнштейн, Полинг, Хойл – эти имена знакомы нам со школьной скамьи, однако мы и не подозревали, в какие тупики заводили этих гениев ошибочные предположения, спешка или упрямство и какие неожиданные выходы из этих тупиков находила сама жизнь… Читателя ждет увлекательный экскурс в историю и эволюцию науки, который не только расширит кругозор, но и поможет понять, что способность ошибаться – великий дар. Дар, без которого человек не может быть человеком.

Марио Ливио

От Дарвина до Эйнштейна: Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной

© Mario Livio, 2013

© Бродоцкая А., перевод на русский язык, 2014

© ООО «Издательство АСТ», 2015

Рекомендую эту книгу всем, кто любит думать и мечтать

По моему мнению, эта книга внесла ценный вклад в популяризацию науки. Марио Ливио рассказывает о серьезных вещах, но делает это столь занятно, что читателя, даже незнакомого с основными постулатами науки, все время разбирает интерес: а что же там дальше? Писать книги на научную тему, все время сохраняя свежесть повествования, – великий дар. Рекомендую эту книгу всем, кто любит думать и мечтать.

    Дилан Смит,

    Детройт

Читайте эту книгу и наслаждайтесь!

Книга – прекрасная! Она будет интересна читателю любого возраста и любого образования. Я бы советовал читать ее как некое базовое введение к науке. Мы привыкли воспринимать гениев прошлого как барельефы на могильных плитах. Но ведь это были живые люди! Они умели переживать, смеяться, хохмить. Читайте эту книгу и наслаждайтесь!

    Патрик Уильямсон,

    Альбукерке

Ошибки говорят о масштабе личности больше, чем удачи и озарения

Когда я читал эту книгу, мне пришли на память слова одного философа: «Ошибки великих более ценны, чем истины маленьких людей». И хотя я не совсем согласен с этим высказыванием, тем не менее, ошибки гениев действительно гениальны. Они даже больше говорят о масштабе личности, чем удачи и озарения. Чтобы оценить человека, нужно оценивать не его достижения, а его ошибки!

    Адам Ллойд,

    Гринсборо

Книга помогает находить новые пути!

Книга представляет читателю выдающихся деятелей науки с другой стороны. Каждый из пяти описанных гениев: Дарвин, Кельвин, Лайнус Полинг, Фред Хойл и Альберт Эйнштейн – совершил множество гениальных открытий. Но еще больше – гениальных ошибок! Но Ливио пишет об этом не для того, чтобы мы позлорадствовали – вот, мол, и гении ошибались. Его книга заставляет испытывать благодарность этим великим мужам за то, что они шли своим путем и не боялись ошибаться. Их пример учит нас использовать свои ошибки как новый опыт, который помогает находить новые пути!

    Федерико Круз,

    Буффало

Ради этих «изюминок» люди и занимаются наукой!

Эта книга – не о науке в целом и не о выдающихся ученых в частности. Она – о том, что даже в самом серьезном деле есть свои «изюминки», которые делают жизнь интересной. Собственно, ради этих «изюминок» люди и занимаются наукой! Прочитайте эту книжку – и вы найдете множество изюминок!

    Айвен Аткинсон,

    Бирмингем

Наслаждаться этим текстом может не только специалист!

Совершить открытие может каждый ученый, но далеко не любой служитель науки способен написать научно-популярную книжку. Здесь нужно обладать даром писать для широкой публики, не скатываясь в пошлость и спекуляции, с одной стороны, и сохраняя глубину мысли – с другой. Редкие научные книги читается так легко, как произведения Марио Ливио. Главное достоинство его нового труда «Блистательные ляпсусы…» в том, что наслаждаться этим текстом может не только специалист. Бог благословил автора редким умением сочетать научную точность с мастерством рассказчика. Ливио – как великий повар, который может заставить ребенка с удовольствием съесть то, что полезно, но не так вкусно.

    Эрик Херт,

    Джексонвиль

Книга расширила мой кругозор

Я не ученый, не аспирант и даже не студент. Я простой служащий, и тем не менее, я прочитал эту книгу с неописуемым удовольствием. Главное ее достоинство в том, что она понятна простому человеку «не из науки», интересна и легко читается. Книга расширила мой кругозор и помогла понять кое-какие научные законы.

    Эндрю Пропер,

    Сакраменто

Эта книжка стала моей любимой из всех научно-популярных книг

Книга читается на одном дыхании! В ней полно научной зауми, но этого совершенно не замечаешь! Как автор умудрился написать научную книжку, чтобы она была интересна и профессионалам, и «чайникам», – я, признаться честно, не понимаю. Но это ему удалось! Эта книжка стала моей любимой из всех научно-популярных книг и заняла почетное место на книжной полке!

    Хью Гарден,

    Кливленд

Посвящается Ногги и Даниэле

Предисловие

Все то время, пока я работал над этой книгой, примерно раз в месяц кто-нибудь спрашивал у меня, о чем она. Я придумал стандартный ответ: «Это книга про научные ляпсусы и при этом не автобиография!» Обычно на это смеялись, а иногда осторожно замечали: «Какая интересная задумка». Цель моя была очень проста: развеять распространенное заблуждение, будто великие научные открытия – это истории успеха. В сущности, все обстоит ровно наоборот. Путь к победе не просто вымощен страшными ляпсусами: чем больше возможный приз, тем крупнее ожидается ляпсус.

Всем нам знакомы слова Иммануила Канта: «Две вещи наполняют душу всегда новым и все более сильным удивлением и благоговением, чем чаще и продолжительнее мы размышляем о них, – это звездное небо надо мной и моральный закон во мне» (пер. Б. Фохта). За время, минувшее с 1788 года, когда вышла в свет «Критика практического разума», мы заметно преуспели в понимании первого и куда меньше, по моему скромному мнению, продвинулись в изучении второго. Очевидно, объяснить устройство разума и жизни самому разуму и самой жизни гораздо труднее. Тем не менее и наука о жизни в целом, и исследования устройства человеческого мозга явно набирают скорость. Так что, пожалуй, очень может быть, что в один прекрасный день мы даже поймем, почему и зачем эволюция создала разумный биологический вид.

Эта книга посвящена отважным попыткам разобраться, что такое жизнь и мироздание, однако речь в ней пойдет в основном о превратностях пути, а не о пункте назначения. Я стремился сосредоточиться на мыслительном процессе и на препятствиях, стоящих на пути к открытию, а не на самих достижениях.

В этом мне помогали очень многие,

кое-кто, возможно, и сам об этом не догадывался. Я благодарен Стиву Мойзису и Реике Йокочи за консультации по геологии. Благодарю Джека Даница, Хореса Фриланда Джадсона, Мэтта Мезельсона, Евангелоса Мудрианакиса, Алекса Рича, Джека Шостака и Джима Уотсона за беседы о биохимии, в особенности о трудах Лайнуса Полинга. Я в долгу перед Питером Эгглтоном, Джоном Фолкнером, Джеффри Хойлом, Джайантом Нарликаром и лордом Мартином Рисом за обсуждение вопросов астрофизики и космологии и рассказы о трудах Фреда Хойла.

Кроме того, я хотел бы выразить признательность всем тем, кто снабжал меня бесценными материалами для этой книги, а в особенности – Адаму Перкинсу и сотрудникам Университетской библиотеки в Кембридже за материалы о Дарвине и о лорде Кельвине, Марку Херну из Кембриджского института астрономии за материалы о лорде Кельвине и о Фреде Хойле, Аманде Смит из Кембриджского института астрономии за материалы о Фреде Хойле и за обработку фотографий, связанных с Уотсоном и Криком, Клиффорду Миду и Крису Петерсену из Отдела особых собраний Государственного университета штата Орегон и Ломе Каркинс из архива Калифорнийского технологического института за материалы о Лайнусе Полинге, Саре Брукс из «Nature Publishing Group» за материалы о Розалинде Франклин, Бобу Карсвеллу и Питеру Хинли из Королевского астрономического общества за материалы о Жорже Леметре, Лилиан Менс из Архива Жоржа Леметра за материалы о Жорже Леметре, Кэтрин Макки из Колледжа Св. Иоанна в Кембридже за материалы о Фреде Хойле, Барбаре Вольф из архива Альберта Эйнштейна, Диане Кормос-Бухвальд из «Einstein Papers Project», Дэниелу Кеннефику из Университета штата Арканзас, Майклу Саймонсону из Института имени Лео Бека, Кристине Лутц из Принстонского университета и Кристине ди Белла из Института перспективных исследований – за материалы об Эйнштейне.

Особая благодарность – Джилл Лагерстром, Элизабет Фрейзер, Эми Гонигам и сотрудникам библиотеки Университета Джона Хопкинса за постоянную помощь с библиографией. Спасибо Шэрон Тулан за профессиональную подготовку рукописи к печати и Пэм Джеффрис – за прекрасные иллюстрации. А самым долготерпеливым моим союзником, как всегда, была моя жена Софи.

И, наконец, спасибо моему агенту Сьюзен Рабинер за неустанное содействие, моему редактору Бобу Бендеру – за тонкие замечания, а Джоанне Ли – за преданность своему делу во время подготовки и печати этой книги.

Глава 1. Ляпсусы и ошибки

Подобно тому, как множество свитых бечевок образуют канат, нередко огромная глупость является всего лишь суммой глупостей мелких. Рассучите канат, бечеву за бечевой, рассмотрите, каждую в отдельности, мельчайшие решающие причины, приведшие к большой глупости, и вы легко поймете все. «И только-то», – скажете вы. Но скрутите, свяжите их снова – и вы увидите, как это страшно.

    Виктор Гюго. «Отверженные»

    (Пер. Д. Лившиц, Н. Коган, Н. Эфрос)

Когда неугомонный Бобби Фишер, быть может, известнейший шахматист за всю историю этой игры, летом 1972 года все же прибыл на матч на звание чемпиона мира[1 - Подробное описание см. в Evans and Smith (1973). Краткий рассказ в Сети: www.mark-weeks.com/chess/72fs$$.htm (http://www.mark-weeks.com/chess/72fs$$.htm)] с Борисом Спасским, атмосфера в мире шахмат сгустилась настолько, что хоть ножом режь. Даже те, кто раньше никогда не интересовался шахматами, ждали «Матча века» – так его назвали, – затаив дыхание. И вот на 29 ходу самой первой игры в позиции, которая явно вела к ничьей, Фишер сделал ход, который сочли бы ошибкой и отмели даже шахматисты-любители. Это могло бы быть типичным случаем так называемой «шахматной слепоты», ошибки, которую в шахматной литературе помечают как «??» и которая покрыла бы позором пятилетнего малыша в местном шахматном клубе. Однако самое поразительное в этой истории – то, что эту ошибку сделал человек, грудью проложивший себе дорогу на матч со Спасским, одержав беспрецедентную череду из 20 побед над шахматными звездами мировой величины. (Обычно на мировых первенствах ничьих бывает не меньше, чем побед, а то и больше.) Но только ли в шахматах случается подобная слепота? Или столь же неожиданные ошибки бывают и в других отраслях знания?

Оскар Уайльд как-то заметил, что «Жизненный опыт – прозвище, которое принято давать своим ошибкам». И в самом деле, мы в повседневной жизни постоянно ошибаемся. Захлопываем дверь, забыв внутри ключи, вкладываем деньги не в те акции (или в те, но не в тот момент), безобразно переоцениваем собственную способность делать сто дел одновременно – и зачастую виним в своих несчастьях совершенно не те обстоятельства. Кстати, именно склонность находить неверные причины и объясняет, почему мы так редко учимся на своих ошибках. Разумеется, мы понимаем, что это были ошибки, только после того, как их совершим, отсюда и определение «жизненного опыта», которое дает Уайльд. Более того, других мы судим не в пример лучше, чем анализируем собственные поступки. Как отметил психолог и нобелевский лауреат по экономике Даниэль Канеман: «Я не слишком оптимистично отношусь к способности людей менять свой образ мыслей, зато очень оптимистично – к их способности находить ошибки у других».

Сбои дают даже процессы, тщательно продуманные и выстроенные, скажем, система расследования преступлений, и иногда это приводит к поистине ужасным результатам. Например, Рэй Крон из Феникса[2 - Эту печальную историю можно прочитать в Сети, в частности: www.innocence project.org/Content/Ray_Krone.php (http://www.innocence%20project.org/Content/Ray_Krone.php).] в штате Аризона десять лет провел за решеткой и едва не был казнен, поскольку его дважды обвинили в жестоком убийстве, которого он не совершал. Впоследствии его полностью оправдали на основании генетической экспертизы (и нашли настоящего убийцу).

Однако эта книга – не о таких ошибках, пусть даже самых страшных, а о крупных научных ляпсусах. «Научными ляпсусами» я называю особенно серьезные концептуальные ошибки, которые вполне способны свести на нет целые теории и стратегические планы развития целых научных отраслей – а в принципе и затормозить научный прогресс как таковой.

История человечества изобилует грубыми ляпсусами в самых разных научных дисциплинах. Подобные судьбоносные промахи восходят еще ко временам Ветхого завета и греческой мифологии. Например, согласно книге Бытия, первое, что сделала в своей жизни Ева, библейская праматерь всего человечества, – это уступила уговорам лукавого змия и вкусила запретного плода. Эта колоссальная глупость привела ни к чему иному, как к изгнанию Адама и Евы из Райского сада и даже к тому, что с тех пор людям в принципе недоступна абсолютная истина – по крайней мере, так считал Фома Аквинский, богослов XIII века. Греческий миф повествует о том, как Парис, по неразумию похитив Елену Прекрасную, супругу спартанского царя, стал причиной гибели Трои. Немецкий генерал-фельдмаршал Федор фон Бок во время Второй мировой войны по глупости повторил крайне неудачное наступление Наполеона на Россию. Оба военачальника не учли непреодолимую мощь «Генерала Мороза». Английский историк А. Дж. П. Тейлор[3 - Английский историк А. Дж. П. Тейлор. Алан

Джон Персиваль Тэйлор (1906–1990). См. Taylor 1963.] сказал о бедствиях Наполеона следующими словами: «Подобно большинству изучавших историю, он [Наполеон] на ошибках прошлого научился лишь тому, как делать новые».

Что касается философской арены, то ошибочные представления великого Аристотеля о физике (в том числе – убежденность, что все тела стремятся в свое «естественное» место) оказались столь же ошибочными, сколь и не оправдавшиеся прогнозы Карла Маркса, который утверждал, что капитализм вот-вот падет. Точно так же оказались, мягко говоря, сущей ерундой многие психоаналитические выводы Зигмунда Фрейда, будь то гипотеза об «инстинкте смерти» – стремлении вернуться в состояние покоя до начала жизни – или о роли младенческого эдипова комплекса в возникновении неврозов у женщин.

Подумаешь, скажете вы, человеку свойственно ошибаться, однако вспомним некоторых величайших ученых последних двух столетий, выдающихся деятелей науки вроде Лайнуса Полинга, который дважды получил Нобелевскую премию, или гениального Альберта Эйнштейна: ведь те теории, благодаря которым они прославились, полностью подтвердились, верно? Разве интеллектуальное величие современности не состоит именно в торжестве науки как эмпирической дисциплины, в торжестве математики, надежно защищенной от ошибок и служащей языком фундаментальной науки? Надо полагать, теории этих блистательных умов и других мыслителей сопоставимого масштаба обошлись без серьезных ляпсусов!

Наоборот!

Цель этой книги и состоит в том, чтобы подробно рассказать о некоторых удивительных ляпсусах подлинно великих ученых – и проследить, к каким неожиданным последствиям привели эти ляпсусы. При этом мне хотелось бы проанализировать и вероятные причины подобных ляпсусов и, насколько удастся, выявить интереснейшие связи между этими ляпсусами и определенными ограничениями, которые накладывает на нас устройство нашего разума. А в конечном итоге я намерен показать, что дорогу к открытиям и новаторству можно найти и на тернистой тропе курьезных ошибок.

Как мы вскоре увидим, в затейливый узор эволюции включены и те ляпсусы, которые я отобрал для детального анализа на страницах этой книги. То есть это серьезные ляпсусы, связанные с теориями эволюции жизни на Земле, эволюции самой Земли и эволюции нашей Вселенной в целом.

Ляпсусы эволюции и эволюция ляпсусов

Одно из определений эволюции в Оксфордском словаре английского языка гласит: «Развитие и рост всего, что можно сравнить с живым организмом, в соответствии с его наследственными тенденциями… Также возникновение или зарождение чего-либо в результате естественного развития в отличие от его создания в результате определенного действия». Однако первоначально значение этого слова было несколько иным. Латинское слово evolutio обозначало разворачивание свитка в процессе чтения книги. Даже когда это слово обрело популярность в биологии, оно относилось поначалу только к росту и развитию зародыша. Впервые слово «эволюция» в контексте происхождения биологических видов мы находим в трудах швейцарского натуралиста XVIII века Шарля Бонне. Бонне полагал, что Господь заранее заложил рождение новых видов, когда создавал зачатки самых первых форм жизни.

На протяжении ХХ века слово «эволюция» стало так тесно ассоциироваться с именем Дарвина, что трудно поверить, что в первом издании главного его труда «Происхождение видов» этого слова не было вообще! Правда, последнее слово этой книги – «evolved».

За время, минувшее с первой публикации «Происхождения видов», эволюцию стали понимать шире – примерно в соответствии с определением из словаря, которое приведено в начале этого раздела, – и сегодня можно говорить об эволюции самых разных явлений – от языка и музыки до моды и мнений, а также о социально-культурной эволюции, эволюции программного обеспечения и так далее (введите в поисковую программу хотя бы «эволюция хипстеров» и посмотрите, сколько будет результатов). Президент Вудро Вильсон[4 - Президент Вудро Вильсон. Wilson 1913.] как-то отметил, что даже Конституцию США следует воспринимать через призму эволюции: «Правительство – не машина, а живое существо… оно подчиняется не Ньютону, а Дарвину». Я собираюсь говорить об эволюции жизни, Земли и Вселенной – однако это совсем не значит, что научные ляпсусы совершались только в этих отраслях знания. Совсем нет – просто я выбрал именно эти темы по двум основным причинам. Во-первых, я хотел критически разобрать ляпсусы, совершенные учеными, которые почти у всех занимают верхние строчки в списках величайших умов. Ляпсусы подобных светил, даже совершенные в прошлом веке, играют огромную роль в тех задачах, которые ученые и человечество в целом решают в наши дни. Как я надеюсь показать, анализ подобных ляпсусов создает особую область знаний, весьма живую и подвижную, и эти знания не просто сами по себе очень интересны, но и помогают принимать верные решения в самых разных сферах – от научной методологии до морали и нравственности. Вторая причина очень проста: вопрос об эволюции жизни, Земли и Вселенной интересует людей – всех людей, а не только ученых – с самой зари цивилизации и вдохновил бесчисленное множество неутомимых исследователей на поиски истоков человека и человечества. Интеллектуальное любопытство, которое вызывали эти темы у наших предков, по крайней мере отчасти стоит у корней религиозных представлений, мифов о создании мира и философских изысканий. А более эмпирическая, основанная на наблюдениях и доказательствах сторона этого любопытства в конце концов привела к рождению науки. Человечество так преуспело в расшифровке некоторых сложных процессов, влияющих на эволюцию жизни, Земли и космоса, что это можно безо всяких преувеличений назвать чудом. Разве не поразительно, если вдуматься, что мы можем проследить космическую эволюцию до того момента, когда нашей Вселенной была всего лишь крошечная доля секунды от роду? И все равно еще очень много вопросов остается без ответа, а тема эволюции и в наши дни вызывает ожесточенные споры.

Мне пришлось довольно долго размышлять над тем, каких крупных ученых следует взять с собой в это путешествие по бурным волнам теории и практики, однако в конце концов я остановил свой выбор на ляпсусах пяти выдающихся деятелей науки. В мой перечень «творцов» неожиданных ляпсусов вошли прославленный натуралист Чарльз Дарвин, физик лорд Кельвин, в честь которого названа температурная шкала, Лайнус Полинг, один из самых влиятельных химиков в истории, знаменитый английский астрофизик и космолог Фред Хойл и Альберт Эйнштейн, который в представлении не нуждается. В каждом случае я подойду к основной теме с двух разных точек зрения – разных, но взаимодополняющих. С одной стороны, это будет книга о теориях этих гениальных самородков и об удивительных связях между этими теориями, однако мы будем рассматривать их под непривычным углом: изучим их слабые стороны, а иногда даже крупные недостатки. С другой стороны, я кратко расскажу о разных видах ляпсусов и попытаюсь выявить их психологические (или, если угодно,

нейрофизиологические) причины. Как мы убедимся, не все ляпсусы равны от рождения, и ляпсусы пяти ученых из моего списка по природе своей различны. Ляпсус Дарвина состоял в том, что он не понимал всех последствий своей конкретной гипотезы. Ляпсус Кельвина – в пренебрежении непредвиденными возможностями. Ляпсус Полинга – результат излишней уверенности в себе, порожденной прежними успехами. Хойл напрасно упорствовал в противостоянии традиционной науке. А Эйнштейн не совсем верно представлял себе, что такое эстетика простоты. А главное – по пути мы обнаружим, что ляпсусы не просто неизбежны, а представляют собой неотъемлемое условие научного прогресса. Развитие науки – это не прямая дорога, по которой мы маршируем к истине. Если бы не тупиковые закоулки и не фальстарты, ученые слишком часто и слишком далеко уходили бы по неправильным тропам. Все ляпсусы, о которых пойдет речь в той книге, так или иначе послужили катализаторами для блистательных прорывов, вот почему я назвал их «блистательными ляпсусами». Они сыграли роль химикатов, которые осадили туман, в котором блуждала наука по пути к прогрессу – потому что наука обычно продвигается вперед мелкими шажками и лишь иногда совершает квантовые скачки.

Эту книгу я организовал так, чтобы при разговоре о каждом ученом изложить сущность тех теорий, которые его прославили. Изложение это будет предельно кратким, просто чтобы познакомить читателя с идеями этих великих умов и очертить контекст, в котором совершались ляпсусы, а вовсе не проанализировать полностью соответствующую теорию. Кроме того, я решил сосредоточиться лишь на одном крупном ляпсусе в каждом случае, а не придираться ко всем оплошностям, которые совершили эти светила на своем долгом профессиональном пути: к чему рыться в грязном белье? И начну я с человека, о котором в некрологе, опубликованном в «New York Times» 21 апреля 1882 года, по справедливости говорилось, что «его очень много читали, но говорили о нем еще больше».

Глава 2.

Происхождение видов

Таким образом, из борьбы в природе, из голода и смерти непосредственно вытекает самый высокий результат, какой ум в состоянии себе представить, – образование высших животных. Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм.

    Чарльз Дарвин.

    «Происхождение видов»

    (Здесь и далее пер. К. Тимирязева, М. Мензбира, А. Павлова и И. Петровского)

Самая поразительная черта жизни на земле – ее несказанное разнообразие. Стоит отправиться на прогулку весенним деньком, и, скорее всего, повстречаешь несколько разных птичек, множество насекомых, если повезет – белку, нескольких человек (кто-то из них, возможно, будет выгуливать собаку) и уйму различных растений. Даже если ограничиться лишь самыми очевидными чертами, живые организмы на Земле отличаются размером, цветом, формой, средой обитания, манерой питаться и способностями.

С одной стороны, здесь есть бактерии размером меньше стотысячной доли сантиметра, с другой – синие киты длиной свыше 30 метров. Среди тысяч известных нам видов морских моллюсков под общим названием «голожаберные» есть и довольно скучные на вид, а есть с такой яркой окраской, какую редко увидишь у других земных созданий. Птицы поднимаются поразительно высоко, в верхние слои атмосферы – 29 ноября 1975 года в двигатель сверхзвукового самолета, пролетавшего над Берегом Слоновой Кости в Западной Африке, попала хищная птица, и было это на высоте 11,5 километров[5 - Этот рекорд принадлежит хищной птице под названием африканский сыч, или гриф Рюппеля (Gyps rueppellii); см. http://www.straightdope.com/columns/read/1976/how-high-can-birds-and-bees-fly (http://www.straightdope.com/columns/read/1976/how-high-can-birds-and-bees-fly)]. Другие птицы, например, горные гуси и лебеди-кликуны, регулярно поднимаются выше 7,5 километров. Жители океана не остаются в долгу и бьют все рекорды по глубине погружения. Скажем, 23 января 1960 года ученый-рекордсмен Жак Пикар[6 - См., например, Jacques Piccard. Encyclopedia of World Biography, 2004. http://www.encyclopedia.com/doc/1G2–3404707243.html (http://www.encyclopedia.com/doc/1G2%E2%80%933404707243.html)] и лейтенант Дон Уолш из ВМС США медленно погрузились в специальном зонде под названием батискаф на самое дно глубочайшей впадины в Тихом океане – Марианской впадины к югу от Гуама. Когда они достигли наконец рекордной глубины в 10 911 метров, то с изумлением обнаружили новый вид глубоководных креветок, которые превосходно себя чувствовали, несмотря на давление почти в 1200 кг/см?! А 26 марта 2012 года кинорежиссер Джеймс Кэмерон снова достиг глубочайшей точки Марианской впадины в специально сконструированном подводном аппарате. И сообщил, что видел желейный пейзаж, пустынный, будто лунный. Однако и он заметил креветкообразных живых существ длиной не больше двух-трех сантиметров.

Сколько биологических видов живет сейчас на Земле, никто точно не знает. В недавнем каталоге[7 - Chapman 2009.], изданном в сентябре 2009 года, даны официальные названия и научные описания примерно 1 900 000 видов. Однако, поскольку большинство видов живых существ относятся к микроорганизмам или очень мелким беспозвоночным, многих из которых очень трудно найти и выявить, принято считать, что на самом деле видов живых существ несколько больше. Обычно оценки колеблются от 5 до примерно 100 миллионов различных видов, хотя вероятнее всего, что их количество – примерно 5–10 миллионов (одно из недавних исследований[8 - Mora et al. 2011.] предсказывает существование примерно 8,7 миллионов видов). Удивляться подобному разбросу не приходится, если вспомнить, что, по данным последних исследований, в одной чайной ложке грязи[9 - Gans et al. 2005.] под нашими ногами могут таиться тысячи видов бактерий.

Помимо разнообразия, у жизни на Земле есть и другая поразительная черта – это невероятная адаптивность, которую мы наблюдаем и у животных, и у растений. Трубообразное рыло муравьеда, длинный подвижный язык хамелеона (способный поразить добычу всего за три сотых секунды!), мощный, характерной формы клюв дятла, хрусталик рыбьего глаза – все это показывает, что живые организмы прекрасно приспособлены к требованиям, которые предъявляет им жизнь. Мало того, что пчелы устроены так, что им удобно забираться в чашечки цветков, откуда они собирают нектар, – еще и цветы устроены так, чтобы пользоваться визитами пчел для удобства своего размножения: пыльца налипает на лапки и тельца пчел, и те переносят ее на другие цветки.

Очень много разных биологических видов налаживают поразительное взаимодействие под девизом «ты мне, я тебе» – оно называется симбиоз. Например, рыба-клоун вида Amphiprion ocellaris живет среди жгучих щупалец актинии Heteractis magnifica. Щупальца оберегают рыбку от хищников, а рыбка в уплату обороняет актинию от других рыб, которые питаются актиниями. Эту взаимную гармонию довершает особая слизь на теле рыбки, которая защищает ее от ядовитых щупалец.

Партнерские отношения налаживают даже животные и бактерии.

Например, у термальных источников на морском дне живут моллюски, которые купаются в обогащенной водородом воде, и оказалось, что они, с одной стороны, выращивают внутреннюю популяцию бактерий, питающихся водородом, а с другой – сами питаются этими бактериями. Подобным же образом бактерии семейства Rickettsia, как выяснилось, к обоюдной выгоде сосуществуют с белокрылкой – вредителем сладкого картофеля: они помогает выжить этому насекомому, а следовательно, и себе самим.

Кстати, один довольно распространенный пример поразительного симбиоза на самом деле не более чем легенда. Во многих книгах описывается сосуществование нильского крокодила и птички под названием египетский бегунок, она же крокодилий сторож. Аристотель упоминает[10 - Aristotle 4th century BCE.] о том, что когда крокодил зевает, птичка влетает ему в пасть и чистит зубы – а сама таким образом добывает себе пищу, в то время как крокодил получает удовольствие и облегчение. Похожее описание[11 - Pliny the Elder 1st century CE. http://www.perseus.tufts.edu (http://www.perseus.tufts.edu/)] мы встречаем и в авторитетном труде «Естественная история» естествоиспытателя Плиния Старшего, жившего в I веке н. э. Однако в современной научной литературе нет ни одного упоминания подобного симбиоза, как нет и ни одного фотоотчета, подтверждающего подобное поведение птички и крокодила. Впрочем, чему тут удивляться: у Плиния Старшего сомнительная репутация, очень многие его «научные факты» оказались выдумкой.

То, что проявления жизни не просто столь разнообразны, но и так хитроумно сочетаются друг с другом и так замечательно адаптируются, убедили многих естествоиспытателей и богословов – от Фомы Аквинского, жившего в XIII веке, до Уильяма Пейли, жившего в веке XVIII, что жизнь на Земле не могла зародиться без умелой руки высшего зодчего. Подобные идеи возникли уже в I веке до н. э. Знаменитый римский оратор Марк Туллий Цицерон[12 - Cicero 45 BCE.] полагал, что мир природы произошел от некоего божественного «разума»:

«Но если все части мира так устроены, что не могут быть ни лучше для пользы, ни красивее на вид, то рассмотрим, случайно ли они таковы, или они смогли оказаться в этом состоянии только благодаря направляющему разуму (sensus) и божественному провидению. Ведь, если то, что создала природа, лучше, чем произведения искусства, а искусство ничего не создает без участия разума, то должно считать, что и природа также не лишена разума.

    («О природе богов», здесь и далее пер. М. Рижского)»

Кроме того, именно Цицерон первым прибег к «метафоре часовщика», которая впоследствии стала главным аргументом в пользу гипотезы «разумного творца». Вот как он об этом писал:

«Когда ты смотришь на статую или нарисованную картину, то знаешь, что в этом было применено искусство; когда издали видишь плывущее судно, не сомневаешься, что оно движется благодаря разуму и искусству, когда наблюдаешь солнечные или водяные часы, понимаешь, что они показывают время не случайно, а благодаря искусству. А мир, включающий в себя и эти самые произведения искусства, и их создателей, и все вообще, что же, ты считаешь, лишен разумения и рассудка?»

Именно этой логики придерживался и Пейли[13 - Paley 1802. Уильям Пейли (1741–1805) опубликовал авторитетный труд под названием «Естественная теология» («Natural Theology»), где проводил противопоставление необработанного камня с карманными часами. Как ни парадоксально, именно камни посредством радиоуглеродного анализа (см. главу 5) способны определить возраст Земли – период времени гораздо более долгий, чем успели бы измерить часы, вышедшие из рук часовщика.] почти две тысячи лет спустя: хитроумный механизм предполагает наличие механика, хитроумное устройство – наличие изобретателя. Пейли настаивал, что из существования отменно сделанных часов следует существование часовщика. Разве не должны мы сделать такой же вывод по поводу столь сложного явления, как жизнь? Ведь «любые свойства механизма, любые проявления замысла, какие только есть в часах, существуют и в созданиях природы, с той лишь разницей, что в природе они куда значительнее и мощнее – настолько, что это превосходит всякие вычисления». Упорные разговоры о насущной потребности в «изобретателе» (поскольку единственная мыслимая, однако неприемлемая альтернатива, как тогда считалось, – это случайное совпадение) вполне убеждали многих естествоиспытателей и философов – примерно до начала XIX века.

Из довода о сложности устройства следовала очередная догма: предполагалось, что биологические виды никогда не меняются. Идея вечного существования коренится в длинной череде представлений о других сущностях, которые также считались вечными и неизменными. Например, согласно Аристотелевой традиции, сфера неподвижных звезд абсолютно нерушима. Правда, именно это заблуждение развеялось уже во времена Галилея, когда были открыты «новые» звезды (на самом деле это были сверхновые, то есть взорвавшиеся старые звезды). Однако выдающиеся достижения физики и химии на протяжении XVII и XVIII веков все же показали, что хотя одни сущности действительно вечны и незыблемы, а другие – нет, тем не менее некоторые из них в практических целях вполне можно считать непреходящими. В частности, было обнаружено, что химические элементы, например, кислород и углерод, полностью сохраняли свои качества с начала времен, по крайней мере – на протяжении истории человечества: кислород, которым дышал Юлий Цезарь, был точно таким же, как тот, которым дышал Исаак Ньютон. Подобным же образом и законы движения и всемирного тяготения, сформулированные Ньютоном, применимы в любых случаях, от падения яблок до движения планет, и, по всей видимости, совершенно не меняются. Однако в отсутствие каких бы то ни было четких алгоритмов, позволяющих определить, какие природные величины или концепции подлинно фундаментальны, а какие нет (невзирая на доблестный труд философов-эмпириков наподобие Локка, Беркли и Юма), многие естествоиспытатели XVIII века предпочитали просто соглашаться с древнегреческим представлением об идеальных неменяющихся биологических видах.

Вот каковы были господствующие течения в представлении о жизни на Земле, пока у одного человека не хватило отваги, воображения и глубины, чтобы свести воедино огромное количество разрозненных фактов и сплести из этих нитей великолепный ковер. Этим человеком был Чарльз Дарвин (на илл. 1 мы видим его портрет на склоне лет), а его великая единая концепция стала самой увлекательной нематематической теорией, владевшей умами человечества. Дарвин буквально перевел идею жизни на Земле из царства легенд в сферу науки.

Илл. 1

Революция

Первое издание книги Дарвина «Происхождение видов»[14 - Само собой, «Происхождение видов» выдержало множество изданий. Особенно мне нравятся два из них: это «The Annotated Origin» («Комментированное “Происхождение видов”») с примечаниями Джеймса Т. Косты (Darwin 2009) и факсимильный репринт с предисловием Эрнста Майра (Darwin 1964).] вышло в свет 24 ноября 1859 года в Лондоне, и с тех пор биология изменилась навсегда. (На илл. 2 мы видим титульный лист первого издания, Дарвин называл книгу не иначе как «мое дитя».) Однако

прежде чем изучать основную идею «Происхождения видов», важно понять, о чем в этой книге не говорится. Дарвин не пишет ни единого слова ни о собственно происхождении жизни, ни об эволюции Вселенной в целом. Более того, вопреки распространенным представлениям, он вообще не говорит об эволюции людей – кроме пророческого оптимистического абзаца почти в самом конце книги: «В будущем, я предвижу, откроется еще новое важное поле исследования. Психология будет прочно основана на фундаменте, уже прекрасно заложенном м-ром Хербертом Спенсером, а именно на необходимости приобретения каждого умственного качества и способности постепенным путем. Много света будет пролито на происхождение человека и на его историю»[15 - Darwin 2009 [1859], p. 488. Сам Дарвин исполнил собственное предсказание в книгах «Происхождение человека» (1871) и «О выражении эмоций у человека и животных», опубликованной год спустя. Нынешние достижения эволюционной психологии можно считать прямым следствием этих революционных трудов.]. Лишь в другой, более поздней книге «Происхождение человека и половой отбор», вышедшей в свет примерно через 12 лет после «Происхождения видов», Дарвин решил подчеркнуть, что его представления об эволюции относятся и к людям. Более того, он выразился весьма конкретно: сделал вывод, что люди – прямые потомки обезьяноподобных существ, обитавших, вероятно, на деревьях в Старом Свете (то есть в Африке).

«Мы узнаем, таким образом, что человек произошел от волосатого, хвостатого четвероногого, вероятно, водившегося на деревьях и жившего в Старом Свете. Это существо, если бы все его строение было исследовано натуралистом, было бы причислено к четыреруким, так же несомненно, как и еще более древний предок обезьян Старого и Нового Света[16 - Darwin 1981 [1871]. Спустя двенадцать лет после «Происхождения видов» Дарвин набрался отваги и обобщил теорию эволюции и на людей – вопрос, которого в «Происхождении видов» старался избегать. Практически не приходится сомневаться, что дарвинизм вызвал бы куда меньше возмущения, если бы теорию эволюции не применяли к людям. Идеи Дарвина, изложенные в «Происхождении человека», вдохновили многих членов семейства Лики на неустанные поиски и находки останков ископаемых гоминидов в Африке.].»

    (Здесь и далее пер. И. Сеченова)

Однако вся самая тяжкая интеллектуальная работа, связанная с разработкой идеи эволюции, была проделана именно в «Происхождении видов». Дарвин одним ударом развенчал идею разумного замысла, развеял представление о том, что биологические виды вечны и неизменны, и предложил механизм, благодаря которому достигается и разнообразие, и адаптивность.

Говоря кратко и просто, теория Дарвина зиждется на четырех столпах, поддерживаемых одним и тем же замечательным механизмом[17 - Об эволюции и естественном отборе написано множество превосходных книг, рассчитанных на самых разных читателей. Приведу лишь несколько, которые показались мне очень полезными. Ridley 2004a – первоклассный учебник, а Ridley 2004b – чудесная антология отборных статей, как и Hodge and Radick 2009 (о Дарвине) и Ruse and Richards 2009 (о «Происхождении видов»). Dennett 1995 показывает философский подход к проблеме, который заставляет задуматься; Depew and Weber 1995 – превосходный обзор истории теории эволюции, а Wilson 1992 – широчайшее исследование по биоразнообразию. Dawkins 1986, 2009, Carroll 2009 и Coyne 2009 – великолепные научно-популярные книги; Pallen 2009 – краткое и очень доступное введение в теорию эволюции. Есть и очень полезные веб-сайты об эволюции: http://www.evolution.berkeley.edu (http://www.evolution.berkeley.edu/); http://www.pbs.org/evolution (http://www.pbs.org/evolution); http://www.nationalacademies.org/evolution (http://www.nationalacademies.org/evolution).]. Эти столпы – эволюция, градуализм, происхождение от общего предка и видообразование. А основной механизм, который движет всем этим и скрепляет воедино разные элементы, заставляя их взаимодействовать, – это естественный отбор, который, как нам теперь известно, в некоторой степени обеспечивается и другими средствами эволюционных перемен, о которых во времена Дарвина еще не знали.

Приведу весьма сжатое изложение главных составляющих теории Дарвина. В основном это описание собственных идей Дарвина, а не модернизированная в соответствии с нынешними научными представлениями версия его концепций. К сожалению, в некоторых местах нам все же не удастся обойтись без линий доказательств, накопленных уже после Дарвина. Однако, как мы обнаружим в следующей главе, Дарвин все же сделал одну серьезную ошибку, которая могла бы полностью дезавуировать главную его идею – идею естественного отбора. Сам Дарвин в этой ошибке не повинен, в XIX веке никто не имел ни малейшего представления о подлинной сути генетики, однако Дарвин не понял, что та теория наследования, из которой он исходит, губит концепцию естественного отбора на корню.

Итак, первый столп его теории – эволюция как таковая. Хотя у некоторых соображений Дарвина по поводу эволюции были предшественники[18 - Выдающаяся работа по истории и происхождению теории эволюции – Gould 2002. Другой высококачественный исторический обзор – Bowler 2009.], все же французским и английским натуралистам (в их числе особенно выделяются Пьер-Луи Моро де Мопертюи, Жан-Батист Ламарк, Роберт Чемберс и дед Дарвина Эразм Дарвин) не удалось убедительно объяснить, какой механизм стоит за эволюцией. А вот как описывал эволюцию сам Дарвин: «…Воззрение, до недавнего времени разделявшееся большинством натуралистов, а ранее разделявшееся и мною, а именно, что каждый вид был создан независимо от остальных, – ошибочно. Я вполне убежден, что виды не неизменны и что все виды, принадлежащие к тому, что мы называем одним и тем же родом, – прямые потомки одного какого-нибудь, по большей части вымершего вида». Иначе говоря, виды, с которыми мы сталкиваемся сегодня, существовали не всегда. Напротив, они – потомки каких-то более ранних видов, которые уже вымерли. Современные биологи проводят различие между микроэволюцией – небольшими переменами (вроде тех, которые иногда наблюдаются у бактерий), которые вызваны эволюционным процессом на протяжении относительно недолгого времени и, как правило, наблюдаются в пределах локальных популяций, – и макроэволюцией, результатом эволюции на протяжении длительных периодов, обычно у вида в целом (к макроэволюции относится и массовое вымирание – как у динозавров)[19 - Примеры микроэволюции – сопротивляемость антибиотикам и пестицидам, развивающаяся всего за несколько лет. Пример макроэволюции – развитие млекопитающих из рептилий. Превосходный обзор теории макроэволюции см. у Carroll, Grenier, and Weatherbee 2001.]. За годы, миновавшие с выхода в свет «Происхождения видов», идея эволюции настолько прочно заняла позицию основного принципа всех исследований в науках о жизни на Земле, что Феодосий Добжанский, один из самых выдающихся биологов-эволюционистов ХХ века, в 1973 году опубликовал эссе под названием «Биология имеет смысл только с точки зрения эволюции»[20 - Dobzhansky 1973.]. В конце этой статьи Добжанский отметил, что французский философ и священник-иезуит Пьер Тейяр де Шарден «был креационистом, однако понимал, что Творение в нашем мире реализуется

посредством эволюции».

Идею второго столпа – градуализма – Дарвин позаимствовал в основном из трудов двух геологов. Один из них – Джеймс Геттон, живший в XVIII веке, другой – современник, а впоследствии и близкий друг Дарвина Чарльз Лайель. Геологические данные показывают, что крупные географические зоны покрыты одинаковыми горизонтальными слоями. В сочетании с тем, что в этих слоях обнаруживали разные ископаемые останки, это натолкнуло ученых на мысль, что перемены происходили шаг за шагом. Геттон и Лайель – главные прародители современной теории актуализма или униформизма[21 - Чарльз Лайель (1797–1875) в своем влиятельном труде «Principles of Geology» («Начала геологии») подробно проработал концепцию, согласно которой геологические изменения есть результат постоянного накопления крошечных перемен за неизмеримо долгое время. См. Lyell 1830–1833.], согласно которой процессы наподобие эрозии и образования осадочных пород происходили в прошлом примерно в том же темпе, что и в настоящем (к этой концепции мы вернемся в главе 4, когда у нас пойдет разговор о лорде Кельвине). Дарвин отстаивал ту точку зрения, что подобно тому, как геологические процессы медленно, но верно формируют облик Земли, эволюционные изменения – это результат трансформаций, занявших сотни тысяч поколений. Следовательно, нельзя ожидать, что можно будет заметить существенные перемены меньше чем за десятки тысяч лет (разве что мы имеем дело с организмами, которые размножаются очень быстро, наподобие бактерий, которые, как мы теперь знаем, способны за очень короткое время выработать у себя устойчивость к антибиотикам). Однако в противоположность теории униформизма, темпы эволюции, как правило, у каждого вида в разное время разные. Как мы еще увидим, скорость, с которой происходит эволюция, в основном определяется естественным отбором. Некоторые «живые ископаемые», например, миноги[22 - Научное название Priscomyzon riniensis. Gess et al. 2006.] – морские позвоночные, лишенные челюстей, с воронкообразным ртом – судя по всему, практически не эволюционировали на протяжении последних 360 миллионов лет. К делу не относится, но любопытно само по себе, что идею пошаговых изменений выдвинул в XVII веке философ-эмпирик Джон Локк. Это ему принадлежит глубокое замечание: «Границы видов, по которым их различает человек, человеком и созданы».

Третий столп теории Дарвина – понятие общего предка[23 - Этот столп дарвиновой теории эволюции подтверждают многие замечательные открытия и находки, например, находки ископаемых пернатых динозавров вроде Microraptor gui или динозавра мэй подтверждают гипотезу, что птицы произошли от рептилий.] – в современном виде вдохновляет всех, кто занимается поисками происхождения жизни. Дарвин первым отметил, что, несомненно, все представители того или иного таксономического класса, скажем, все позвоночные, произошли от общего предка. Однако воображение увлекло его далеко за пределы этой концепции. Хотя его теория была выдвинута задолго до того, как появилось представление, например, о том, что у всех живых организмов есть общие свойства – код ДНК, небольшой набор аминокислот и особые молекулы, которые служат своего рода валютой при производстве энергии, – Дарвину хватило храбрости провозгласить: «Аналогия заставила бы меня сделать еще один шаг – допустить, что все животные и растения происходят от одного общего прототипа». Правда, после этого он оговаривается, что «аналогия может иногда быть неверным путеводителем», однако все же заключает: «Мы должны допустить, что и все органические существа, когда-либо жившие на земле, могли произойти от одной первобытной формы».

Однако, спросите вы, если вся жизнь на Земле произошла от одного общего предка, откуда взялось такое поразительное разнообразие? Ведь мы уже решили, что именно это свойство жизни нуждается в объяснении. Дарвин не стал увиливать и встретил эту трудную задачу лицом к лицу: недаром слово «виды» вынесено в название его книги. Для решения задачи[24 - О видообразовании хорошо рассказано в Schiltaizen 2001 и Coyne and Orr 2004.] разнообразия Дарвин выдвинул еще одну оригинальную идею – идею видообразования, ответвления отдельных видов. Все формы жизни ответвились от общего предка, как ветви дерева – от общего ствола, считает Дарвин. От ствола отходят сучья, а от них – тонкие веточки, так и древо жизни[25 - Интересное обсуждение понятия «древо жизни» можно найти в Dennett 1995.] получилось в результате всевозможных ответвлений и отпочкований, в результате которых образовывались отдельные виды. Многие из них вымерли – подобно тому, как засыхают и отламываются ветви. Однако, поскольку при каждом разветвлении количество видов-потомков данного предка удваивается, количество разных видов стремительно растет. Но в какой момент происходит видообразование? По современным представлениям, в основном тогда, когда группа представителей того или иного вида оказывается в географической изоляции. Например, какая-то группа переселилась на дождливую сторону горного кряжа, а остальной вид остался на сухой стороне. Со временем из-за разной среды обитания эти популяции двинулись разными эволюционными тропами и утратили возможность порождать плодовитое потомство – то есть превратились в разные виды. В более редких случаях видообразование создает новые виды посредством скрещивания старых. Похоже, именно это и произошло в случае итальянского воробья[26 - Elgvin et al. 2011.], который, как доказано в 2011 году, генетически находится между испанским (черногрудым) воробьем и домовым воробьем. Итальянский и испанский воробьи – это разные виды, однако итальянский и домовый образуют гибриды.

Удивительный факт: знаменитый писатель Владимир Набоков[27 - Наблюдения Набокова подтверждает исследование Vila et al. 2011.], автор «Лолиты» и «Бледного огня», в 1945 году выдвинул сенсационную гипотезу эволюции группы бабочек под названием Polyommatus. Набоков всю жизнь интересовался бабочками и отметил, что они прибывали в Новый Свет из Азии несколькими волнами на протяжении миллионов лет. Группа ученых, изучавшая последовательности генов, в 2011 году, к собственному удивлению, подтвердила гипотезу Набокова. Они обнаружили, что у американского вида есть общий предок, живший около 10 миллионов лет назад, однако многие американские виды ближе связаны с бабочками Старого Света, чем со своими соседками.

Дарвин прекрасно понимал, как важно понятие о видообразовании для его теории, и включил в книгу схематический чертеж «Древа жизни» (на илл. 3 мы видим оригинальный рисунок из записной книжки Дарвина за 1837 год). Это единственный рисунок на всю книгу. Как ни удивительно, Дарвин приписал вверху страницы предупреждение «I think» – «Я так думаю».

Илл. 3

Биологи-эволюционисты во многих случаях сумели выявить, какие факторы непосредственно повлияли на видообразование: это касалось и пар видов, которые, вероятно, недавно отпочковались от одного какого-то вида, и пар, которые вот-вот разойдутся в стороны. На более детальном уровне сочетание данных молекулярной биологии и палеонтологии – науки об ископаемых – позволило выстроить относительно подробное и обоснованное

филогенетическое древо семейств[28 - В выдающемся труде Meredith et al. 2011 филогенез семейств млекопитающих и оценка сроков возникновения ответвлений строится на основе всего 26 генов.] ныне живущих и недавно вымерших млекопитающих.

Тут я не сдержусь и позволю себе маленькое отступление – отмечу, что по моему личному мнению у идей общего предка и видообразования есть одна особенность, которая придает теории Дарвина особую ценность. Лет десять назад, когда я работал над книгой «Ускоряющаяся Вселенная»[29 - «The Accelerating Universe». Livio 2000.] («The Accelerating Universe»), я пытался выяснить, какие именно составляющие придают гипотезе о строении вселенной «красоты» в глазах ученых. В конце концов я пришел к выводу, что два жизненно необходимых условия – это простота и так называемый принцип Коперника (в случае физики третьим ингредиентом оказалась симметрия). Под простотой я подразумеваю редукционизм[30 - Это слово зачастую ошибочно употребляют в пренебрежительном значении (как синоним слова «упрощенчество»), и тогда оно означает, что человек пренебрегает тонкостями и полностью сводит одну дисциплину к другой. Никто не станет анализировать «Дон Жуана» Байрона с точки зрения законов физики. Хорошее объяснение, что такое редукционизм в том смысле, в котором я употребляю это слово, можно найти в Weinberg 1992.] в том смысле, в каком его понимает большинство физиков: способность объяснить максимум явлений минимумом законов. Именно такова была и остается цель современной физики. Физикам, например, не нравится, что у них есть одна замечательная теория для субатомного уровня (квантовая механика) и другая не менее замечательная теория (общая теория относительности) для Вселенной в целом. Нет, им непременно требуется единая «Теория Всего», которая объясняла бы и то, и другое (мы вернемся к этой теме в главе 11).

Принцип Коперника назван в честь польского астронома Николая Коперника, который в XVI веке сместил Землю с престижной должности центра мироздания. Теории, следующие принципу Коперника, не требуют, чтобы люди занимали какое-то особое место – они справедливы и без этого. Коперник научил нас, что Земля – не центр Солнечной системы, и дальнейшие астрономические открытия лишь укрепили нас в убеждении, что, с точки зрения физики, люди не играют в мироздании никакой особой роли. Мы живем на крошечной планетке, которая вращается вокруг заурядной звезды, в Галактике, где таких звезд сотни миллиардов. Наше физическое ничтожество этим не ограничивается. Мало того, что в наблюдаемой Вселенной около двухсот миллиардов галактик, но даже обычная материя – вещество, из которого состоим и мы, и все звезды, и газ во всех галактиках – составляет всего лишь чуть больше четырех процентов энергетического бюджета Вселенной. Иначе говоря, в нас нет совершенно ничего особенного (в главе 11 мы поговорим о некоторых предположениях, согласно которым слишком сильно скромничать по примеру Коперника тоже не стоит).

И редукционизм, и принцип Коперника – фирменные черты эволюционной теории Дарвина. Дарвин объяснил более или менее все, что связано с жизнью на Земле (кроме ее происхождения) одной единой теорией. Большего редукционизма и представить себе нельзя. К тому же его теория – насквозь коперниковская. Люди развивались точно так же, как и любой другой организм. Метафора древа жизни предполагает, что самые молодые почки отделены от главного ствола примерно одинаковым количеством разветвлений, и единственная разница – то, что они смотрят в разные стороны. Точно так же в эволюционной схеме Дарвина все живущие на данный момент организмы, и люди в том числе, – продукт примерно одинаковых эволюционных путей. Люди в этой схеме не занимают никакого особого, уникального места, они отнюдь не венец творения, а результат адаптации и развития своих предков на Земле.

Это был конец «абсолютного антропоцентризма». Все твари земные – одна большая семья. По словам влиятельного биолога-эволюциониста Стивена Джея Гульда, «Дарвинова эволюция – это не лестница, а куст». Именно это в большой степени и послужило причиной того, что теории Дарвина так упорно сопротивлялись в течение более 150 лет: многие боялись, что теория эволюции сместит человека с пьедестала, который он сам себе воздвиг. Дарвин заставил переосмыслить природу всего сущего и место человека в мироздании. Обратите внимание, что при такой картине мира, где выживают лишь наиболее «приспособленные» (о чем мы скоро поговорим в контексте естественного отбора), вполне можно сказать, что насекомые намного превзошли человека, ведь их так много. И в самом деле, английский генетик Дж. Б. С. Холдейн[31 - См., например, Hutchinson 1959.], как рассказывают (впрочем, может быть, это и выдумка), на вопросы теологов, можно ли сказать что-нибудь о Творце на основании изучения творения, отвечал, что Господь «страстно любит жучков». Сегодня мы знаем, что даже в размере генома люди сильно уступают – хотите верьте, хотите нет – пресноводной амебе[32 - Следует учесть, что определение генома проводилось устарелыми методами и может быть не вполне точно. McGrath and Katz 2004.] под названием Polychaos dubium. У нее целых 670 миллиардов пар нуклеотидов ДНК – то есть геном этого микроорганизма более чем в 200 раз больше генома человека!

Следовательно, теория Дарвина с запасом удовлетворяет двум критериям подлинно красивой теории (конечно, они несколько субъективны, что и говорить). Неудивительно, что «Происхождение видов» вызвало тектонический сдвиг в мировоззрении – пожалуй, такое не удавалось еще ни одному научному труду.

Вернемся к самой теории. Дарвину было недостаточно просто заявить об эволюционных переменах и о причинах разнообразия. Он считал, что его главная задача – объяснить, как именно проходят эти процессы. А для этого ему нужно было объяснить, почему в природе налицо общий замысел, при помощи какой-то теории, которая послужила бы достойной альтернативой теории творения. Профессор из университета Тафтса философ Дэниел К. Деннетт назвал его идею естественного отбора ни много ни мало «самой лучшей идеей в истории человечества».

Естественный отбор

Концепция эволюции требовала, в частности, объяснить, как происходит адаптация: почему мы наблюдаем, что биологические виды живут в идеальной гармонии со средой обитания, и каким образом различные черты живых организмов – части их тела и физиологические процессы – так прекрасно приспособлены друг к другу. Это заставило сформулировать загадку, которая ставила в тупик даже тех естествоиспытателей-предшественников Дарвина, которые в целом симпатизировали идее эволюции: если виды так прекрасно адаптированы, как они могут эволюционировать и при этом оставаться столь же прекрасно адаптированными? Дарвин отлично знал об этом парадоксе – и дал на него исчерпывающий ответ: дело в принципе естественного отбора.

Основная мысль естественного отбора очень проста (если ее придумал не ты сам, а кто-то другой)[33 - Полное введение в теорию см. Bell 2002. См. также Endler 1986.]. Как иногда случается с открытиями, чье время пришло, очень похожие идеи примерно тогда же независимо сформулировал натуралист Альфред

Рассел Уоллес. Однако он ясно и недвусмысленно дал понять, кому, по его мнению, по праву принадлежит честь открытия. В письме к Дарвину[34 - Darwin and Seward 1903.] 29 мая 1864 года он писал:

«Что касается теории естественного отбора как такового, я всегда буду считать, что она ваша и только ваша. Именно вы проработали ее в подробностях, о которых я и не подумал, за долгие годы до того, как у меня забрезжили мысли на эту тему, и моя статья никого не убедила бы и прошла бы незамеченной – на нее обратили бы внимание разве что как на оригинальную точку зрения – в то время как ваша книга произвела настоящую революцию в изучении естественной истории.»

Давайте попытаемся проследить ход мысли Дарвина. Итак, он отметил, что, во-первых, виды склонны производить больше потомства, чем способно выжить. Во-вторых, отдельные особи в пределах одного вида не тождественны друг другу. Если у кого-то появляется какое-либо преимущество с точки зрения способности преодолевать неблагоприятные обстоятельства в окружающей среде – и если это преимущество может передаваться по наследству и переходит от него к потомкам, – то со временем в популяции постепенно наметится перевес в пользу особей, которые приспособлены лучше. Вот как об этом пишет сам Дарвин[35 - Darwin 1964 [1859], p. 61] в третьей главе «Происхождения видов»:

«Благодаря этой борьбе [за жизнь] вариации, сколь угодно слабые и происходящие от какой угодно причины, если только они сколько-нибудь полезны для особей данного вида в их бесконечно сложных отношениях к другим органическим существам и физическим условиям их жизни, будут способствовать сохранению таких особей и обычно унаследуются их потомством. Так же и потомки их будут иметь более шансов выжить, так как из периодически нарождающихся многих особей любого вида может выжить только незначительное число. Этот принцип, в силу которого каждая слабая вариация сохраняется, если она полезна, я назвал термином «Естественный отбор»[36 - Очень простое и доступное объяснение естественного отбора можно найти в книге Mayr 2001. Учебник по естественному отбору и селекции – Bell 2008. В книге Endler 1986 приводится много наглядных доказательств естественного отбора.].

Если прибегнуть к современной генетической терминологии, о которой Дарвин не знал ровным счетом ничего, можно сказать, что естественный отбор – это просто утверждение, что особи, у которых «лучше» гены (с точки зрения выживания и размножения), смогут дать больше потомства, и гены у этого потомства тоже будут (относительно) «лучше». Иначе говоря, когда пройдет много поколений, благоприятные мутации сохранятся и распространятся, а неблагоприятные исчезнут, что и приведет к эволюции в сторону лучшей приспособленности. Например, очевидно, что скорость выгодна и хищнику, и жертве. Так что на равнинах Серенгети в восточной Африке естественный отбор привел к появлению самых быстрых животных на Земле.

Чтобы сложилась полная картина естественного отбора, нужно несколько составляющих. Во-первых, естественный отбор происходит на уровне популяций, то есть в географически ограниченных сообществах особей, которые скрещиваются между собой, а не на уровне отдельных особей. Во-вторых, популяции, как правило, размножаются с такой скоростью, что если у них будет выживать все потомство, их численность возрастет по экспоненте. Скажем, самка луна-рыбы вида Mola mola за один раз производит целых 300 миллионов икринок. Даже если бы только каждая сотая икринка – один процент – оплодотворялась и развившаяся из нее рыба доживала бы до взрослого состояния, рыбы-луны заполонили бы планету (вспомним, что вес взрослой луны-рыбы достигает полутора тонн). К счастью, благодаря конкуренции за ресурсы в пределах одного вида, борьбе с хищниками и прочим неблагоприятным внешним условиям, от каждой пары родителей, принадлежащих к тому или иному виду, выживает и размножается в среднем лишь два детеныша.

Это описание ясно показывает, что слово «отбор» в определении естественного отбора по Дарвину относится скорее к процессу уничтожения «слабейших» представителей популяции (с точки зрения выживания и размножения), а не к отбору, производимому антропоморфной природой. В переносном смысле можно представить себе процесс отбора как просеивание сквозь гигантское сито. Более крупные частицы (те, кто выживает) остаются в сите, а те, которые сквозь него проходят, уничтожаются. Сила, которая трясет сито, – окружающая среда. Поэтому Альфред Рассел Уоллес[37 - Цит. по Marchant 1916, p. 171.] [38] в письме к Дарвину 2 июля 1866 года даже предлагает изменить название принципа:

«Поэтому мне хотелось бы предложить вам подумать, нельзя ли полностью избежать подобного источника недопонимания… думается, это можно сделать безо всякого труда и весьма действенно, если принять термин Спенсера (который он предпочитает термину «естественный отбор» и применяет гораздо чаще): «выживание наиболее приспособленных». Это выражение представляет собой простую констатацию факта, а «естественный отбор» – метафорическое его описание, в некоторой степени непрямое и неточное, поскольку даже если мы станем персонифицировать Природу, очевидно, что она не столько отбирает особенно дорогие ей виды, сколько уничтожает самые нелюбимые.»

Дарвин согласился с его мнением и в пятом издании «Происхождения видов» заменил словосочетание «естественный отбор» выражением «выживание наиболее приспособленных», которое пустил в обращение в 1864 году ученый-энциклопедист Герберт Спенсер. Однако современные биологи предпочитают первоначальный вариант, поскольку выражение Спенсера может создать ошибочное впечатление, будто выживают только сильные и здоровые. На самом же деле «выживание наиболее приспособленных» для Дарвина значило в точности то же самое, что и «естественный отбор». То есть особи с отборными благоприятными наследуемыми признаками как раз и передают их потомству успешнее всего. Именно поэтому, хотя Дарвин признавал, что его вдохновляют идеи радикалов от философии вроде Томаса Мальтуса[38 - В своем «Опыте закона о народонаселении» (опубликован в 1798 году) Мальтус утверждал, что люди производят слишком много потомства, и если это не контролировать, человечество так или иначе ждут голод и преждевременное вымирание. Идеи Мальуса повлияли не только на Дарвина и Уоллеса, но и на экономическую и политическую философию.] – своего рода биологическая экономика в мире свободной конкуренции, – налицо и важные различия.

Третье, крайне важное обстоятельство, которое стоит отметить в связи с естественным отбором, состоит в том, что естественный отбор проходит в два последовательных этапа, первый из которых предполагает случайность, зато второй совершенно точно не случаен. На первом этапе возникает наследуемая вариация. На современном биологическом языке мы понимаем это как генетическую вариацию, вызванную случайной мутацией, перетасовкой генов и всеми процессами, связанными с половым размножением и созданием оплодотворенной яйцеклетки. На втором этапе, этапе отбора, те особи в популяции, которые лучше приспособлены к конкуренции – будь то

с собратьями по виду, с представителями других видов или с точки зрения способности преодолевать неблагоприятные условия окружающей среды – с большей вероятностью выживают и оставляют потомство. Вопреки некоторым заблуждениям по поводу естественного отбора, на втором этапе случай играет куда более скромную роль. Однако все же верно, что процесс естественного отбора не полностью детерминирован: хорошие гены не помогли, например, динозаврам пережить падение огромного метеорита. Однако в общем и целом эволюция представляет собой именно постепенное изменение последовательности генов.

Таковы две главные черты, которые отличают естественный отбор от концепции «замысла». Во-первых, у естественного отбора нет никакого долгосрочного «стратегического плана» либо конечной цели (он не телеологичен). Эволюция не стремится к какому-то идеалу совершенства, а просто на протяжении поколений не гнушается уничтожением неприспособленных и при этом то и дело меняет направление или даже приводит к вымиранию целых генеалогических линий. «Великий зодчий» не стал бы так поступать. Во-вторых, поскольку естественному отбору приходится волей-неволей иметь дело с уже существующим материалом, он не вполне «отвечает» за результат. Начинает естественный отбор с модификации видов, которые уже развились до какого-то состояния, он не создает их с нуля. Это все равно что просить портного перешить старое платье вместо того, чтобы обратиться в модный дом Версаче и заказать там новую модель. Следовательно, дизайн результатов естественного отбора, мягко говоря, оставляет желать лучшего (хотелось бы вам, например, заполучить поле зрения с круговым обзором, на все 360 градусов, или четыре руки? И наоборот – может быть, нервы в зубах или простата, полностью охватывающая мочеиспускательный канал, не лучшие инженерные решения?). Так что даже если определенные качества и принесли бы выгоду в смысле приспособленности, естественный отбор их не даст, пока нет наследуемой вариации, которая их обеспечит. Более того, несовершенство – верный признак того, что здесь поработал естественный отбор.

Наверное, вы уже отметили, что Дарвинова теория эволюции по самой своей природе такова, что для нее не так уж просто найти прямые доказательства, поскольку эволюция действует в течение такого длительного времени, что на этом фоне рост травы выглядит как ускоренная съемка в кино. Сам Дарвин писал геологу Ф. У. Геттону[39 - Геолог Фредерик Уоллстон Геттон (1836–1905) делал обзор «Происхождения видов» для журнала «The Geologist».] 20 апреля 1861 года: «В сущности, мне наскучило втолковывать всем и каждому, что я не претендую на то, чтобы представить доказательства того, как один вид превращается в другой, но я убежден, что в целом это представление верно, поскольку таким образом можно сгруппировать и объяснить очень много явлений». Тем не менее биологи, геологи и палеонтологи собрали массу косвенных доказательств эволюции, большинство из которых выходят за рамки этой книги, поскольку прямо не связаны с ляпсусом Дарвина. Позвольте отметить лишь то обстоятельство, что исследования ископаемых останков недвусмысленно свидетельствуют о развитии жизни от простого к сложному. То есть когда речь идет о миллионах и миллиардах лет геологического времени, то чем древнее геологический слой, где найдены останки, тем проще вид.

Однако нам важно вкратце рассмотреть некоторые свидетельства в поддержку идеи естественного отбора, поскольку современников Дарвина сильнее всего задевало именно представление о том, что жизнь может развиваться и становиться все более разнообразной безо всякой цели, по направлению к которой нужно было бы эволюционировать. Я уже отметил один факт, доказывающий реальность естественного отбора: сопротивляемость лекарствам, которая вырабатывается у различных патогенных бактерий. Скажем, печально знаменитый золотистый стафилококк – Staphylococcus aureus – становится причиной самых разных «госпитальных инфекций», которые ежегодно поражают не менее полумиллиона больных[40 - Bowersox 1999.] в американских больницах. В начале сороковых годов все известные штаммы стафилококка были восприимчивы к пенициллину. Однако с годами из-за мутаций, способствующих сопротивляемости, и в результате естественного отбора большинство штаммов стафилококка перестали реагировать на пенициллин. В этом случае весь эволюционный процесс оказался резко сжат во времени (отчасти из-за того, что люди заставили бактерий вырабатывать сопротивляемость как можно скорее) – поскольку поколения живут совсем недолго, а популяция такая огромная. После 1961 года появился особый штамм стафилококка, так называемый «метициллин-резистентный золотистый стафилококк», у которого развилась невосприимчивость не только к пенициллину, но и к метициллину, амоксициллину, оксациллину и целому сонму других антибиотиков. Едва ли можно представить себе более наглядное проявление естественного отбора в действии.

Еще один поразительный, хотя и неоднозначный пример естественного отбора – эволюция ночной бабочки пяденицы березовой[41 - Пяденицу березовую и индустриальный меланизм много исследовал британский биолог Бернард Кеттлвелл (1907–1979). Одни ученые (например, Wells 2000; Hooper 2003) оспаривают его выводы, другие его поддерживают (например, Majerus 1998). Популярный обзор научной полемики по этому вопросу см. у de Roode 2007.]. До промышленной революции бабочка (известная среди биологов под именем Biston betularia betularia morpha typica) была окрашена в светлые тона, что обеспечивало ей прекрасную маскировку в среде обитания – на деревьях и среди лишайников. В результате английской промышленной революции леса и поля подверглись сильнейшему загрязнению, что привело, во-первых, к вымиранию лишайников, а во-вторых, к тому, что стволы многих деревьев почернели от копоти. В результате бабочки с белым тельцем внезапно стали беззащитны перед хищниками, что едва не привело к их полному вымиранию. При этом мотыльки-меланисты – темная разновидность той же бабочки (carbonaria) – около 1848 года несказанно размножились, поскольку их маскировка оказалась куда удачнее. А когда промышленники стали задумываться об охране окружающей среды и ввели соответствующие стандарты, то, словно в доказательство важности «зеленой» политики, снова стали появляться белые бабочки. Хотя многие сторонники креационизма жестко критикуют исследования пяденицы березовой и вышеописанный феномен «индустриального меланизма», даже некоторые критики согласны, что это очевидный случай естественного отбора; спорят они лишь с тем, можно ли считать это доказательством эволюции, поскольку, в сущности, произошло лишь преобразование одной разновидности бабочки в другую, а не возникновение совершенно нового вида.

Другой распространенный довод против естественного отбора, скорее философский, состоит в том, что Дарвин дает этому явлению замкнутое, тавтологическое определение. Если не вдаваться в подробности, довод против звучит примерно так. Естественный отбор означает «выживание наиболее приспособленных». Но как определить, что такое «наиболее приспособленные»? Они определяются

как те, кто лучше всех выживают, а следовательно, определение тавтологично. Этот довод опирается на недопонимание и не выдерживает никакой критики. Дарвин относил понятие «приспособленности» вовсе не к тем, кто выжил, а к тем, кто по сравнению с другими особями того же вида имел больше шансов выжить, поскольку был лучше адаптирован к окружающей среде. Здесь главное – взаимодействие между переменной чертой организма и окружающей средой, в которой организм живет. Поскольку организмы конкурируют за ограниченные ресурсы, одни из них выживают, другие – нет. Более того, чтобы вступил в действие естественный отбор, адаптивные признаки должны передаваться по наследству.

Как ни странно, даже знаменитый Карл Поппер[42 - Popper 1976, p. 151.], автор фундаментальных трудов по философии науки, тоже заподозрил тавтологию в определении эволюции посредством естественного отбора, хотя и не настолько «очевидную». В целом Поппер сомневался в том, что при помощи концепции естественного отбора можно объяснить многие процессы в природе, и вот почему: если определенный вид существует, значит, он адаптировался к среде обитания (те, кто не адаптировался, вымерли). Иными словами, говорил Поппер, адаптация просто определяется как признак, гарантирующий существование – и исключить здесь нечего. Однако после того как Поппер опубликовал этот довод, многие философы обнаружили в нем ошибку. На самом деле Дарвинова теория эволюции исключает больше сценариев, чем оставляет. Например, по Дарвину, невозможно появление нового вида, если нет вида-предка. Подобным же образом, согласно теории Дарвина, исключаются вариации, которых невозможно достичь последовательными шагами. Говоря современным языком, достижимыми считаются только вариации, возникшие в результате процессов, управляют которыми законы молекулярной биологии и генетики. Здесь главное – статистическая природа адаптации: относительно участи отдельной особи ничего предсказать нельзя, можно говорить лишь о вероятности. Никто не гарантирует, что два однояйцовых близнеца произведут такое же потомство, более того, никто не гарантирует, что оба выживут. Кстати, в последующие годы Поппер осознал свое заблуждение[43 - Popper 1978; см. также Miller 1985.] и объявил: «Я переменил мнение о доказуемости и логическом статусе естественного отбора и рад, что у меня есть возможность публично отречься от прежних взглядов».

Наконец, для полноты картины, упомяну, что хотя естественный отбор – главный двигатель эволюции, существуют и другие процессы, которые приводят к эволюционным переменам. Пример подобного процесса, о котором Дарвин знать не мог, – это, по выражению современных биологов, генетический дрейф[44 - Литература по генетическому дрейфу весьма обширна. По адресу www.cosmolearning.com/video-lectures/neutral-evolution-genetic-drift-6687/ (http://www.cosmolearning.com/video-lectures/neutral-evolution-genetic-drift-6687/) можно найти онлайн-лекцию Стивена Стернса. В Сети есть и другие общедоступные ресурсы, в том числе Klinen et al. 2008. Полный учебник по популяционной генетике – Hartl and Clark 2006.] – изменение относительной частоты, с которой встречается в популяции вариант того или иного гена (аллель), в результате либо случайности, либо ошибки выборки. В небольших популяциях такой эффект может быть весьма значительным, что видно на следующих примерах. Если бросить монетку, ждешь, что орел будет выпадать примерно в 50 % случаев. Это значит, что если бросить монетку миллион раз, количество орлов будет близко к полумиллиону. Но если бросить монетку всего четыре раза, существует достаточно большая вероятность (6,25 %), что все четыре раза выпадет орел, а это существенно отличается от ожидаемого.

А теперь представьте себе, например, очень большую островную популяцию особей, у которых один ген может быть в двух вариантах (аллелях) X или Z. Аллели обладают в популяции равной частотностью, то есть аллели X и Z встречаются в ? случаев каждая. Но тут, не успели особи размножиться, как остров накрывает огромная волна цунами, и вся популяция тонет, кроме четырех особей. У четырех выживших особей может быть одно из шестнадцати сочетаний аллелей: XXXX, XXXZ, XXZX, XZXX, ZXXX, XXZZ, ZZXX, XZZX, ZXXZ, XZXZ, ZXZX, XZZZ, ZZZX, ZXZZ, ZZXZ, ZZZZ. Обратите внимание, что в десяти из шестнадцати сочетаний количество аллелей Х не равно количеству аллелей Z. Иначе говоря, вероятность генетического дрейфа в выжившей популяции – то есть изменения в относительной частотности аллелей – больше, чем вероятность сохранения прежнего состояния равенства частотности.

Генетический дрейф может привести к относительно быстрой эволюции в генофонде маленькой популяции, и к естественному отбору это не имеет отношения. Известный пример генетического дрейфа – случай с общиной секты амишей на востоке американского штата Пенсильвания. У амишей полидактилия (лишние пальцы на руках или ногах) встречается во много раз чаще, чем у населения США в целом. Это одно из проявлений редкого синдрома Эллиса-ван Кревельда[45 - В общине амишей мы наблюдаем манифестацию так называемого «эффекта основателя»: когда популяция из-за каких-то перемен в среде обитания или миграции сильно сокращаеся, гены «основателей» получившейся в итоге популяции проявляются непропорционально часто.]. Генетические болезни, связанные с рецессивными генами – например, синдром Эллиса-ван Кревельда – возникают только тогда, когда в одной особи встречаются две копии соответствующего гена. Причина того, что в общине амишей эти гены встречаются гораздо чаще обычного, – необходимость заключать браки в пределах своей популяции, основателями которой было всего около двухсот эмигрантов из Германии. Малая численность популяции дала исследователям возможность проследить, откуда взялся синдром Эллиса-ван Кревельда: его привезла в Америку в 1744 году всего-навсего одна супружеская пара, Самуэль Кинг с женой.

О генетическом дрейфе нужно сказать три вещи. Во-первых, эволюционные изменения, вызванные генетическим дрейфом, возникают исключительно случайно либо в результате ошибок выборки, естественный отбор тут ни при чем. Во-вторых, генетический дрейф не может способствовать адаптации, адаптация остается целиком и полностью сферой влияния естественного отбора. Более того, поскольку генетический дрейф абсолютно случаен, он иногда приводит к эволюции признаков, полезность которых, мягко говоря, сомнительна. Наконец, хотя генетический дрейф, что очевидно, в той или иной степени происходит во всех популяциях, поскольку размер любой популяции ограничен, его воздействие особенно выражено в маленьких изолированных популяциях.

Таковы в самых общих чертах главные принципы Дарвиновой теории эволюции посредством естественного отбора. Революция в биологии, которая произошла благодаря Дарвину, вызвана двумя главными причинами. Во-первых, Дарвин понял, что представления, царившие в биологической науке много сотен лет, все же могут оказаться неверными. Во-вторых, он показал, что научную истину можно постичь, если тщательно и терпеливо коллекционировать факты и при этом суметь интуитивно нащупать теорию, которая объединит эти факты. Как вы, должно быть, уже поняли, эта теория прекрасно объясняет, почему жизнь

на Земле столь разнообразна и почему у живых организмов именно такие, а не иные признаки. Достижения Дарвина прекрасно описала английская суфражистка и ботаник Лидия Беккер[46 - Лидия Эрнестина Беккер (1827–1890) была издателем «Women’s Suffrage Journal» в 1870–1890 годах. Отрывок о Дарвине взят из ее президентского обращения к Женскому литературному обществу Манчестера 30 января 1867 года. Оно также пересказано в Blackburn 1902, Part 2.], жившая в XIX веке:

«Как незначительно на первый взгляд копошение насекомых, которые снуют от цветка к цветку в поисках питательного нектара! Если мы заметим человека, который не жалеет времени на наблюдения за ними – за теми, в ком нет ничего любопытного, – мы вправе вообразить, что он просто развлекается, наслаждается ничегонеделаньем, поскольку любуется тем, что, быть может, и занятно, но явно столь ничтожно. Однако как сильно мы при этом ошибемся! Ведь эти крошечные крылатые посланцы несут философу-естествоиспытателю весть о неразгаданных доселе тайнах, и как Ньютон увидел закон всемирного тяготения в упавшем яблоке, так и Дарвин в отношениях цветов и букашек разглядел важнейшие факты, подтверждающие выдвинутую им теорию о модификации отдельных форм живых существ.»

И в самом деле, Дарвин стал для XIX века тем же, чем Ньютон был для XVII, а Эйнштейн – для XX веков. Любопытно, что теория эволюции привела к одной из самых ярких революций в истории науки. По словам биолога и историка науки Эрнста Майра, она «вызвала в мышлении человека колоссальный переворот – такого не удавалось никакому другому научному достижению со времен возрождения наук в эпоху Ренессанса». А теперь внимание, вопрос: где же Дарвин ошибся?

Глава 3. От нас не сохранится и следа

Жизнь – загадка, от которой

Отмахнуться нам нельзя!

    Уильям Швенк Гильберт.

    «Гондольеры»

Название этой главы я взял из «Бури» Шекспира, слегка ее изменив[47 - В переводе М. Донского эта строка (Акт IV, сцена I) звучит так: «От них не сохранится и следа». – Прим. перев.], однако, как мы вскоре увидим, в ней поэтически выражена суть ляпсуса Дарвина. Проблема коренилась в том, что теория наследственности, доминировавшая в XIX веке, была фундаментально неверна. Сам Дарвин знал, что у нее есть недостатки, и прямо сказал об этом в «Происхождении видов»[48 - Darwin 2009, p. 13.]:

«Законы, управляющие наследственностью, по большей части неизвестны. Никто не может сказать, почему одна и та же особенность у различных особей одного и того же вида или у различных видов иногда наследуется, а иногда не наследуется; почему у ребенка часто наблюдается возврат к некоторым признакам деда, бабки или еще более отдаленных предков; почему какая-нибудь особенность часто передается от одного пола обоим или только одному и чаще всего, хотя и не исключительно, тому же полу.»

Сказать, что законы, управляющие наследственностью, «по большей части неизвестны» – это, пожалуй, самое вопиющее преуменьшение во всей книге. В соответствии с широко распространенным в те времена представлением, Дарвин привык считать, что качества отца и матери у потомства физически смешиваются, как при смешивании красок. Согласно этой теории «красильного бака»[49 - Впервые это выражение – «paint-pot theory» – встречается у Hardin 1959, p. 107.], вклад каждого предка в наследственность с каждым поколением сокращается в два раза, а потомство любой пары должно обладать качествами, средними между качествами отца и матери. Дарвин и сам писал, что «После 12 поколений доля крови[50 - Darwin 2009, p. 160.], по ходячему выражению, от одного предка будет только 1 на 2048». Прямо как джин с тоником: если постоянно подливать в бокал тоника, в конце концов перестанешь ощущать вкус джина. Очевидно, Дарвин понимал, что подобное растворение неизбежно, однако почему-то все же ожидал, что естественный отбор сделает свое дело. Скажем, приводя пример волков, которые охотятся на оленей, он делал вывод, что «Если какая-то небольшая врожденная особенность, изменение привычек или структуры тела, окажется полезной отдельному волку, у него появится больше шансов выжить и оставить потомство. Кто-то из его детенышей, вероятно, унаследует те же привычки или структуру – и благодаря повторению этого процесса появится, вероятно, новая разновидность»[51 - Пер. А. Бродоцкой.] Однако то простое соображение, что если придерживаться теории смешанной наследственности, ничего подобного ждать не приходится, не пришло Дарвину в голову. Первым эту непоследовательность заметил шотландский инженер Флеминг Дженкин.

Дженкин был человеком многосторонне одаренным[52 - Brownlie and Lloyd Prichard 1963.], с самыми разнообразными интересами – от рисования портретов прохожих до проектирования трансокеанских телеграфных кабелей. Дарвина он критиковал достаточно прямо и без обиняков. Дженкин считал, что естественный отбор не приведет ни к каким результатам при «отборе» отдельной вариации (редкого новшества, возникшего случайно – Дженкин называл это «отклонением», а мы – мутацией), поскольку любая подобная вариация просто потонет среди нормальных представителей популяции, а через несколько поколений исчезнет без следа.

Ляпсус Дарвина состоит не в том, что он придерживался теории смешанной наследственности. Дарвина нельзя упрекать в том, что он не стал опровергать теорию наследственности, общепринятую среди его современников. Ляпсус Дарвина состоит в том, что он совершенно упустил из виду, по крайней мере, поначалу, что его механизм естественного отбора попросту не может работать так, как он себе представляет, если предположить, что теория смешанной наследственности верна. Давайте же подробно изучим этот серьезный ляпсус и следствия из него, которые едва не привели к катастрофе.

Как мутация тонет в болоте нормы

Свой критический анализ теории Дарвина Флеминг Дженкин опубликовал[53 - Jenkin 1867. Эта статья воспроизведена у Hull 1973, p. 303, кроме того, ее можно найти в Сети: http://www.victorianweb.org/science/science_texts/jenkins.html (http://www.victorianweb.org/science/science_texts/jenkins.html)] в виде анонимной рецензии на четвертое издание «Происхождения видов». Рецензия была напечатана в «North British Review» в июне 1867 года. Хотя в этой статье приводится несколько доводов против теории эволюции, я сосредоточусь на том из них, который указывал на главный ляпсус Дарвина. Чтобы доказать свою точку зрения, Дженкин предположил, что у каждой особи 100 детенышей, однако в среднем доживает до детородного возраста и размножается только один. Затем он предположил, что у особи с редкой мутацией («отклонением») появляется вдвое больше шансов выжить и оставить потомство, чем у всех остальных. Дженкин как-никак был талантливым инженером-изобретателем (между 1860 и 1886 годами он получил целых 37 патентов!), поэтому предпочитал количественный подход: он решил подсчитать, какое воздействие окажет подобное «отклонение» на популяцию в целом[54 - Прекрасное обсуждение аргументации Дженкина можно найти в Balmer 2004, Vorzimmer 1963 и Hull 1973.].

«Итак, эта особь размножится, и ее потомство составит, скажем, 100 особей; все это потомство представляет собой среднее между обычной особью и особью с отклонением [поскольку особи с отклонением встречаются редко, особи

с отклонением придется спариваться с обычной особью]. Шансы выжить и оставить потомство у представителя этого поколения составят, скажем, 1? против 1 у обычной особи [согласно предположению о смешивании наследственности], поэтому благоприятные шансы будут у потомства меньше, чем у родителя; однако благодаря большему количеству есть вероятность, что выживет в среднем 1? из них. Если такие особи не оставят совместного потомства, что крайне маловероятно, то им опять же придется спариваться с обычными особями; их будет 150 [1? ? 100], и их превосходство можно выразить, скажем, соотношением 1? к 1 [опять же согласно предположению о смешивании наследственности]; так что есть вероятность, что из них выживет почти двое [1 процент от 1? ? 150], и они породят 200 детенышей с превосходством в одну восьмую. Из них выживет чуть больше двух, однако превосходство снова снизится – и через несколько поколений его уже невозможно будет наблюдать, и его роль в борьбе за жизнь будет не значительнее, чем у любого из сотен крошечных преимуществ, возникающих в обычном организме.»

Дженкин настаивал на том, что даже при самом жестком отборе нельзя ожидать полной трансформации установившихся признаков вроде цвета кожи, если новый признак появился в популяции всего один раз. Чтобы показать, как мутация тонет среди множества нормальных особей, Дженкин привел скандальный, неполиткорректный по нашим меркам пример: белый человек, наделенный множеством превосходящих признаков, в результате кораблекрушения оказывается на острове, населенном исключительно неграми. Расистский и империалистический тон этого пассажа в наши дни звучит попросту мерзко, зато по нему, пожалуй, можно изучать настроения, царившие в обществе конца викторианской эпохи: даже если этот человек «в борьбе за существование перебьет множество негров», у него будет «очень много жен и детей» и «в первом поколении появятся десятки смышленых юных мулатов», пишет Дженкин, «разве можно рассчитывать, что население всего острова в конечном итоге сделается белым или даже желтым?»

Однако и Дженкин, как выяснилось, сделал в своих вычислениях одну серьезную логическую ошибку. Он предположил, что у каждой пары рождается 100 детенышей, из которых в среднем выживает и размножается только один. Однако поскольку рождать детенышей могут только самки, получается, что от каждой пары должны выживать и размножаться два детеныша – самка и самец, – иначе размер популяции с каждым поколением будет сокращаться вдвое: верный путь к стремительному вымиранию. Как ни странно, эту очевидную ошибку заметил только Артур Слэден Дэвис[55 - Davis 1871.], помощник учителя математики в средней школе в Лидсе – в 1871 году он прислал в журнал «Nature» письмо с соответствующим разъяснением.

Дэвис показал, что если сделать поправку с целью примерно сохранять численность популяции, эффект «отклонения» не угасает (как полагал Дженкин) – он, конечно, растворяется, однако все же распределяется по всей популяции. Например, если ввести в популяцию белых кошек одну черную, то (исходя из теории смешанной наследственности) это приведет к появлению двух серых котят, четырех котят-внуков посветлее и т. д. Дальнейшие поколения будут все светлее и светлее, однако темный оттенок полностью не исчезнет. Кроме того, Дэвис пришел к совершенно верному выводу, что «хотя любое благоприятное отклонение, которое возникает один раз и не более, а дальше передается лишь по наследству, едва ли повлияет на перемены в расе в целом, однако если отклонение независимо возникнет в разных поколениях, пусть даже не больше одного раза на поколение, оно может привести к весьма значительным переменам».

Несмотря на ошибку в расчетах Дженкина, в целом его замечание было верным: если исходить из теории смешанной наследственности, то даже при самых благоприятных условиях появление одной-единственной черной кошки не сделает черной всю популяцию белых кошек, каким бы выгодным ни был этот окрас.

Прежде чем изучить вопрос о том, как же Дарвин умудрился просмотреть этот фатальный на первый взгляд просчет в своей теории естественного отбора, полезно вкратце рассмотреть теорию смешанной наследственности с точки зрения современной генетики.

Ляпсус Дарвина и зачатки генетики

В контексте наших нынешних представлений о генетике механизм, отвечающий за наследственность у всех живых существ, обеспечивает молекула под названием ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Если говорить совсем упрощенно, ДНК состоит из генов, которые содержат информацию, зашифрованную в белках, и из участков, не несущих информацию. Физически ДНК размещается на элементах под названием хромосомы: каждая особь, принадлежащая к видам, которые делятся на два пола, обладает двумя наборами хромосом – один унаследован от отца (самца), другой от матери (самки). Следовательно, у каждой особи два набора всех ее генов, причем два экземпляра одного гена могут быть совершенно одинаковыми, а могут слегка различаться. Разные формы одного и того же гена, присутствующие в определенном месте хромосомы, – это варианты, которые называют аллелями.

Современная теория генетики[56 - Увлекательный рассказ о Менделе и его трудах см. в Mawer 2006.] зародилась в уме ученого, казалось бы, совсем не подходящего для этой роли: это был моравский священник по имени Грегор Мендель, живший в XIX веке. Мендель провел несколько простых на первый взгляд опытов, в ходе которых осуществлял перекрестное опыление растений душистого горошка, дававших только зеленые горошины, и таких же растений, горошины у которых получались только желтые. Первое поколение потомства, к удивлению Менделя, давало только желтые горошины. Однако у следующего поколения соотношение желтых и зеленых горошин было три к одному. Эти неожиданные результаты позволили Менделю вывести корпускулярную или дискретную теорию наследственности. Теория Менделя категорически противоречила теории смешанной наследственности: по Менделю, гены (он называл их «факторами») – это дискретные, отдельные сущности, которые и сохраняются во время развития, и передаются следующему поколению в абсолютно неизменном виде. Затем Мендель уточнил, что каждый детеныш наследует от каждого родителя один такой ген («фактор») и что те или иные признаки не обязательно проявляются у непосредственных потомков, однако могут передаваться дальнейшим поколениям. Эти выводы, как и собственно опыты Менделя, были попросту гениальными. Сельское хозяйство развивалось почти десять тысяч лет, однако ничего подобного никому и в голову не приходило. Результаты опытов Менделя одним махом свели на нет идею о смешанной наследственности, поскольку качества уже самого первого поколения потомства вовсе не были результатом смешения качеств их родителей.

Понять, каковы главные различия менделизма и теории смешанной наследственности с точки зрения естественного отбора, нам поможет простой пример[57 - Дальнейшее описание представляет собой упрощенный пересказ объяснения из кн. Ridley 1996, p. 35–39.]. Хотя теория смешанной наследственности, очевидно, не опиралась ни на какие гены, все же мы можем

разговаривать в этих терминах, не нарушая сути процесса смешения. Представьте себе, что особи, несущие определенный ген А, черные, а носители гена а – белые. Начнем с двух особей, черной и белой, у каждой из которых по два экземпляра соответствующего гена (как на илл. 4). Если ни тот, ни другой ген не доминирует, то и по теории смешанной наследственности, и по теории наследственности Менделя потомство такой пары будет серым, поскольку у него будет комбинация генов (генотип) Аа. Однако тут-то мы и обнаруживаем кардинальное различие. По теории смешанной наследственности A и a физически смешаются и создадут новый тип гена, который дает носителю серый окрас. Назовем этот ген A

По теории наследственности Менделя подобного смешения не произойдет: оба гена сохранятся в неизменном виде. Как ясно из илл. 4, последствия будут таковы: в поколении внуков по теории смешанной наследственности все потомки будут серыми, а по теории наследственности Менделя они могут быть черными (AA), белыми (aa) или серыми (Aa). Иначе говоря, генетика Менделя позволяет передавать из поколения в поколение признаки в крайнем проявлении и тем самым добиваться генетического разнообразия. При смешении наследственных признаков разнообразие неизбежно теряется, поскольку крайние проявления тех или иных типов быстро сводятся к некоему среднему. Как верно заметил Дженкин и как покажет следующий (весьма упрощенный) пример, подобное свойство смешанной наследственности для Дарвиновой идеи естественного отбора было чревато катастрофой.

Представьте себе, что мы начинаем с популяции из десяти особей, у девяти из которых наличествует сочетание генов aa (и они, следовательно, белые), а у одной – сочетание Aa (вызванное, например, какой-то мутацией), из-за чего она серая. Теперь представьте себе, что для выживания и размножения выгодно быть черными и что чуть более темный окрас – это лучше, чем белый, хотя чем светлее окрас, тем меньше выгода. На илл. 5 сделана попытка изобразить схему эволюции подобной популяции в соответствии с теорией смешанной наследственности. В первом поколении смешение A с a создаст новый «ген» A

который затем при скрещивании с aa даст A

a, который снова смешается и создаст ген A

соответствующий более светлому и менее выгодному окрасу. Легко видеть, что после большого числа поколений (n) самое серьезное, что может случиться с популяцией – она станет однородной с комбинациями A

A

то есть с окрасом чуть-чуть темнее изначального белого. В частности, черные особи пропадут уже после первого поколения, поскольку ген будет «разбавляться» до полного исчезновения.

А вот по теории наследственности Менделя (илл. 6), поскольку ген A сохраняется и передается из поколения в поколение, рано или поздно скрестятся два носителя генотипа Aa и породят черную разновидность AA. А поскольку черный окрас очень выгоден, то спустя достаточно долгое время естественный отбор может даже сделать эту популяцию полностью черной.

Вывод очень прост. Чтобы Дарвинова теория эволюции полностью оправдалась, была необходима теория наследственности Менделя[58 - Впервые объяснено в Fisher 1930.]. Однако Дарвин ею не располагал – как же он ответил на критику Дженкина?

То, что нас не убивает, делает нас сильнее

Дарвин был гением во многом, однако чего ему недоставало – так это математических способностей. В автобиографии он признавал[59 - Darwin 1958 [1892], p. 18. Более подробный анализ арифметических изысканий Дарвина можно найти в Parshall 1982.], что «пытался заняться математикой и даже отправился для этого в Бармут летом 1828 г. с частным преподавателем (очень тупым человеком), но занятия мои шли крайне вяло. Они вызывали у меня отвращение главным образом потому, что я не в состоянии был усмотреть какой-либо смысл в первых основаниях алгебры… Не думаю, впрочем, чтобы я когда-либо мог добиться успеха за пределами элементарной математики» (пер. В. Сукачева). Вот почему аргументы в «Происхождении видов» в основном качественные, а не количественные, особенно когда речь заходит об осуществлении эволюционных перемен. В тех немногих местах в «Происхождении видов», где Дарвин пытается проделать простые подсчеты, он постоянно делает глупые ошибки. Неудивительно, что, прочитав критику Дженкина, в основном математическую, он признается в письме Уоллесу: «Я был слеп и считал, будто отдельные вариации сохраняются гораздо чаще, чем возможно и вероятно, как я теперь вижу»[60 - Письмо к Уоллесу от 2 февраля 1869 года, цит. по Marchant 1916, Vol. 1. См. также Darwin 1887, 2: 288.]. И все же как-то не верится, чтобы Дарвин до прочтения статьи Дженкина совсем не задумывался о том, что любые «отклонения» должны раствориться в популяции. Конечно, задумывался. Еще в 1842 году, за четверть века до публикации рецензии Дженкина, Дарвин отмечал: «Если бы в какой-нибудь стране или округе все животные одного вида имели возможность беспрепятственно скрещиваться, любая мелкая тенденция к вариативности сталкивалась бы с постоянным противодействием»[61 - Darwin 1909 [1842], p. 3.]. На самом деле Дарвин даже в некотором смысле опирался[62 - Hodge 1987.] на то, что эффект растворения мутации способствует сохранению однородности популяции, поскольку отдельные особи имеют тенденцию отступать от нормы из-за вариаций. Почему же он так и не понял, как трудно будет особи с «отклонениями» (отдельному мутанту) бороться с усредняющей силой смешивания наследственных признаков? Именно ляпсус Дарвина, то, что он не сразу признал, что в доводах Дженкина есть рациональное зерно, отражал, пожалуй, с одной стороны – концептуальные сложности с пониманием наследственности в целом, а с другой – упорное пристрастие к мысли, что вариации должны встречаться редко. Последнее, вероятно, было отчасти следствием из общей теории размножения и развития, которой Дарвин придерживался и согласно которой предполагал, что вариации возникают лишь под давлением нужд развития. Более того, путаница с наследственностью была у Дарвина гораздо сильнее, что видно по следующей логической ошибке. В одном месте в «Происхождении видов» Дарвин отмечает:

«Когда признак, исчезнувший у данной породы, появляется вновь после длинного ряда поколений, нельзя предполагать, что будто одна особь внезапно уродилась в предка, отдаленного от нее несколькими сотнями поколений: наиболее вероятной будет гипотеза о том, что в каждом последующем поколении данный признак таился в скрытом состоянии и только в силу неизвестных благоприятных условий, наконец, развился[63 - Darwin 2009 [1859], p. 160.].»

Это предположение о наличии какой-то скрытой «тенденции» грубо противоречит теории смешанной наследственности и во многом близко по духу менделеевской теории[64 - К идее скрытой тенденции Дарвин вернулся в письме к Уоллесу от 23 сенября 1868 года (Darwin and Seward 1903, Vol. II, p. 84). Дарвин писал: «Думаю, невозможно разобраться, как, например, получается, что несколько красных перышек на голове у самца какой-то птицы, первоначально передававшиеся представителям обоего пола, в итоге передаются одним лишь самцам. Мало того, что от самцов с красными перышками должны рождаться самки, которым красных перышек не полагается: у этих

самок, должно быть, есть какая-то скрытая тенденция порождать подобные перышки, а иначе они вызвали бы ухудшение красного головного оперения у своих потомков мужского пола».]. Однако Дарвин, судя по всему, не понимал, по крайней мере поначалу, что следует задействовать эту идею скрытой тенденции в полемике с Дженкином. Вместо этого Дарвин решил отобрать роль поставщиков «сырья» для естественного отбора у отдельных вариаций и передать ее индивидуальным различиям (то есть широкому спектру крошечных различий, которые встречаются часто и, как считалось, равномерно распределены по популяции). Иначе говоря, Дарвин рассчитывал, что эволюцию путем естественного отбора на протяжении многих поколений продвигает весь континуум вариаций.

В письме к Уоллесу[65 - Дарвин работал тогда над пятым изданием «Происхождения видов», см. F. Darwin 1887, Vol. III, p. 107. См. также Balmer 2004, Morris 1994.] 22 января 1869 года расстроенный Дарвин писал: «Меня отвлекли от рутинной работы по подготовке нового издания “Происхождения видов”, которое стоило мне многих трудов и которое, надеюсь, в двух-трех важных местах мне удалось существенно улучшить. Я всегда считал, что индивидуальные различия важнее отдельных вариаций, но теперь пришел к выводу, что они [индивидуальные различия] играют определяющую роль и в этом, наверное, согласен с вами. Доводы Флеминга Дженкина убедили меня». Чтобы отразить смену приоритетов, в пятом и последующих изданиях он исправляет единственное число на множественное: «вариация» превращается в «вариации», «отдельная особь» – в «индивидуальные различия». Кроме того, к пятому изданию Дарвин добавил несколько новых абзацев, два из которых представляют особый интерес. В одном он открыто признает:

«Для меня было также ясно, что сохранение в естественном состоянии какого-либо случайного уклонения в строении, такого, как уродство, происходит нечасто, и если даже первоначально оно сохраняется, то затем оно обычно утрачивается вследствие последующего скрещивания с обыкновенными особями. Тем не менее, пока я не прочитал талантливой и ценной статьи в «North British Review» (1867), я не оценивал вполне, как редко могли сохраняться в потомстве единичные вариации, независимо от того, слабо или сильно они выражены[66 - Peckham 1959, p. 178.].»

В другом отрывке Дарвин дает краткое изложение «Кошмара Дженкина» – такое название получили доводы Дженкина о мутациях, которые потонут в болоте нормы. Этот абзац необычайно интересен, поскольку в нем содержится два небольших, но важных отличия от оригинального текста Дженкина. Во-первых, Дарвин предполагает, что у пары животных будет 200 детенышей, из которых выживут и размножатся двое[67 - Ibid.]. То есть получается, что Дарвин, несмотря на отсутствие математического образования, уже в 1869 году предвосхитил аргументы А. С. Дэвиса, который возражал Дженкину в своем письме в «Nature» в 1871 году – что для того, чтобы популяция не вымерла, нужно, чтобы от каждой пары выживало в среднем два детеныша. Второе и еще более интересное отличие состоит в том, что Дарвин в своем пересказе предполагает, что благоприятную вариацию особи с отклонением унаследует лишь половина потомства. Обратите внимание, что это предположение резко противоречит предсказаниям теории смешанной наследственности! К сожалению, Дарвин в то время еще не мог вывести все возможные следствия из теории несмешанной наследственности и принял выводы Дженкина без дальнейшего обсуждения.

Тем не менее налицо довольно много признаков того, что теория смешанной наследственности Дарвина не устраивала, причем уже давно. В письме к своему другу и пропагандисту своих идей биологу Томасу Генри Гексли, написанном в 1857 году[68 - Точная дата письма неизвестна, однако, поскольку оно отправлено из Мур-Парк, оно было написано до 12 ноября 1857 года. См. Darwin and Seward 1903, Vol. I, p. 102.], Дарвин объясняет:

«Подходя к идее [эволюции] с той стороны, которая меня больше всего привлекает, то есть с точки зрения наследственности, я в последнее время склонен предполагать – весьма грубо и неотчетливо – что потомки подлинного оплодотворения должны представлять собою своего рода сочетание, а не однородное смешение качеств двух отдельных особей, а точнее – бесчисленного множества особей, поскольку у каждого из родителей есть свои родители и предки. Мне непонятны никакие другие объяснения, почему формы, получившиеся в результате скрещивания, так похожи на формы предков. Но все это, конечно, весьма приблизительно.»

Быть может, это наблюдение и «весьма приблизительно», зато очень глубоко. Здесь Дарвин признает, что сочетание отцовского и материнского наследственного материала напоминает скорее не смешение красок, а перетасовку двух карточных колод.

Хотя идеи, которые высказывает Дарвин в этом письме, несомненно, можно считать ярчайшими предвестниками генетики Менделя, впоследствии недовольство теорией смешанной наследственности заставило Дарвина выдвинуть совершенно ошибочную теорию под названием пангенезис. Согласно Дарвиновой теории пангенезиса, репродуктивные клетки получают распоряжения от организма в целом. Вот как Дарвин пишет об этом в своей книге «Изменение животных и растений в домашнем состоянии»[69 - Darwin 1864, Vol. II, p. 374.]:

«…Я предполагаю, что, кроме этого способа размножения, единицы [то есть клетки] отделяют от себя мельчайшие крупинки, которые распределены по всей системе; что эти последние, если они получают соответствующее питание, размножаются делением и в конце концов развиваются в единицы, подобные тем, от которых они первоначально произошли… Таким образом, новые организмы получаются не из органов воспроизведения или почек, но из единиц, из которых состоит каждая особь.»

    (Пер. П. Сушкина и Ф. Крашенинникова)

Для Дарвина главным преимуществом пангенезиса перед смешиванием состояло в том, что если на протяжении жизни особи возникало какое-то адаптивное изменение, то «крупинки» (Дарвин назвал их «геммулами») замечали это изменение, застревали в репродуктивных органах и обеспечивали передачу изменения следующим поколениям. К сожалению, пангенезис подтолкнул теорию наследственности в направлении, прямо противоположном тому, куда хотела бы современная генетика: ведь развитие всего организма определяется оплодотворенной яйцеклеткой, а не наоборот. Дарвин растерялся и цеплялся за свою ошибочную теорию с той же убежденностью, с какой ранее отстаивал совершенно верную теорию естественного отбора. Несмотря на ожесточенные нападки научного сообщества, Дарвин в 1868 году писал своему горячему стороннику Джозефу Далтону Хукеру: «Я совершенно уверен, что каждая клетка испускает атом или геммулу своего содержимого, однако даже если эта гипотеза и неверна, она все равно служит полезным связующим звеном для огромных и разнообразных классов физиологических фактов, которые в настоящее время стоят особняком друг от друга». Кроме того, он уверенно добавлял, что даже «если сейчас пангенезис – мертворожденное дитя, когда-нибудь он возблагодарит Господа за то, что в будущем возродится вновь, зачатый иным отцом, и получит иное имя». Вот отменный пример того,

как блестящая мысль – дискретное наследование – потерпела горькую неудачу, поскольку ее пытались внедрить при помощи неверного механизма – пангенезиса.

Особенно отчетливо Дарвин выразил свои атомистические и, в сущности, менделевские идеи наследственности в переписке с Уоллесом в 1866 году. В письме, написанном 22 января, он отмечает: «Я знаю довольно много вариаций – их следует называть именно так – потомство которых представляет собой не смесь, не нечто среднее, а похоже на кого-то одного из родителей»[70 - Marchant 1916, Vol. I, p. 166.]. Уоллес не сумел разобраться, что имел в виду Дарвин, и 4 февраля ответил так: «Если вы “знаете вариации, потомство которых представляет собой не смесь, не нечто среднее, а похоже на кого-то одного из родителей”, разве речь не о том самом физиологическом испытании вида, когда нужно исчерпывающее доказательство, что это именно вид?»[71 - Ibid. p. 168]

Чтобы развеять недоразумение, Дарвин в следующем же письме поправляет Уоллеса:

«Мне кажется, вы не поняли, что я имею в виду, когда говорю, что определенные вариации не смешиваются. Это не имеет отношения к плодовитости. Приведу пример. Я скрестил душистый горошек сортов «Нарядная дама» и «Пурпур» – окраска у этих вариаций сильно различается – и получил из одного стручка потомство обеих вариаций в чистом виде – и ничего промежуточного. Мне думается, что-то в этом роде должно было произойти и с вашими бабочками и тремя разновидностями дербенника, и хотя эти случаи кажутся такими удивительными, я не думаю, что это более удивительно, что то, что каждая особь женского пола в мире производит потомство женского и мужского пола – и ничего промежуточного[72 - Письмо датировано «Вторник, февраль, 1866». Ibid. p. 159.].»

Это письмо примечательно по двум причинам. Во-первых, Дарвин описывает результаты опытов, очень похожих на опыты Менделя, в сущности, те самые опыты, которые натолкнули Менделя на теорию наследственности. Теперь мы понимаем, что Дарвин очень близко подошел к открытию менделевского соотношения 3 к 1. Когда Дарвин скрестил обыкновенный львиный зев с его пелорической разновидностью, первое поколение потомства получилось обыкновенное, а во втором оказалось 88 обыкновенных и 37 пелорических растений (соотношение 2,4 к 1). Во-вторых, Дарвин указывает[73 - О переписке Дарвина с Уоллесом и ее значении прекрасно рассказано в Dawkins 2009.], что из того простого факта, что потомство может быть либо мужского, либо женского пола – а не какого-то среднего, гермафродитического, – следует очевидный вывод, что теория смешанной наследственности ошибочна! Выходит, доказательство верной теории наследственности было у Дарвина прямо перед носом. Как он уже отмечал в «Происхождении видов»: «Незначительная изменчивость гибридов в первом поколении в противоположность изменчивости в последующих поколениях – факт любопытный и заслуживает внимания». Обратите внимание также, что вся переписка Дарвина с Уоллесом имела место до публикации рецензии Дженкина. И хотя Дарвин подошел до обидного близко к открытию Менделя, он все-таки не понял, насколько фундаментален и универсален этот закон, и не сумел разглядеть, насколько он важен для естественного отбора.

Чтобы вполне представить себе, как Дарвин относился к дискретной наследственности, придется найти ответы еще на несколько неприятных вопросов. Грегор Мендель[74 - О жизни и работе Менделя подробно говорится в книге Orel 1996 (а также в Mawer 2006). См. также Brannigan 1981.] прочитал программный доклад с описанием своих экспериментов и своей теории генетики «Versuche ?ber Pflanzen-Hybriden» («Опыты над растительными гибридами») в Обществе естествоиспытателей Брюнна (ныне Брно) в 1865 году. Не может ли так случиться, что Дарвин в какой-то момент прочитал тезисы этого доклада? Не были ли его письма к Уоллесу в 1866 году в какой-то степени вдохновлены трудами Менделя, а не собственными идеями? А если он читал тезисы Менделя, почему не разобрался, что данные Менделя и есть исчерпывающий ответ на критику Дженкина?

Интересно, что между 1982 и 2000 годом вышло как минимум три книги[75 - Kitcher 1982, p. 9; Rose 1998, p. 33; Henig 2000, p. 143–144.], где утверждалось, что в библиотеке Дарвина нашли экземпляры доклада Менделя, а в четвертой[76 - Dover 2000, p. 11.] (опубликованной в 2000 году) даже говорилось, что именно Дарвин предложил упомянуть Менделя в Британской энциклопедии в статье «Hybridism». Очевидно, если бы это подтвердилось, не осталось бы сомнений, что Дарвин прекрасно знал о трудах Менделя.

Эндрю Склатер[77 - Sclater 2003. См. также Keynes 2002.] из проекта «Darwin Correspondence» под эгидой Кембриджского университета вполне определенно ответил на все эти вопросы еще в 2003 году. Как выяснилось, имя Менделя как автора не встречается в полной описи всех книг и статей в библиотеке Дарвина ни разу. Удивляться тут, впрочем, нечему, учитывая, что доклад Менделя был опубликован среди трудов малоизвестного Общества естествоиспытателей Брюнна, на которые Дарвин никогда не был подписан. Более того, работа Менделя не привлекала практически никакого внимания почти тридцать четыре года, пока в 1900 году ее не открыли заново – и независимо друг от друга – ботаники Карл Корренс из Германии, Хуго де Фриз из Голландии и Эрих Чермак-Зейзенегг из Австрии, которые повторили результаты опытов Менделя. Тем не менее Дарвину принадлежали две книги, в которых упоминались труды Менделя. Дарвин даже цитирует одну из этих книг – «Проверка устойчивости видов и изменчивости» Германа Гофмана (Hermann Hoffmann. Untersuchungen zur Bestimmung des Werthes von Species und Variet?t, 1869) – в своей собственной книге «Действие перекрестного опыления и самоопыления в растительном мире». Однако самого Менделя Дарвин не цитировал ни разу и не упомянул о нем в связи с книгой Гофмана. Этому опять же не стоит удивляться, поскольку и сам Гофман не придавал работе Менделя особого значения – все его выводы он суммировал одной фразой, можно сказать, мимоходом: «Гибриды склонны в последующих поколениях возвращаться к родительским видам». Опыты Менделя с горошком упоминаются и в другой книге, принадлежавшей Дарвину – это «Гибриды растений» Вильгельма Ольберса Фокке (Wilhelm Olbers Focke. Pflanzen-mischlinge). На илл. 7 показан титульный лист, где Дарвин написал свою фамилию. Однако судьба этой книги еще более незавидна: те самые страницы, где описаны труды Менделя, остались в принадлежавшем Дарвину экземпляре неразрезанными! На илл. 8 вы видите экземпляр Дарвина – это фото сделали по моей просьбе, – где видны неразрезанные страницы. Однако даже если бы Дарвин прочитал эти страницы, они не произвели бы на него нужного впечатления, поскольку Фокке не уловил основные принципы Менделя.

Остается последний вопрос: действительно ли Дарвин рекомендовал упомянуть Менделя в Британской энциклопедии? Склатер дает однозначный ответ: нет. Более того, когда в 1880 году натуралист Джордж Роменс попросил Дарвина прочитать набросок статьи о гибридах для Британской энциклопедии и снабдить ее ссылками, Дарвин послал Роменсу свой экземпляр книги Фокке (тот самый, с неразрезанными страницами) с запиской, что книга-де «будет вам полезна куда больше, чем я»!

Итак, Дарвин явно был недостаточно знаком с трудами

Менделя[78 - Великолепное описание взаимного влияния (или его отсутствия) Дарвина и Менделя см. в de Beer 1964.] – зато очевидно, что теории Дарвина сильно повлияли на идеи Менделя, правда, уже позднее 1854–1855 годов, когда Мендель начал свои эксперименты с горошком. У Менделя было второе немецкое издание «Происхождения видов», вышедшее в 1863 году. В своем экземпляре он отметил некоторые абзацы чертой на полях, а иногда подчеркивал отдельные фразы. Пометки Менделя свидетельствуют о том, что его особенно интересовали следующие темы: внезапное появление новых вариаций, естественный и искусственный отбор и различия между видами. Не приходится сомневаться, что чтение «Происхождения видов» существенно повлияло на собственную статью Менделя, написанную в 1866 году, поскольку там во многих местах содержатся аллюзии на различные аспекты теории Дарвина. Например, о наследуемой вариации Мендель пишет так:

«Если бы изменение условий их вегетации было единственной причиной вариации, то следовало бы ожидать, что те из культурных растений, которые возделывались сплошь в течение сотен лет при одинаковых условиях, должны были бы вновь приобрести долю самостоятельности. Однако, как известно, этого не происходит, так как именно среди таких растений можно найти формы не только весьма различные, но и весьма изменчивые[79 - Mendel 1866, p. 36 (цит. по de Beer 1964).].»

    (Здесь и далее пер. К. Фляксбергера)

А теперь сравним стиль этого отрывка с соответствующими пассажами из дарвиновского «Происхождения видов»: «Неизвестно ни одного случая, чтобы изменчивый организм перестал изменяться при культивации. Наши древнейшие культурные растения, как например пшеница, продолжают давать новые разновидности; наши древнейшие одомашненные животные все еще способны к быстрому совершенствованию или модификации»[80 - Darwin 1964 [1859], p. 7, или Darwin 2009, p. 8.]. Однако главное даже не это, а то, что Мендель, похоже, понимал, что его теория наследственности могла решить главную проблему Дарвина – откуда берется достаточное количество наследуемых вариаций, чтобы эволюции было над чем работать. Именно здесь теория смешанной наследственности давала сбой, на что и указывал Дженкин. Мендель писал:

«Если принять развитие гибридов подчиняющимся тому же закону, который установлен для Pisum [горошка], то для каждого отдельного опыта получаемый ряд должен охватывать большое число форм… Что касается Pisum, то было доказано путем опыта, что гибриды его образуют различного рода мужские и женские половые клетки и что на этом, собственно, основывается изменчивость его потомков[81 - Mendel 1866, p. 39 (цит. по de Beer 1964).].»

Итак, наследуемые вариации и ни малейшего смешения. Более того, Мендель несколько раз пытался создать вариации растений, пересадив их из естественных условий в свой монастырский садик. Это не привело ни к каким переменам, и тогда Мендель сказал своему другу Густаву фон Нисслю: «Что мне уже очевидно – что природа модифицирует виды как-то иначе, здесь действует какая-то иная сила». То есть Мендель принял теорию эволюции, по крайней мере, отдельные ее аспекты.

Тут, однако, возникает следующий интересный вопрос: если Мендель был согласен с идеями Дарвина и даже, вероятно, признавал, что его собственные результаты важны для теории эволюции, почему он в своих трудах ни разу не упомянул Дарвина?

Чтобы ответить на этот вопрос, следует принять во внимание особые исторические обстоятельства, в которых жил и работал Мендель. Император Австро-Венгрии Франц-Иосиф 14 сентября 1852 года уполномочил князя-епископа Раушера от его имени заключить конкордат с Ватиканом. Этот конкордат был подписан в 1855 году – а поскольку в 1848 году по Европе пронесся ветер перемен, в документе содержались весьма строгие предписания вроде «Школьное обучение детей-католиков должно полностью соответствовать учению Католической церкви… Епископы имеют право порицать книги, вредные для религии и морали, и запрещать католикам читать их». В результате подобных предписаний, в частности, палеонтологу Антонину Фричу запретили читать в Праге лекцию о том, как он ездил в 1860 году в Оксфорд на конференцию, где Гексли представил теорию Дарвина. Хотя сам Ватикан медлил с официальной реакцией на теорию Дарвина несколько десятков лет[82 - Обсуждение первых откликов Ватикана на теорию эволюции см. в Harrison 2001.], совет католических епископов Германии в 1860 году постановил: «Наши первопредки были созданы непосредственно Господом, поэтому мы объявляем, что мнение тех, кто не побоялся заявить, будто это человеческое существо… возникло в результате длительных спонтанных перемен от несовершенной природы к более совершенной, явно противоречит Священному писанию и Вере». Мендель был рукоположен в священники в 1847 году и избран аббатом своего монастыря в 1868 году, поэтому в подобной гнетущей атмосфере он, вероятно, счел неблагоразумным открыто поддерживать идеи Дарвина.

Остается только гадать, что могло бы произойти, прочитай Дарвин статью Менделя до 21 ноября 1866 года, когда он закончил главу о своей ошибочной теории пангенезиса. Точно сказать, разумеется, нельзя, но лично я убежден, что ничего не изменилось бы. Дарвин еще не был готов размышлять в терминах вариации, которая затрагивает лишь часть организма, а остальные оставляет нетронутыми, и к тому же у него недоставало математических способностей, чтобы проследить и вполне оценить ход мысли Менделя с его вероятностным подходом. Разработать конкретный универсальный механизм на основании нескольких частных случаев передачи тех или иных признаков потомству определенного растения в соотношении три к одному – нет, подобные выкладки не были сильной стороной Дарвина. Более того, то, как упорно Дарвин отстаивал свою теорию пангенезиса, лишний раз показывает, что на том этапе жизни он, скорее всего, стал жертвой «эффекта чрезмерной уверенности»[83 - Этот эффект продемонстрирован в Kruger and Dunning 1999. Популярное описание можно найти в Chabris and Simons 2010.], как выразились бы современные психологи – это распространенное когнитивное искажение, при котором человек переоценивает свои способности. Обычно это случается с людьми неквалифицированными, которые не подозревают о своем невежестве, однако в той или иной степени впасть в это состояние может каждый. Скажем, исследования показывают, что большинство шахматистов считают, будто могут играть гораздо лучше, чем показывает их официальный рейтинг. Если у Дарвина и в самом деле возникла иллюзия чрезмерной уверенности, это печальный парадокс – ведь сам он тонко подметил, что «уверенность гораздо чаще зиждется на невежестве, чем на знании».

Разработка количественного подхода к феномену вариации и выживаемости и полное согласование Дарвинова естественного отбора и менделевской генетики заняла около 70 лет. Поначалу, в первые годы после того, как программная статья Менделя 1865 года была открыта заново – напомню, это произошло в 1900 году, – считалось даже, что законы наследственности Менделя противоречат дарвинизму. Генетики настаивали, что мутации – единственно приемлемая форма наследственной вариации – происходят резко и целиком,

а не постепенно, в результате отбора. В 1920 годы это противоречие удалось разрешить в результате целого ряда масштабных исследовательских проектов. Сначала эксперименты по разведению плодовой мушки семейства Drosophila, проведенные биологом Томасом Хантом Морганом и его сотрудниками, неопровержимо доказали, что принципы Менделя универсальны. Затем генетик Уильям Эрнест Касл сумел продемонстрировать, что может добиться наследуемых изменений при помощи отбора мелких вариаций в популяции крыс. Наконец, английский генетик Сирил Дин Дарлингтон открыл конкретную механику хромосомного обмена генетическим материалом. Все эти и им подобные исследования показали, что мутации случаются нечасто и в большинстве случаев невыгодны. В тех редких случаях, когда возникали благоприятные мутации, естественный отбор оказался единственным механизмом, способствующим их распространению в популяции. Далее биологи поняли, что стойкую вариацию признака обеспечивает множество независимо действующих генов. Градуализм Дарвина одержал верх, и стало ясно, что естественный отбор, способствующий мелким изменениям, действительно приводит к адаптации.

Ляпсус Дарвина и критика Дженкина привели и еще к одному неожиданному последствию: они, по сути, открыли дорогу математической популяционной теории генетики, которую создали Рональд Фишер, Дж. Б. С. Холдейн и Сьюэл Райт. Этот труд и стал окончательным доказательством, что менделевская генетика и Дарвинов естественный отбор дополняют друг друга и неотделимы друг от друга. Если учесть, насколько неверно Дарвин понимал генетику как таковую, поразительно, насколько он оказался прав.

Потому-то история эволюции – не простой рассказ, ведущий от легенде к познанию, а пестрое собрание отклонений, ляпсусов, тупиков и крутых поворотов. Впоследствии все эти перепутанные течения стеклись к одному выводу: понимание жизни требует понимания весьма хитроумных химических процессов с участием весьма сложных молекул. Мы еще подберем эту красную нить повествования в главах 6 и 7, где обсудим открытие молекулярной структуры белков и ДНК.

Я уже говорил, что статья Дженкина натолкнула оппонентов Дарвина и на другие доводы против теории эволюции. В частности, Дженкин опирался на выкладки своего друга и партнера – знаменитого физика Уильяма Томсона (впоследствии – лорда Кельвина), согласно которым получалось, что возраст Земли гораздо меньше, чем колоссальные интервалы времени, необходимые, чтобы теория эволюции по Дарвину состоялась на практике. Вокруг этого противоречия начались жаркие споры – и это подводит нас к восхитительным открытиям, которые касаются не только методологических различий между разными областями науки, но и, до некоторой степени, устройства и работы человеческого мозга.

Глава 4. Сколько лет Земле?

В начале сотворил Бог небо и землю… Каковое начало времен, по нашей хронологии, приходится на начало ночи, предшествовавшей 23 числу октября месяца 710 года по юлианскому календарю.

    Джеймс Ашшер,

    1658

Возраст Земли интересовал людей с доисторических времен. Однако нечасто случается, чтобы одно конкретное число – возраст Земли – так сильно влияло на столь различные отрасли знания, как богословие, геология, биология и астрофизика. Если учесть, что в каждой из этих дисциплин предостаточно ученых, твердо уверенных в собственной правоте, не стоит удивляться, что к XIX веку попытки вычислить возраст Земли уже успели вызвать целую череду ожесточенных научных дискуссий.

Концепция универсального линейного времени появилась далеко не сразу. Например, согласно древнеиндийской традиции[84 - Древние индусы верили, что цикл разрушения и обновления длится 4 320 000 лет (см., напр., Holmes 1947, p. 99–108).], у времени нет никаких границ, а Вселенная проходит постоянные циклы разрушения и восстановления, о чем и свидетельствует древний символ уроборос – змея, кусающая собственный хвост. Однако древнеиндийские мудрецы все же вычислили довольно «точный» возраст Земли, который в 2010 году составлял 1 972 949 111 лет. Платон и Аристотель гораздо больше интересовались тем, как и почему сложился нынешний порядок вещей, а не тем, когда это произошло, однако и они так и этак играли с идеей повторяющихся циклов, согласованных с движением светил. А вот христианский мир отказался от идеи циклического времени в пользу единого неповторяющегося прямолинейного его течения – оси времени, которая идет от сотворения мира до самого Страшного суда. В этом религиозном контексте определение возраста Земли в течение столетий оставалось прерогативой богословов. Одну из первых попыток такого рода предпринял Феофил, шестой епископ Антиохийский[85 - Феофил Антиохийский (ок. 115–180) принял христианство уже взрослым. До нас дошло лишь одно его сочинение в рукописи XI века; цит. по Haber 1959, p. 17, и Dalrymple 1991, p. 19.], в 169 году: по его оценкам, миру на тот момент сравнялось примерно 5698 лет. Феофил говорил, что решил подсчитать возраст Земли в основном не для того, чтобы «предоставить повод для досужих разговоров», а для того, чтобы «пролить свет на количество лет со дня сотворения мира». Он признавал, что его подсчеты выполнены не без погрешности, однако считал, что эта погрешность составляет не более 200 лет.

После Феофила исследователи хронологии по большей части просто подсчитывали временные промежутки между различными библейскими событиями, возраст тех или иных персонажей Писания и протяженность поколений. Среди этих выдающихся библеистов были Джон Лайтфут, служивший в XVII веке вице-канцлером Кембриджского университета, и Джеймс Ашшер[86 - Ашшер (1581–1656) вычислил, что сотворение мира произошло в 710 году по юлианскому календарю (Brice 1982).], ставший в 1625 году архиепископом Армским. Несмотря на тщательно продуманный заголовок книжки Лайтфута, вышедшей в 1642 году – «Несколько новых наблюдений по поводу книги Бытия, большинство – бесспорные, остальные – вероятные и все – невинные, диковинные и ранее почти неслыханные» («A Few, and New Observations upon the Book of Genesis, the Most of them Certain, the Rest Probable, All Harmless, Strange and Rarely Heard of Before»), Лайтфут не постеснялся объявить, что сотворение Адама, первого человека, произошло ровно в девять часов утра! Что же касается даты сотворения мира, Лайтфут считал, что это случилось в 3928 году до н. э.

Вычисления Ашшера были несколько более хитроумными, поскольку он сопоставлял библейские тексты с некоторыми астрономическими и историческими данными. В результате педантичных расчетов Ашшер пришел к выводу, что мир был сотворен вечером накануне 23 октября 4004 года до н. э. Эту дату прекрасно знают в англоязычном мире, поскольку в 1701 году ее добавили в постраничный комментарий к английской Библии[87 - В начале ХХ века это примечание убрали. Kirkaldy 1971, p. 5.].

Естественно, христианское представление о времени шло по пятам иудейской традиции, которая также в основном опиралась на буквальное прочтение текста книги Бытия. В контексте божественной драмы, в которой иудеям отводилась главная роль, нужно было, конечно, обзавестись надежной историей. По этой традиции мир был создан примерно 5770 лет назад (на 2010 год). Однако один из самых

влиятельных еврейских мудрецов Средневековья Маймонид (Моше бен Маймон) пророчески предостерегал против буквального толкования библейских текстов. Он словно бы предвидел, что скажет четыреста лет спустя Галилео Галилей, и утверждал, что если точные научные данные противоречат Писанию, библейские тексты следует толковать иначе. Его идеям вторит и голландско-еврейский философ Барух Спиноза: «Познания… почти обо всем, что содержится в Писании, следует искать лишь в самом Писании, подобно тому как познания о природе следует искать в самой природе»[88 - Spinoza 1925, Vol. III, p. 98.]. Предполагал, что текст книги Бытия всего лишь аллегория, и Маймонид, причем в этом он был даже не первым. В I веке Филон Александрийский, эллинистический еврейский философ, провидчески заметил:

«Было бы признаком крайнего простодушия считать, будто мир был создан либо в шесть дней, либо вовсе мгновенно, ведь время – не более чем последовательность дней и ночей, а они тесно связаны с движением Солнца над нами и Земли под нами. Однако Солнце есть часть Небес, поэтому и время следует понимать как нечто вторичное по отношению к миру. Поэтому верно было бы сказать, что не мир был создан в какое-то время, а время обязано миру своим существованием[89 - Philo I век н. э., I книга.].»

Как мы увидим в главе 10, последняя фраза Филона прекрасно соответствует идеям Эйнштейна и его общей теории относительности.

Великий немецкий философ Иммануил Кант одним из первых подверг критике соотношение между толкованием библейских текстов и законами физической науки. Сам Кант определенно склонялся к физике. В 1754 году[90 - Kant 1754.] он указал на то, как опасно оценивать возраст Земли, исходя из времени жизни человека. Он писал: «Человек совершает величайшую ошибку, когда пытается сделать мерой возраста Творения во всем его величии последовательность человеческих поколений, сменившихся за определенное время». Кант ссылался на сатирический отрывок из опубликованных в 1686 году «Рассуждений о религии, природе и разуме» французского писателя Фонтенеля, где розы судят о возрасте своего садовника, и приводил «высказывание» роз: «Мы всегда видели одного и того же садовника; с того момента как существует память роз, видели только его; он всегда был таким же, каков он сейчас, значит, несомненно, он не умирает, как мы, и даже не изменяется!» (пер. С. Шейнман-Топштейн).

Примерно тогда же, когда Кант размышлял о природе бытия, французский геолог и дипломат Бенуа де Майе предпринял одну из первых отважных попыток вычислить возраст Земли на основании физических наблюдений и тщательной научной аргументации. Де Майе воспользовался привилегиями, которые давала ему должность генерального консула Франции в различных городах Средиземноморья, и проделывал всяческие геологические изыскания, которые и убедили его, что Земля не могла быть создана в мгновение ока в полностью сформированном виде. Напротив, де Майе сделал вывод о долгой истории постепенных геологических процессов. Он прекрасно понимал, как опасно бросать вызов доминирующим церковным догмам, и изложил свою теорию истории Земли в нескольких рукописях, которые были собраны, отредактированы и опубликованы под названием «Теллиамед» (de Maillet наоборот) лишь в 1748 году, спустя десять лет после смерти де Майе. Книга написана в виде вымышленных диалогов между индийским философом по имени Теллиамед и французским миссионером. Оригинальные идеи де Майе в результате редакторского вмешательства – редактором рукописи был аббат Жан-Батист де Маскрие – оказались несколько разбавлены, однако основную мысль уловить все же можно. Говоря современным языком, это была теория так называемой седиментации (осаждения пород). Обнаружив окаменелые раковины в осадочных скалах близ горных вершин, де Майе пришел к выводу, что юная Земля была полностью покрыта водой. Это позволило ответить на вопрос, терзавший еще за двести лет до этого Леонардо да Винчи: «Почему кости гигантских рыб, раковины устриц и кораллы и останки всевозможных прочих моллюсков и улиток находят на вершинах высоких гор, опоясывающих моря, точно так же, как находят их и в морской пучине?»[91 - MacCurdy 1939, p. 342.] Де Майе сопоставил свою идею Земли, покрытой водой, с декартовой теорией солнечной системы, где Солнце помещено в центр водоворота, а остальные планеты вращаются вокруг, и предположил, что воду с Земли утягивает в этот водоворот. Заметив, что в некоторых древних портах – например, в Акре, Александрии и Карфагене, уровень моря понижается примерно на восемь сантиметров в год, де Майе вычислил возраст Земли – около 2,4 миллиардов лет.

Строго говоря, и вычисления де Майе, и теория, на которую они опирались, были полны ошибок. Во-первых, вода никогда не покрывала Землю целиком: де Майе не понимал, что, может статься, это не вода отступает, а суша поднимается. Во-вторых, де Майе сильно недоставало знаний о формировании скал. Кроме того, его аргументацию подрывают и частые отступления в мир фантазий. Например, в доказательство утверждения, что все формы жизни произошли из моря (современная наука с этим совершенно согласна), де Майе приводит рассказы о встречах с русалками и людьми с рыбьими хвостами. И тем не менее оценка возраста Земли, которую дает Майе, знаменовала коренной перелом в представлениях об этой проблеме. Впервые мерой возраста Земли стала не человеческая жизнь, а темп природных процессов.

Де Майе смиренно посвятил свою книгу[92 - De Maillet 1748; Сирано де Бержерак написал фантастическую дилогию «Иной свет» – «Государства и империи Солнца» и «Государства и империи Луны».] французскому драматургу-романтику Сирано де Бержераку, умершему меньше чем за год до рождения де Майе. Посвящение начинается следующими словами: «Не сочтите за дерзость, но я посвящаю эту книгу именно вам, поскольку едва ли могу выбрать более достойного Защитника романтического полета мысли, который в ней содержится». Однако мы вправе сказать, что в книге де Майе содержится отнюдь не только «романтический полет мысли», в ней заложены зачатки геохронологии. После нее определение возраста Земли научными методами стало достойной интеллектуальной задачей.

Жизнь и Земля обретают историю

Исаак Ньютон в главном труде своей жизни – книге «Математические начала натуральной философии» – отмечал, что «накаленный докрасна железный шар, равный земному, то есть диаметром около 40 000 000 футов, во столько же дней, то есть приблизительно в 50 000 лет, едва бы охладился»[93 - Newton 1687; перевод на английский язык Motte 1848, p. 486.] (здесь и далее пер. А. Крылова). Правда, он тут же добавляет: «Однако я подозреваю, что продолжительность сохранения телами тепла, вследствие побочных причин, возрастает в меньшем отношении, нежели их диаметры, и я бы желал, чтобы истинная пропорция была исследована опытами».

В XVII веке этот вопрос интересовал не только Ньютона. Знаменитые философы Декарт и Лейбниц также рассуждали об охлаждении Земли, которая первоначально находилась в расплавленном состоянии. Однако первым, кто серьезно отнесся к совету Ньютона исследовать это на опыте – и кому при этом хватило воображения, чтобы попытаться

применить задачу об охлаждении к определению возраста Земли – был математик и естествоиспытатель Жорж-Луи Леклерк, граф Бюффон, живший в XVIII веке.

Бюффон был человеком подлинно многосторонним, не только выдающимся ученым, но и преуспевающим дельцом. Больше всего его прославили, пожалуй, ясность и настойчивость, с которыми он продвигал свой новый методологический подход к природе. Монументальный труд всей его жизни «Всеобщая и частная естественная история» («Histoire Naturelle, Gеnеrale et Particuliere») состоит из тридцати семи томов, законченных при жизни, и еще восьми, обнаруженных посмертно, и его читало большинство образованных современников Бюффона в Европе и Северной Америке. Целью Бюффона было последовательно разобраться с самыми разными научными вопросами – от солнечной системы, Земли и рода человеческого до различных классов живых существ.

Во время воображаемого путешествия в физическое прошлое Земли Бюффон предположил[94 - Двадцатый том «Естественной истории» Бюффона назывался «Эпохи природы». В нем Бюффон подразделил историю Земли на семь эпох и попытался оценить продолжительность каждой из них. Хороший пересказ можно найти в кн. Haber 1959, p. 118.], что сначала Земля представляла собой расплавленный шар, вырванный из Солнца в результате столкновения с кометой. Но поскольку Бюффон был прирожденный изобретатель, то не удовлетворился чисто теоретическим сценарием, а тут же стал изготавливать шары разного диаметра и точно измерять, сколько времени им нужно, чтобы охладиться. На основании этих опытов он предположил, что земной шар застывал до твердого состояния в течение 2905 лет, а охлаждался до нынешней температуры еще 74 832 года; правда, Бюффон подозревал, что на самом деле могло понадобиться гораздо больше времени.

Однако вопрос о возрасте Земли вышел на первый план даже не благодаря ньютоновой физике. В XVIII веке вспыхнул интерес к изучению окаменелостей, что и убедило естествоиспытателей вроде Жоржа Кювье, Джеймса Геттона и Жана-Батиста Ламарка, что и палеонтологические, и геологические данные можно объяснить только воздействием геологических сил в течение очень длительного времени. Такого длительного, что, по выражению Геттона, он не видел «ни следа начала, ни проблеска конца»[95 - Hutton 1788.].

Втиснуть всю историю Земли в библейские рамки – всего несколько тысяч лет – становилось все труднее, и некоторые естествоиспытатели, склонные к религиозности (и не только они) предпочли полагаться на то, что катализаторами стремительных изменений стали природные катаклизмы, например, потопы. Если не принимать гипотезу о длительных промежутках времени, получается, что единственный фактор, способный существенно и практически мгновенно повлиять на облик Земли – это катаклизмы. И правда, распределение морских окаменелостей явно свидетельствует, что в геологическом прошлом Земли были и наводнения, и ледниковые периоды, однако многие рьяные сторонники теории катастроф по крайней мере отчасти строили свои теории на незыблемой верности библейскому тексту, а не на научных доказательствах. Один из известнейших химиков своего времени Ричард Кирван выразил свою позицию ясно и недвусмысленно. Кирван стравил Геттона с самим Моисеем, заявив, что его крайне возмутило, когда он понял, «насколько нежизнеспособна гипотеза о древности земного шара с точки зрения истории Моисея, а следовательно, с точки зрения религии и морали»[96 - Ричард Кирван был президентом Ирландской королевской академии. Он написал цикл статей и книгу в поддержку библейской концепции и против Геттона. Здесь приведена цитата из Kirwan 1797.].

Ситуация начала стремительно меняться после выхода в свет «Основных начал геологии» Чарльза Лайеля[97 - Lyell 1830–1833.] (Charles Lyell. Principles of Geology) в 1830–1833 годах. Лайель был близким другом Дарвина и доказал, что доктрина катастроф не выдерживает никакой критики и не может служить компромиссом между наукой и богословием. Он решил оставить в стороне вопрос о происхождении Земли и сосредоточиться на ее эволюции. Лайель полагал, что основные факторы, сформировавшие облик Земли – вулканизм, седиментация, эрозия и тому подобные процессы – на протяжении всей истории Земли оставались, в сущности, неизменными и по силе, и по природе. В этом и состояла теория актуализма, которая вдохновила Дарвина на создание концепции градуализма в эволюции видов. Главное ее положение было очень просто: чтобы оказать ощутимое воздействие, медленным геологическим силам не нужно ничего, кроме времени. Зато времени нужно очень, очень много. Последователи Лайеля практически отказались от представления об определенном возрасте Земли, предпочитая расплывчатую формулировку «немыслимо долго». Иначе говоря, Земля по Лайелю находилась в квазистатическом состоянии – под воздействием очень медленных процессов в течение, условно говоря, бесконечного времени. Какой яркий контраст с богословскими представлениями о шести тысячах лет!

В определенной степени представление об истории Земли как о неизмеримо долгой геологической эпохе проникло и в «Происхождение видов» Дарвина, хотя сам Дарвин тоже пытался оценить возраст равнины Уилд – эродированной долины, раскинувшейся на юго-востоке Англии, – наделал грубейших ошибок и впоследствии отказался от этой затеи и объявил ее результаты недействительными. Дарвин представлял себе, что эволюция проходит множество фаз, каждая из которых может длиться и десять миллионов лет. Однако между позицией Дарвина и точкой зрения геологов было и одно важное различие. Дарвин и вправду считал, что эволюции требуется много времени, чтобы пройти все этапы, однако категорически настаивал на прямой «стреле времени» и не смирился бы ни со статическим состоянием, ни с циклическим ходом времени, поскольку понятие эволюции придавало времени вполне определенное направление. Однако в науке наметился раскол – не между Дарвином и Лайелем лично и даже не между геологией и биологией в целом, а между горячим сторонником физики с одной стороны и некоторыми геологами и биологами – с другой.

Итак, представляю вам одного из величайших физиков своего времени – Уильяма Томсона, впоследствии лорда Кельвина.

Глобальное похолодание

В 1897 году в альманахе «Vanity Fair Album» был опубликован панегирик лорду Кельвину[98 - Подробных биографий лорда Кельвина довольно много. Самые познавательные, на мой вкус, – Gray 1908, Thompson 1910 (переиздана в 1976 году), Smith and Wise 1989, Lindley 2004 и Sharlin and Sharlin 1979. Wilson 1987 проводит подробное сравнение научных воззрений Кельвина и викторианского физика сэра Джорджа Габриэля Стокса (Стокс жил в 1819–1903 годах, Кельвин в 1824–1907). Burchfield 1990 в основном повествует о работе Кельвина над задачей возраста Земли.], в котором, в частности, говорилось:

«Его отец был профессором математики в Глазго. Сам он родился в Белфасте 72 года назад и получил образование в университете Глазго и в колледже Св. Петра в Кембридже; заняв почетное второе место[99 - В Кембридже студента, получившего наивысшую оценку на экзаменах для получения отличия по математике (так называемых tripos), по традиции награждают почетным званием Senior Wrangler.

Практически все были убеждены, что это звание достанется Уильяму Томсону. Его куратор доктор Куксон даже отмечал, что «если он его не получит, это будет большой неожиданностью для университета». Сам Томсон был не настолько уверен в успехе. Когда начались состязания, вперед выдвинулся другой студент – Стивен Паркинсон, который, очевидно, умел отвечать быстрее и находить более экономичные решения. В результате более одаренный, но менее проворный Кельвин и в самом деле занял второе место. Зато Томсон победил Паркинсона в борьбе за премию Смита (по теоретической физике), которая требовала более глубоких аналитических способностей и полного владения материалом.]на экзамене по математике в этом колледже и завоевав премию Смита, он стал стипендиатом-исследователем. Что нетипично для шотландца, он через некоторое время вернулся в Глазго, стал там профессором физики и с тех пор сделал столько изобретений и, несмотря на математическое образование, сотворил столько добра, что его имя – Уильям Томсон – известно не только во всем цивилизованном мире, но и во всех морях и океанах. Ведь еще в бытность простым дворянином он изобрел морской компас сэра Уильяма Томсона, а также навигационный лот – к сожалению, это изобретение не стяжало широкой известности. Кроме того, он много работал с электричеством на море – как инженер участвовал в прокладке различных трансатлантических кабелей, как изобретатель – сконструировал зеркальный гальванометр, сифон-отметчик и многое другое, не просто познавательное с научной точки зрения, но и полезное. В сущности, у него столько заслуг, что четыре года назад он получил титул барона Кельвина Ларгского, однако титул не испортил его и ничуть не навредил его мудрости… Он знает все, что можно, о тепле, все, что известно, о магнетизме и все, что смог выяснить, об электричестве. Он – великий, добросовестный и смиренный Ученый, много написавший и сделавший еще больше.»

Это вполне точное, пусть и юмористическое, описание многочисленных достижений этого выдающегося человека, которого биографы прозвали «Динамическим викторианцем». В 1892 году Томсон получил дворянский титул барона Кельвина Ларгского в честь реки Кельвин, протекавшей неподалеку от его лаборатории в университете Глазго. В панегирике говорится, что он получил второе место на выпускном экзамене по математике, что было для него большим огорчением. Легенда гласит, что в то утро, когда должны были вывесить результаты экзамена, Уильям Томсон послал своего камердинера узнать, кто занял второе место, и был просто вне себя, когда услышал «Вы, сэр!». Нет никаких сомнений, что Кельвин был одной из самых заметных фигур своего времени, заставшего конец классической физики и зарю современной эпохи. На илл. 9 вы видите портрет лорда Кельвина, сделанный, вероятно, с фотографии 1876 года. А после смерти в 1907 году Кельвин по праву упокоился рядом с Исааком Ньютоном в Вестминстерском аббатстве.

Однако в панегирике не отражен последующий крах репутации Кельвина в научных кругах. К старости Кельвин стал печально знаменит как ретроград от науки. Он упрямо цеплялся за свои старые представления, и много пишут о том, что он не желал признавать открытия, связанные с атомами и радиоактивностью. Но удивительно другое: хотя Максвелл при разработке своей поразительной теории электромагнетизма полагался на практическое применение некоторых законов, открытых Кельвином, Кельвин все равно не соглашался с его идеями и заявлял: «Должен сказать, что единственное, что я в этом понимаю, для меня неприемлемо»[100 - Это замечание Кельвин сделал в ходе своих балтиморских лекций по молекулярной динамике и волновой теории света, которые читал в Университете Джона Хопкинса в 1884 году.]. Столь же неожиданные заявления Кельвин при всех своих инженерных талантах делал и в сфере техники и технологии – например, «У меня нет ни мельчайшей крупицы веры в воздухоплавание, кроме как при помощи воздушных шаров». И этот загадочный человек – в молодости блестящий ученый, а в старости утративший связь с реальностью – и попытался полностью дезавуировать представления геологов о возрасте Земли.

28 апреля 1862 года Кельвин, тогда еще Томсон, прочитал в Эдинбургском королевском обществе доклад под названием «Похолодание на Земле, происходящее раз в столетие»[101 - Kelvin 1864.] («On the Secular Cooling of the Earth»). Этот доклад появился по следам другой статьи, опубликованной в том же году, но немного раньше – «О возрасте солнечного тепла»[102 - Kelvin 1862.] («On the age of the Sun’s heat»). Томсон в первом же предложении дал понять, что это не просто очередная заметка о технике, которую можно прочитать и забыть. Это полномасштабная атака на предположение геологов о неизменной природе сил, сформировавших Землю.

«Вот уже восемнадцать лет мне не дает покоя мысль, что те геологи, которые бескомпромиссно отметают все гипотезы, связанные с пароксизмами, не принимают в расчет основные принципы термодинамики, и я не просто считаю, что в наши дни прямо перед нашими глазами имеются примеры воздействия самых разных сил, которые модифицируют ее кору на протяжении геологической истории: я полагаю, что в прошлом эти силы действовали отнюдь не так жестоко и никогда не были так мощны, как в настоящем[103 - Kelvin 1864. Доклад был прочитан 28 апреля 1862 года.].»

Конечно, выражение «мне не дает покоя мысль» несколько выспренно и театрально, однако, несомненно, правда, что первые статьи Кельвина о теплопроводности и распределении тепла в пределах земного шара[104 - Кельвин сделал много значительных открытий в области термодинамики. В 1844 году он выпустил статью о «возрасте» распределения температур. В общем и целом он показал, что распределение тепла, наблюдаемое в наши дни, может быть лишь результатом распределения тепла, имевшего место в течение некоторого ограниченного времени в прошлом. В 1848 году Кельвин изобрел абсолютную температурную шкалу, названную в его честь. В 1851 году в статье под названием «Динамическая теория тепла» он сформулировал одну из версий закона, который мы называем вторым законом термодинамики.] были написаны еще в 1844 и 1846 годах, когда он был еще студентом двадцати – двадцати двух лет. Томсону не было и семнадцати, когда он заметил ошибку в статье о теплопроводности, написанной одним эдинбургским профессором.

Идея Кельвина была проста. Измерения в шахтах и скважинах показали, что тепло распространяется из земных глубин к поверхности, а это заставляет предположить, что Земля первоначально была горячей планетой и теперь остывает. Следовательно, рассуждал Кельвин, в отсутствие внешних либо внутренних источников энергии, которые могли бы компенсировать потери тепла, а существование таких источников не доказано, ни стабильное состояние, ни повторение идентичных геологических циклов невозможно. На самом деле и Чарльз Лайель понимал, что здесь налицо сложность, и в своих «Началах геологии» предположил механизм самоподдержания, который, по его предположению, обеспечивал циклический обмен химической, электрической и тепловой энергией с недрами Земли. В целом Лайель представлял себе

сценарий, при котором химические реакции вырабатывают тепло, тепло вызывает электрические токи, а они заставляют химические соединения распадаться на первоначальные составляющие, что снова запускает процесс. Кельвин с трудом скрывал презрение. Он недвусмысленно доказал, что подобный процесс сводится к своего рода вечному двигателю, что противоречит принципу рассеяния (и сохранения) энергии, когда механическая энергия необратимо преобразуется в тепло, как, например, при трении. Так что механизм Лайеля нарушал основные законы термодинамики. Для Кельвина это было последним доводом за то, что геологи совершенно не знают основных законов физики, и он язвительно заметил:

«Если вслед за Лайелем, приняв, как он, химическую гипотезу, предположить, что вещества, уже соединившиеся друг с другом, можно снова разложить при помощи электролиза, посредством термоэлектрических токов, которые возникают благодаря теплу, высвободившемуся при образовании этих соединений, и таким образом химическая реакция и выделяемое ею тепло образуют бесконечный цикл, это нарушает законы физики точно так же и в такой же степени, как если бы мы сочли, будто часы, сконструированные с автоматическим заводом, способны оправдать ожидания своего талантливого изобретателя и идти вечно[105 - Kelvin 1864.].»

В сущности, Кельвин вычислил возраст Земли напрямую и без особых изысков: поскольку Земля остывает, объяснил он, можно опереться на законы термодинамики и подсчитать конечный геологический возраст Земли, то есть время, которое понадобилось Земле, чтобы достичь нынешнего состояния, от момента образования твердой поверхности. Сама по себе эта мысль была не нова: французский физик Жозеф Фурье[106 - Прекрасный рассказ о разработке теории теплопроводности можно найти в Narasimhan 2010.] уже в начале XIX века создал математическую теорию теплопроводности и процесса остывания Земли. Кельвин понял, что эта теория весьма многообещающа, и в 1849 году вместе с физиком Джеймсом Дэвидом Форбсом участвовал в серии измерений подземных температур, а в 1855 году стал инициатором полномасштабного геотермического исследования именно с целью вычислить возраст Земли.

Кельвин предположил, что механизм передачи тепла из земных недр к поверхности – это та же теплопроводность, которая передает тепло от сковороды, стоящей на открытом огне, к ее ручке. Тем не менее, чтобы применить теорию Фурье об остывании Земли, Кельвину нужно было знать три физические величины: изначальную внутреннюю температуру Земли, скорость изменения температуры с увеличением глубины и значение теплопроводности каменистой земной коры, то есть с какой скоростью тепло может передаваться из недр к поверхности.

Кельвин считал, что две из этих величин он может вычислить вполне надежно[107 - Кельвин признавал, что «мы практически ничего не знаем о том, как высокие температуры влияют на тепловроводность и какова теплопроводность, теплоемкость и температура плавления конкретных горных пород». Впоследствии именно это незнание и сыграло важную роль в его ляпсусе.]. Геологические измерения, проведенные целым рядом исследователей, показали, что хотя в разных местах результаты получались различными, в среднем температура повышается на один градус по Фаренгейту с каждыми 50 футами глубины (эта величина называется градиент температуры). Что касается теплопроводности, здесь Кельвин полагался на собственные измерения двух горных пород и песка, которые дали ему приемлемую среднюю величину. Узнать третью физическую величину – температуру глубинных недр Земли – было крайне трудно, ведь измерить ее непосредственно нельзя. Однако подобные трудности Кельвина никогда не останавливали. Он подключил к работе свой аналитический ум и в конце концов смог приблизительно оценить неизвестную температуру. Для этого ему пришлось прибегнуть к интеллектуальному маневру, который одновременно показывает Кельвина как с лучшей, так и с худшей стороны. Конечно, Кельвин виртуозно владел научным аппаратом физики и умел рассматривать все варианты при помощи острых, как бритва, логических рассуждений, и в этом ему не было равных. Однако, как мы увидим в следующей главе, он был слишком уверен в себе, и поэтому иногда непредвиденные варианты заставали его врасплох и совершенно выбивали почву из-под ног.

Наступление на проблему внутренней температуры Земли Кельвин начал с анализа различных моделей остывания Земли. Исходил он из общего предположения, что первоначально Земля находилась в расплавленном состоянии, что было результатом выделения тепла после какого-то столкновения – либо с большим количеством мелких тел вроде метеоритов, либо с одним телом с массой, примерно равной массе Земли. Дальнейшая эволюция этого расплавленного шара зависела от качества каменных пород, которое было достоверно не известно: расширяется ли расплавленный камень после застывания, как происходит с замерзающей водой, или сжимается, подобно металлам? В первом случае можно было ожидать, что твердая кора будет плавать на поверхности жидких недр, как лед на поверхности озер зимой. Во втором – плотные камни, формирующиеся близ остывающей поверхности Земли, тонули бы и в результате, вероятно, составили бы твердую структуру наподобие каркаса, которая поддерживала бы кору на поверхности. Эмпирических свидетельств было недостаточно, однако опыты с расплавлением гранита, сланца и трахита указывали на то, что расплавленный камень сокращается в объеме и при остывании, и при отвердевании. Опираясь на эти сведения, Кельвин набросал новый сценарий. Он предположил, что до того, как породы окончательно отвердели, более холодная жидкость с поверхности опускалась к центру, и таким образом создавались конвекционные течения наподобие тех, что наблюдаются в масле на сковороде. Согласно этой модели, конвекция должна была обеспечить повсюду примерно одинаковую температуру. Следовательно, заключил Кельвин, температура повсюду была примерно равна температуре плавления каменных пород, и именно эту величину он принял за внутреннюю температуру Земли в предположении, что с тех пор ядро не слишком сильно остыло. Такая модель предполагала, что Земля практически гомогенна по физическим качествам. Однако, к сожалению, даже такая изобретательная схема не решила задачи, поскольку во времена Кельвина температура плавления горных пород была неизвестна. Поэтому ему пришлось довольствоваться оценкой – и он получил диапазон от 7000 до 10 000 градусов по Фаренгейту.

Кельвин свел все эти данные воедино и вычислил возраст земной коры – 98 миллионов лет. Оценив неопределенности исходных предположений и доступных в то время данных, Кельвин пришел к убеждению, что с некоторой достоверностью возраст Земли можно оценить в 20–400 миллионов лет[108 - Эту временную шкалу теперь называют шкалой Кельвина-Гельмгольца.].

Несмотря на все грубые допущения, это были подлинно блестящие выкладки. Кто бы мог подумать, что человеку под силу подсчитать возраст Земли? Кельвин взялся за задачу, которую на первый взгляд невозможно было решить, и справился с ней. Он опирался

на фундаментальные научные принципы и при формулировке проблемы, и при выработке своего метода вычислений, к тому же он пользовался лучшими количественными данными, доступными в его время, причем многие измерения проделал сам. По сравнению с его дотошностью, оценки геологов показались не более чем грубыми догадками и досужими домыслами, основанными на плохо изученных на тот момент процессах вроде эрозии и седиментации.

Число, которое получилось у Кельвина – около 100 миллионов лет – полностью соответствовало и оценке возраста Солнца, которую он сделал еще раньше. Это очень важное обстоятельство, поскольку даже некоторые современники Кельвина понимали, что уверенность Кельвина в своей оценке возраста Земли по крайней мере отчасти опирается на соответствии возраста Земли возрасту Солнца. Главный тезис статьи «О возрасте солнечного тепла» и нескольких более поздних статей на ту же тему не слишком отличался от основного тезиса Кельвина при анализе возраста Земли. Ключевое предположение гласило, что единственным источником энергии, которым располагает Солнце, служит механическая энергия гравитации. Считалось, что эту энергию Солнце получало либо из падения метеоритов (так Кельвин полагал поначалу, но затем отказался от этой мысли), либо, как Кельвин предположил позднее и настойчиво повторил в 1887 году, из того, что Солнце непрерывно сжимается и распыляет гравитационную энергию в виде тепла. Однако поскольку, очевидно, такой источник энергии не неисчерпаем и в результате излучения Солнце теряет все больше энергии, Кельвин справедливо заключил, что Солнце не может вечно оставаться неизменным. Чтобы вычислить его точный возраст, он позаимствовал различные элементы из теорий образования солнечной системы, которые выдвигали немецкий философ Иммануил Кант и французский физик Пьер Лаплас. Затем он дополнил их важными соображениями о возможном сжатии Солнца из работ своего современника немецкого физика Германа фон Гельмгольца. Составив из всех этих данных одну непротиворечивую картину, Кельвин смог примерно оценить возраст Солнца. В последнем абзаце статьи Кельвин признает, что при этой оценке было много погрешностей и неопределенностей.

«Поэтому в целом представляется весьма вероятным, что Солнце освещало Землю не сто миллионов лет и почти наверняка – не пять миллионов. Что касается будущего, можно с той же определенностью сказать, что обитатели Земли не смогут наслаждаться светом и теплом, необходимыми для жизни, еще много миллионов лет, если в великой сокровищнице творения для нас не приготовлены запасы, о которых мы еще не подозреваем[109 - Kelvin 1862. Shaviv 2009 дает очень подробный, однако вполне доступный обзор теории стуктуры и эволюции звезд.].»

Как я покажу в следующей главе и подробно объясню в главе 8, последняя фраза оказалась подлинно пророческой.

То, что возраст Земли, который вычислил Кельвин, соответствовал возрасту Солнца – при том что основания для оценок брались из разных независимых областей – придало аргументации Кельвина весомости, поскольку были все причины полагать, что солнечная система в целом сформировалась примерно в одно время.

И все же многих британских геологов убедить не удалось. Возникает подозрение, что некоторым из них было удобнее все объяснять не физическими законами, а, по циничному замечанию американского геолога Томаса Чамберлина, сделанному в 1899 году, «строительством замков из песка на берегах времени». Лучшим примером подобного скептического отношения к изысканиям Кельвина служит интереснейший обмен мнениями между Кельвином и шотландским геологом Эндрю Рэмси. Поводом послужила лекция геолога Арчибальда Гейки о геологической истории Шотландии. Впоследствии Кельвин пересказал разговор с Рэмси, состоявшийся сразу после лекции[110 - Thomson 1899. Комментарии к выступлению Кельвина в 1899 году даны в Chamberlin 1899.], отметив, что каждое слово «запечатлелось в его памяти».

«Я спросил Рэмси, сколько времени, по его мнению, заняла эта история. Он ответил, что не может представить себе никаких границ. Я спросил: «Не думаете же вы, что история насчитывает 1 000 000 000 лет?» – «Почему же, думаю!» – «А 10 000 000 000 лет?» – «Да!» – «Солнце – тело конечного объема. Можно сказать, сколько в нем тонн. Неужели вы думаете, что оно светит уже миллион миллионов лет?» – «Я не в силах ни оценить эту величину, ни понять доводы, которыми вы, физики, обосновываете свои попытки ограничить геологическое время, точно так же как вы не в силах понять геологические причины наших неограниченных геологических оценок». Я ответил: “Доводы физики понять очень легко, если только дать себе труд подумать над ними”».

Кельвин был совершенно прав. Оставим в стороне вопрос о том, насколько справедливы были его физические допущения и насколько точны подробности его вычислений. Главный довод Кельвина, разумеется, можно было понять без особого труда. Поскольку и Солнце, и Земля теряют энергию, а никаких ресурсов, которые восполнили бы эти потери, не известно, значит, геологические процессы на Земле в прошлом шли активнее, чем в настоящем. Более жаркое Солнце вызывало больше испарений, а следовательно, темпы эрозии из-за осаждения были выше. В то же время Земля была горячее, чем теперь, а значит, вулканическая активность была сильнее. Следовательно, заключал Кельвин, главное предположение актуалистов, согласно которому Земля находится в квазистатическом состоянии в течение практически неопределенного времени, совершенно бездоказательно.

Неудивительно, что в 1868 году, когда Кельвин выступил с сообщением[111 - Это было 27 февраля 1868 года; Kelvin 1891–94, vol. 2, p. 10.] в Геологическом обществе Глазго, мишенью своей едкой критики он сделал первый же текст, где читателей знакомили с принципом актуализма (сформулировал который Джеймс Геттон). Это была книга шотландского ученого Джона Плейфэра «Иллюстрации к Геттоновой теории Земли» (John Playfair. Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth). Кельвин процитировал следующий потрясающий пассаж из этой книги, который для него выражал суть догматических представлений его современников-геологов.

«Сколько раз постигали Землю эти коловращения распада и обновления, определять не нам, они составляют цикл, ни конца, ни начала которого мы, как отметил автор теории [Джеймс Геттон], не наблюдаем, – и это обстоятельство полностью соответствуют всему, что известно нам относительно иных областей мироустройства… в движении планет, где геометрия увлекает взгляд и в прошлое, и в будущее, мы не видим никаких признаков ни зарождения, ни завершения нынешнего порядка. И в самом деле, нет никаких причин предполагать, что такие признаки вообще существуют (выделено мной. – М. Л.). Великий Автор природы не даровал Вселенной никаких законов, которые, подобно людским установлениям, заключают в себе зачатки саморазрушения. Он не допускал в трудах Своих никаких симптомов младенчества или старости, никаких признаков, по которым можно оценить, сколько они еще проживут или сколько уже прожили. Он может положить всему конец, ибо Он, несомненно, положил и начало нынешней системе в какое-то определенное время,

однако мы можем с уверенностью утверждать, что никакой из ныне действующих Его законов не повлечет за собою великую катастрофу, и что, насколько мы можем наблюдать, ничто ее не предвещает.»

Вердикт Кельвина был беспощаден: «Ничего более далекого от истины и представить себе нельзя». Далее он попытался объяснить свою точку зрения простыми словами, для непосвященных.

«Земля, где бы мы ни пробурили в ней скважину, теплая, и если бы нам удалось проделать измерения на очень большой глубине, мы бы, несомненно, обнаружили, что там очень тепло. Представьте себе, что перед вами шар из песчаника, вы бурите в нем отверстие и обнаруживаете, что внутри он теплый, бурите отверстие в другом месте – и там он тоже теплый – и так далее; будет ли разумным предположить, что шар из песчаника пребывал в том же состоянии уже тысячу дней? «Нет, – скажете вы, – этот песчаник нагрели на огне и поставили остывать несколько часов назад». Столь же разумно было бы взять бутыль с горячей водой вроде тех, какие применяют в экипажах, и сказать, что бутыль была такой всегда – а ведь именно так Плейфэр утверждает, будто Земля была такой, как сейчас, вечно и на ней не видно никаких следов начала и никакого продвижения к концу[112 - Kelvin 1891–94, vol. 2, p. 10.].»

Чтобы еще сильнее утвердить свою аргументацию, Кельвин решил полагаться не только на старую систему доводов касательно Земли и Солнца, но придумал еще и третью линию доказательств, основанную на вращении Земли вокруг своей оси. Эта концепция была весьма остроумной и понятной. Первоначально Земля была жидкой и из-за вращения должна была приобрести несколько приплюснутую форму, плоскую у полюсов и выпирающую у экватора. Чем быстрее было первоначальное вращение, тем менее сферичной была получившаяся в результате форма. Эта форма, рассуждал Кельвин, должна была остаться прежней и после затвердения Земли. Поэтому для определения первоначальной скорости вращения нужно было точно измерить, насколько форма Земли отличается от сферы. Поскольку приливы, вызванные притяжением Луны, должны были играть роль трения и замедлять вращение[113 - Угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси больше, чем угловая скорость вращения Луны по орбите. В результате приливные силы склонны притормаживать Землю и увеличивать расстояние между Землей и Луной.], можно оценить, сколько времени потребовалось, чтобы замедлить первоначальное вращение и довести скорость до нынешней – один оборот за 24 часа.

Идея просто чудесная, однако превратить ее в точное число – возраст Земли – было очень трудно. Сам Кельвин признавался: «С нашими несовершенными данными, скажем, о приливах, невозможно вычислить, какое в точности воздействие они оказывают на замедление вращения Земли»[114 - Kelvin 1868.]. Тем не менее Кельвин думал, что даже того обстоятельства, что в принципе можно оценить границы возраста Земли – пусть и крайне приблизительно, – достаточно, чтобы развенчать идею геологов-актуалистов о непостижимо длительном времени. О своей собственной численной оценке уменьшения периода вращения Земли – на 22 секунды в столетие – он писал: «Составляет ли потеря времени у Земли 22 секунды в сто лет или значительно больше либо меньше 22 секунд, в сущности, неважно. Но никакого актуализма быть не может. На Земле довольно свидетельств, что она существовала в нынешнем состоянии отнюдь не всегда и что события движутся в направлении состояния, которое бесконечно отличается от нынешнего».

Однако, к вящему огорчению Кельвина, оценка, основанная на скорости вращения Земли, продержалась не очень долго – по крайней мере с количественной точки зрения. Судьба распорядилась так, что не кто иной как Джордж Говард Дарвин, пятый ребенок Чарльза Дарвина, доказал, что вращение Земли не имеет отношения к ее возрасту. Джордж Дарвин был физик[115 - Во время обучения в Колледже Св. Троицы в Кембридже Джордж Дарвин (1845–1912) занял второе место на экзаменах по математике и получил вторую премию Смита по теоретической физике.] и обладал солидными познаниями в математике. Он подошел к проблеме вращения Земли с безграничным запасом терпения и вниманием к мелочам. И опубликовал несколько статей, в основном в 1877–1879 годах, где показал, что вопреки ожиданиям Кельвина Земля будет продолжать постепенно менять форму даже при замедлении скорости вращения. Это следовало из того факта, что твердеющая Земля все же не была бесконечно твердой[116 - Результаты, касающиеся твердости Земли и изложенные в письме от 1878 года, Дарвин повторил в своем «Президентском обращении к Британской ассоциации» в 1886 году (Darwin G. H. 1886), а в заключение сообщил, что не считает себя вправе «быть настолько уверенным во внутренней структуре Земли, чтобы предполагать, что массивность Земли в целом не позволит ей принять почти точную форму фигуры равновесия».]. Итог был однозначным. Дарвин показал, что поскольку знания о внутреннем строении Земли крайне неопределенны, рассчитать возраст Земли по ее вращению не представляется возможным.

Нет нужды говорить, что Чарльз Дарвин был счастлив[117 - Darwin, G. H., цит. по Stratton and Jackson 1907–16, 3, стp. V.], когда обнаружил, что его сын заставил «пошатнуться» великого Кельвина, и воскликнул: «Ура потрохам земным, их вязкости, луне и светилам небесным и моему сыну Джорджу!»

Однако статьи Джорджа Дарвина отнюдь не опровергли главного утверждения Кельвина, а лишь показали, что третья линия доказательств Кельвина, основанная на вращении Земли, не подтверждает численное значение его оценки возраста Земли. Но эти статьи пролили новый свет на истину и в другом смысле. Они показали, что даже августейший лорд Кельвин не безупречен. Как мы увидим в следующей главе, это, возможно, открыло дорогу дальнейшей критике.

Глубокое воздействие

Считать дискуссию о возрасте Земли великой битвой между физикой и геологией, пожалуй, не стоит. Да, между этими дисциплинами существовали определенные методологические разногласия, однако Кельвин полагал себя полноправным британским геологом и даже в обращении к съезду Геологического общества Глазго в 1878 году объявил, что «Мы, геологи (выделено мной. – М. Л.), повинны в том, что не прибегаем к физическим опытам, дабы изучить свойства материи»[118 - Kelvin 1891–4, vol. 2, p. 304.]. Такая «гибкость» самоопределения свидетельствует о том, что научный мир XIX века был гораздо менее раздроблен. Викторианские ученые свободно посещали съезды обществ, формально относившихся к другим отраслям науки. Поэтому дискуссия о возрасте земли была не междисциплинарным диспутом, а скорее столкновением между Кельвином-человеком и доктриной, которой придерживались некоторые геологи.

Тут возникает вопрос, что подтолкнуло Кельвина к тому, чтобы вообще заняться этой проблемой. Ответ очень прост. Даже поверхностное исследование не оставляет сомнений, что стимулом, который подвиг Кельвина повести наступление на оценки возраста Солнца и Земли, был выход в свет «Происхождения видов» Дарвина в 1859 году. Поясню, что против теории эволюции как таковой Кельвин не возражал. В своем Президентском обращении к Британской ассоциации продвижения науки в 1871 году он,

в частности, даже выразил осторожное согласие с некоторыми выводами, которые Дарвин делает в «Происхождении видов». Однако идею естественного отбора Кельвин отмел полностью, поскольку «всегда считал, что эта гипотеза не содержит истинной теории эволюции в биологии, если эта эволюция вообще была»[119 - Президентское обращение под названием «О происхождении жизни» Кельвин прочитал в Эдинбурге в августе 1871 года. Ibid., p. 132.]. Каким же был главный довод Кельвина против естественного отбора? Он объяснил, что был «глубоко убежден, что в последних научных дискуссиях в зоологии не следовало так пренебрегать аргументом единого замысла»[120 - Ibid.]. Иначе говоря, даже этот адепт физики и математики, страстно провозгласивший, что «самая суть науки… состоит в том, чтобы логически выводить, каковы были условия в прошлом, и предвосхищать развитие в будущем тех феноменов, которые мы наблюдаем в действительности», верил все же, что «нас повсюду окружают неопровержимые доказательства разумного благосклонного замысла». Более того, Кельвин полагал, что и законы термодинамики – тоже часть этого вселенского замысла. Тем не менее нельзя забывать, что даже если Кельвин ощущал определенную душевную склонность к идее «замысла», он, несомненно, обосновывал свою беспощадную критику геологических методов на самой настоящей физике, а не на своих религиозных представлениях.

Какое влияние Кельвин оказал на геологию? Первое, что следует отметить, – это что до 1860 года геологов гораздо больше занимали диспуты о том, какая Земля внутри, твердая или жидкая, а не вопросы геохронологии. Однако к середине 1860 годов довольно многие авторитетные геологи начали очень внимательно прислушиваться к заявлениям Кельвина[121 - Подробнейший разбор влияния Кельвина и значения его трудов приводит Burchfield 1990 (особенно главы III и IV).]. В первую очередь это были Джон Филлипс, Арчибальд Гейки и Джеймс Кролл. Филлипс и сам на основании изучения осадочных пород еще в 1860 году подсчитал, что возраст Земли составляет около 96 миллионов лет. К 1865 году он публично поддерживал Кельвина. А Гейки, новый руководитель Геологоразведочных работ Шотландии, стал тем человеком, который занял позицию посредника между физикой и геологией. С одной стороны, он критиковал утверждение Кельвина о том, что геологическое прошлое Земли было активнее настоящего, и приводил свидетельства, которые, по его мнению, доказывали, как минимум, что «интенсивность… в целом возрастала». С другой стороны, в статье, опубликованной в 1871 году, он отказался от идеи геологического актуализма и утверждал, что на основании физических исследований «всю геологическую историю следует вместить примерно в 100 миллионов лет». Кролл – незаурядная личность, физик и геолог-самоучка, считал, что вычисления, основанные на остывании Земли, которые проделал Кельвин, целиком и полностью верны, и также считал, что возраст Земли равен 100 миллионам лет, хотя крайне скептически относился к Кельвиновой оценке возраста Солнца.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (http://www.litres.ru/mario-livio-2/ot-darvina-do-eynshteyna-velichayshie-oshibki-genialnyh-uchenyh-kotorye-izmenili-nashe-ponimanie-zhizni-i-vselennoy/?lfrom=931425718) на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

notes

Сноски

1

Подробное описание см. в Evans and Smith (1973). Краткий рассказ в Сети: www.mark-weeks.com/chess/72fs$$.htm (http://www.mark-weeks.com/chess/72fs$$.htm)

2

Эту печальную историю можно прочитать в Сети, в частности: www.innocence project.org/Content/Ray_Krone.php (http://www.innocence%20project.org/Content/Ray_Krone.php).

3

Английский историк А. Дж. П. Тейлор. Алан Джон Персиваль Тэйлор (1906–1990). См. Taylor 1963.

4

Президент Вудро Вильсон. Wilson 1913.

5

Этот рекорд принадлежит хищной птице под названием африканский сыч, или гриф Рюппеля (Gyps rueppellii); см. http://www.straightdope.com/columns/read/1976/how-high-can-birds-and-bees-fly (http://www.straightdope.com/columns/read/1976/how-high-can-birds-and-bees-fly)

6

См., например, Jacques Piccard. Encyclopedia of World Biography, 2004. http://www.encyclopedia.com/doc/1G2–3404707243.html (http://www.encyclopedia.com/doc/1G2%E2%80%933404707243.html)

7

Chapman 2009.

8

Mora et al. 2011.

9

Gans et al. 2005.

10

Aristotle 4th century BCE.

11

Pliny the Elder 1st century CE. http://www.perseus.tufts.edu (http://www.perseus.tufts.edu/)

12

Cicero 45 BCE.

13

Paley 1802. Уильям Пейли (1741–1805) опубликовал авторитетный труд под названием «Естественная теология» («Natural Theology»), где проводил противопоставление необработанного камня с карманными часами. Как ни парадоксально, именно камни посредством радиоуглеродного анализа (см. главу 5) способны определить возраст Земли – период времени гораздо более долгий, чем успели бы измерить часы, вышедшие из рук часовщика.

14

Само собой, «Происхождение видов» выдержало множество изданий. Особенно мне нравятся два из них: это «The Annotated Origin» («Комментированное “Происхождение видов”») с примечаниями Джеймса Т. Косты (Darwin 2009) и факсимильный репринт с предисловием Эрнста Майра (Darwin 1964).

15

Darwin 2009 [1859], p. 488. Сам Дарвин исполнил собственное предсказание в книгах «Происхождение человека» (1871) и «О выражении эмоций у человека и животных», опубликованной год спустя. Нынешние достижения эволюционной психологии можно считать прямым следствием этих революционных трудов.

16

Darwin 1981 [1871]. Спустя двенадцать лет после «Происхождения видов» Дарвин набрался отваги и обобщил теорию эволюции и на людей – вопрос, которого в «Происхождении видов» старался избегать. Практически не приходится сомневаться, что дарвинизм вызвал бы куда меньше возмущения, если бы теорию эволюции не применяли к людям. Идеи Дарвина, изложенные в «Происхождении человека», вдохновили многих членов семейства Лики на неустанные поиски и находки останков ископаемых гоминидов в Африке.

17

Об эволюции и естественном отборе написано множество превосходных книг, рассчитанных на самых разных читателей. Приведу лишь несколько, которые показались мне очень полезными. Ridley 2004a – первоклассный учебник, а Ridley 2004b – чудесная антология отборных статей, как и Hodge and Radick 2009 (о Дарвине) и Ruse and Richards 2009 (о «Происхождении видов»). Dennett 1995 показывает философский подход к проблеме, который заставляет задуматься; Depew and Weber 1995 – превосходный обзор истории теории эволюции, а Wilson 1992 – широчайшее исследование по биоразнообразию. Dawkins 1986, 2009, Carroll 2009 и Coyne 2009 – великолепные научно-популярные книги; Pallen 2009 – краткое и очень доступное введение в теорию эволюции. Есть и очень полезные веб-сайты об эволюции: http://www.evolution.berkeley.edu (http://www.evolution.berkeley.edu/); http://www.pbs.org/evolution (http://www.pbs.org/evolution); http://www.nationalacademies.org/evolution (http://www.nationalacademies.org/evolution).

18

Выдающаяся работа по истории и происхождению теории эволюции – Gould 2002. Другой высококачественный исторический обзор – Bowler 2009.

19

Примеры микроэволюции – сопротивляемость антибиотикам и пестицидам, развивающаяся всего за несколько лет. Пример макроэволюции – развитие млекопитающих из рептилий. Превосходный обзор теории макроэволюции см. у Carroll, Grenier, and Weatherbee 2001.

20

Dobzhansky 1973.

21

Чарльз Лайель (1797–1875) в своем

влиятельном труде «Principles of Geology» («Начала геологии») подробно проработал концепцию, согласно которой геологические изменения есть результат постоянного накопления крошечных перемен за неизмеримо долгое время. См. Lyell 1830–1833.

22

Научное название Priscomyzon riniensis. Gess et al. 2006.

23

Этот столп дарвиновой теории эволюции подтверждают многие замечательные открытия и находки, например, находки ископаемых пернатых динозавров вроде Microraptor gui или динозавра мэй подтверждают гипотезу, что птицы произошли от рептилий.

24

О видообразовании хорошо рассказано в Schiltaizen 2001 и Coyne and Orr 2004.

25

Интересное обсуждение понятия «древо жизни» можно найти в Dennett 1995.

26

Elgvin et al. 2011.

27

Наблюдения Набокова подтверждает исследование Vila et al. 2011.

28

В выдающемся труде Meredith et al. 2011 филогенез семейств млекопитающих и оценка сроков возникновения ответвлений строится на основе всего 26 генов.

29

«The Accelerating Universe». Livio 2000.

30

Это слово зачастую ошибочно употребляют в пренебрежительном значении (как синоним слова «упрощенчество»), и тогда оно означает, что человек пренебрегает тонкостями и полностью сводит одну дисциплину к другой. Никто не станет анализировать «Дон Жуана» Байрона с точки зрения законов физики. Хорошее объяснение, что такое редукционизм в том смысле, в котором я употребляю это слово, можно найти в Weinberg 1992.

31

См., например, Hutchinson 1959.

32

Следует учесть, что определение генома проводилось устарелыми методами и может быть не вполне точно. McGrath and Katz 2004.

33

Полное введение в теорию см. Bell 2002. См. также Endler 1986.

34

Darwin and Seward 1903.

35

Darwin 1964 [1859], p. 61

36

Очень простое и доступное объяснение естественного отбора можно найти в книге Mayr 2001. Учебник по естественному отбору и селекции – Bell 2008. В книге Endler 1986 приводится много наглядных доказательств естественного отбора.

37

Цит. по Marchant 1916, p. 171.

38

В своем «Опыте закона о народонаселении» (опубликован в 1798 году) Мальтус утверждал, что люди производят слишком много потомства, и если это не контролировать, человечество так или иначе ждут голод и преждевременное вымирание. Идеи Мальуса повлияли не только на Дарвина и Уоллеса, но и на экономическую и политическую философию.

39

Геолог Фредерик Уоллстон Геттон (1836–1905) делал обзор «Происхождения видов» для журнала «The Geologist».

40

Bowersox 1999.

41

Пяденицу березовую и индустриальный меланизм много исследовал британский биолог Бернард Кеттлвелл (1907–1979). Одни ученые (например, Wells 2000; Hooper 2003) оспаривают его выводы, другие его поддерживают (например, Majerus 1998). Популярный обзор научной полемики по этому вопросу см. у de Roode 2007.

42

Popper 1976, p. 151.

43

Popper 1978; см. также Miller 1985.

44

Литература по генетическому дрейфу весьма обширна. По адресу www.cosmolearning.com/video-lectures/neutral-evolution-genetic-drift-6687/ (http://www.cosmolearning.com/video-lectures/neutral-evolution-genetic-drift-6687/) можно найти онлайн-лекцию Стивена Стернса. В Сети есть и другие общедоступные ресурсы, в том числе Klinen et al. 2008. Полный учебник по популяционной генетике – Hartl and Clark 2006.

45

В общине амишей мы наблюдаем манифестацию так называемого «эффекта основателя»: когда популяция из-за каких-то перемен в среде обитания или миграции сильно сокращаеся, гены «основателей» получившейся в итоге популяции проявляются непропорционально часто.

46

Лидия Эрнестина Беккер (1827–1890) была издателем «Women’s Suffrage Journal» в 1870–1890 годах. Отрывок о Дарвине взят из ее президентского обращения к Женскому литературному обществу Манчестера 30 января 1867 года. Оно также пересказано в Blackburn 1902, Part 2.

47

В переводе М. Донского эта строка (Акт IV, сцена I) звучит так: «От них не сохранится и следа». – Прим. перев.

48

Darwin 2009, p. 13.

49

Впервые это выражение – «paint-pot theory» – встречается у Hardin 1959, p. 107.

50

Darwin 2009, p. 160.

51

Пер. А. Бродоцкой.

52

Brownlie and Lloyd Prichard 1963.

53

Jenkin 1867. Эта статья воспроизведена у Hull 1973, p. 303, кроме того, ее можно найти в Сети: http://www.victorianweb.org/science/science_texts/jenkins.html (http://www.victorianweb.org/science/science_texts/jenkins.html)

54

Прекрасное обсуждение аргументации Дженкина можно найти в Balmer 2004, Vorzimmer 1963 и Hull 1973.

55

Davis 1871.

56

Увлекательный рассказ о Менделе и его трудах см. в Mawer 2006.

57

Дальнейшее описание представляет собой упрощенный пересказ объяснения из кн. Ridley 1996, p. 35–39.

58

Впервые объяснено в Fisher 1930.

59

Darwin 1958 [1892], p. 18. Более подробный анализ арифметических изысканий Дарвина можно найти в Parshall 1982.

60

Письмо к Уоллесу от 2 февраля 1869 года, цит. по Marchant 1916, Vol. 1. См. также Darwin 1887, 2: 288.

61

Darwin 1909 [1842], p. 3.

62

Hodge 1987.

63

Darwin 2009 [1859], p. 160.

64

К идее скрытой тенденции Дарвин вернулся в письме к Уоллесу от 23 сенября 1868 года (Darwin and Seward 1903, Vol. II, p. 84). Дарвин писал: «Думаю, невозможно разобраться, как, например, получается, что несколько красных перышек на голове у самца какой-то птицы, первоначально передававшиеся представителям обоего пола, в итоге передаются одним лишь самцам. Мало того, что от самцов с красными перышками должны рождаться самки, которым красных перышек не полагается: у этих самок, должно быть, есть какая-то скрытая тенденция порождать подобные перышки, а иначе они вызвали бы ухудшение красного головного оперения у своих потомков мужского пола».

65

Дарвин работал тогда над пятым изданием «Происхождения видов», см. F. Darwin 1887, Vol. III, p. 107. См. также Balmer 2004, Morris 1994.

66

Peckham 1959, p. 178.

67

Ibid.

68

Точная дата письма неизвестна, однако, поскольку оно отправлено из Мур-Парк, оно было написано до 12 ноября 1857 года. См. Darwin and Seward 1903, Vol. I, p. 102.

69

Darwin 1864, Vol. II, p. 374.

70

Marchant 1916, Vol. I, p. 166.

71

Ibid. p. 168

72

Письмо датировано «Вторник, февраль, 1866». Ibid. p. 159.

73

О переписке Дарвина с Уоллесом и ее значении прекрасно рассказано в Dawkins 2009.

74

О жизни и работе Менделя подробно говорится в книге Orel 1996 (а также в Mawer 2006). См. также Brannigan 1981.

75

Kitcher 1982, p. 9; Rose 1998, p. 33; Henig 2000, p. 143–144.

76

Dover 2000, p. 11.

77

Sclater 2003. См. также Keynes 2002.

78

Великолепное описание взаимного влияния (или его отсутствия) Дарвина и Менделя см. в de Beer 1964.

79

Mendel 1866, p. 36 (цит. по de Beer 1964).

80

Darwin 1964 [1859], p. 7, или Darwin 2009, p. 8.

81

Mendel 1866, p. 39 (цит. по de Beer 1964).

82

Обсуждение первых откликов Ватикана на теорию эволюции см. в Harrison 2001.

83

Этот эффект продемонстрирован в Kruger and Dunning 1999. Популярное описание можно найти в Chabris and Simons 2010.

84

Древние индусы верили, что цикл разрушения и обновления длится 4 320 000 лет (см., напр., Holmes 1947, p. 99–108).

85

Феофил Антиохийский (ок. 115–180) принял христианство уже взрослым. До нас дошло лишь одно его сочинение в рукописи XI века; цит. по Haber 1959, p. 17, и Dalrymple 1991, p. 19.

86

Ашшер (1581–1656) вычислил, что сотворение мира произошло в 710 году по юлианскому календарю (Brice 1982).

87

В начале ХХ века это примечание убрали. Kirkaldy 1971, p. 5.

88

Spinoza 1925, Vol. III, p. 98.

89

Philo I век н. э., I книга.

90

Kant 1754.

91

MacCurdy 1939, p. 342.

92

De Maillet 1748; Сирано де Бержерак написал фантастическую дилогию «Иной свет» – «Государства и империи Солнца» и «Государства и империи Луны».

93

Newton 1687; перевод на английский язык Motte 1848, p. 486.

94

Двадцатый том «Естественной

истории» Бюффона назывался «Эпохи природы». В нем Бюффон подразделил историю Земли на семь эпох и попытался оценить продолжительность каждой из них. Хороший пересказ можно найти в кн. Haber 1959, p. 118.

95

Hutton 1788.

96

Ричард Кирван был президентом Ирландской королевской академии. Он написал цикл статей и книгу в поддержку библейской концепции и против Геттона. Здесь приведена цитата из Kirwan 1797.

97

Lyell 1830–1833.

98

Подробных биографий лорда Кельвина довольно много. Самые познавательные, на мой вкус, – Gray 1908, Thompson 1910 (переиздана в 1976 году), Smith and Wise 1989, Lindley 2004 и Sharlin and Sharlin 1979. Wilson 1987 проводит подробное сравнение научных воззрений Кельвина и викторианского физика сэра Джорджа Габриэля Стокса (Стокс жил в 1819–1903 годах, Кельвин в 1824–1907). Burchfield 1990 в основном повествует о работе Кельвина над задачей возраста Земли.

99

В Кембридже студента, получившего наивысшую оценку на экзаменах для получения отличия по математике (так называемых tripos), по традиции награждают почетным званием Senior Wrangler. Практически все были убеждены, что это звание достанется Уильяму Томсону. Его куратор доктор Куксон даже отмечал, что «если он его не получит, это будет большой неожиданностью для университета». Сам Томсон был не настолько уверен в успехе. Когда начались состязания, вперед выдвинулся другой студент – Стивен Паркинсон, который, очевидно, умел отвечать быстрее и находить более экономичные решения. В результате более одаренный, но менее проворный Кельвин и в самом деле занял второе место. Зато Томсон победил Паркинсона в борьбе за премию Смита (по теоретической физике), которая требовала более глубоких аналитических способностей и полного владения материалом.

100

Это замечание Кельвин сделал в ходе своих балтиморских лекций по молекулярной динамике и волновой теории света, которые читал в Университете Джона Хопкинса в 1884 году.

101

Kelvin 1864.

102

Kelvin 1862.

103

Kelvin 1864. Доклад был прочитан 28 апреля 1862 года.

104

Кельвин сделал много значительных открытий в области термодинамики. В 1844 году он выпустил статью о «возрасте» распределения температур. В общем и целом он показал, что распределение тепла, наблюдаемое в наши дни, может быть лишь результатом распределения тепла, имевшего место в течение некоторого ограниченного времени в прошлом. В 1848 году Кельвин изобрел абсолютную температурную шкалу, названную в его честь. В 1851 году в статье под названием «Динамическая теория тепла» он сформулировал одну из версий закона, который мы называем вторым законом термодинамики.

105

Kelvin 1864.

106

Прекрасный рассказ о разработке теории теплопроводности можно найти в Narasimhan 2010.

107

Кельвин признавал, что «мы практически ничего не знаем о том, как высокие температуры влияют на тепловроводность и какова теплопроводность, теплоемкость и температура плавления конкретных горных пород». Впоследствии именно это незнание и сыграло важную роль в его ляпсусе.

108

Эту временную шкалу теперь называют шкалой Кельвина-Гельмгольца.

109

Kelvin 1862. Shaviv 2009 дает очень подробный, однако вполне доступный обзор теории стуктуры и эволюции звезд.

110

Thomson 1899. Комментарии к выступлению Кельвина в 1899 году даны в Chamberlin 1899.

111

Это было 27 февраля 1868 года; Kelvin 1891–94, vol. 2, p. 10.

112

Kelvin 1891–94, vol. 2, p. 10.

113

Угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси больше, чем угловая скорость вращения Луны по орбите. В результате приливные силы склонны притормаживать Землю и увеличивать расстояние между Землей и Луной.

114

Kelvin 1868.

115

Во время обучения в Колледже Св. Троицы в Кембридже Джордж Дарвин (1845–1912) занял второе место на экзаменах по математике и получил вторую премию Смита по теоретической физике.

116

Результаты, касающиеся твердости Земли и изложенные в письме от 1878 года, Дарвин повторил в своем «Президентском обращении к Британской ассоциации» в 1886 году (Darwin G. H. 1886), а в заключение сообщил, что не считает себя вправе «быть настолько уверенным во внутренней структуре Земли, чтобы предполагать, что массивность Земли в целом не позволит ей принять почти точную форму фигуры равновесия».

117

Darwin, G. H., цит. по Stratton and Jackson 1907–16, 3, стp. V.

118

Kelvin 1891–4, vol. 2, p. 304.

119

Президентское обращение под названием «О происхождении жизни» Кельвин прочитал в Эдинбурге в августе 1871 года. Ibid., p. 132.

120

Ibid.

121

Подробнейший разбор влияния Кельвина и значения его трудов приводит Burchfield 1990 (особенно главы III и IV).