Эволюция. Триумф идеи - Карл Циммер

Возраст этих скал столь огромен, что трудно даже вообразить. Представьте себе, что год равен длине ваших вытянутых рук. Тогда, чтобы показать возраст скал Акасты, людям пришлось бы образовать цепочку, которая опоясала бы Землю по экватору 200 раз. И насколько нам трудно представить себе эту картину, настолько же она способна была бы осчастливить Дарвина.

Выдвигая свою теорию эволюции, Дарвин не мог ничего знать о возрасте скал Акасты. До открытия физических законов, которые позволили определить их возраст, оставалось еще 50 лет. Дарвин подозревал, что мир вокруг чрезвычайно стар, что, конечно, вполне соответствовало его теории постепенной, поколение за поколением, эволюции. Но только в XX в. палеонтологи и геологи смогли точно датировать этапы истории Земли. Был найден способ установить не только порядок, в котором на Земле появлялись новые формы жизни, но и реальные даты — от первых ее следов (3,85 млрд лет назад)[2] до первых животных (600 млн лет назад) и первых представителей нашего собственного вида (150 000 лет назад).

Слишком теплая, чтобы быть старой

Из всех — религиозных, биологических или геологических — возражений против теории эволюции самым неприятным для Дарвина был вопрос о возрасте нашей планеты. Задал этот вопрос не епископ, не биолог и даже не геолог; он пришел с совершенно неожиданной стороны: от физика.

Уильям Томсон (более известный как лорд Кельвин) в момент публикации «Происхождения видов» был одним из ведущих мировых физиков. Для Кельвина Вселенная представляла собой вихрь энергии, электричества и тепла. На публичных выступлениях он демонстрировал, как электричество вело себя подобно жидкости, буквально как вода. Он показывал также, что во Вселенной правит энтропия: все движется от порядка к хаосу, если для сохранения структуры не поступает энергия извне. Сожгите свечу до основания, и сажа, газы и тепло, выделившиеся при этом, никогда уже не соединятся вновь в целую свечу.

На первый взгляд работа Кельвина может показаться почти эзотерической, но она помогла ему разбогатеть: он применил ее, когда руководил работами по прокладке первых трансатлантических кабелей, обеспечивших телеграфную связь между Европой и Северной Америкой. Иногда, покачиваясь на борту кабельного судна посреди Атлантики, Кельвин задумывался о том, насколько стара или молода наша планета. Кельвин был религиозен, но не мог признать, что Земле всего несколько тысяч лет просто потому, что кто-то решил, что так сказано в Библии. Он считал, что лучше определить верхний предел возраста нашей планеты научными методами — по теплу.

Кельвин знал, что при рытье шахт чем глубже уходит ствол, тем горячее становятся породы вокруг. Кельвин объяснял это тепло тем, что Земля образовалась из миниатюрных неудавшихся планеток и энергия их столкновения создала внутри нее расплавленное ядро (предположение, которое позже подтвердилось). Кельвин считал, что после окончания процесса «сборки» планете неоткуда больше получать тепло, поэтому она будет постепенно остывать, как погасший уголек. Быстрее всего остыла поверхность, тогда как внутренняя часть по сей день остается горячей. Но когда-то в далеком будущем ядро Земли станет таким же холодным, как ее поверхность.

Кельвин и другие физики вывели уравнения, по которым можно точно предсказать скорость остывания объекта, и Кельвин решил применить ее к Земле как единому объекту. Он попытался измерить, с какой скоростью скалы теряют тепло и насколько жарко в самых глубоких шахтах, и оценил по этим данным возраст планеты. В 1862 г. он сделал вывод: Земля остывает не более 100 млн лет.

Первоначальной целью Кельвина было показать, насколько неточна геология по сравнению с физикой. Однако, познакомившись с «Происхождением видов», он решил использовать свои выводы против Дарвина и его теории эволюции. Дарвин, хорошо знакомый с древней геологией Лайеля, полагал, что постепенные изменения в результате естественного отбора могут идти так медленно и так долго, как потребуется, — времени хватит. Но выводы Кельвина сильно ограничивали это время. Сам Кельвин не был фанатичным антиэволюционистом — в принципе, он не стал бы возражать, если бы оказалось, что вся жизнь началась с одного микроба, — но он рассматривал сегодняшнюю жизнь как свидетельство замысла Божия и Его мастерства. Поэтому воспользовался своей оценкой возраста Земли, чтобы одним махом сразить Дарвина.

В попытке защитить Дарвина Гексли пошел на компромисс, хотя вообще-то не был склонен к компромиссам с критиками. Он сказал, что биологи должны принять оценку возраста Земли, данную геологами и физиками, и установить, как могла эволюция все успеть за этот промежуток времени. Если Земле всего 100 млн лет, эволюция может быть очень быстрой. Уоллес пошел еще дальше, предположив, что иногда эволюция может идти гораздо быстрее, чем сегодня. Может быть, при колебаниях наклона земной оси планета испытывает резкие изменения климата, которые подстегивают процесс эволюции.

Дарвина такой вариант не устраивал. «Меня очень беспокоит малый возраст нашего мира по сэру У. Томсону», — писал он в одном из писем. А Кельвин тем временем получал новые данные о температуре планеты и раз за разом пересматривал свою оценку все время в сторону уменьшения. В конце концов, он довел возраст Земли до всего лишь 20 млн лет. И все это время Дарвину оставалось только скрипеть зубами — сделать что-либо в то время было невозможно. Он пытается развивать и конкретизировать свою теорию эволюции, но — «тут, как жуткий призрак, появляется сэр У. Томсон».

Часы внутри атома

Свои расчеты возраста Земли Лорд Кельвин основывал на фундаментальном (и, как оказалось, ошибочном) предположении: наша планета не имеет собственного источника тепла. На самом деле такой источник тепла существует, и Кельвин его не учитывал. В 1896 г., через 14 лет после смерти Дарвина, французский физик Анри Беккерель завернул кусок урановой соли и фотопластинку в светонепроницаемый материал. Проявив пластинку, он обнаружил на ней четкие яркие точки. Он понял, что уран испускает какие-то лучи. Еще через семь лет Пьер и Мария Кюри показали, что кусок радия непрерывно излучает тепло.

Беккерель и Кюри установили, что источник этой энергии кроется в фундаментальной структуре атомов. Сами атомы построены из «кирпичиков» трех видов: протонов, нейтронов и электронов. Электроны, несущие отрицательный заряд, носятся вдоль внешней границы атома, а положительно заряженные протоны покоятся в центре. В атоме каждого элемента присутствует уникальное, только для этого элемента характерное число протонов. В атоме водорода — один протон, гелия — два, а углерода — шесть. Кроме протонов, в атомах присутствуют нейтральные частицы — нейтроны. Два атома одного и того же элемента могут содержать разное количество нейтронов. Самая распространенная на Земле форма углерода имеет шесть протонов и шесть нейтронов (это углерод-12), но имеются также следовые количества углерода-13 и углерода-14. Именно такие различные версии атомов, известные как изотопы, позволяют определить геологическое время.