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

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] 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] 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] 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] 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]. 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] 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/см²! 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], 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] 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] 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] 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] 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] 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 дóлжно 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] 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] 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]. 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].»

(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]. 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], 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]. 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]. 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], 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] – 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] – 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] 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] 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], 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], 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] 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»), 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] 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], 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] 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.