Билл Меслер – Краткая история сотворения мира. Великие ученые в поисках источника жизни на Земле (страница 35)

В начале своей научной деятельности Опарин в основном занимался решением проблемы производства пищевых продуктов, которая чрезвычайно остро стояла в первые годы советской власти. Однако он никогда не переставал думать о том, что так взволновало его на лекциях Тимирязева. Первую работу на тему происхождения жизни он написал в 1919 г., однако ее не пропустила цензура. В первые годы после Октябрьской революции царский государственный аппарат кое-где еще сохранился, что касалось и цензуры, чрезвычайно подозрительной ко всему, что противоречило официальной линии Русской православной церкви. Позднее Опарин рассматривал отклонение статьи как положительный момент: это позволило ему разработать гораздо более сложную теорию.

В 1922 г. Опарин представил свои идеи относительно происхождения жизни советской научной общественности, а в 1924 г. начал писать книгу, в которой собирался изложить уже готовую теорию. Как и Холдейн, Опарин рассматривал проблему совершенно в ином ключе, нежели его предшественники. Томас Хаксли и Генри Бастиан исходили из предположения, что Земля, на которой впервые появилась жизнь, не очень сильно отличалась от современной Земли и процесс зарождения жизни был достаточно быстрым.

Опарин и Холдейн, напротив, пытались описать события, произошедшие как минимум много сотен миллионов лет назад, когда наша планета была совсем иной. Оба опирались на многочисленные факты, ранее неизвестные. Хотя вопрос о происхождении жизни не был решен за предыдущие десятилетия, представления о первозданной Земле разительно изменились. Ученые впервые начали осознавать, что Земля намного старше, чем представлялось, и что жизнь существовала на планете почти с момента ее возникновения.

Временной фактор всегда оставался загадкой для Чарльза Дарвина. Он считал, что эволюция на основе естественного отбора представляет собой чрезвычайно медленный процесс и что одни виды превращаются в другие в бесконечной череде поколений. Некоторые виды угасают, а иногда в процессе эволюции наблюдаются долгие периоды застоя. Невозможно представить себе превращение простого микроорганизма в такое сложное существо, как человек, в привычных для нас временны́х рамках.

Проблема оставалась неразрешенной даже несмотря на то, что сделанные Бюффоном оценки возраста Земли во времена Дарвина уже выглядели чрезвычайно скромными. В первом издании книги «О происхождении видов» Дарвин изложил свои соображения относительно возраста Земли. Как расчеты Бюффона и Ашшера, расчет Дарвина был точен до нелепости: на основании геологических данных для Южной Англии Дарвин утверждал, что возраст Земли составляет 306 662 400 лет.

Результат Дарвина вызвал недоверие у ирландского физика Уильяма Томсона, известного под именем лорда Кельвина (титул он получил позже). Лорд Кельвин был одним из самых выдающихся и уважаемых ученых своего времени. Благодаря участию в создании первого трансатлантического телеграфа он приобрел невероятную славу, фантастическое богатство и дворянский титул. Он участвовал в формулировке первого и второго начал термодинамики, которые использовал для определения возраста Земли. Как и Бюффон, лорд Кельвин учитывал время, за которое планета остыла до современной температуры. Он не знал о существовании радиоактивного распада, который вносит значительный вклад в выделение тепла внутри Земли, и воспринимал Землю как постепенно остывающую жесткую сферу. По этим причинам он считал возможным оценить ее возраст на основании разности температур внутри планеты и на ее поверхности.

Через три года после публикации книги Дарвина лорд Кельвин заявил, что возраст Земли составляет от 20 до 400 млн лет. Однако в последующие годы он пересмотрел эти расчеты и снизил диапазон (в соответствии со своими оценками возраста Солнца, которые, на самом деле, были ошибочными). В 1897 г. он заявил, что возраст Земли составляет от 20 до 40 млн лет: «гораздо ближе к 20, чем к 40». Томас Хаксли критиковал метод Кельвина, но даже сын Чарльза Дарвина, астроном Джордж Говард Дарвин, представил сильно заниженную оценку возраста планеты (56 млн лет; он исходил из расчета времени для установления 24- часового суточного цикла вращения). Возраст Земли оставался важным – и спорным – вопросом вплоть до конца XIX в.

Ввиду горячих дискуссий относительно справедливости расчетов Дарвин удалил из второго издания книги «О происхождении видов» упоминание о возрасте Земли. Этот вопрос занимал его на протяжении всей жизни и мешал распространению в обществе идеи о том, что медленный процесс естественного отбора – главная движущая сила эволюции. Даже самые активные сторонники Дарвина полагали, что естественному отбору потребовались бы сотни миллионов лет, но такие временны́е рамки не соответствовали даже максимальным оценкам возраста Земли.

Наконец, во Франции было сделано открытие, которое повлекло за собой целую череду событий и перевернуло все ранние представления о возрасте Земли. В 1896 г., за год до проведения Кельвином окончательных расчетов возраста Земли, французский физик Антуан Анри Беккерель оставил образец соли урана на фотографической пластинке, а через какое-то время обнаружил засвеченный негатив. Он понял, что, если размещать между урановой солью и негативом различные предметы, можно получать их фотоизображения, и пришел к выводу, что руда испускала невидимые глазом энергетические лучи. Через три года Мария Кюри открыла элементы полоний и радий и предложила термин «радиоактивность» для описания испускаемых ими загадочных лучей.

За удивительно короткий срок после открытия радиоактивности физики разработали методы определения возраста горных пород на основании скорости распада радиоактивных элементов. Все горные породы состоят из соединений химических элементов, причем некоторые химические элементы присутствуют в виде смеси изотопов (атомов одного и того же элемента с разным количеством нейтронов в ядре). Существуют нестабильные (радиоактивные) изотопы: они постоянно, хотя и медленно, распадаются с образованием новых, более легких элементов. Время, за которое разлагается половина ядер таких изотопов, называется периодом полураспада. Элементы в составе каждой горной породы изначально содержатся в определенном изотопном соотношении, поэтому в результате распада некоторых изотопов это соотношение постепенно меняется. Измеряя этот показатель, геологи научились рассчитывать время, прошедшее с момента формирования породы. Этот метод называют радиоизотопным (радиометрическим) датированием.

В 1907 г. американский химик Бертрам Болтвуд опубликовал результаты радиометрического анализа 26 горных пород, одна из которых, по его мнению, имела возраст 570 млн лет. По мере усовершенствования радиоизотопных методов возраст самой старой породы Болтвуда увеличился до 1,3 млрд лет. Другие геологи находили еще более старые породы. В частности, на Цейлоне был обнаружен минерал возрастом 1,6 млрд лет. К середине XX в. большинство ученых сошлись во мнении, что возраст Земли составляет около 4,5 млрд лет. Однако, даже когда Опарин начал работать в Москве, многие ученые уже понимали, что Земля гораздо старше, чем представлялось 100 лет назад.

Оставался открытым вопрос, когда на Земле появилась жизнь. Хаксли утверждал, что абиогенез был чрезвычайно редким явлением, из разряда тех, что происходят лишь однажды и при исключительном стечении обстоятельств. Вполне возможно, что на протяжении почти всего времени своего существования Земля оставалась безжизненной. Казалось, о том же говорили имевшиеся на тот момент палеонтологические данные.

В первой половине XIX в. геологи имели дело только с теми окаменелостями, которые оказались на поверхности Земли в результате идеальных геологических условий; это, в частности, относилось к находкам Дарвина с вулканического острова Святого Иакова. Промышленная революция изменила ситуацию. При строительстве каналов, соединявших британские порты и угольные шахты с внутренними промышленными центрами, открывались глубокие и чистые срезы пластов, сложившихся за невероятно продолжительное время. Ученые видели, что какие-то окаменелости всегда обнаруживаются только в строго определенных слоях породы. Они еще не знали возраста этих слоев (такая информация стала доступна лишь с появлением методов радиометрического датирования), но понимали, что одни слои старше, а другие моложе.

В конечном итоге ученые разделили временной интервал, представленный в виде разных геологических слоев, на два длинных периода. Более короткий и более новый период стали называть фанерозойским эоном (от греч. phaneros – явный и zoe – жизнь, «время видимой жизни»). Фанерозой, в свою очередь, подразделяется на более короткие геологические периоды, самый старый из которых был назван кембрийским периодом (по предложению Адама Седжвика этот период получил название в честь латинского названия Уэльса, где были обнаружены многие из первых образцов, относившихся к данному периоду). Фанерозою предшествовал более старый и значительно более долгий период с менее оригинальным названием – докембрийский эон.

Когда Дарвин писал книгу «О происхождении видов», в распоряжении ученых имелись окаменелости, относившиеся только к фанерозойскому эону, который, как известно сейчас, охватывает лишь 15% истории Земли. Вот что писал Дарвин по этому поводу: «Если эта теория верна, не может быть сомнения в том, что, прежде чем отложился самый нижний кембрийский слой, прошли продолжительные периоды, столь же продолжительные или, вероятно, еще более продолжительные, чем весь промежуток времени между кембрийским периодом и нашими днями, и что в продолжение этих огромных периодов мир изобиловал живыми существами. <…> На вопрос, почему мы не находим богатых ископаемых отложений, относящихся к этим предполагаемым древнейшим периодам, предшествовавшим кембрийской системе, я не могу дать удовлетворительного ответа». Ответ был найден примерно через полстолетия на другой стороне земного шара, в США, где работал молодой геолог Чарльз Дулиттл Уолкотт, ставший самым знаменитым в мире охотником за окаменелостями.