Расплетая радугу. Наука, заблуждения и потребность изумляться

Когда источник волн движется относительно того, кто их воспринимает, происходит нечто необычное: наблюдается так называемое доплеровское смещение частот. Его нетрудно заметить в случае звуковых волн, поскольку они распространяются медленно. Звук автомобильного мотора заметно выше, когда машина приближается к нам, чем когда она удаляется. Вот почему, когда она проносится мимо, мы слышим характерную интонацию из двух нот «иии-ааа». В 1845 году голландский ученый Христофор Бёйс-Баллот впервые проверил предсказание Кристиана Доплера, наняв духовой оркестр, чтобы тот играл в открытом железнодорожном вагоне, мчавшемся на полной скорости мимо слушателей. Световые же волны распространяются столь стремительно, что эффект Доплера можно заметить, только если двигаться очень быстро к источнику света (в этом случае свет смещается в сторону синего края спектра) или от него (тогда свет смещается в сторону красной области). Именно это справедливо в отношении отдаленных галактик. Тот факт, что они уносятся от нас на большой скорости, был открыт благодаря доплеровскому смещению излучаемого ими света. Их свет краснее, чем, по идее, должен быть, — он неизменно смещен в сторону длинноволнового, красного конца спектра.

Откуда мы знаем, что свет, приходящий от далекой галактики, смещен в красную область? Вдруг он был красным изначально? На этот вопрос можно ответить, используя фраунгоферовы линии в качестве маркеров. Как мы помним, каждый химический элемент оставляет свою «подпись» в виде уникального штрихкода из линий поглощения. Причем уникальны, как отпечаток пальца, не только расстояния между этими линиями, но и их точное местоположение на радужном фоне. Штрихкод свечения отдаленных галактик представляет собой хорошо знакомый нам рисунок из линий. Сама эта узнаваемость говорит о том, что далекие галактики состоят из того же набора веществ, что и наша. Но все эти линии передвинуты на фиксированное расстояние в длинноволновую часть спектра: их фон краснее, чем ему следует быть. В 1920-е годы американский астроном Эдвин Хаббл (в честь которого космический телескоп «Хаббл» получил свое название) открыл смещение спектров отдаленных галактик в красную область. Самое выраженное смещение наблюдается у тех галактик, которые расположены дальше всего, о чем можно судить по слабости доходящего от них света. Так Хаббл пришел к своему знаменитому выводу (впрочем, он не был первым, кто высказал такое предположение): Вселенная расширяется — и потому, какую конкретную точку наблюдения ни возьми, галактики будут выглядеть удаляющимися со все возрастающей скоростью.

Глядя на далекую галактику, мы обращаем свой взгляд глубоко в прошлое — ведь ее свету потребовались миллиарды лет, чтобы дойти до нас. Он стал совсем слабым, из чего мы и заключаем, что ему пришлось преодолеть огромное расстояние. Та галактика и наша разбегаются в разные стороны так быстро, что мы замечаем смещение ее спектра в красную область. Взаимосвязь между расстоянием и скоростью расхождения подчиняется определенному закону (так называемому закону Хаббла). Экстраполируя это количественное соотношение на прошлое, мы можем оценить, когда именно Вселенная начала расширяться. Согласно преобладающей в наши дни теории Большого взрыва, взрыв этот, положивший начало нашей Вселенной, произошел примерно 20–10 миллиардов лет назад. Все это логически выводится из расплетания радуги. Последующее развитие данной теории, подкрепленной всеми возможными доказательствами, продемонстрировало, что само время началось в момент зарождения этой первопричины всех катаклизмов. Вы, вероятно, не понимаете (а я так точно не понимаю), каков смысл утверждения, что время началось в какой-то определенный момент. Но это мы в очередной раз сталкиваемся с ограниченностью нашего мозга, который сформировался только лишь затем, чтобы иметь дело с медленными и относительно крупными объектами в африканских саваннах, где все события происходят с благопристойной упорядоченностью и каждому из них непременно что-нибудь предшествует. Событие, не имеющее никакого «прежде», приводит наш бедный разум в трепет. Быть может, нам под силу постигнуть его только посредством поэзии. Китс, тебе стоило бы дожить до этого дня!

Когда мы созерцаем далекие галактики, есть ли там, в этих галактиках, чьи-нибудь глаза, которые смотрят в обратном направлении, на нас? «В обратном направлении» — подходящее выражение, ведь эти глаза могут видеть нас только в нашем прошлом. Если обитатели мира, удаленного на 100 миллионов световых лет, сумели бы вообще хоть что-нибудь разглядеть на нашей планете, то сегодня они увидели бы на ней смещенных в красный участок спектра динозавров, бегающих по розоватым равнинам. Увы, даже если во Вселенной и есть другие существа, а у них есть глаза, маловероятно, чтобы разрешающая способность их телескопов, сколь бы мощны те ни были, позволила бы им увидеть нашу планету, не говоря уже о ее отдельных обитателях. Мы сами никогда не видели других планет за пределами нашей Солнечной системы[29]. Да и в Солнечной системе мы до самых последних столетий знали не обо всех планетах. Нептун и Плутон светят слишком тускло, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. И мы узнали, куда наводить телескоп, только благодаря расчетам, основанным на незначительных отклонениях орбит более близких к нам планет. В 1846 году два астронома-теоретика — Джон Адамс в Англии и Урбен Леверье во Франции — независимо друг от друга задумались над несоответствием реального положения планеты Уран тому месту, где она теоретически должна была находиться. Оба вычислили, что это отклонение могло бы быть вызвано притяжением невидимой планеты, имеющей такую-то массу и находящейся там-то. Немецкий астроном Иоганн Галле развернул свой телескоп в нужное время в надлежащем направлении — и открыл Нептун. Плутон был открыт аналогичным образом, и про изошло это только в 1930 году: американский астроном Клайд Томбо, в свою очередь, обратил внимание на гравитационное воздействие (значительно более слабое), оказываемое Плутоном на орбиту Нептуна. Джон Китс понял бы то душевное волнение, которое испытывали все эти астрономы:

Я звездочет, который видит лик Неведомой планеты чудных стран; А может быть, Кортес в тот вечный миг, Когда, исканьем славы обуян, С безмолвной свитой он взошел на пик И вдруг увидел Тихий океан[30]. «Сонет, написанный после прочтения Гомера в переводе Чапмена» (1816 г.)

Я испытываю особую нежность к этим строкам с тех пор, как издатель процитировал мне их после прочтения рукописи моего «Слепого часовщика».

Но существуют ли планеты, обращающиеся вокруг других звезд? Это важный вопрос, от ответа на который зависит наша оценка распространенности жизни во Вселенной. Если во всей Вселенной есть только одна звезда, окруженная планетами, то эта звезда, очевидно, Солнце, и тогда мы очень, очень одиноки. Если же верна другая крайность — и каждая звезда является центром планетной системы, аналогичной нашей Солнечной, то число планет, потенциально пригодных для жизни, поистине бессчетно. Стоит нам найти планеты, обращающиеся вокруг еще какой-нибудь типичной звезды, и тогда, даже если вероятность возникновения жизни на отдельно взятой планете будет почти сколь угодно ничтожной, наше чувство одиночества все равно существенно ослабнет.

Планеты находятся слишком близко к своим солнцам, а те слишком сильно затмевают их своей яркостью, и потому обычно наши телескопы их не видят. И мы знаем о том, что у других звезд тоже есть планеты (час этого открытия пробил лишь в 1990-е), опять-таки благодаря отклонениям от расчетных орбит — на сей раз замеченным благодаря доплеровскому смещению окрашенного света[31]. Работает это так. Мы привыкли считать Солнце тем центром, вокруг которого вращаются планеты. Но Ньютон объяснил нам, что в действительности тела вращаются друг вокруг друга. Если две звезды, имеющие сходную массу, образуют так называемую двойную систему, то они вертятся туда-сюда одна вокруг другой, словно шарики гантели. Чем больше различаются их массы, тем сильнее впечатление, что более легкая звезда вращается вокруг более тяжелой, которая остается почти неподвижной. Если же одно тело намного тяжелее другого — например, Солнце по сравнению с Юпитером, — то более тяжелое лишь слегка подрагивает, а более легкое бешено носится вокруг него, как терьер вокруг своего хозяина во время прогулки.

Вот такие колебания местоположения звезд и выдают наличие обращающихся вокруг них планет, не видимых никаким иным способом. Но и эти колебания слишком ничтожны, чтобы быть замеченными напрямую. Наши телескопы не способны улавливать столь незначительные изменения положения — это даже еще более безнадежная затея, чем пытаться разглядеть планеты как таковые. И на помощь вновь приходит расплетание радуги. Поскольку звезда покачивается туда-сюда под влиянием вращающейся вокруг нее планеты, исходящий от нее свет приходит к нам смещенным то к красному краю спектра, когда она удаляется от нас, то к синему, когда она к нам приближается. Планеты обнаруживают свое присутствие, вызывая крайне малые, но все же поддающиеся измерению колебания между красным и синим смещением света, приходящего к нам от их родительских звезд. Точно так же обитатели далеких планет могли бы открыть существование Юпитера, наблюдая за регулярными изменениями оттенков Солнца. Юпитер, вероятно, единственная из обращающихся вокруг Солнца планет, которая достаточно велика для того, чтобы ее можно было детектировать подобным образом. А наша с вами скромная планета слишком крошечная, чтобы производимое ею гравитационное воздействие было заметно инопланетянам.

Зато инопланетяне могли бы узнать про нас, расплетая радугу радио- и телесигналов, которыми мы буквально накачиваем космос в течение последних десятилетий. Непрерывно раздувающийся волновой пузырь сферической формы, диаметром уже более светового века, охватил немалое количество звезд, пусть это и незначительная доля от их общего числа во Вселенной. Карл Саган в своем романе «Контакт» мрачно отметил, что в авангарде изображений, оповещающих Вселенную о землянах, мчится речь Гитлера на открытии берлинских Олимпийских игр 1936 года. На сегодняшний день нами не получено никакого ответа, ни единой весточки из других миров.

У нас никогда не было явной причины полагать, что мы не одиноки. Оба возможных сценария: что Вселенная изобилует жизнью и — противоположный — что мы абсолютно одни — в равной степени увлекательны, хотя и очень по-разному. И в том и в другом случае стремление как можно больше узнать о Вселенной кажется мне непреодолимым, и я не могу себе представить, чтобы кто-то, обладающий впечатлительностью подлинного поэта, мог думать иначе. Я нахожу забавную иронию в том, сколь многие из сделанных на сегодняшний день открытий являются прямым следствием расплетания радуги. И поэтическая красота того, о чем это расплетание нам поведало, — от устройства звезд до расширяющейся Вселенной — не могла бы не захватить воображения Китса, неминуемо погрузила бы Кольриджа в мир неистовых мечтаний и заставила бы сердце Вордсворта заняться так, как никогда прежде.

Великий индийский астрофизик Субраманьян Чандрасекар сказал в лекции, прочитанной в 1975 году:

Этот «трепет перед прекрасным», этот невероятный факт, что открытие, к которому нас побуждает поиск красоты в математике, непременно находит свое точное отражение в природе, вынуждает меня заявить, что красота — вот то, на что человеческий разум откликается с наибольшей глубиной и силой.

Насколько честнее это звучит по сравнению с более известным высказыванием Китса, выражающим внешне сходные чувства:

«Краса есть правда, правда — красота», Земным одно лишь это надо знать[32]. «Ода к греческой вазе» (1820 г.)

Китсу с Лэмом следовало бы поднять свои бокалы и за поэзию, и за математику, и за поэзию математики. Вордсворта не пришлось бы уговаривать. Он (как и Кольридж) вдохновлялся шотландским поэтом Джеймсом Томсоном и, вероятно, помнил его стихотворение «Памяти сэра Исаака Ньютона» (1727 г.):

…Ведь даже Свет, хоть светит он всему, Сам оставался сумрачною тайной, Но, покорясь светлейшему уму, Он приоткрыл своей загадки тьму. И вот из белизны первоначальной Льнет каждый луч к собрату своему, Являя зачарованным очам Цвета исходные: вначале красный Пленяет их, оранжевый затем И нежно-желтый, следом за которым Блистают свежей зеленью лучи. Вот голубой — краса небес осенних — И синий, что печален и глубок, Как уходящий в ночь морозный вечер. Вот, наконец, последние лучи Зачахнувшей фиалкой угасают. Весь этот пышный цветовой наряд Сияет нам с небес дугою водной, Когда поля сверкающей росой Пред нашим взором орошает туча. И мириады капелек цветных Летят, и мириады остаются — Источник вечно новой красоты. Какой поэт творил так вдохновенно, Мечтая у журчащего ручья? Какой пророк вещал с таким восторгом? А солнце и густые облака Тебе сегодня, Гринвич, вновь являют То, сколь велик рефракции закон.

Глава 4

Штрихкод в эфире

Измерим радугу, сочтем — Не сомневаюсь в том. Но мост, связующий влюбленных, Не выдаст нам своих законов. Эмили Дикинсон (1894 г.)

«В эфире» для современного человека означает «по радио». Однако радиоволны не имеют отношения к эфиру — ни к гипотетическому, ни к химическому: это невидимое излучение с большими длинами волн. А вот звуку нужна среда для распространения. Эта глава будет о звуке и о других медленных волнах, которые тоже можно расплести, как радугу. Звуковые волны распространяются примерно в миллион раз медленнее света (или радиоволн), будучи немного более быстрыми, чем «Боинг-747», но уступая по скорости «Конкорду». В отличие от света и прочих разновидностей электромагнитного излучения, которые лучше всего распространяются в вакууме, звуковые волны нуждаются в материальном посреднике, таком как воздух или вода. Это волны сжатия — растяжения (иначе говоря, уплотнения — разрежения) среды. Если речь идет о воздухе, то это означает локальные колебания атмосферного давления. Наше ухо представляет собой миниатюрный барометр, способный улавливать быстрые и ритмичные перемены давления. А у насекомых принцип действия органов слуха совершенно иной. Чтобы понять, в чем разница, нам понадобится сделать небольшое отступление и разобраться, что же такое давление на самом деле.

Если мы, к примеру, перекроем рукой выходное отверстие велосипедного насоса, то наша кожа почувствует давление как энергичный напор. В действительности же давление — это совокупность ударов, производимых тысячами молекул воздуха, которые носятся туда-сюда в случайных направлениях (этим давление отличается от ветра — там они перемещаются преимущественно в какую-то одну сторону). Если вы направите ладонь против сильного ветра, то почувствуете нечто равнозначное давлению: бомбардировку молекулами. В замкнутом пространстве — например, внутри надутой велосипедной камеры — молекулы воздуха давят на стенки с силой, пропорциональной количеству молекул и температуре. При любой температуре выше –273 °C (это самая низкая возможная температура, соответствующая полной неподвижности молекул) молекулы находятся в беспрерывном хаотичном движении, отскакивая друг от друга, как бильярдные шары. При этом сталкиваются они не только между собой, но и с внутренней стороной стенок камеры, которые «ощущают» это как давление. Кроме того, чем горячее воздух, тем стремительнее носятся молекулы (в этом и состоит смысл понятия «температура»), так что давление заданного объема воздуха при нагревании возрастает. Аналогичным образом температура определенного количества воздуха возрастает, если его сжимать, то есть увеличивать давление за счет уменьшения объема.

Звук — это волны колеблющихся изменений локального давления. Давление, скажем, в герметизированной комнате определяется общим числом находящихся в ней молекул и температурой, а эти параметры в краткосрочной перспективе неизменны. Каждый кубический сантиметр объема данной комнаты будет в среднем содержать столько же молекул, сколько и любой другой, и, следовательно, иметь такое же давление. Но это не мешает возникновению локальных колебаний. В кубическом сантиметре А может произойти кратковременное повышение давления за счет кубического сантиметра Б, если тот ненадолго поделится с ним частью своих молекул. Возросшее давление внутри А будет способствовать выталкиванию молекул обратно в Б, что приведет к восстановлению равновесия. Ветер представляет собой ровно то же самое — поток воздуха из области с высоким давлением в область низкого, — только в гораздо более крупном, географическом, масштабе. А в меньшем масштабе подобным образом возникают звуки, но в отличие от ветра их колебания туда-обратно совершаются очень быстро.

Если посреди комнаты ударить по камертону, то его вибрация потревожит ближайшие молекулы воздуха, заставляя их ударяться о своих соседок. Камертон колеблется с определенной частотой, распространяя вокруг себя волны возмущения — череду расширяющихся сфер. Каждый волновой фронт представляет собой область повышенного давления, вслед за которой располагается зона разреженного воздуха. Затем, через промежуток времени, определяемый частотой колебаний камертона, надвигается новый волновой фронт. Если где-нибудь в комнате установить крошечный и необычайно быстродействующий барометр, то при прохождении каждого волнового фронта измерительная стрелка будет взлетать, а затем падать. Частота колебаний стрелки такого барометра равнялась бы частоте звука. Ухо позвоночных представляет собой не что иное, как быстродействующий барометр. Барабанная перепонка отклоняется туда-сюда под воздействием достигающих ее колебаний давления. Она соединена (посредством трех крохотных косточек — знаменитых молоточка, наковальни и стремечка, — обособившихся в процессе эволюции из костей задней части челюсти рептилий) со своеобразной миниатюрной «арфой наоборот», которая называется улиткой. Как и у арфы, «струны» улитки располагаются поперек каркаса, сужающегося к одному из концов. На узком конце «струны» вибрируют в резонанс с высокими звуками, а на широком — с низкими. От улитки на всем ее протяжении отходят нервы, направляющиеся к головному мозгу в строго определенном порядке, — мозг, таким образом, может различить, какой звук — высокий или низкий — колеблет барабанную перепонку.

В противоположность этому органы слуха у насекомых — не маленькие барометры, а маленькие флюгера. Они в самом деле воспринимают молекулярный поток как ветер, пусть и очень странный ветер, который, едва лишь преодолеет очень небольшое расстояние, меняет свое направление на противоположное. Расширяющийся волновой фронт, который мы ощущаем благодаря изменениям давления, представляет собой также и волну локальных перемещений молекул: они перемещаются внутрь некой конкретной области, когда давление в ней повышается, и уходят обратно, когда оно снова падает. В то время как наши с вами уши-барометры снабжены перепонкой, ограничивающей замкнутое пространство, у «ушей»-флюгеров насекомых есть либо волосок, либо же мембрана, которая отгораживает камеру, имеющую отверстие. И тот, и другая в буквальном смысле колышутся на ветру, представляющем собой ритмичное перемещение молекул туда-сюда.

Выходит, для насекомых чувствовать направление звука — обычное дело. Как любой дурак, у которого имеется флюгер, в состоянии отличить северный ветер от восточного, так и один-единственный орган слуха насекомого легко отличает колебания в направлении север — юг от колебаний по оси восток — запад. Определение направленности «встроено» в метод, используемый насекомыми для улавливания звуков. Барометры же так не умеют. Повышение давления — это просто повышение давления, с какой бы стороны молекулы ни приходили. И потому нам, позвоночным, с нашими ушами-барометрами, приходится вычислять направление звука, сопоставляя информацию, получаемую от каждого уха, — примерно так же, как мы вычисляем цвет, сопоставляя сигналы от разных типов колбочек. Мозг сравнивает громкость в одном и в другом ухе, а также отдельно — время прибытия к ним звуков (особенно отрывистых). Некоторые звуки поддаются такому сопоставлению легче, чем другие. Высота и длительность трелей сверчка подобраны так искусно, что слуху позвоночных трудно определить, откуда они исходят, однако самки сверчков, с их «ушами»-флюгерами, летят на зов прямой наводкой. Порой стрекотание сверчков даже создает иллюзию (по крайней мере, в моем мозгу позвоночного), что сверчок — в действительности сидящий неподвижно — скачет вокруг, будто зажженная петарда.

Звуки различных длин волн образуют спектр, аналогичный радуге. Звуковую радугу тоже можно расплести — собственно, это и позволяет нам хоть как-то ориентироваться в звуках. Если наше восприятие цвета представляет собой ярлыки, присвоенные мозгом свету с различными длинами волн, то в случае звуков точно такими же метками, используемыми мозгом для собственного удобства, служат значения высоты звука. Однако звуки характеризуются далеко не только высотой, и вот тут-то расплетание радуги выходит на передний план.

Камертон и стеклянная гармоника (инструмент, пользовавшийся благосклонностью Моцарта; состоит из тонких стеклянных чаш, которые настраиваются добавлением в них нужного количества воды, звук извлекается проведением смоченного пальца по ободку) издают кристально чистые звуки. Физики называют такие колебания синусоидальными, или гармоническими. Синусоидальные волны — это простейшая разновидность волн, своего рода идеальная абстракция. Плавные изгибы, змейкой пробегающие по веревке, если взмахивать одним ее концом, — это колебания, более или менее близкие к гармоническим, хотя частота их, разумеется, намного ниже, чем у звуковых волн. Большинство звуков — не простые синусоидальные волны: обычно они, как мы вскоре увидим, более сложные и менее плавные. А пока поговорим о камертоне и стеклянной гармонике и о производимых ими гладко изогнутых волнах перепадов давления — волнах, что разбегаются от своего источника расширяющимися концентрическими сферами. Ухо-барометр, находясь в некой определенной точке, фиксирует плавное возрастание давления, а затем плавное понижение — ритмичные колебания без каких-либо изломов или вывертов на графике. Каждый раз, когда частота волн удваивается (или вдвое уменьшается их длина, что одно и то же), мы слышим скачок на одну октаву. Очень малые частоты — самые низкие ноты оргáна — проходят через все наше тело и едва воспринимаются на слух. К очень высоким частотам люди (особенно пожилые) невосприимчивы, зато летучие мыши их прекрасно слышат и используют в форме эха, чтобы ориентироваться в пространстве. Это одна из самых захватывающих тем во всем естествознании, но я уже посвятил ей целую главу в «Слепом часовщике», так что удержусь от искушения и не буду углубляться.

Однако, если оставить в стороне камертоны и стеклянные гармоники, чистые синусоидальные волны — это по большому счету математическая абстракция. В реальности звуки, как правило, представляют собой сложносоставную мешанину, где, поверьте, есть что расплетать. Наш головной мозг занимается этим безо всяких усилий и с поразительной эффективностью. То, что нашему математическому пониманию поддается с большим трудом, грубо и не полностью, наши уши без малейшей трудности расплетают — а мозг сплетает заново — с раннего детства.

Представьте, что мы ударили по камертону — и он завибрировал с частотой 440 колебаний в секунду, или 440 герц (Гц). Мы услышим чистый звук — ля первой октавы. В чем разница между этим звуком и той же самой нотой, взятой на скрипке? А на кларнете? А на гобое или флейте? Ответ заключается в том, что в звучании каждого музыкального инструмента содержатся волновые примеси, частоты которых кратны основной, или фундаментальной, частоте. Любой инструмент, играющий ля первой октавы, бóльшую часть звуковой энергии высвобождает в виде волн с фундаментальной частотой 440 Гц, на которые, однако, накладываются незначительные колебания с частотами 880 Гц, 1320 Гц и так далее. Такие призвуки называются гармониками, хотя это слово может сбивать с толку, поскольку понятие «гармония» относится к аккордам — сочетаниям из нескольких различимых нами нот. «Одиночная» нота, взятая на трубе, в действительности представляет собой смесь гармоник[33] — определенную смесь, которая является своего рода уникальной «подписью», отличающей трубу от, к примеру, играющей «ту же» ноту скрипки (со своей, свойственной только скрипке смесью гармоник). Есть и дополнительные усложнения, которые касаются начала звучания, — например, дребезжание от дрожания губ, знаменующее вступление трубы, или характерный посвист при касании струны смычком скрипки, — но я ими пренебрегу.

Если отбросить эти нюансы, у звука есть характерный тембр, окраска, делающая его трубным (или скрипичным, или каким угодно еще). Можно продемонстрировать, что тон любого музыкального инструмента, кажущийся нам одиночным, — это конструкция, сплетаемая нашим мозгом из совокупности различных синусоидальных волн. Сделаем следующее: выяснив, какие колебания участвуют в формировании, скажем, звука трубы, отберем соответствующие чистые, «камертонные» звуки и заставим их звучать одновременно. Вначале в течение недолгого времени вы будете слышать отдельные ноты — как бы аккорд из нескольких камертонов. А затем эти ноты каким-то сверхъестественным образом «схлопнутся» воедино, «камертоны» исчезнут — и вы услышите только то, что Китс назвал «пронзающими слух руладами трубачей»[34], звенящими на высоте основного тона. Другая комбинация «штрихкодовых» частот даст звучание кларнета, и вы снова сможете какое-то мгновение воспринимать их как отдельные «камертоны», пока ваш мозг не сведет их воедино в иллюзию характерного «хрустального» тембра этого инструмента. Свой собственный «звуковой штрихкод» есть и у скрипки… Ну и так далее.

Так вот, если вы посмотрите на график колебаний давления, возникающих, когда на скрипке берут какую-либо ноту, то увидите замысловатую извилистую кривую, которая повторяет свой рисунок с периодичностью, соответствующей фундаментальной частоте, но с дополнительными мелкими изгибами от более высоких наложенных частот. Дело в том, что разные синусоидальные волны, составляющие звук скрипки, суммировались и образовали эту сложную извилистую кривую. Можно написать компьютерную программу, раскладывающую любую запутанную, повторяющую свой узор кривую обратно на составляющие ее чистые волны — те отдельные синусоиды, из совокупности которых и возник этот замысловатый рисунок. По-видимому, слушая какой-либо музыкальный инструмент, вы производите нечто аналогичное подобным расчетам: сперва ухо расплетает звук на синусоидальные волновые компоненты, которые мозг затем снова сплетает воедино и навешивает подходящий ярлык — «труба», «гобой» или еще что-нибудь.

Однако наши способности к бессознательному расплетанию и сплетанию в действительности даже еще замечательнее. Вообразите, что происходит, когда вы слушаете целый оркестр. Представьте себе, как поверх звучания сотни инструментов сосед шепчет вам на ухо свои высокоумные критические замечания, кто-то при этом кашляет, а кто-то сзади — о ужас! — разворачивает шоколадку. Все эти звуки одновременно заставляют вибрировать вашу барабанную перепонку, сливаясь в единую волну перепадов давления, имеющую очень сложную форму. Мы знаем, что волна одна, поскольку весь оркестр и все посторонние шумы можно перевести в одну-единственную волнообразную бороздку на грампластинке или намагниченную с переменной интенсивностью дорожку магнитного порошка на пленке. Весь набор колебаний суммируется в одну извилистую кривую зависимости давления воздуха от времени, регистрируемую нашей барабанной перепонкой. Невероятно, но мозгу удается отделить шуршание фольги от шепота, кашель от хлопанья дверей и все инструменты оркестра друг от друга. Такое мастерство расплетания и сплетания, или анализа и синтеза, лежит почти за гранью правдоподобия, однако же мы совершаем эти виртуозные трюки не задумываясь, безо всяких усилий. Еще поразительнее летучие мыши: анализируя прерывистые очереди отраженных звуков, они воссоздают в своем мозге подробную и быстро меняющуюся трехмерную картину окружающего мира, включающую в себя и насекомых, которых они ловят на лету. Они даже умудряются не путать собственное эхо с эхом других летучих мышей.

Математический метод разложения сложных волнообразных кривых на синусоиды, которые затем снова можно объединить в исходную причудливую кривую, называется преобразованием Фурье — по имени Жозефа Фурье, французского математика XIX века. Этот метод подходит не только для звуковых волн (сам Фурье разработал его в совершенно других целях), но для любых периодических процессов — вовсе не обязательно таких же скоростных, как звук, или ультраскоростных, как свет. Мы можем рассматривать анализ Фурье как математический прием, применимый для расплетания «радуг» в тех случаях, когда колебания, образующие спектр, медленны по сравнению со световыми.

Если уж зашла речь об очень медленных колебаниях, то недавно в Национальном парке Крюгера в ЮАР я увидел извилистый влажный след, который тянулся вдоль дороги и явно представлял собой некий сложный повторяющийся рисунок. Мой хозяин и великолепный гид объяснил мне, что это моча слона, переживающего период муста. Когда слоны-самцы впадают в это состояние (которое протекает у них очень своеобразно, являясь, вероятно, слоновьим аналогом австралийского понятия walkabout[35]), моча у них начинает течь тонкой струйкой более или менее непрерывно — очевидно, для мечения территории. След от мочи вихлял из стороны в сторону — предположительно, из-за длинного пениса, колебавшегося подобно маятнику (это была бы синусоида, если бы пенис был идеальным маятником, что не соответствует действительности). Эти колебания накладывались на движения с более сложной периодичностью, порождаемые переваливающейся походкой огромного четвероногого животного. Я сфотографировал любопытный слоновий след со смутным намерением подвергнуть его преобразованию Фурье, но, каюсь, руки у меня до этого так и не дошли. Однако теоретически это выполнимо. Сфотографированную дорожку из мочи можно было бы скалькировать на миллиметровку и ввести координаты в компьютер. Тот произвел бы современную версию вычислений Фурье и разложил бы нашу кривую на синусоидальные составляющие. Существуют, конечно, более простые (хотя и не обязательно более безопасные) способы измерить длину слоновьего пениса, но это было бы забавно. Наверняка и самому барону Фурье пришлось бы по душе такое неожиданное применение его математических изысканий. Нет никаких причин, по которым дорожки мочи не могли бы превращаться в окаменелости — окаменевают ведь выбросы земляных червей и отпечатки ног. А значит, в принципе мы могли бы применить анализ Фурье, чтобы вычислить длину пениса вымершего мастодонта или шерстистого мамонта на основании такой косвенной улики, как след мочи в период муста.

Частота колебаний слоновьего пениса намного меньше частоты звуковых колебаний (хотя это и величины близких порядков, если сравнивать их с необычайно высокими частотами света). В природе можно наблюдать колебания и с еще более низкой частотой — процессы, периоды которых измеряются годами или даже миллионами лет. Некоторые из таких процессов — в частности, перепады численности популяций разных животных — были исследованы методами наподобие анализа Фурье. Начиная с 1736 года «Компания Гудзонова залива» хранила записи о количестве шкур, поставляемых ей канадскими охотниками за пушниной. Выдающийся оксфордский эколог Чарльз Элтон (1900–1991), нанятый компанией в качестве консультанта, понял, что эти записи могут послужить источником данных о колебаниях численности американских беляков, рысей и других млекопитающих, являющихся объектами пушного промысла. Значения то возрастают, то падают, создавая причудливое смешение ритмов, которое было подвергнуто тщательному изучению. Среди выявленных повторяющихся циклов особенно выделяются два: один длится около четырех лет, а другой — около одиннадцати. Согласно одной из предложенных гипотез, четырехлетние колебания объясняются тем, что хищники и жертвы влияют, с некоторым запаздыванием, на численность друг друга (избыток жертв приводит к вспышке численности хищников, которые затем почти подчистую съедают популяцию жертв; это, в свою очередь, вызывает среди хищников голод, из-за чего их численность падает, позволяя жертвам вновь расплодиться, и так далее). Что же касается более медленных, одиннадцатилетних колебаний, то, пожалуй, наиболее увлекательное предположение связывает их с колебаниями числа солнечных пятен, которое тоже меняется в рамках цикла, длящегося около одиннадцати лет. Вопрос, каким образом пятна на Солнце влияют на численность животных, остается открытым. Возможно, изменение солнечной активности, отражаясь на погодных условиях, регулирует количество растительной пищи.

Почти все наблюдаемые нами повторяющиеся циклы с очень большими периодами имеют астрономическую природу. Они обусловлены тем фактом, что небесные тела зачастую вращаются вокруг собственной оси и движутся по неизменным орбитам вокруг других небесных тел. Двадцатичетырехчасовые ритмы активности присущи почти всем, вплоть до мельчайших, деталям устройства и жизнедеятельности живых организмов на нашей планете. Исходная причина этого коренится во вращении Земли вокруг своей оси, однако животные многих видов, и люди в том числе, даже будучи искусственно изолированы от смены дня и ночи, продолжают функционировать приблизительно в том же двадцатичетырехчасовом ритме, с которым сроднились, и могут поддерживать его безо всяких внешних стимулов. Двадцативосьмидневный лунный цикл — еще один важный компонент смеси периодических колебаний, происходящих в жизнедеятельности многих организмов, особенно морских. Свое циклическое воздействие Луна оказывает благодаря чередованию сизигийных и квадратурных приливов. Цикл вращения Земли по орбите, длящийся чуть больше 365 суток, добавляет к этой сумме Фурье более медленные колебания, которые проявляются в регулярной повторяемости сезонов размножения и миграции, периодов линьки и отращивания зимнего меха.

Возможно, самые низкочастотные колебания, какие только улавливались при расплетании биологических ритмов, — это гипотетический цикл массовых вымираний в 26 миллионов лет. Специалисты по окаменелостям полагают, что более 99 % всех когда-либо живших видов вымерли. К счастью, на больших масштабах времени скорость вымирания примерно равняется скорости образования новых видов путем разделения существующих. Но отсюда не следует, что на более коротких промежутках времени эти два процесса всегда уравновешивают друг друга. Вовсе нет. Скорость вымирания то и дело колеблется, равно как и скорость видообразования. Бывают суровые времена, когда виды исчезают, и благополучные — когда они преумножаются. По-видимому, худшим из худших времен был опустошительный армагеддон, наступивший в конце пермского периода, примерно четверть миллиарда лет назад. Около 90 % всех живших на Земле видов вымерло в то жуткое время — в том числе многие наземные звероподобные рептилии. Фауна планеты откатилась назад к прежнему небогатому состоянию, но уже с совершенно иным списком действующих лиц: так, амплуа и костюмы, оставленные погибшими звероподобными ящерами, распределили между собой динозавры. Второе по масштабности (и первое по обсуждаемости) массовое вымирание — это знаменитое мел-палеогеновое вымирание, которое произошло в конце мела, около 65 миллионов лет назад, когда все динозавры[36], а также множество других видов, как наземных, так и морских, были мгновенно (насколько позволяет судить палеонтологическая летопись) сметены с лица земли. Мел-палеогеновое вымирание уничтожило где-то 50 % всех видов — меньше, чем пермское, но все равно то была чудовищная трагедия планетарного масштаба. Фауна Земли снова откатилась к состоянию опустошения, и вот тут-то на сцену вышли мы, млекопитающие, — потомки немногих чудом уцелевших остатков некогда процветавшей группы звероподобных рептилий. Сегодня мы вместе с птицами занимаем те ниши, которые освободились после гибели динозавров. Предположительно, до следующего великого вымирания.

Немало было и других массовых вымираний — не таких страшных, как пермское или мел-палеогеновое, но все же оставивших четкий след в геологических анналах. Специалисты по статистической палеонтологии собрали данные по количеству ископаемых видов, живших в ту или иную эпоху, ввели их в компьютер и подвергли анализу Фурье, чтобы выявить все закономерности, какие только возможно, — как бы прислушиваясь к гулу неимоверно низких звуков органа. Вывод (хотя и не единодушный) был таков: преобладающий ритм имеет периодичность в 26 миллионов лет. Что же может вызывать колебания с таким громадным периодом? По-видимому, только какой-то астрономический цикл.

Накапливается все больше данных в пользу того, что мел-палеогеновая катастрофа была вызвана крупным астероидом или же кометой — размером с гору и притом летевшей со скоростью несколько тысяч миль в час и угодившей прямиком в нашу планету, скорее всего, примерно в то место, которое теперь называется полуостровом Юкатан в Мексиканском заливе. Астероиды обращаются вокруг Солнца в составе пояса, расположенного внутри орбиты Юпитера. Там их множество: самые мелкие падают на нас постоянно, и лишь немногие достаточно велики для того, чтобы столкновение с ними могло спровоцировать катастрофическое вымирание видов. Что касается комет, то они движутся вокруг Солнца по бóльшим и сильно вытянутым орбитам, проводя почти все время за пределами того, что принято называть Солнечной системой, но иногда в нее заглядывая. Так, комета Галлея навещает нас каждые 76 лет, а комета Хейла — Боппа — раз в четыре тысячелетия или около того. Возможно, пермский катаклизм тоже был обусловлен столкновением с кометой, причем даже более крупной, чем та, что вызвала вымирание в конце мелового периода. Не исключено, что предполагаемый цикл массовых вымираний в 26 миллионов лет — следствие периодических всплесков частоты столкновений с кометами.

Но почему вероятность столкновения с кометой должна возрастать раз в 26 миллионов лет? Тут нам приходится пускаться в откровенные спекуляции. Высказывалось предположение, будто у нашего Солнца есть звезда-компаньон — и две звезды вращаются одна вокруг другой с периодичностью около 26 миллионов лет. Этот гипотетический партнер нашего Солнца по двойной звездной системе, которого никто никогда не видел, но которому тем не менее дали эффектное имя Немезида, якобы один раз за цикл своего орбитального вращения проходит через так называемое облако Оорта — сферическую область, состоящую, по оценкам, из триллионов комет и вращающуюся вокруг Солнца далеко за планетами. Если бы такая Немезида, периодически проходящая через облако Оорта или поблизости от него, действительно существовала, то она и в самом деле могла бы возмущать орбиты тамошних комет, а значит, и увеличивать шансы их столкновения с Землей. Будь оно правдой — а надо признать, что нить подобных рассуждений довольно тонка, — это могло бы объяснить периодичность массовых вымираний, повторяющихся каждые 26 миллионов лет, которая, по мнению некоторых ученых, прослеживается в палеонтологической летописи. Мне доставляет удовольствие мысль, что, математически расплетая хаотичный спектр вымирания видов, мы могли бы обнаружить звезду, никакими другими способами не детектируемую.

Начав с разговора о неимоверно высоких частотах света и других электромагнитных волн, мы прошли через промежуточные частоты, свойственные звукам и болтающимся слоновьим пенисам, чтобы добраться наконец до частот ультранизких — вплоть до предполагаемых колебаний числа биологических видов с периодом в 26 миллионов лет. Давайте снова вернемся к звукам и, в частности, к венцу удивительных способностей человеческого мозга — умению расплетать и сплетать звуки речи. Наши голосовые «связки» в действительности представляют собой пару перепонок, совместно вибрирующих при прохождении воздуха, подобно язычкам деревянных духовых инструментов. Согласные звуки образуются как более или менее резкие прерывания воздушного потока, осуществляемые смыканием и взаимодействиями губ, зубов, языка и задней части глотки. Гласные отличаются друг от друга по тому же принципу, что и трубы от гобоев. Мы издаем различные гласные звуки, примерно как трубач то вставляет, то вынимает сурдину, чтобы изменить соотношение синусоидальных колебаний, из которых формируется сложносоставной звук. Каждой гласной присущ свой набор гармоник, накладывающихся на фундаментальную частоту. Разумеется, сама эта фундаментальная частота у мужчин ниже, чем у женщин и у детей, однако благодаря сходным комбинациям гармоник одни и те же гласные у мужчин и у женщин звучат похоже. Каждый гласный звук характеризуется своим особым набором частотных полос, который можно сравнить опять-таки со штрихкодом. В фонетике полоски этих «штрихкодов» принято называть формантами.

В любом языке — и в любом его диалекте — имеется ограниченный набор гласных звуков, каждый из которых отличается своим особым штрихкодом формант. Разные языки (и всевозможные их говоры) пользуются разными гласными звуками, для формирования которых язык и остальные части голосового аппарата занимают различные промежуточные положения — тут вновь приходит в голову сходство с трубачом, вставляющим сурдину в раструб своего инструмента. Теоретически существует непрерывный спектр гласных. Каждый конкретный язык использует удобную выборку, разрозненный комплект, взятый из этой широкой палитры возможных звуков. В разных языках задействованы разные точки спектра. Гласная, используемая во французском слове tu или в немецком über, отсутствующая в английском языке (в той его версии, на которой говорю я), представляет собой нечто среднее между звуками «и» и «у». Не столь важно, какие именно опознавательные точки спектра всех доступных гласных использует тот или иной язык, лишь бы они отстояли достаточно далеко друг от друга, чтобы избежать неясности при общении.

С согласными дело обстоит несколько сложнее, но и тут тоже есть сходный спектр «штрихкодов», лишь небольшая выборка из которого задействована в каждом реально существующем языке. Порой эти звуки бывают расположены весьма далеко от диапазона, используемого в большинстве наречий, — например, щелчки, издаваемые в некоторых южноафриканских языках. Как и в случае с гласными, в разных языках какие-то свои ассортименты согласных. Так, на Индийском субконтиненте есть языки, в которых встречается зубной согласный, промежуточный между «д» и «т». Буква c во французском слове comme произносится как нечто среднее между «к» и «г» (а o там звучит как нечто среднее между «о» и «а»). Варьируя положение языка и губ и модулируя голос, можно создать практически бесконечное многообразие согласных и гласных звуков. Когда же эти «штрихкоды» располагаются в виде временнóй последовательности, образуя фонемы, слоги, слова и предложения, то круг понятий, передаваемых с их помощью, становится неограниченным.

Что еще удивительнее, с их помощью можно также передавать образы, мысли и чувства, любовь и экстаз. Китсу это удавалось мастерски.

Как больно сердцу: песнь твоя гнетет Все чувства, точно я цикуту пью, И зелье дрему тяжкую несет, Меня склоняя к смерти забытью, — Не завистью к тебе терзаюсь я, А горько счастлив счастью твоему, Когда, крылатый дух, ты далеко, В лесу, у звонкого ручья, Где листья шевелят ночную тьму, Поешь о лете звонко и легко[37]. «Ода соловью» (1820 г.)

Прочтите эти строки вслух, и картины одна за другой обрушатся на ваш мозг, как если бы вы в самом деле были опьянены соловьиной песней летом в густой буковой роще. В каком-то смысле все это создается последовательностью волн воздушного давления — их узором, чье богатство сперва расплетается в нашем ухе до синусоидальных волн, а затем заново сплетается головным мозгом, воссоздавая образы и эмоции. Но еще поразительнее то, что этот узор можно математически преобразовать в длинный ряд цифр — и он все равно сохранит свою способность приводить в восторг и будоражить воображение. Когда на лазерный диск (CD) записывают, скажем, «Страсти по Матфею», волны то возрастающего, то падающего давления, со всеми их вывертами и изгибами, регистрируются через короткие промежутки времени и преобразуются в цифровые данные. В принципе, можно израсходовать несколько пачек бумаги и распечатать эти данные в виде скучной черно-белой вереницы нулей и единиц. Однако, если преобразовать цифры обратно в колебания давления, они будут все так же в состоянии растрогать слушателя до слез.

Возможно, Китс и не хотел сказать этого буквально, однако идея, будто пение соловья действует как наркотик, не такая уж и надуманная. Давайте посмотрим, что оно делает в природе и зачем естественный отбор сформировал его. Самцам соловьев необходимо оказывать влияние на поведение самок, а также других самцов. Некоторые орнитологи рассматривали соловьиную песню как источник информации: «Я самец вида Luscinia megarhynchos в период размножения, обладаю территорией и приведен гормонами в готовность к спариванию и строительству гнезда». И действительно, песня содержит эту информацию — в том смысле, что самка выиграет, если будет действовать, исходя из допущения, что все это правда. Однако есть и другая точка зрения, которая всегда казалась мне более увлекательной. Певец не информирует самку, а манипулирует ею. Он меняет не столько степень ее осведомленности, сколько непосредственно физиологическое состояние ее головного мозга, действуя подобно наркотику.

Экспериментальные данные, полученные путем измерений гормонального статуса самок голубей и канареек, а также в ходе наблюдений за их поведением, показывают, что состояние половой системы самок напрямую зависит от вокального искусства самцов, причем это влияние аккумулируется день ото дня. Звуки, издаваемые самцом канарейки, затапливают мозг самки через ее органы слуха и производят там эффект, неотличимый от того, какого мог бы добиться экспериментатор при помощи подкожной инъекции. «Снадобье» самца попадает в организм самки через ее органы слуха, а не через кожу, но эта разница не кажется такой уж существенной.

Идея, что птичья песня — это слуховой наркотик, станет выглядеть правдоподобнее, если мы посмотрим, как эта песня формируется в ходе индивидуального развития особи. Как правило, у певчих птиц молодой самец обучается пению в процессе самостоятельных тренировок: фрагменты своей пробной песни он сопоставляет с имеющимся в его мозге «шаблоном» — изначально запрограммированным представлением о том, как «должна» звучать песня, свойственная его виду. У одних видов — например, у американской певчей зонотрихии — этот шаблон «встроенный», записанный в генах. У других же, таких как белоголовая зонотрихия или европейский зяблик, за образец берется песня взрослого самца, запомненная в раннем возрасте. Откуда бы ни взялся исходный «трафарет», молодой самец учится петь, стараясь ему соответствовать.

Таков, по крайней мере, один из способов рассказать о том, что происходит, когда молодая птица совершенствует свою песню. Но давайте взглянем на это иначе. В конечном счете песня предназначена для того, чтобы оказывать мощное воздействие на нервную систему других представителей того же вида — как на предполагаемого партнера, так и на возможных соперников за территорию, которых следует предостеречь. Но наш молодой самец и сам является представителем своего вида. Его головной мозг — типичный для данного вида мозг. Звуки, которыми он сможет взволновать самого себя, скорее всего, взволнуют и принадлежащую к его виду самку. Вместо того чтобы говорить, будто молодой самец пытается привести свою тренировочную песню в «соответствие» с неким предсуществующим «шаблоном», мы могли бы думать об этом так, словно он практикуется на самом себе как на типичном представителе своего вида, проверяя, смогут ли те или иные исполняемые им пассажи возбудить его собственные страсти, — иными словами, испытывает свой наркотик, пробуя его сам.

Замыкая круг, скажем, что, возможно, нет ничего удивительного в том наркотическом эффекте, который соловьиное пение производило на нервную систему Джона Китса. Китс не был соловьем, но он был позвоночным, а большинство препаратов, действующих на человека, действуют и на других позвоночных сходным образом. Наркотики, создаваемые людьми, — продукт относительно грубого метода проб и ошибок, применяемого химиками в лаборатории. А естественный отбор, чтобы отладить «технологии производства», имел в своем распоряжении тысячи поколений.

Должны ли мы оскорбиться за Китса таким сравнением? Думаю, сам Китс не стал бы, а уж Кольридж — и того меньше. «Ода соловью» допускает сравнение с наркотиками, подразумевает это сравнение и делает его на удивление правдивым. Пытаясь исследовать и объяснить человеческую эмоцию, мы не принижаем ее — точно так же как в глазах непредвзятого судьи и радугу не умаляет расплетание призмой.

В этой и предыдущей главах я использовал штрихкод как метафору точного анализа во всей его красоте. Раскладывая смешанный свет на компоненты и получая радугу, мы видим красоту. Но это только первый этап. При более внимательном рассмотрении обнаруживаются тонкие линии — и вместе с ними новое изящество, изящество открытия, привносящего порядок и понимание. Фраунгоферов штрихкод рассказывает нам о точном элементном составе далеких звезд. Четко размеренный рисунок линий — это закодированное послание, дошедшее до нас через парсеки. Разве не изящна та невероятная экономичность, с какой мы расплетаем сокровенные подробности из жизни звезды, которые, на чей-нибудь непросвещенный взгляд, можно было бы узнать, лишь предприняв дорогостоящее путешествие длиной в 2000 человеческих жизней? Нечто столь же увлекательное обнаруживаем мы и на другой шкале измерений — глядя на полосы формант в человеческой речи, на штрихкод гармоник в музыке. Своя элегантность есть и в штрихкодах дендрохронологии: кольца в древесине старой секвойи поведают нам, в каком именно году до нашей эры это дерево проросло из семени и какой была погода в любом последующем году (ибо именно погодными условиями определяется индивидуальная ширина годичных колец). Подобно тому как фраунгоферовы линии передаются сквозь пространство, годичные кольца несут нам сообщения сквозь время — и тоже с изящной экономичностью. Именно в возможности узнать так много благодаря скрупулезному анализу того, что, на первый взгляд, так малоинформативно, и заключается красота всех подобных расплетаний. То же самое (пожалуй, даже в еще более впечатляющем масштабе) справедливо и для звуковых волн речи и музыки — невидимых штрихкодов в воздушном эфире.

С недавних пор слышно много разговоров еще об одной разновидности штрихкодов — о «штрихкоде крови», или ДНК-дактилоскопии. Эти штрихкоды способны выставлять напоказ и воссоздавать такие подробности человеческих деяний, какие казались навеки недосягаемыми даже для вымышленных великих сыщиков. Пока что свое главное практическое применение «штрихкоды крови» находят в судебных разбирательствах. О судах — и о той пользе, которую может принести им научный подход, — и пойдет речь в следующей главе.

Глава 5

Штрихкод к портрету

Но Он сказал: и вам, законникам, горе, что налагаете на людей бремена неудобоносимые, а сами и одним перстом своим не дотрагиваетесь до них. <…>

Горе вам, законникам, что вы взяли ключ разумения: сами не вошли и входящим воспрепятствовали.

Евангелие от Луки, гл. 11

На первый взгляд, юриспруденция отстоит настолько далеко от поэзии и от чудес науки, насколько это только возможно. Наверное, есть своя поэтическая красота в абстрактных идеях справедливости и честности, но я сомневаюсь, чтобы многие юристы ими руководствовались. В любом случае, речь в этой главе пойдет о другом. Я собираюсь разобрать один пример взаимодействия науки и права, глядя на роль науки в обществе с необычных позиций, а именно — рассматривая научное мышление как важное качество хорошего гражданина. На судебных разбирательствах присяжным все чаще и чаще предлагается принять во внимание такие улики, которые и самим юристам бывают не вполне понятны. Типичный пример — улики, связанные с расплетанием ДНК, то есть, как мы увидим, со своеобразным «штрихкодом крови», который и станет основной темой настоящей главы. Но та польза, какую наука могла бы принести правосудию, одними фактами о ДНК отнюдь не ограничивается. Намного важнее стоящие за этими фактами теория вероятностей и статистика, а также научный способ делать умозаключения, который необходимо всячески насаждать. Эти вопросы выходят далеко за рамки узкоспециального разговора об анализах ДНК.

Мне доподлинно известно, что в Соединенных Штатах адвокаты иногда отклоняют кандидатов в присяжные на том основании, что у тех естественно-научное образование. Что бы это могло значить? Я не оспариваю право юристов на отвод того или иного присяжного. Присяжный может быть предубежден против расы или класса, к которым принадлежит подзащитный. Очевидно нежелательно, чтобы ярый гомофоб разбирал дело о нападении на представителей сексуальных меньшинств. Вот почему в некоторых странах защитник имеет право опрашивать потенциальных присяжных и вычеркивать их из списка. В США критерии отбора присяжных, которыми пользуются юристы, бывают просто возмутительными. Один мой коллега рассказывал мне, как однажды избирался в комиссию присяжных, рассматривавшую дело о нанесении телесных повреждений. Адвокат спросил: «Здесь есть те, кто может не захотеть присудить моему клиенту значительную сумму — желательно с шестью нулями?»

Адвокат вправе дисквалифицировать кандидата в присяжные и без объяснения причин. Хотя это может быть справедливо, в единственном таком случае, свидетелем которого стал я сам, вышла явная осечка. Я был в составе группы из 24 кандидатов в комиссию из 12 присяжных. С некоторыми из этих людей я уже дважды заседал в подобных комиссиях и хорошо знал их личные слабости. Так, там был один чугунноголовый пособник обвинения, который всегда ратовал за самое строгое наказание практически вне зависимости от конкретных обстоятельств дела. Взгляд защитника проскользнул по нему, как легкий бриз. Сидевшая рядом с этим кандидатом крупная женщина средних лет была его полным антиподом — воплощенным мягкосердечием, подлинным подарком для защиты. Однако ее внешний вид, вероятно, сулил противоположное, и защитник решил использовать свое право вето именно против нее. Никогда не забуду ее полного горькой обиды взгляда, когда квалифицированный юрист решительным жестом вычеркнул ее — ту, что могла стать его секретным оружием, — из состава присяжных.

Но вернемся к поразительному факту: известно, что в Соединенных Штатах причина, по которой адвокат может отклонить кандидатуру присяжного, иногда заключается в хорошем естественно-научном образовании кандидата или же в его владении начатками генетики и теории вероятностей. В чем тут проблема? Разве генетикам свойственны предрассудки против некоторых слоев населения? Разве математики как-то особенно склонны к рассуждениям вроде «задайте-ка им… вздерните-ка их… они по-другому не понимают… закон и порядок…» и тому подобной аргументации? Разумеется, нет. Никто никогда ничего подобного и не утверждал.

Мотивы адвокатских протестов куда более низменные. Все чаще и чаще на заседаниях уголовного суда предъявляется новый тип улик — результаты ДНК-дактилоскопии, — и улики эти чрезвычайно веские. Если ваш подзащитный невиновен, анализ ДНК может оправдать его с ошеломляющей убедительностью. И наоборот, если он виновен, вполне вероятно, что ДНК расскажет об этом и тогда, когда все прочие доказательства бессильны. ДНК-улики даже в самых ясных случаях трудны для понимания. Кроме того, у них есть спорные аспекты, которые еще больше усложняют дело. Можно было бы подумать, что при таких обстоятельствах честный адвокат, желающий, чтобы правосудие восторжествовало, будет только рад, если в кабинете, где заседают присяжные, окажутся один-два человека, способные ухватить суть предъявляемых доказательств. Разве наличие на суде одного-двух таких присяжных, которые могли бы компенсировать невежество своих недоумевающих коллег, не стало бы очевидным благом? Кем должен быть юрист, предпочитающий, чтобы комиссия присяжных была неспособна следить за ходом дискуссии между сторонами обвинения и защиты?

Я отвечу: он должен быть таким адвокатом, для которого выиграть дело важнее, чем добиться справедливости. Иначе говоря, он должен быть адвокатом. И тот факт, что и защитники, и обвинители нередко отклоняют кандидатов в присяжные именно из-за наличия у тех естественно-научного образования, уже, по-видимому, можно считать установленным.

Судам постоянно приходится заниматься идентификацией личности. Был ли человек, убегавший с места преступления, Ричардом Докинзом? Не ему ли принадлежит оброненная там шляпа? Не его ли отпечатки пальцев найдены на орудии преступления? Положительный ответ на какой-либо из приведенных вопросов сам по себе еще не доказывает вину подозреваемого, но, несомненно, может стать важным обстоятельством, которое нельзя будет не учитывать. Большинству из нас — в том числе большинству присяжных и адвокатов — интуитивно кажется, будто свидетельства очевидцев заслуживают какого-то особенного доверия. И тут мы почти наверняка заблуждаемся, хоть эта ошибка и относится к числу простительных. Она, вероятно, впечатана в нас миллионами лет эволюционной истории, на протяжении которых информация, полученная собственными глазами, действительно была самой надежной. Если я увижу человека в красной вязаной шапке, карабкающегося по водосточной трубе, вам будет очень нелегко убедить меня в том, что на самом деле на нем был голубой берет. Наши интуитивные предубеждения нашептывают нам, что свидетельствами очевидцев можно побить любые другие доказательства. И однако же результаты многих исследований говорят о том, что очевидцы, как бы ни были они уверены в своих показаниях, как бы ни были искренни и исполнены наилучших побуждений, зачастую путаются даже в таких существенных деталях, как цвет одежды нападавших или их число.

В тех случаях, когда идентифицировать личность крайне важно — например, когда женщина вызвана в суд, чтобы опознать того, кто ее изнасиловал, — проводится простейшее статистическое исследование, известное как предъявление для опознания. Жертву проводят мимо выстроившихся в ряд мужчин, одного из которых полиция подозревает на основании каких-то других улик. Все остальные — это либо добровольцы с улицы, либо безработные актеры, либо неприметно одетые полицейские. Если женщина укажет на кого-то из этих подставных лиц, ее свидетельство не будет принято в расчет. Но если она выберет того, кого полиция и так уже подозревает, к ее показаниям отнесутся со всей серьезностью.

И это правильно. Особенно если в предъявлении для опознания участвует большая выборка людей. Все мы разбираемся в статистике достаточно хорошо, чтобы понять, почему это так. Первоначальное подозрение должно быть не лишенным сомнений — в противном случае без показаний потерпевшей вообще можно было бы обойтись. А вот совпадение между тем, на кого она укажет, и найденными полицией независимыми уликами действительно может впечатлить. Если бы женщине приходилось выбирать только между двумя мужчинами, то она с вероятностью 50 % указала бы на того, кто уже находится под подозрением, даже если бы ее выбор был случайным или ошибочным. Ну а поскольку полиция тоже может ошибаться, риск осудить невиновного был бы в этом случае неприемлемо велик. Иное дело, если перед потерпевшей стоит шеренга из двадцати человек — тогда вероятность указать на изначально подозреваемого мужчину случайно или по ошибке составляет всего 1 шанс из 20. Здесь совпадение между выбором потерпевшей и предварительными подозрениями полиции действительно может что-то значить. Мы сейчас оцениваем вероятность совпадения, или, иными словами, шансы того, что некое событие произойдет в силу чистой случайности. Если в предъявлении для опознания участвует сто мужчин, то вероятность случайного совпадения будет и того меньше, поскольку выбрать по ошибке одного конкретного человека из ста значительно сложнее, чем из двадцати. Чем длиннее шеренга, тем надежнее предъявляемое в итоге обвинение.

Кроме того, интуиция подсказывает нам, что мужчины, участвующие в опознании, не должны быть слишком явно непохожими на подозреваемого. Если потерпевшая изначально сообщила, что следует искать человека с бородой, а полицейские как раз задержали бородатого подозреваемого, то будет очевидной несправедливостью показывать его вместе с девятнадцатью гладко выбритыми субъектами. С таким же успехом можно было бы поставить его одного. И даже если жертва не сообщила никакой информации насчет внешности насильника, полицейским, задержавшим панка в кожаной куртке, не стоит показывать его на фоне бухгалтеров, одетых в деловые костюмы и опирающихся на сложенные зонты. В странах со смешанным расовым составом населения подобные соображения приобретают особенную важность. Любому понятно, что чернокожего подозреваемого нельзя показывать на фоне, состоящем исключительно из белых, равно как и наоборот.

Когда мы рассуждаем о том, каким образом нам удается идентифицировать чью-либо личность, первое, что приходит на ум, — это лицо. Распознавание лиц — наш конек. Как мы увидим далее в разговоре на другую тему, в ходе эволюции у нас, по-видимому, даже возникла особая область головного мозга, предназначенная специально для этого, и некоторые разновидности черепно-мозговых травм лишают нас способности различать лица, не повреждая зрения как такового. Как бы то ни было, лица превосходно подходят для распознавания, поскольку они очень разнообразны. За хорошо известным исключением однояйцевых близнецов, нечасто встретишь двух человек, чьи лица можно было бы перепутать. Впрочем, такое не является абсолютно невозможным: при помощи грима актеры способны становиться очень похожими на других людей. Диктаторы часто пользуются услугами двойников — когда слишком заняты или чтобы отвести от себя пулю убийцы при угрозе покушения. Высказывалось предположение, что многие харизматичные лидеры так любили щеголять своими усами (Гитлер, Сталин, Франко, Саддам Хусейн, Освальд Мосли) не в последнюю очередь ради того, чтобы двойникам было проще подменять их. Бритая голова Муссолини служила, по-видимому, той же цели.

Даже если не брать в расчет однояйцевых близнецов, обычные близкие родственники тоже бывают достаточно похожи друг на друга, чтобы вводить в заблуждение малознакомых людей. (К сожалению, история о том, как доктор Спунер, бывший некогда руководителем моего колледжа, однажды остановил студента и спросил: «Никак не могу вспомнить, кто погиб на войне — вы или ваш брат?» — вероятно, выдумана, как и большинство приписываемых ему «спунеризмов».) Сходство между братьями и сестрами, отцами и сыновьями, дедами и внуками призвано напоминать нам о том, каким неисчерпаемым источником разнообразия черт лица является общая популяция людей, не связанных родственными узами.

Но лица — это всего лишь частный случай. Существует множество примеров повышенной восприимчивости к различным раздражителям, которую, при должной тренировке, можно было бы использовать для идентификации личности. Один мой одноклассник уверял (и ряд осуществленных мной контрольных проверок подтвердил это), что мог узнать любого из восьмидесяти жильцов нашего дома исключительно по звуку шагов. Другая моя подруга, из Швейцарии, хвасталась тем, что может, войдя в комнату, определить по запаху, кто из ее знакомых там недавно побывал. И дело не в том, что те редко мылись, а только в ее необычайной чувствительности. И тут нет ничего принципиально невозможного — об этом свидетельствует тот факт, что полицейская собака способна при помощи одного лишь обоняния различить двух любых человеческих существ (за исключением опять-таки однояйцевых близнецов). Насколько мне известно, полиция этим методом не пользуется, но я готов спорить, что возможно так натаскать ищеек, чтобы они умели выслеживать похищенного ребенка, понюхав его брата. Можно было бы даже придумать способ выносить решения по делам об установлении отцовства комиссией присяжных бладхаундов.

Голос человека не менее уникален, чем лицо, и многочисленные группы исследователей бьются сейчас над компьютерными системами распознавания голоса с целью идентификации личности. Было бы здорово, если бы в будущем мы могли обходиться без ключей от входной двери и полагаться на управляемый голосом компьютер, отзывающийся на наше личное «Сезам, откройся!». Почерк тоже достаточно индивидуален для того, чтобы подпись могла служить гарантией подлинности банковских чеков и важных юридических документов. В настоящее время подписи уже не считаются вполне надежным средством, так как их несложно подделать, но все равно впечатляет, до какой степени узнаваемым может быть человеческий почерк. Многообещающая новинка в списке подобных «подписей» — радужная оболочка глаза. По меньшей мере один банк занимается сейчас тестированием автоматических глазных сканеров, предназначение которых — удостоверять личность клиента. Последнего просят встать перед камерой, которая фотографирует его глаз и оцифровывает снимок, получая то, что в какой-то газете назвали «256-байтным штрихкодом человека». Но все эти методы установления личности не идут ни в какое сравнение с возможностями ДНК-дактилоскопии, если ее грамотно использовать.

Неудивительно, что полицейские собаки могут учуять разницу между любыми двумя людьми, кроме однояйцевых близнецов. В нашем поте содержится сложный коктейль из белков, а малейшие подробности строения белковых молекул детально изложены в закодированных инструкциях ДНК, называемых генами. В отличие от особенностей почерка и черт лица, которые видоизменяются непрерывно и плавно от одного человека к другому, гены представляют собой цифровой код — во многом напоминающий тот, что используется в компьютерах. Все мы (снова оставляя за скобками особый случай однояйцевых близнецов) генетически отличаемся друг от друга дискретно, ограниченным количеством способов, которое, если хватит терпения, можно даже подсчитать. ДНК любой из моих клеток (если не учитывать пренебрежимо редкие ошибки копирования, а также забыть про эритроциты, лишившиеся всей своей ДНК, и половые клетки, содержащие случайно выбранную половину моих генов) ничем не отличается от ДНК любой другой моей клетки. Зато она отличается от ДНК любой из ваших клеток, и не в каком-то туманном, импрессионистском смысле, а в строго определенном количестве точек, разбросанных по тому состоящему из миллиардов букв тексту ДНК, который имеется у нас обоих.

Преувеличить важность цифровой революции, произошедшей в молекулярной генетике, практически невозможно. До 1953 года, когда Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик сообщили о своем эпохальном открытии структуры ДНК, еще можно было соглашаться с заключительными словами авторитетной «Краткой истории биологии» Чарльза Сингера, опубликованной в 1931 году:

…Вопреки противоположным толкованиям, теория гена не является «механистической» теорией. Ген постижим в качестве химической или физической единицы не больше, чем клетка или, если уж на то пошло, организм в целом. Более того, хотя данная теория и рассуждает о генах в тех же выражениях, в каких атомная теория говорит об атомах, важно помнить, что между двумя этими теориями имеется основополагающее различие. Атомы существуют независимо, и мы можем изучать их свойства как таковые. Можно даже изолировать отдельный атом. И пускай мы не видим атомов, мы тем не менее можем исследовать их при различных условиях и в различных сочетаниях. Мы можем работать с ними по отдельности. С генами же все иначе. Ген существует только как часть хромосомы, а хромосома — лишь как часть клетки. Если мне понадобится живая хромосома, то есть такая хромосома, которая способна функционировать, никто не сможет предоставить мне ее где-либо вне ее настоящего окружения — не больше чем живую руку или ногу. Доктрина относительности функций справедлива для гена в неменьшей степени, чем для любого из органов тела, который существует и функционирует только во взаимосвязи с другими органами. Таким образом, наиновейшая из биологических теорий оставляет нас там же, где мы были изначально: перед лицом особой силы, называемой жизнью или психе, которая не только ни на что не похожа, но и каждое из проявлений которой уникально.

Это поразительно, глубоко, чудовищно неверно. И ошибка здесь принципиальная. После Уотсона и Крика и инициированной ими революции ген стало возможно изолировать. Его можно выделить, разлить по пробиркам, кристаллизовать, прочесть как закодированную в цифровой форме информацию, напечатать на странице, ввести в компьютер, считать обратно в пробирку и заново встроить в организм, где он будет работать абсолютно так же, как прежде. Когда проект «Геном человека», цель которого — выяснить полную последовательность человеческих генов, будет завершен, а произойдет это приблизительно к 2003 году, весь наш геном преспокойно влезет на два диска CD-ROM, и там еще хватит места для учебника по молекулярной эмбриологии. Затем эти два диска можно будет отправить в космос, и тогда, если роду человеческому суждено вымереть, утешением ему будет служить то, что когда-нибудь в далеком будущем и где-нибудь далеко-далеко достаточно развитая цивилизация сможет воссоздать человека. Если же вернуться с небес на землю, то потенциальные возможности ДНК-дактилоскопии так велики именно потому, что сущность ДНК столь безоговорочно цифровая, а различия — как между индивидуальными организмами, так и между видами — можно точно подсчитать, а не просто измерить на глаз.

Я так уверенно говорю об уникальности ДНК каждого индивида, однако даже это мое утверждение лишь статистически верно. В лотерее, называемой половым процессом, одной и той же генетической последовательности теоретически ничто не мешает выпасть дважды. «Идентичный близнец» Исаака Ньютона может родиться хоть завтра. Но для того, чтобы такое событие стало хоть сколько-нибудь вероятным, должно родиться больше людей, чем есть атомов во Вселенной.

В отличие от лица, голоса или почерка, ДНК большинства клеток остается неизменной от младенчества до старости, и на нее нельзя повлиять ни тренировками, ни пластической хирургией. Наш ДНК-текст содержит столь громадное количество букв, что мы можем оценить размер его общей доли, скажем, у родных или двоюродных братьев по сравнению с троюродными или просто со случайно выбранными представителями популяции. Поэтому ДНК может приносить пользу не только в качестве уникальной маркировки человека, позволяющей определить его по следам крови или спермы, но и как средство установления отцовства и прочего генетического родства. Британские законы разрешают иммигрировать тем людям, которые могут доказать, что их родители — уже граждане Великобритании. Некоторые дети, прибывшие с Индийского субконтинента, задерживались скептически настроенными чиновниками иммиграционной службы. До появления ДНК-дактилоскопии несчастные зачастую никак не могли доказать свое родство. Теперь это просто. Все, что требуется, — взять образец крови предполагаемых родителей и сравнить некий определенный набор их генов с соответствующим набором генов ребенка. Ответ дается ясный и однозначный — без каких-либо сомнений и неопределенностей, вынуждающих прибегать к качественным оценкам. Несколько молодых британцев обязаны сегодня своим гражданством ДНК-дактилоскопии.

Похожая методика была использована и для идентификации обнаруженных в Екатеринбурге скелетов — предположительно, останков казненной русской царской семьи. Принц Филипп, герцог Эдинбургский, чья степень родства с Романовыми точно известна, любезно предоставил образец своей крови, благодаря чему стало возможным установить, что это в самом деле скелеты членов императорского дома. Или другой, более зловещий, пример: скелет, эксгумированный в Южной Америке, оказался скелетом доктора Йозефа Менгеле — нацистского военного преступника, прозванного Ангелом Смерти. ДНК, выделенную из костей, сравнили с кровью поныне здравствующего сына Менгеле — и принадлежность останков была доказана. Впоследствии точно таким же способом опознали и откопанное в Берлине тело Мартина Бормана — заместителя Гитлера, — чье исчезновение породило бесчисленные слухи и легенды, а также более шести тысяч «обнаружений» по всему свету.

Термин «ДНК-дактилоскопия» в известной степени высосан из пальца, поскольку ДНК, будучи носителем цифровой информации, служит даже более четким и однозначным идентификатором личности, чем пальцевой узор. Но этот термин удачен в том смысле, что ДНК-улики, подобно истинным отпечаткам пальцев, человек оставляет на месте преступления по неосмотрительности. ДНК можно выделить из пятна крови на ковре, из спермы, попавшей в жертву изнасилования, из засохшей носовой слизи на платке, из пота и из выпавших волос. Затем этот образец можно сравнить с ДНК, выделенной из крови подозреваемого, и выяснить — практически с какой угодно степенью достоверности, — совпадают они или нет.

Так в чем же тогда загвоздка? В чем «спорность» ДНК-улик? Что позволяет адвокатам одурачивать присяжных, чтобы те неверно истолковывали или игнорировали столь важные доказательства? Почему в некоторых судах дело доходило до такой удручающей крайности, когда эти данные вообще не приобщались к делу?

Здесь существует три основных класса потенциальных проблем: простые, сложные и глупые. Я вскоре перейду к рассказу о «глупой» категории и о более замысловатых «сложностях», но прежде всего, как и в случае с любыми другими уликами, имеется простая — и очень важная! — возможность человеческой ошибки. Точнее, не возможность, а возможности, ибо оказий для оплошностей и даже для вредительства пруд пруди. На пробирку с кровью можно наклеить не ту этикетку — как случайно, так и умышленно, с целью кого-то подставить. В пробу, взятую с места преступления, могут попасть примеси, например пот лаборанта или полицейского. Загрязнения особенно опасны в тех случаях, когда используется хитроумная методика наращивания количества ДНК, называемая ПЦР (полимеразной цепной реакцией).

Нетрудно понять, для чего бывает желательно увеличить количество ДНК. Пятнышко пота на ружейном прикладе содержит малую толику этого ценнейшего материала. Но каким бы чувствительным ни был анализ ДНК, для него требуется некое минимальное количество вещества, с которым можно было бы работать. Метод ПЦР, изобретенный в 1983 году американским биохимиком Кэри Муллисом, оказался ошеломляюще успешным решением проблемы. Для ПЦР берется имеющаяся в распоряжении ДНК, как бы мало ее ни было, и с нее снимают миллионы копий, вновь и вновь воспроизводя те последовательности, которые она содержит. Однако, как и всегда при копировании, накапливаются не только верные данные, но и ошибки. Случайно попавшая примесь ДНК из пота лаборанта будет тиражироваться так же эффективно, как и образец с места преступления, создавая очевидные помехи правосудию.

Но человеческие ошибки присущи не только ДНК-уликам. Любые улики — уязвимая мишень для халатности и саботажа и требуют добросовестного обращения. Этикетки можно перепутать и в картотеке обычных отпечатков пальцев. К орудию убийства могли прикасаться, помимо преступника, и невинные люди, так что у них, как и у подозреваемого, тоже нужно брать отпечатки пальцев, чтобы сузить круг версий. Судебные учреждения уже приучены к необходимости принимать все мыслимые меры предосторожности против ошибок, но ошибки — и порой трагические — время от времени все равно случаются. Результаты анализа ДНК не защищены от человеческого разгильдяйства, но и не то чтобы как-то особенно уязвимы для него — за исключением разве что тех случаев, когда при ПЦР амплифицируется посторонняя примесь. Если отвергнуть ДНК-улики из-за возможности ошибки, то тогда, в соответствии с этим прецедентом, придется вообще отказаться от большей части любых улик. Мы вправе требовать разработки таких процессуальных кодексов и строгих мер предосторожности, которые защищали бы от ошибок, связанных с человеческим фактором, при предъявлении каких бы то ни было доказательств на суде.

Более сложные проблемы, вносящие путаницу в ДНК-доказательства, потребуют и более развернутого объяснения. Данные проблемы возникают и в случае с обыкновенными, традиционными уликами, хотя на судебных заседаниях этого, похоже, часто не осознают.

Там, где улики служат для идентификации чего бы то ни было, возможны два типа ошибок, соответствующие двум типам ошибок, свойственных любому статистическому доказательству. В одной из следующих глав мы назовем их ошибками первого и второго рода, но проще называть их ложноположительными и ложноотрицательными результатами. Виновный избежал наказания, не будучи узнан, — ложноотрицательный результат. А ложноположительный результат (который большинство людей сочтет ошибкой посерьезнее) — это осуждение невиновного подозреваемого, имеющего несчастье быть похожим на настоящего преступника. В ходе обычного опознания с участием очевидцев случайный свидетель, внешне слегка напоминающий подлинного виновного, может быть по этой причине арестован — вот вам пример ложноположительного результата. Методика предъявления для опознания была разработана с целью уменьшить вероятность подобных исходов. Вероятность судебной ошибки обратно пропорциональна числу людей, участвующих в процедуре. Мы уже рассматривали варианты, при которых риск обознаться возрастает, — например, неоправданно большое число гладковыбритых мужчин, предъявляемых вместе.

В случае с ДНК-уликами опасность ложноположительного обвинительного приговора на самом деле крайне низка. У нас есть проба крови подозреваемого и образец ДНК с места преступления. Если бы можно было взять и переписать полный набор генов из обоих образцов, то вероятность осудить невиновного составила бы единицу на многие и многие миллиарды. Если не считать однояйцевых близнецов, шансы того, что ДНК двух людей полностью совпадет, можно приравнять к нулю. Но, к сожалению, прочтение полной последовательности генов конкретного индивидуума на практике малоосуществимо. Даже после того как проект «Геном человека» завершится, предпринимать нечто подобное вновь и вновь для расследования каждого преступления будет нереально. На практике судебные эксперты ограничиваются небольшими участками генома, преимущественно теми, про которые известно, что они отличаются особым разнообразием в популяции. И следует опасаться того, что, хотя мы могли бы с уверенностью исключить возможность ошибки, сличив геномы целиком, все равно останется риск, что тот небольшой кусочек ДНК, на изучение которого у нас есть время, окажется у обоих индивидуумов одинаковым.

Вероятность такого исхода следует оценивать для каждого интересующего нас участка генома, чтобы решить, насколько допустим подобный риск. Чем больше выбранный участок, тем меньше возможностей для ошибки — подобно тому как чем длиннее шеренга участников предъявления для опознания, тем большего доверия заслуживает вынесенный приговор. Разница же в том, что для того, чтобы соперничать со своим ДНК-эквивалентом, предъявлению для опознания потребуется выставить в шеренгу не пару десятков человек, а сотни, тысячи или даже миллиарды. Но на этом количественном отличии аналогия с предъявлением для опознания не заканчивается. Как мы увидим, существует и ДНК-эквивалент гипотетического ряда из бритых мужчин и одного бородатого подозреваемого. Но прежде — еще немного основ ДНК-дактилоскопии.

Разумеется, для сравнения образцов, взятых у подозреваемого и с места преступления, мы исследуем одни и те же участки генома. Выбор этих участков обусловлен их склонностью широко варьировать в пределах популяции. Дарвинист тут добавил бы, что не склонные к изменчивости участки зачастую играют важную роль в выживании организма. Любые существенные изменения этих важных генов будут, по всей вероятности, удалены из популяции гибелью своих носителей — дарвиновским естественным отбором. Но есть и другие участки генома, которые крайне вариабельны — возможно, в связи с тем, что их влияние на выживание невелико. Это еще не вся правда, поскольку некоторые полезные гены тоже отличаются существенным многообразием. Почему — предмет для полемики. Позволю себе небольшое отступление, ведь… Не жизнь, коль стрессы и проблемы мешают отступить от темы.

Согласно так называемой нейтралистской теории, связанной с именем выдающегося японского генетика Мотоо Кимуры, полезные гены одинаково полезны во всем многообразии имеющихся форм. Это ни в коем случае не следует понимать так, будто все они бесполезны, — имеется в виду лишь то, что различные варианты одного и того же гена выполняют свою работу одинаково хорошо. Если представить себе ген в виде изложенного на бумаге рецепта, то его альтернативные формы можно сравнить с тем же самым текстом, записанным различными шрифтами: слова те же, смысл тот же, и продукт, создаваемый по данному рецепту, получается точно таким же. Естественный отбор не «видит» тех изменений в генах, мутаций, которые не создают никаких различий. Если говорить об их влиянии на жизнь животного, то это и не мутации вовсе, однако, с точки зрения ученого-криминалиста, потенциально это очень полезные мутации. Благодаря им популяция приходит к большому разнообразию вариантов в том или ином локусе (конкретном местоположении на хромосоме), и это разнообразие может использоваться в ДНК-дактилоскопии.

Другая теория изменчивости, в противоположность нейтралистской теории Кимуры, гласит, что альтернативные формы генов на самом деле выполняют различные функции и у естественного отбора имеются особые причины сохранять это разнообразие. Например, у некоего белка крови могут быть две альтернативные формы, α и β, каждая из которых чувствительна к одному из двух инфекционных заболеваний — скажем, «альфлюэнце» и «бетакулезу» соответственно — и невосприимчива к другому. Обычно, чтобы в популяции разразилась эпидемия, доля особей, восприимчивых к инфекции, должна достигнуть некой критической плотности. Популяцию, где преобладает белок α-типа, сотрясают эпидемии альфлюэнцы, а бетакулез там редок. И потому естественный отбор благоприятствует β-типу, для альфлюэнцы неуязвимому, в силу чего через некоторое время этот тип белка становится в популяции преобладающим. Теперь дело принимает иной оборот. В популяции свирепствуют эпидемии бетакулеза, но не альфлюэнцы. Естественный отбор благоприятствует теперь носителям белков α-типа, невосприимчивым к бетакулезу. Популяция будет либо претерпевать бесконечные колебания с попеременным преобладанием то α-, то β-формы, либо же придет к некоему промежуточному состоянию так называемого равновесия. И в том и в другом случае в соответствующем локусе будет наблюдаться высокое разнообразие генных вариантов — на радость тем, кто занимается установлением личности по ДНК. Данный феномен называется частотно-зависимым отбором и предположительно является одним из механизмов, поддерживающих высокий уровень генетического разнообразия в популяции. Есть и другие.

Как бы то ни было, для криминалистики здесь существенно только одно: в геноме имеются вариабельные участки. Чем бы ни окончилась дискуссия о том, насколько изменчивы полезные участки генома, в нем так или иначе с избытком хватает областей, которые никогда не считываются и не переводятся в свои белковые эквиваленты. Да-да, поразительно большая часть наших генов, по всей видимости, не делает вообще ничего. Следовательно, они могут видоизменяться сколько им угодно, что делает их превосходным материалом для ДНК-дактилоскопии.

Как будто чтобы специально продемонстрировать нам, что значительная часть ДНК не несет никакой пользы, абсолютное содержание ДНК в клетках организмов разных видов различается самым чудовищным образом. Поскольку информация, записанная в ДНК, является цифровой, мы можем измерить ее в единицах, подобных тем, в каких измеряется информация, хранящаяся в компьютере. Одного бита информации достаточно для обозначения единичного выбора по принципу «да — нет»: 1 или 0, «истина» или «ложь». У компьютера, на котором я печатаю эти строки, 256 мегабит (32 мегабайта) оперативной памяти. (Мой самый первый компьютер был более громоздкой штуковиной, и однако же емкость памяти у него была в пять тысяч раз меньше.) Соответствующей фундаментальной единицей информации ДНК служит азотистое основание нуклеотида. Поскольку возможных разновидностей этих оснований четыре, количество информации, содержащейся в одном основании, эквивалентно 2 битам. Размер генома Escherichia coli — типичной бактерии из нашего кишечника — равен 4 мегабазам (миллионам пар оснований), или 8 мегабитам. А у гребенчатого тритона, Triturus cristatus, геном величиной в 40 000 мегабит. Эта 5000-кратная разница между бактерией и гребенчатым тритоном примерно соответствует разнице между самым первым моим компьютером и нынешним. У нас, людей, геном состоит из 3000 мегабаз, или 6000 мегабит. Это в 750 раз больше, чем у бактерии (что льстит нашему самолюбию), но как быть с тритоном, обставившим нас шестикратно? Хотелось бы думать, что размер генома и его функциональность не находятся в строгой пропорциональной зависимости и значительная часть генома у этого вида тритона попросту ничего не делает. Несомненно, так оно и есть. И то же самое справедливо и для большей части нашей с вами ДНК. Имеются различные подтверждения тому, что только около 2 % от 3000 мегабаз человеческого генома используется для синтеза закодированных в нем белков. Остальное нередко называют мусорной ДНК. У гребенчатого тритона, по-видимому, содержание мусорной ДНК еще выше, чем у нас. У других тритонов — нет.

Эти неиспользуемые излишки ДНК делятся на несколько категорий. Некоторые из них выглядят как настоящая генетическая информация и, вероятно, представляют собой древние, уже неисправные гены либо устаревшие копии тех генов, что и поныне работают. Такие псевдогены, будучи считанными и переведенными в белок, дали бы нечто вразумительное. Но они не считываются и в белки не переводятся. Жесткие диски компьютеров тоже обычно содержат подобный мусор: старые копии находящихся в работе файлов, объем памяти, отведенный под временное хранение данных о разных промежуточных операциях, и прочее. Мы, пользователи, этого мусора обычно не видим, потому что компьютер показывает нам только те части диска, о которых нам необходимо знать. Но если задаться целью и прочесть байт за байтом всю записанную на диске информацию, то нам встретится немало мусора, существенная часть которого будет содержать в себе какой-то смысл. Вероятно, в настоящий момент на жестком диске моего компьютера находятся десятки разрозненных фрагментов этой главы, разбросанных то там, то сям, хотя меня ставят в известность только об одной, «официальной» версии (ну и о предусмотрительно сохраненной резервной копии).

Вместе с ДНК, которую в принципе можно было бы прочесть, хоть этого и не делается, в геноме полным-полно такой мусорной ДНК, которая не только не читается, но в которой и невозможно увидеть ничего осмысленного. Там есть бескрайние участки однообразно повторяющейся околесицы: быть может, какого-то одного азотистого основания, или двух, или же некоего более сложного мотива. В отличие от предыдущей разновидности мусорной ДНК, мы не можем рассматривать эти так называемые тандемные повторы в качестве вышедших из употребления копий полезных генов. Эта повторяющаяся ДНК никогда не бывала декодирована и, предположительно, никогда не была ни для чего нужна. (Во всяком случае, никогда не была нужна для выживания организма. Но, как я разъяснил в другой своей книге, с точки зрения эгоистичного гена можно сказать, что любая разновидность мусорной ДНК «приносит пользу» самой себе, просто если ей удается выживать и увеличивать число собственных копий. Эта идея стала известна под ярлыком «эгоистичная ДНК» — впрочем, не слишком удачным, поскольку обычная, работающая ДНК тоже эгоистична в том смысле, который я вкладываю в данное слово. По этой причине некоторые стали прибегать к термину «ультраэгоистичная ДНК».)

Так или иначе, каковы бы ни были причины ее существования, мусорная ДНК у нас имеется, и в огромных количествах. А поскольку она не используется, ничто не мешает ей меняться. Это у полезных генов, как мы видели, свобода варьирования жестко ограничена. Большинство изменений (мутаций) делают работу гена менее эффективной: животное гибнет — и изменение дальше не передается. В этом и есть суть естественного отбора по Дарвину. Однако мутаций в мусорной ДНК (по большей части это изменения числа повторов на том или ином участке) естественный отбор не замечает. Таким образом, исследуя популяцию, наибольшее разнообразие, подходящее для ДНК-дактилоскопии, мы обнаружим в мусорных областях. И, как нам сейчас станет ясно, особенно в этом смысле полезны тандемные повторы, поскольку в них изменяется число повторяющихся фрагментов — заметный признак, который легко измерить.

Не будь тандемных повторов, судебным генетикам пришлось бы выяснять точную последовательность азотистых оснований на выбранном для анализа участке ДНК. Это можно сделать, но секвенирование ДНК занимает много времени. Однако, как выяснил Алек Джеффрис из Университета Лестера, справедливо считающийся отцом ДНК-дактилоскопии (и ныне сэр Алек), тандемные повторы позволяют нам ловко срезать путь и упростить задачу. На том или ином участке генома у разных людей содержится разное количество этих самых повторов. Например, у меня на определенном участке генома некая бессмыслица может повторяться 147 раз подряд, а на соответствующем участке вашего генома та же самая бессмыслица повторяется, скажем, 84 раза. В другом месте у меня может оказаться 24 копии некой определенной чепухи, а у вас — 38. У любого из нас можно взять уникальный «отпечаток пальца», который будет представлять собой набор чисел. Каждое из этих чисел будет означать, сколько раз та или иная бессмысленная последовательность ДНК повторяется в нашем геноме.

Свои тандемные повторы мы унаследовали от родителей. У каждого из нас 46 хромосом: 23 хромосомы от отца и 23 гомологичные, то есть подобные им, от матери. Мы получаем эти хромосомы целиком, вместе с тандемными повторами. Вашему отцу его 46 хромосом достались, в свою очередь, от его родителей, но он не передал их вам в целостном и неизменном виде. Каждая из хромосом, полученных им от вашей бабки, вытянулась бок о бок со своим дедовским гомологом, и они обменялись участками, после чего одна из двух получившихся комбинированных хромосом попала в сперматозоид, принявший участие в вашем появлении на свет. Каждый сперматозоид и каждая яйцеклетка уникальны, поскольку содержат различную комбинацию фрагментов отцовских и материнских хромосом. Этот процесс перемешивания участков затрагивает в равной степени как тандемные повторы, так и смысловые области генома. Получается, что свое уникальное число для каждого тандемного повтора мы наследуем примерно таким же образом, как цвет глаз или курчавость волос. С той лишь разницей, что цвет наших глаз определяется чем-то вроде совместного вердикта отцовских и материнских генов, а количество тандемных повторов является свойством хромосом как таковых и, следовательно, может быть подсчитано отдельно для каждой хромосомы, полученной нами от кого-то одного из родителей. Для любого участка генома, содержащего тандемные повторы, у каждого из нас имеются два показателя: число повторов на отцовской хромосоме и соответствующее число на материнской. Время от времени хромосомы мутируют: количество имеющихся на них тандемных повторов претерпевает случайные изменения. Также некий конкретный отрезок, содержащий тандемные повторы, может разделиться, когда хромосомы обмениваются своими участками. Вот откуда в популяции возникает разнообразие по числу тандемных повторов. Вся прелесть в том, что эти числа легко определить. Причем нет необходимости связываться с выяснением точной последовательности оснований ДНК — вместо этого производят нечто вроде взвешивания участков с повторами. Или, если использовать другую, не менее подходящую метафору: участки с тандемными повторами рассортировывают, получая что-то вроде цветных полос на выходе из призмы. Сейчас я расскажу про один из способов сделать это.

Сначала вам нужно подготовить так называемый ДНК-зонд — короткую, около 20 нуклеотидов в длину, последовательность ДНК, которая точно соответствует интересующей нас повторяющейся бессмыслице. В наши дни это задача не из сложных. Существуют различные методы для ее решения. Можно даже просто купить уже готовенький прибор, способный производить короткие фрагменты ДНК с любой заданной последовательностью, — точно так же как можно купить перфоратор с клавиатурой, умеющий пробивать любую последовательность букв на бумажной ленте. А если добавить в этот прибор радиоактивные исходные материалы для синтеза, то и получившиеся зонды будут радиоактивными — тем самым вы их как бы пометите. Впоследствии это поможет вам вновь обнаружить свои зонды, легко отличив их от обыкновенной, природной ДНК, которая не радиоактивна.