Космос
Карл Эдуард Саган
«Космос» – одна из самых продаваемых научно-популярных книг всех времен. В ней прослеживается почти четырнадцать миллиардов лет космической эволюции, превративших материю в сознание, и исследуются такие темы, как происхождение жизни, человеческий мозг, египетские иероглифы, миссии космических кораблей, смерть Солнца, эволюция галактик, а также обстоятельства и личности, которые помогли сформировать современную науку.
Саган раскрывает перед нами сверкающий голубой мир, населенный формой жизни, которая только начинает познавать себя и бескрайний океан космоса. Написанная просто и ясно, книга дает целостный взгляд на прошлое, настоящее и будущее Вселенной, жизни на Земле и человеческих цивилизаций.
В наше замечательное время человечество лишь начало выходить в океан космоса. Современные корабли, движущиеся к планетам по Кеплеровым траекториям, являются беспилотными. Это отлично сконструированные полуразумные роботы, исследующие неизвестные миры.
Рейтинги и премии
• Бестселлер Publishers Weekly
• Бестселлер The New York Times
В пригоршне песка около 10 000 песчинок, больше, чем звезд, видимых в ясную ночь невооруженным глазом. Но звезды, которые мы видим, – это лишь ничтожная доля тех, что существуют. По ночам нашему взгляду открывается горстка ближайших светил. Между тем Космос безмерно богат. Светил во Вселенной больше, чем песчинок на всех берегах планеты Земля.
Для кого
Книга станет прекрасным подарком для любителей космологии и истории человеческой цивилизации.
Карл Саган
Космос
Переводчик: А. Сергеев
Издатель: Павел Подкосов
Руководитель проекта: Анна Тарасова
Художественное оформление и макет: Юрий Буга
Корректоры: Мария Миловидова, Ольга Петрова, Елена Рудницкая
Верстка: Андрей Ларионов, Максим Поташкин, Андрей Фоминов
Подготовка иллюстраций к печати: Александра Фридберг
Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.
Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.
© Druyan-Sagan Associates, Inc., 1980
Formerly known as Carl Sagan Productions, Inc. All right reserved including the rights of reproduction in whole or in part in any form.
© ООО «Альпина нон-фикшн», 2024
* * *
Посвящается Энн Друян
В бескрайности космоса и бесконечности времени я рад делить планету и эпоху с Энни
Издание подготовлено в партнерстве с Фондом некоммерческих инициатив «Траектория» (при финансовой поддержке Н.В. Каторжнова).
Фонд поддержки научных, образовательных и культурных инициатив «Траектория» (www.traektoriafdn.ru (http://www.traektoriafdn.ru/)) создан в 2015 году. Программы фонда направлены на стимулирование интереса к науке и научным исследованиям, реализацию образовательных программ, повышение интеллектуального уровня и творческого потенциала молодежи, повышение конкурентоспособности отечественных науки и образования, популяризацию науки и культуры, продвижение идей сохранения культурного наследия. Фонд организует образовательные и научно-популярные мероприятия по всей России, способствует созданию успешных практик взаимодействия внутри образовательного и научного сообщества.
В рамках издательского проекта Фонд «Траектория» поддерживает издание лучших образцов российской и зарубежной научно-популярной литературы.
Предисловие
Для ученого крайне важно уметь выбирать научные задачи, в решение которых он (или она) может внести существенный вклад «здесь и сейчас». В полной мере обладая этим свойством, Карл Саган, кроме того, имел более редкую способность выделить ключевые моменты и тенденции в истории развития наших знаний о мире, а также – именно как ученый! – распознать самые актуальные проблемы, стоящие перед человечеством. Наконец, он прекрасно обо всем этом рассказывал.
Первая грань таланта Сагана помогла ему получить важные научные результаты в исследованиях различных объектов Солнечной системы. В 1960–70-е гг., на которые пришелся пик собственно научной карьеры Сагана, развитие космической техники впервые позволило отправить межпланетные станции для изучения тел Солнечной системы. Саган активно и плодотворно участвовал в проектах по изучению Венеры и Марса. Кроме того, ему принадлежит несколько оказавшихся верными идей о свойствах других объектов, например спутников больших планет.
Интерес к истории позволил Карлу Сагану выстроить целостную картину развития цивилизации, которая, с одной стороны, достигла способности выйти за пределы родной планеты, а с другой – уничтожить жизнь на ней. Понимание исторической динамики приводит к трезвому, объективному и просвещенному взгляду на современность – в частности, позволяет выделить наиболее существенные угрозы человечеству. В дополнение к очевидно стоявшей на повестке дня (особенно после Карибского кризиса) проблеме ядерного апокалипсиса Саган совершенно справедливо (как показали дальнейшие исследования) полагал, что человечеству угрожает глобальное потепление, связанное с антропогенными факторами.
Талант популяризатора позволил ему объединить рассказ о самых передовых (на тот момент) достижениях науки с изложением ее истории и обсуждением актуальных проблем. Результатом этого стал одноименный цикл телепрограмм и связанная с ним книга, которую вы сейчас держите в руках.
* * *
Как связаны проблемы глобальной безопасности или изменения климата с рассказами об истории астрономии или успехах в изучении Венеры? Саган считал, что рациональное мышление и научный подход к изучению процессов в природе и обществе могут стать основой для решения глобальных проблем современности. Для достижения этого, в частности, необходимо широкое распространение навыков критического мышления, поскольку общечеловеческие задачи не могут удовлетворительным образом решаться небольшой группой оторванных от общества экспертов. Лучший способ знакомиться с рациональным скептицизмом и совершенствоваться в нем – это узнавать о ярких современных научных результатах и понимать, как они были получены, а также как мы пришли к возможности их получить. Отсюда – уже всего один шаг до масштабной популяризации современной астрономии для самой широкой аудитории, потому что именно в астрономии во второй половине XX в. соединились красота изучаемых явлений (что всегда важно для популяризации), обилие прорывных открытий, а также строгость и техническая изощренность используемых методов и технологий.
На протяжении веков разные области знаний выступали в роли «полномочных представителей» науки в целом. В 1950–60-е гг. это могла быть физика частиц (у нас в стране это видно, например, по фильму «Девять дней одного года»). В конце XIX и начале XX в. – возможно, физика электромагнитных явлений, поскольку именно благодаря ей появлялись принципиально новые технические устройства (электрическое освещение, телеграф, телефон), менявшие жизнь людей. Примерами ученых тогда служили Эдисон и Тесла. Еще раньше это могла быть зоология и ботаника, а типичным ученым – кто-то вроде Паганеля. В каждую эпоху интересно заниматься не той наукой, которая знаменита благодаря своему славному прошлому, а той, в которой прямо сейчас происходят важные открытия, углубляющие и расширяющие наше понимание мира.
Во времена, когда Саган работал над этой книгой и циклом телепередач, космические аппараты присылали панорамы с Марса и Венеры; появились потрясающие изображения Юпитера, сделанные «Вояджерами», а чуть ранее – 10-м и 11-м «Пионерами»; наземные телескопы выдавали на-гора фотографии восхитительных спиралей галактик; космическая обсерватория «Эйнштейн» получила первые детальные рентгеновские изображения различных источников; система радиотелескопов VLA позволила увидеть грандиозные струйные выбросы из центров галактик, где находятся сверхмассивные черные дыры… Все это можно было связать с самой передовой физикой (теория относительности, квантовая механика, физика частиц и атомного ядра), а можно – с прошлым науки, показав преемственность исследований и подчеркнув роль тех гигантов, на чьих плечах мы стоим. Начав рассказ о свойствах космических тел, таких как планеты и их спутники, можно было прийти к вопросу об их возможной обитаемости, что позволяло поговорить о химии с биологией, и к размышлениям о разумной жизни, что, в свою очередь, подводило к интереснейшим гуманитарным вопросам. Неудивительно, что именно популяризатор астрономии стал настоящим кумиром для своих современников.
* * *
Популяризация бывает очень разной. И это замечательно! Есть популяризация «профессоров для профессоров», когда, условно говоря, одни доктора физико-математических наук рассказывают о своих результатах другим докторам физико-математических наук, работающим в далекой от первых области физики. Для такого существуют отдельные журналы, обзорные доклады на конференциях с широкой тематикой и т. д. На другом конце спектра – детские книги или видеоролики. Между ними мы встретим, во-первых, лекции, книги и прочие материалы для продвинутых школьников, лучшее представление о которых может дать журнал «Квант». Во-вторых, публикации разных уровней сложности для тех, кто не в первый раз сталкивается с повествованием о происхождении жизни или ядерных превращениях. Наверное, это самые распространенные научно-популярные материалы всех возможных форматов. Ну и в-третьих, есть особый жанр научпопа. Это книга (а в наше время – часто серия видео), которая, не будучи детской, предназначена быть первой для своего читателя (или зрителя), но при этом может стать и единственной – по крайней мере, по этой конкретной теме.
Будем реалистами: подавляющее большинство людей не имеют фундаментального научного образования и не собирают дома библиотеки научно-популярных изданий, которые они прочли от корки до корки. Однако в по-настоящему демократическом обществе (а вряд ли какое-то другое способно одновременно и на длительное выживание, и на продолжающееся развитие) именно от мнения этих людей в конце концов зависят ключевые решения. На основании каких знаний и умений формируются эти мнения?
Современные люди (начиная уже с младших школьников) – хотя они, возможно, никогда не читали научно-популярные статьи или книги, не слушали лекции и т. д. – знают довольно много, потому что постоянно купаются в потоках информации: радио, телевидение, печатная пресса… Со времен Сагана к этому добавился (и все затмил) интернет. Однако чаще всего там можно встретить разрозненные и неполные сведения, вдобавок перемешанные с мифами, распространенными заблуждениями и прочим мусором. Проблема усугубляется отсутствием развитых навыков критического мышления. Поэтому обращаться к этой аудитории – задача сложная и ответственная. Сложная, потому что трудно правильно определить, на какие предыдущие знания можно опереться. А ответственная – из-за масштабов аудитории. В случае Карла Сагана сначала это была вся Америка, а потом – практически весь мир.
* * *
«Космос» – это не просто научпоп, не еще одна книга про планеты или звезды, а настоящая классика жанра. По своему уровню – очень массовая. По широте охвата – практически энциклопедия, вводящая читателя в мир современных естественных наук. По сути же – глубоко гуманистическое произведение, главным героем которого оказывается человеческая цивилизация, ищущая свое место во Вселенной.
Сталкиваясь с научно-популярной книгой почти полувековой давности, читатель вправе задуматься: «А не устарело ли там все?» Справедливый вопрос. Начиная с середины XX в. астрофизика развивается стремительно. Солнечную систему бороздят межпланетные станции. Спускаемые аппараты высаживались не только на Луну, Венеру и Марс, но и на кометы и астероиды, специальные модули изучали спутники планет. Прогресс в создании наземных и космических телескопов, работающих во всех диапазонах спектра, поражает. Зарегистрированы нейтрино и гравитационные волны. Неужели книга 1980 г. остается актуальной?
Да! Тому есть несколько причин. Во-первых, значительную долю ее объема составляет изложение основополагающих знаний. К счастью, наше понимание мира находится сейчас на той стадии, когда революции и прорывы происходят в основном на самом переднем крае, не затрагивая фундаментальные представления (школьные учебники физики основаны на результатах более чем вековой давности, а результаты, полученные после 1980 г., когда вышла книга «Космос», в них, по сути, не упоминаются; в математике даже в университетских курсах часто не выходят за рамки XIX в.). Во-вторых, Саган уделяет много внимания становлению наших представлений, истории науки. Эта часть книги, разумеется, не может устареть. Как автор, Саган хочет не просто сообщить какую-то сумму знаний, а показать их связь с развитием земной цивилизации (не только т. н. «западной», т. е. европейской). Это важно для достижения цели и книги, и телепроекта, обращенных к максимально широкой аудитории, которая может быть по-своему недоверчивой, по-своему эгоистичной, по-своему невежественной. Не имея возможности описывать технические детали, зрителей или читателей можно убедить в достоверности сообщаемых данных, погрузив их в исторический контекст. Следуя за учеными прошлого, мы переходим от более простому к более сложному, а по пути показываем, как научные результаты могли со временем влиять на повседневную жизнь людей. В-третьих, проблемы, стоящие перед землянами в конце первой четверти XXI в., остались в общем-то теми же, что и в начале последней четверти предыдущего столетия. Примерно также обстоит дело и с рассмотренными в книге ключевыми научными задачами, связанными с поиском внеземной жизни.
Кроме всего вышесказанного, книгу удалось существенно актуализировать благодаря огромной работе, проделанной ее переводчиком и редактором – Александром Сергеевым. Вы увидите множество его примечаний, позволяющих четко понять, что изменилось на переднем крае науки за прошедшие десятилетия; вы никогда не окажетесь в ситуации неясности относительно того, насколько верно сделанное автором утверждение о современных (для него) результатах.
Наконец, повторюсь, что это классика. Переиздания книг Камиля Фламмариона интересны и сто с лишним лет спустя. Уверен, что такая же судьба ждет и книгу Сагана.
* * *
Один из главных для Сагана вопросов – есть ли жизнь еще где-то во Вселенной? Тут снова сходятся основные темы книги: астрономия, история цивилизации, глобальные проблемы. Ответ могут дать только исследования космоса. Сейчас мы, кажется, как никогда близки к возможному открытию следов существования жизни на экзопланетах (по анализу их атмосфер) или на телах Солнечной системы (благодаря работе межпланетных станций). Уже нынешнее и следующие поколения астрономических инструментов (телескоп «Джеймс Уэбб», успешно выведенный на орбиту в 2021 г., а также новые 30- и 40-метровые наземные телескопы, космический телескоп «Нэнси Грейс Роман» и спутник «Ариэль», которые заработают еще до 2030 г.) имеют неплохие шансы не только расширить наши знания об экзопланетах, но и сообщить нам, что земная жизнь не уникальна. А уж к середине этого века их преемники наверняка покажут нам множество обитаемых миров.
Но человеку хотелось бы найти не просто следы хоть какой-то жизни, а жизнь разумную. С этим сложнее. Научные дискуссии на эту тему начались в конце 1950-х – начале 1960-х гг. Быстро было осуществлено несколько проектов по поиску искусственных сигналов из космоса. Однако первый энтузиазм схлынул уже к моменту написания книги «Космос». В нашей стране это можно было понять, например, из пятого издания выдающейся книги Иосифа Самуиловича Шкловского «Вселенная. Жизнь. Разум», которое также вышло в 1980 г. (кстати, в 1966 г. книга Шкловского трудами Карла Сагана была издана на английском языке с существенными дополнениями самого Сагана).
Космос молчит, что нашло свое отражение в знаменитом парадоксе Ферми «А где же все?». Этому факту было предложено множество вариантов объяснения. В конце 1970-х – начале 1980-х гг. все более популярной становилась гипотеза о том, что по мере технического развития цивилизация если и не убивает сама себя, то, по крайней мере, отбрасывает себя назад в развитии или из-за глобальной войны с применением оружия массового поражения, или из-за техногенной экологической катастрофы. Насколько это вероятно (или даже неизбежно)? Неужели над любым биологическим видом, подобным человеческому, тяготеет «проклятие», приводящее его в пропасть? Это было (да и остается) предметом бурных споров социологов, антропологов, историков…
И тут мы приходим к желанию лучше понять историю нашего развития, чтобы рассуждать о судьбе других цивилизаций. Кому-то наше прошлое видится как череда войн, и только оружие становится все более мощным, достигая во второй половине XX в. критического уровня, позволяющего уничтожить практически все высшие формы жизни одним махом. Кто-то воспринимает историю как последовательность социальных изменений, в результате которой мы уже пришли к ситуации, когда в большинстве стран мира (и практически во всех процветающих государствах) установлена демократия. Другие замечают прежде всего научно-технический прогресс, определяющий даже быт практически каждого человека. В своей книге Саган в той или иной мере объединяет эти взгляды, стараясь продемонстрировать, как разные грани развития человечества связаны с развитием наших знаний о мире, в конце концов меняющих нашу жизнь.
Жизнь – удивительный феномен. Она поражает в самых разных своих проявлениях, от поведения планктона или слизевиков до создания «В поисках утраченного времени» или общей теории относительности. Пока мы знаем единственный пример биосферы – земную. И единственный пример цивилизации – земной. На нас лежит ответственность за их сохранение, поскольку мы сами придумали средства, которые могут их разрушить (по крайней мере, в современном виде). Это один из лейтмотивов книги «Космос», и, возможно, к этому сводится ее главный посыл, обращенный ко всему миру.
* * *
У разных эпох были свои знаковые книги (а потом, видимо, телепрограммы, а еще позже – интернет-проекты), с которых могло начаться увлечение наукой или просто знакомство с миром удивительных открытий и странных людей, их совершающих. И это вовсе не обязательно научпоп в обычном понимании слова (как, например, крайне популярные в прошлом у нас в стране книги Перельмана). Это могут быть романы Жюля Верна, или сериалы «Звездный путь» и «Теория Большого взрыва», или «Фиксики». Тринадцать серий созданного Карлом Саганом телепроекта «Космос», ставшего основой книги, которую вы держите в руках, – из этой же когорты. Один известный американский астрофизик на мой вопрос о том, как он заинтересовался наукой, ответил: «Сериал "Космос" изменил мою жизнь». Да и Шелдон Купер, к слову, начинал с него! В США телепрограмма и книга стали событием национального масштаба, а Карл Саган – одним из самых известных для публики представителем мира науки. Так что у вас в руках книга-событие.
Книга, главным героем которой является человечество во Вселенной. Мы пытаемся понять Вселенную, понять себя, сохранить свой мир и открыть новые миры. Для этого нам понадобится совершенствовать мышление, наращивать знания и прекратить войны.
Сергей Попов,
астрофизик, профессор РАН
Квазар, находящийся внутри гигантской эллиптической галактики, которая доминирует среди других в богатом скоплении галактик.
Художник А. Шеллер
Предисловие от автора
Придет время, когда усердие долгих поколений вытащит в один прекрасный день на свет все то, что скрыто сейчас от нас. Для такого исследования одной жизни недостаточно, даже если вся она будет посвящена небу ‹…› Все это будет разъясняться постепенно в долгой череде преемства. Но придет время, и потомки наши удивятся, что мы не знали столь простых вещей ‹…› многое останется неизвестным для тех, кто будет жить, когда изгладится всякая память о нас. Мир не стоит ломаного гроша, если в нем когда-нибудь не останется ничего непонятного ‹…› секреты открываются не сразу и не всем.
Сенека. О природе. Книга 7. 1 в.
В древние времена традиции и повседневная речь связывали самые обыденные земные дела с величайшими космическими событиями. Пример тому – заклинание против червя, который, как считали ассирийцы в 1000 г. до н. э., вызывает зубную боль. Оно начинается с происхождения мира и заканчивается излечением зубной боли:
Потом Ану создал небо,
И небо создало землю,
И земля создала реки,
И реки создали каналы,
И каналы создали болота,
И болота создали червя.
Червь, плача, явился перед Шамашем,
Его слезы текли перед Эа:
«Что дашь ты мне в пищу,
Что дашь ты мне для питья?»
«Я дам тебе сушеные фиги
И абрикосы».
«Что мне сушеные фиги
И абрикосы!
Возвысь меня и между зубами
И деснами позволь мне обитать!..»
И потому, что ты сказал это, о червь,
Пусть Эа поразит тебя силою
Своей руки!
(Заклинание против зубной боли)
Применение: второсортную брагу… и масло смешай вместе;
Заклинание прочитай трижды над ними и наложи лекарство на зуб.
Наши предки упорно стремились понять мироздание, но просто не могли найти подходящего метода. Они представляли себе аккуратный, изящный, маленький мир, где главной силой были боги, такие как Ану, Эа или Шамаш[1 - Ану, Эа, Шамаш – месопотамские божества. – Прим. ред.]. В этом мире человек играл важную, если не центральную, роль. Теснейшие связи соединяли нас с остальной природой. Лечение зубной боли при помощи второсортной браги уходило корнями в глубочайшие космологические тайны.
Сегодня мы обнаружили могучий и изящный инструмент познания Вселенной, метод, называемый наукой. Он открыл нам Вселенную столь древнюю и огромную, что на первый взгляд дела человеческие не могут иметь к ней никакого касательства. Мы выросли в стороне от Космоса[2 - Слово «Cosmos», вынесенное в название книги, Саган пишет с заглавной буквы, вкладывая в него смысл «Вселенная», «всё сущее», «всеобщий порядок вещей». В таких случаях в переводе слово «Космос» тоже пишется с заглавной буквы. Но если речь идет о космическом пространстве и его исследовании методами астрономии и космонавтики, то слово «космос» пишется со строчной буквы. Как правило, в таких случаях Саган использует слово «space». – Прим. пер.]. Он кажется далеким и чуждым повседневных дел. Но наука обнаружила не только поразительное величие кружащейся Вселенной, не только доступность ее человеческому пониманию, но также и то, что мы в самом буквальном и глубоком смысле являемся частью Космоса, рождены от него и наша судьба тесно связана с ним. Самые важные для человека события, как и самые простые, возвращают нас к Вселенной и ее происхождению. Данная книга посвящена исследованию этой космической перспективы.
Летом и осенью 1976 г. в составе группы, которая обрабатывала изображения, полученные посадочными модулями проекта «Викинг», я вместе с сотней коллег занимался изучением планеты Марс. Впервые в истории человечества мы посадили два космических аппарата на поверхность другого мира[3 - Речь именно о первом успешном исследовании на поверхности другой планеты. Поэтому Саган не рассматривает состоявшиеся ранее многочисленные полеты к Луне и ряд неудачных попыток посадки на Марс, произведенных советскими автоматическими межпланетными станциями. – Прим. пер.]. Были получены впечатляющие результаты, более полно описанные в главе V. Историческое значение миссии совершенно очевидно. Однако широкая публика практически ничего не знает об этом великом событии. Пресса не проявила к нему большого внимания, телевидение почти полностью проигнорировало миссию. Когда стало ясно, что определенного ответа на вопрос о существовании жизни на Марсе получить не удалось, интерес почти пропал. Людям не нравится неоднозначность. Когда мы обнаружили, что небо на Марсе скорее розовато-желтое, а не голубое, как следовало из первого ошибочного сообщения, известие об этом было встречено добродушным шиканьем собравшихся репортеров – им хотелось, чтобы Марс и в этом отношении походил на Землю. Они считали, что каждое новое отличие будет охлаждать интерес аудитории. И тем не менее марсианские ландшафты ошеломляющи, перспективы захватывают дух. Я точно знал по своему собственному опыту, что во всем мире существует громадный интерес к исследованию планет и множеству связанных с этим научных вопросов: к происхождению жизни, Земли и Космоса, поиску внеземных цивилизаций, наших связей со Вселенной. И я был уверен, что этот интерес можно подогреть посредством самого мощного средства коммуникации – телевидения.
Мои чувства разделял Джентри Ли[4 - Джентри Ли (р. 1942) – американский ученый и писатель-фантаст. Впоследствии был главным инженером межпланетной станции «Галилео», участвовал в подготовке марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити» и других космических миссий. Несколько романов написал в соавторстве с Артуром Кларком. – Прим. пер.], директор по анализу данных и планированию проекта «Викинг», человек выдающихся организаторских способностей. Мы решили на свой страх и риск сделать что-то для решения этой проблемы. Ли предложил учредить продюсерскую компанию, которая подавала бы научную информацию в занимательной и доступной форме. В последующие месяцы мы рассмотрели множество проектов. Однако наиболее интересным оказалось предложение компании «Кей-Си-И-Ти» (KCET), осуществляющей кабельное вещание в Лос-Анджелесе. В конце концов мы договорились создать телевизионный сериал из 13 выпусков, в основном посвященный астрономии, но затрагивающий широкий круг гуманитарных проблем. Он был адресован неподготовленной аудитории и требовал великолепного визуального ряда и музыкального оформления, чтобы захватывать сердца так же, как и умы. Мы договорились со страховщиками, наняли исполнительного продюсера и оказались втянуты в трехлетний проект под названием «Космос». На момент написания этих строк его мировая аудитория оценивается в 140 млн человек, или 3 % всего населения планеты Земля. Сериал создавался исходя из предположения, что публика гораздо умнее, чем принято думать, что глубочайшие научные вопросы о природе и происхождении мира вызывают любопытство и энтузиазм у огромного числа людей. Современная эпоха – это важнейший перекресток на пути развития нашей цивилизации и, возможно, нашего вида. Какую бы дорогу мы ни выбрали, наша судьба неразрывно связана с наукой. Поэтому так существенно для нас понимание науки, по сути это вопрос выживания. Кроме того, наука доставляет истинное наслаждение. Так устроено эволюцией, что мы получаем удовольствие от познания – познающие выживают с большей вероятностью. Телевизионный цикл «Космос» и эта книга представляют собой многообещающий эксперимент по донесению до публики некоторых идей, методов и успехов науки.
Эта книга и телевизионный цикл развивались совместно. В некотором смысле они друг на друге основываются. Однако книги и телевизионные передачи предназначены для разной аудитории и используют различные подходы. Одно из главных преимуществ печатного слова в том, что читатель может вернуться и повторно прочитать неясный или сложный фрагмент; у телевидения такая возможность лишь намечена развитием технологии видеомагнитофонов и видеодисков. При написании главы книги автор пользуется гораздо большей свободой выбора объема и глубины изложения, чем при создании серии с жестким форматом некоммерческой телепрограммы – 58 минут 30 секунд. Многие темы в этой книге обсуждаются гораздо глубже, чем в телевизионных выпусках. Некоторые из поднятых в ней вопросов вообще не затрагивались в телеверсии, и наоборот. Например, вы не найдете здесь описания космического календаря, ставшего знаковой частью сериала. Отчасти оно опущено потому, что космический календарь обсуждается в другой моей книге – «Драконы Эдема». По сходной причине я не рассказываю подробно о жизни Роберта Годдарда[5 - Роберт Годдард (1882–1945) – пионер американского ракетостроения. – Прим. пер.], которому посвящена глава в моей книге «Мозг Брока». Тем не менее каждый эпизод телевизионного цикла весьма точно следует соответствующей главе этой книги, и, я надеюсь, удовольствие от знакомства с ними будет усилено перекрестными взаимными связями.
Для ясности многие идеи я ввожу более одного раза: в первый раз вскользь, а потом постепенно углубляю рассмотрение. Такой прием используется, например, в главе I при описании космических объектов, которые позднее рассматриваются значительно подробнее; или при обсуждении мутаций, ферментов и нуклеиновых кислот в главе II. В некоторых случаях идеи излагаются вне хронологического порядка. Например, концепции древнегреческих ученых, представленные в главе VII, обсуждаются после работ Иоганна Кеплера, которым посвящена глава III. Однако я считаю, что по достоинству оценить греков можно только после того, как мы увидим возможности, которые они упустили.
Поскольку наука неотделима от всей остальной человеческой жизни, ее нельзя обсуждать, не затрагивая – иногда поверхностно, иногда довольно глубоко – ряда социальных, политических, религиозных и философских вопросов. Даже во время съемки телесериала о науке в нашу работу вмешивалась охватившая весь мир военная активность. Когда мы имитировали исследование Марса в пустыне Мохаве с использованием полномасштабной модели посадочного модуля «Викинг», нас неоднократно прерывали самолеты американских ВВС, выполнявшие бомбометание на расположенном неподалеку полигоне. В Египте, в Александрии, ежедневно с девяти до одиннадцати утра над нашим отелем на бреющем полете проносились самолеты египетских ВВС. На острове Самос, в Греции, нам до последнего момента не позволяли вести съемку из-за маневров НАТО и ведущегося строительства подземных и наземных позиций для артиллерии и танков. В Чехословакии использование портативных раций для организации взаимодействия при съемке на сельской дороге привлекло внимание истребителей чешских ВВС, которые кружили над нами, пока не убедились, что не происходит ничего грозящего чешской национальной безопасности. В Греции, Египте и Чехословакии нашу съемочную команду везде сопровождали агенты службы государственной безопасности. Предварительные запросы о возможности съемки в Калуге для планировавшегося рассказа о жизни русского пионера астронавтики Константина Циолковского были отвергнуты, как мы узнали впоследствии, из-за проходившего там суда над диссидентами. Нашей съемочной группе оказывали очень любезный прием во всех странах, которые мы посетили, но повсеместное присутствие военных и затаенный в сердце народов страх были заметны везде. Этот опыт укрепил мое решение по мере возможности затрагивать в передачах и в книге социальные вопросы.
Сущность науки состоит в ее способности к самокоррекции. Новые экспериментальные результаты и оригинальные идеи раз за разом решают старые загадки. Например, в главе IX обсуждается тот факт, что Солнце генерирует слишком мало неуловимых частиц, называемых нейтрино. Перечисляется несколько предложенных объяснений. В главе X мы задаемся вопросом о том, достаточно ли вещества во Вселенной, чтобы в конце концов остановить разбегание далеких галактик, и является ли мироздание бесконечно старым и, значит, несотворенным. Некоторый свет на оба эти вопроса могут пролить недавно проведенные эксперименты Фредерика Рейнса из Калифорнийского университета. Он утверждает, что обнаружил: а) нейтрино могут находиться в трех различных состояниях, из которых только одно детектируется нейтринными телескопами, изучающими Солнце; б) нейтрино, в отличие от света, имеют массу, так что тяготение всех испущенных в пространство нейтрино способно предотвратить вечное расширение Космоса. Будущие эксперименты покажут, верны ли эти идеи[6 - За прошедшее время гипотеза о нейтринных осцилляциях блестяще подтвердилась. Это сняло вопрос о дефиците солнечных нейтрино, но породило новые проблемы. У осциллирующих нейтрино должна быть масса, а это противоречит Стандартной модели, лежащей в основании современной физики элементарных частиц. Вместе с тем этой массы все равно недостаточно, чтобы остановить расширение Вселенной. Более того, оказалось, что это расширение не замедляется, а наоборот, ускоряется. – Прим. пер.]. Однако они иллюстрируют непрерывную и смелую переоценку полученного знания, которая имеет фундаментальное значение для всей науки.
В проекте такого масштаба невозможно поблагодарить каждого, кто внес в него свой вклад. Но в первую очередь я хочу выразить свою признательность Джентри Ли и всем, кто работал над производством сериала «Космос», администрации KCET, а также гарантам и сопродюсерам этого телесериала.
Моя безмерная благодарность администрации Корнеллского университета за предоставление мне двухлетнего отпуска для осуществления этого проекта, моим коллегам и студентам, а также коллегам из NASA, Лаборатории реактивного движения и группы по обработке изображений проекта «Вояджер».
Я в огромном долгу перед моими соавторами по телевизионному сериалу «Космос» Энн Друян[7 - Энн Друян (р. 1949) – американская сценаристка и продюсер, специализирующаяся на популяризации науки, жена Карла Сагана. – Прим. пер.] и Стивеном Сотером[8 - Стивен Сотер (р. 1943) – американский астрофизик и популяризатор науки. Один из авторов определения планеты, принятого в 2006 г. Международным астрономическим союзом, по которому Плутон был лишен статуса планеты. – Прим. пер.]. Ими сделано очень многое для развития основных идей, их взаимосвязей и общей интеллектуальной структуры эпизодов, а также для удачного общего стиля. Я очень благодарен им за тщательную критическую вычитку первых версий этой книги, за конструктивные и творческие предложения по исправлению многих частей рукописи и за огромный вклад в подготовку сценариев, которые во многих отношениях повлияли на содержание этой книги.
Итака и Лос-Анджелес
Май 1980
Небольшое скопление, включающее спиральную и эллиптическую галактики.
Художник А. Шеллер
Глава 1
На берегу космического океана
Вот имена первых людей, которые были сотворены и созданы: первый человек был Балам-Кице, второй – Балам-Акаб, третий – Махукутах, а четвертый был Ики-Балам. ‹…› Они были наделены проницательностью ‹…› они преуспевали в знании всего, что имеется на свете. Когда они смотрели вокруг, они сразу же видели и созерцали от верха до низа свод небес и внутренность земли. ‹…› Но Создательница и Творец [сказали]: «Они знают все… Что же мы будем делать с ними теперь? Пусть их зрение достигает только того, что близко; пусть они видят лишь немногое на лице земли! ‹…› Разве они должны быть равными нам, своим творцам, кто может видеть далеко, кто знает все и видит все?»
Пополь-Вух[9 - Цит. по: Пополь-Вух / Пер. Р. В. Кинжалова // Священные письмена майя. – СПб.: Амфора, 2007. Имена первых людей у Сагана даны в переводе на английский: «the Sorcerer of Fatal Laughter, the Sorcerer of Night, Unkempt, the Black Sorcerer», что можно перевести как «Колдун Рокового Смеха, Колдун Ночи, Косматый и Черный Колдун». Однако перевод с языка киче допускает иные интерпретации. Слово «балам» буквально означает «ягуар», но может служить титулом, означающим могущество или магическую силу. Кице может указывать на лес или на киче – союз четырех племен майя. Смысл имени Махукутах неясен, среди вариантов «странник», «старейшина», «не сейчас». Ики может пониматься не только как «черный» или «темный», но и как «ветер». – Прим. пер.]. Священные письмена майя.
Обозрел ли ты широту земли? ‹…› Где путь к жилищу света и где место тьмы?
Книга Иова [38:18–19]
…Владение землями не даст мне никакого преимущества. В пространстве Вселенная объемлет и поглощает меня, малую точку; мыслью я ее объемлю.
Блез Паскаль. Мысли[10 - Цит. по: Блез Паскаль. Мысли / Пер. Ю. Гинзбург. – М., 1995. – С. 105. – Прим. пер.]
Известное – конечно, непознанное – безгранично; интеллектуально мы находимся на островке посреди беспредельного океана необъяснимого. Наша задача – с каждым новым поколением отвоевывать себе немного больше земли.
Томас Генри Гексли. 1887
Космос – это все, что есть, что когда-либо было и когда-нибудь будет. Одно созерцание Космоса потрясает: дрожь бежит по спине, перехватывает горло и появляется чувство, слабое, как смутное воспоминание, будто падаешь с высоты. Мы сознаем, что прикасаемся к величайшей из тайн.
Более крупное скопление, включающее неправильную галактику (справа внизу).
Художники А. Шеллер и Р. Стернбах
Размеры и возраст Космоса лежат за пределами нормального человеческого понимания. Наш крошечный планетарный дом затерян где-то между вечностью и безмерностью пространства. Перед лицом Космоса большинство людских дел выглядят незначительными, даже пустячными. И все же человеческий род молод, любопытен, храбр и подает большие надежды. За последние несколько тысячелетий мы сделали множество удивительных и неожиданных открытий, касающихся устройства Космоса и нашего места в нем, открытий, осмыслять которые так увлекательно. Они напоминают нам, что человек рожден удивляться, что постижение есть радость, что знание – залог выживания. Я верю: наше будущее зависит от того, насколько хорошо мы будем знать этот Космос, где мы плывем, как пылинка в утреннем небе.
Редкая кольцеобразная галактика, одна из звезд которой взорвалась как сверхновая и сияет голубым светом.
Художник А. Шеллер
Взрывающаяся радиогалактика с двумя симметричными выбросами – джетами.
Художник А. Шеллер
Эти исследования требуют одновременно и скептицизма, и воображения. Воображение часто уносит нас в небывалые миры. Но без него мы вообще никуда не попадем. Скептицизм позволяет нам отличать фантазии от фактов, проверять наши предположения. Космос богат без меры: изящные факты, изысканные взаимосвязи, тончайшая организация, внушающая благоговейный трепет.
Поверхность Земли – это берег космического океана. Почти все наши знания мы получили, не покидая его. Совсем недавно мы вступили в море, зашли по щиколотку, самое большее – по колено. Вода манит. Океан зовет нас. Какая-то часть нашего существа знает, что мы пришли оттуда. Нас тянет вернуться. Эта тяга, я думаю, не таит в себе ничего кощунственного, хотя и способна потревожить всех богов, какие только могут существовать.
Космос настолько велик, что для его описания нет смысла прибегать к таким удобным на Земле единицам длины, как метры и километры. Вместо этого мы измеряем расстояния скоростью света. За одну секунду луч света проходит 300 000 км, что равняется примерно семи оборотам вокруг Земли. Приблизительно за восемь минут он преодолевает путь от Солнца до Земли. Мы можем сказать, что Солнце находится в восьми световых минутах от нас. За год свет покрывает почти 10 трлн км мирового пространства. Единица длины, равная пути, который свет проходит за год, называется световым годом. Ею измеряют не время, но расстояния – гигантские расстояния.
Крупномасштабная текстура Космоса: небольшой фрагмент карты, охватывающей миллионы ярчайших галактик на расстоянии до миллиарда световых лет от Земли. Каждый маленький квадратик – это галактика, содержащая миллиарды звезд. Карта построена по результатам телескопического обзора, который Дональд Шейн и Карл Виртанен из Ликской обсерватории Калифорнийского университета составляли 12 лет.
Дональд Шейн и Карл Виртанен, Ликская обсерватория Калифорнийского университета. Любезно предоставлено Стюартом Брэндом
Земля – особое место. Безусловно, не единственное в своем роде. Но, конечно, и не типичное. Никакая планета, звезда или галактика не может быть типичной, потому что Космос в основном пуст. Единственное, что типично для него, – безмерный, ледяной, вселенский вакуум, вечная ночь межгалактического пространства, места, настолько странного и пустынного, что в сравнении с ним планеты, звезды и галактики кажутся восхитительными исключениями. Если бы нас вдруг случайным образом выбросило где-то в Космосе, то шансы оказаться на поверхности планеты или вблизи нее не превысили бы одного к миллиарду триллионов триллионов[11 - Один миллиард = 1 000 000 000 = 10
; один триллион = 1 000 000 000 000 = 10
. Показатель степени соответствует количеству нулей после единицы.] (10
, единица с 33 нулями). В повседневной жизни такие числа называют астрономическими. Планеты поистине бесценны.
Заняв наблюдательный пост в межгалактическом пространстве, мы увидели бы россыпь бесчисленных слабых волокон света, напоминающих морскую пену на волнах Космоса. Это галактики. Некоторые из них одинокие странники, но большинство обретается в составе общин – звездных скоплений и, сбившись в кучу, бесконечно дрейфуют среди величественной темноты Космоса. Перед нами Космос в самом крупном из известных масштабов. Мы в царстве туманностей, в 8 млрд световых лет от Земли, на полпути к границам известной нам Вселенной.
Любая галактика состоит из газа, пыли и звезд – миллиардов и миллиардов звезд. И каждая звезда может быть чьим-то солнцем. Внутри галактики есть звезды, и планеты, и, возможно, жизнь, разумные существа, космические цивилизации. Но издали галактики напоминают мне коллекцию любовно подобранных вещиц – ракушек, а может быть, кораллов, творений, над которыми Природа трудилась в космическом океане целые эоны.
Спиральная галактика с перемычкой, своим названием она обязана перемычке из звезд и пыли, которая проходит через ее ядро.
Художник Дж. Ломберг
Типичная спиральная галактика.
Художник Дж. Ломберг
Существует несколько сотен миллиардов (10
) галактик, каждая из которых состоит в среднем из 100 млрд звезд. Во всех галактиках вместе взятых планет, по-видимому, примерно столько же, сколько звезд: 10
? 10
= 10
, 10 млрд трлн[12 - Сегодня эта оценка может быть увеличена на 1–2 порядка величины – порядка 10
. Открытия экзопланет показали, что, скорее всего, в Галактике планет может быть на порядок больше, чем звезд, и оценка общего числа галактик в видимой части Вселенной тоже в несколько раз выросла, согласно последним исследованиям. – Прим. пер.]. Перед лицом таких ошеломляющих чисел какова, вы думаете, вероятность, что лишь одна, самая обыкновенная звезда, наше Солнце, имеет обитаемую планету? Почему это счастье выпало только нам, затерянным в глухом углу Космоса? Мне кажется гораздо более вероятным, что Космос до краев наполнен жизнью. Просто мы, люди, еще не знаем этого. Мы только начинаем свои исследования. С расстояния 8 млрд световых лет нам трудно обнаружить даже то скопление, в котором находится наша Галактика, Млечный Путь, не говоря уж о Солнце и Земле. Та единственная планета, в населенности которой мы можем быть уверены, – это лишь крохотная каменно-металлическая песчинка, слабо отблескивающая отраженным солнечным светом, и на таком расстоянии она наверняка потеряется из виду.
Но сейчас наше путешествие приводит нас к Местной группе галактик, как называют это земные астрономы. Достигая в поперечнике нескольких миллионов световых лет, она включает в себя около 20 галактик[13 - На сегодня численность Местной группы перевалила за 50. – Прим. пер.]. Это довольно разбросанное, бедное и малозаметное скопление. Одна из его галактик, М31, видна с Земли в созвездии Андромеды. Подобно другим спиральным галактикам, она представляет собой огромный диск из звезд, газа и пыли. М31 имеет два маленьких спутника[14 - Сегодня у галактики M31 открыто уже девять спутников. – Прим. пер.] – две карликовые эллиптические галактики, связанные с ней гравитационным притяжением в силу того же физического закона, который стремится удержать меня в кресле. Во всем Космосе действуют одни и те же законы природы. А мы с вами находимся сейчас в 2 млн световых лет от дома.
Неподалеку от М31 расположена другая, очень похожая на нее галактика, – наша собственная, спиральные рукава которой медленно вращаются, совершая один оборот за четверть миллиарда лет. Находясь в 40 000 световых лет от дома, мы обнаруживаем, что ввергнуты в падение к массивному ядру Млечного Пути. Но, если мы хотим отыскать Землю, нам следует изменить курс и отправиться на окраину Галактики, к малозаметному месту вблизи края отдаленного спирального рукава[15 - Солнечная система находится в рукаве Ориона – Лебедя. Он третий или четвертый по счету от центра Галактики, но не последний. За нами идет рукав Персея и, по-видимому, еще один внешний рукав. – Прим. пер.].
Млечный Путь, видимый из точки, немного приподнятой над плоскостью его спиральных рукавов (их голубой цвет объясняется наличием горячих молодых звезд). Вдали видно ядро галактики, состоящее из более старых красноватых звезд.
Художник Дж. Ломберг
Даже между спиральными рукавами нас сопровождает захватывающее зрелище – это проносящиеся мимо звезды, нескончаемый сияющий поток разнообразнейших светил. Некоторые раздуты, как мыльные пузыри, и так огромны, что вместили бы десятки тысяч солнц и триллионы планет. Другие размером с небольшой город и в 100 трлн раз плотнее свинца. Бывают звезды одинокие, как наше Солнце, но большинство имеет компаньонов. Преобладают двойные системы – две звезды, обращающиеся одна вокруг другой. Но это не предел: существует плавный переход от тройных систем через небольшие скопления, содержащие несколько десятков звезд, к гигантским шаровым скоплениям, сверкающим миллионами солнц[16 - На сегодняшний день о переходных формах между рассеянными и шаровыми звездными скоплениями не известно. Эти два типа скоплений имеют существенно различное происхождение. – Прим. пер.]. Иные звездные пары настолько тесны, что едва не соприкасаются, и между их поверхностями перетекает звездное вещество. Однако по большей части звезды удалены друг от друга примерно на такое же расстояние, как Юпитер от Солнца. Есть звезды – сверхновые, – сияние которых затмевает всю содержащую их галактику; есть такие – черные дыры, – что их не увидишь даже с расстояния в несколько километров[17 - Хотя саму черную дыру не видно, вблизи будет заметно, как ее тяготение, искривляя световые лучи, искажает вид звездного неба вокруг себя. – Прим. пер.]. Одни звезды имеют постоянную светимость, другие неожиданно вспыхивают или подмигивают в неизменном ритме. Одни вращаются с неторопливой грацией, другие так бешено крутятся, что сплющиваются от вращения. Большинство звезд излучает видимый и инфракрасный свет, но попадаются и такие, что испускают мощные потоки рентгеновских лучей и радиоволн. Голубые звезды – горячие и молодые; желтые – похолоднее, среднего возраста; красные звезды, как правило, старые и умирающие; а вот маленькие белые и черные звезды стоят на пороге смерти. Млечный Путь содержит около 400 млрд звезд всех типов, движущихся в сложном и строгом танце. Но из всех них жители Земли близко знакомы пока только с одной.
Шаровое звездное скопление, обращающееся вокруг ядра Галактики.
Художник А. Норсиа
Каждая звездная система – это остров в пространстве, изолированный от соседних с ним световыми годами пустоты. Мне нетрудно представить, как в бесчисленных мирах живые существа, достигшие в ходе эволюции первых проблесков знания, поначалу считают свою ничтожную планету и несколько скромных солнц всем сущим. Мы сами выросли в изоляции. Очень медленно пришли мы к пониманию Космоса.
Вид с ребра на ядро галактики Млечный Путь.
Художник А. Шеллер
Красный гигант (на переднем плане) и видимый с ребра спиральный рукав галактики (вдали).
Художники Дж. Оллисон и А. Шеллер
Некоторые звезды, возможно, окружены миллионами безжизненных каменистых обломков, планетными системами, остановившимися на ранней стадии эволюции. Не исключено, что многие звезды обладают планетными системами, очень похожими на нашу: на периферии – гигантские окольцованные газовые планеты с ледяными спутниками, а ближе к центру – небольшие теплые укрытые облаками бело-голубые миры. На некоторых из них могла развиться разумная жизнь, преобразующая поверхности планет в ходе интенсивной инженерной деятельности. Это наши космические братья и сестры. Насколько сильно они отличаются от нас? Каковы их анатомия, биохимия, нейробиология, история, политика, наука, технология, искусство, музыка, религия, философия? Может статься, наступит день, когда мы всё это узнаем.
Темные пылевые облака и звезды, погруженные в газовые туманности; позади них виден Млечный Путь, повернутый к нам ребром.
Художники Дж. Оллисон и А. Шеллер
Пока же мы входим во двор нашего дома – до Земли остается один световой год. Дальнейшие подступы к Солнцу заполнены гигантскими снежками изо льда, камней и органических молекул, которые составляют огромный сферический рой[18 - Астрономы называют этот рой облаком Оорта, по имени голландского астронома Яна Хендрика Оорта (1900–1992), который выдвинул гипотезу о его существовании. Облако Оорта до сих пор остается гипотетическим объектом, так как непосредственное наблюдение принадлежащих ему объектов находится далеко за пределами возможностей современной техники. – Прим. пер.]. Это кометные ядра. Время от времени проходящая невдалеке звезда едва заметным гравитационным воздействием мягко направляет одно из них во внутренние области Солнечной системы. Там Солнце нагревает ядро, и лед испаряется, образуя красивый кометный хвост.
Внутри темного пылевого облака начинают разгораться молодые звезды. Вблизи них испаряются ледяные планеты, а газ сдувается прочь подобно кометным хвостам.
Художник А. Шеллер
Мы приближаемся к планетам нашей системы, крупнейшим мирам-пленникам Солнца, которое своим притяжением вынуждает их следовать по круговым орбитам и согревает их своим излучением. Плутон, покрытый метановым льдом[19 - По данным зонда «Новые горизонты», исследовавшего Плутон в 2015 г., лед на его поверхности преимущественно азотный (97–98 %) с небольшой примесью метана, которая, однако, играет важную роль, создавая в разреженной атмосфере Плутона парниковый эффект. В 2006 г. Международный астрономический союз принял определение планеты, по которому Плутон перестал считаться планетой. По характеристикам своей орбиты он относится к категории транснептуновых объектов, а по своей сферической форме – к новой категории карликовых планет. В отличие от больших планет, карликовые неспособны расчистить область вблизи своей орбиты от «конкурентов» сопоставимой массы. Ввести формальное определение планеты потребовалось после открытия многочисленных экзопланет и транснептуновых объектов. – Прим. пер.], и сопровождающий его единственный гигантский спутник Харон освещаются далеким Солнцем, которое выглядит не более чем яркой точкой посреди черного как смоль неба[20 - Солнце светит на Плутоне в 150–450 раз ярче полной Луны (яркость зависит от меняющегося расстояния до Солнца). При таком освещении вполне можно читать. Атмосфера Плутона, хотя и в сотни раз уступает по плотности марсианской, но способна рассеивать свет. С поверхности небо, по-видимому, выглядит тусклым белесо-голубым со слоистой дымкой. – Прим. пер.]. Гигантские газовые планеты Нептун, Уран, Сатурн (украшение Солнечной системы) и Юпитер сопровождаются свитой ледяных спутников. В облаке кружащихся айсбергов и пояса газовых планет обнаруживается центральная, теплая и каменистая, область Солнечной системы. Здесь, к примеру, расположен Марс с высочайшими вулканами, гигантскими рифтовыми долинами, чудовищными всепланетными песчаными бурями и, возможно, какими-то простейшими формами жизни. Все планеты обращаются вокруг Солнца – ближайшей к нам звезды, водородно-гелиевого газового ада, где протекают термоядерные реакции, наполняющие светом всю Солнечную систему.
Быстро вращающийся вспыхивающий пульсар в центре остатка сверхновой.
Художник Дж. Оллисон
Наконец, завершая наши странствия, мы возвращаемся в крошечный, хрупкий голубовато-белый мир, затерянный в космическом океане, размеры которого превосходят наши самые смелые фантазии. Это лишь один из бесчисленного множества миров. Он ценен только для нас. Земля – наш дом, наша прародительница. Здесь возникла и развилась жизнь нашего типа. Здесь спустя много веков появился человеческий вид. Именно в этом мире в нас зародилась страсть к исследованию Космоса, и именно здесь мы строим, порою в муках и без всяких гарантий, свою судьбу.
Туманность: подсвеченное газовое облако, окружающее место взрыва сверхновой.
Хкдожник Дж. Оллисон
Добро пожаловать на планету Земля – мир с голубыми азотными небесами[21 - Именно высокое содержание азота (78 %) в земной атмосфере определяет голубой цвет нашего неба. – Прим. пер.], океанами жидкой воды, прохладными лесами и мягкими лугами, мир бьющей ключом жизни. По космическим меркам, как я уже говорил, это исключительно красивое и редкое место; более того, на сегодня оно просто уникальное. Путешествуя через пространство и время, мы пока не встретили другого мира, где вещество Космоса стало бы живым и наделенным сознанием. В просторах Космоса должно быть разбросано много таких миров, но наш поиск начинается отсюда, и в его основу положены опыт и мудрость, которые за миллионы лет дорогой ценой накопило человечество. Нам повезло жить среди одаренных и невероятно любопытных людей, в эпоху, когда поиск нового знания ценится повсюду. Человеческие существа, обязанные своим происхождением звездам и ныне населяющие мир по имени Земля, начали свой долгий путь домой.
Обратная, невидимая с Земли сторона туманности Ориона. Три голубые звезды – это пояс Ориона, привычного нам созвездия земного неба.
Художник Дж. Оллисон
Туманность Ориона вблизи. Под воздействием излучения горячих звезд ее газ светится разными цветами. Часть туманности заслонена поглощающей свет пылью. Туманность Ориона видна с Земли невооруженным глазом.
Художник Дж. Оллисон
Та истина, что Земля – маленький мир, была открыта, как и много других важных истин, в древности на Ближнем Востоке. Произошло это в тот период, который некоторые люди называют III в. до н. э., в крупнейшем культурном центре того времени – египетском городе Александрия. Здесь жил человек по имени Эратосфен. Один из завистливых современников дал ему прозвище Бета – по названию второй буквы греческого алфавита, намекая на то, что Эратосфен во всех делах лишь второй. На самом же деле Эратосфен во многом, если не во всем, был Альфой. Астроном, географ, философ, поэт, тонкий ценитель театрального искусства и математик, он написал книги по самым разным вопросам – от «Астрономии» до «Освобождения от боли». В его ведении находилась великая Александрийская библиотека. Там он однажды обнаружил старый папирус, из которого вычитал, что на юге, в Сиене, вблизи первого из нильских порогов, в полдень 21 июня вертикальный шест не отбрасывает тени[22 - Речь о дне летнего солнцестояния, который приходится на 21 июня по нашему календарю, но, конечно, не по календарю эпохи Эратосфена. О работе Эратосфена мы знаем по краткому пересказу в трактате Клеомеда «О круговращении небесного свода», где без конкретной даты говорится о летнем солнцестоянии в созвездии Рака (сегодня оно происходит в созвездии Тельца). Сиена – греческое название города Сун (ныне Асуан). – Прим. пер.]. В день летнего солнцестояния – самый длинный день года, – по мере того как время шло к полудню, тени колонн в храме становились все короче. Ровно в полдень они исчезали и отражение Солнца можно было увидеть в воде на дне самых глубоких колодцев. Солнце стояло точно над головой.
За темной пылевой завесой в туманности Ориона разливается яркий свет горячих молодых звезд.
Художник Дж. Оллисон
Трапеция Ориона – четыре новорожденные звезды в туманности Ориона.
Художник Дж. Оллисон
Плеяды – скопление молодых звезд, недавно покинувших туманности, в которых они родились, с тянущимися за ними облаками подсвеченной пыли.
Художник Дж. Оллисон
Кто-то другой мог бы не обратить внимания на подобное наблюдение. Шесты, тени, отражения в колодцах, положение Солнца – какую ценность имеет все это для повседневной жизни? Но Эратосфен был ученым, и его размышления над простыми вещами изменили наш мир; в каком-то смысле они наш мир создали. Эратосфен догадался поставить опыт в Александрии и проверить, отбрасывает ли вертикальный шест тень в полдень 21 июня. Оказалось, что отбрасывает.
Эратосфен задался вопросом, как получается, что в один и тот же момент в Сиене шест не отбрасывает тени, а в Александрии, которая находится значительно севернее, тень отчетливо видна. Представьте себе карту Древнего Египта и два одинаковых вертикальных шеста – один в Александрии, другой в Сиене. Допустим, что в определенный момент оба шеста не отбрасывают тени. Это легко укладывается в сознании, если считать Землю плоской. Солнце должно находиться прямо над головой. Если шесты отбрасывают тени равной длины, это также вполне согласуется с представлением о плоской Земле: солнечные лучи должны падать на оба шеста под одним и тем же углом. Но как объяснить, что в один и тот же момент в Сиене тень отсутствует, а в Александрии она видна?
Плутон, покрытый метановой корой, и его спутник Харон.
Художник Дж. Оллисон
Эратосфен нашел этому лишь одно возможное объяснение: поверхность Земли искривлена. При этом чем больше кривизна, тем больше должна быть разница в длине теней. Солнце находится так далеко, что его лучи, приходящие на Землю, можно считать параллельными. Шесты, расположенные под разными углами по отношению к солнечным лучам, отбрасывают тени разной длины. Для того чтобы получить наблюдаемое различие между Александрией и Сиеной в длине тени, расстояние между ними по поверхности Земли должно составлять около семи градусов. Иначе говоря, если вы мысленно продолжите шесты до центра Земли, они пересекутся под углом 7 градусов. 7 градусов – это примерно 1/50 от 360 градусов, составляющих полную окружность Земли. Эратосфен выяснил, что расстояние между Александрией и Сиеной составляло около 800 км, наняв человека, который шагами измерил дистанцию. Умножив 800 км на 50, получим 40 000 км – такой должна быть полная длина окружности Земли.
Сатурн.
Модель А. Шеллера, Р. Стернбаха и Дж. Оллисона
Это правильный ответ. Единственными инструментами Эратосфена были шесты, а еще – глаза, ноги и голова. Плюс любовь к эксперименту. И этого оказалось достаточно, чтобы определить длину окружности Земли с погрешностью в несколько процентов. Замечательное достижение для эпохи, которую от нас отделяют почти 2200 лет! Эратосфен был первым, кто смог точно измерить размер нашей планеты.
Ио, один из крупных спутников Юпитера, самый близкий к нему.
Модель Д. Дэвиса
Средиземноморье в те времена славилось своими мореходами. Александрия была крупнейшим морским портом на планете. Если уж вы узнали, что Земля – сфера довольно скромного диаметра, то почему бы не отправиться в путешествие на поиски неизвестных земель и даже не попробовать обогнуть планету? За четыре столетия до Эратосфена финикийский флот по приказу египетского фараона Нехо[23 - Нехо II (609–595 до н. э.). – Прим. ред.] совершил плавание вокруг Африки. На хрупких, вероятно, открытых судах мореходы вышли из Красного моря, обогнули восточное побережье Африки и, достигнув Атлантического океана, вернулись по Средиземному морю. Это великое путешествие заняло три года – примерно столько же, сколько потребовалось современному космическому аппарату «Вояджер», чтобы долететь от Земли до Сатурна.
Гора Олимп на Марсе (высота 30 км, ширина более 500 км).
Модель Д. Дэвиса
После открытия Эратосфена храбрые и азартные моряки не раз пускались в грандиозные странствия. У них были крошечные корабли. Они владели лишь самыми примитивными навигационными инструментами. Они смертельно рисковали и до последней возможности старались держаться возле береговой линии. Находясь в открытом океане, они могли, ночь за ночью наблюдая положение созвездий относительно горизонта, определить свою широту, но не долготу. Вид знакомых светил вселял в них уверенность посреди неизведанного океана. Звезды всегда были друзьями исследователей – и тех, что когда-то вели свои суда по морским просторам Земли, и тех, что управляют космическими кораблями в небе. Хотя со времен Эратосфена многие пытались совершить кругосветное плавание, до Магеллана это никому не удавалось. Какие же истории о дерзновенных приключениях должны были слагаться, чтобы моряки и навигаторы, весьма здравомыслящие люди, доверяли свою жизнь математическим выкладкам ученого из Александрии?
«Портрет» Солнца.
Художник А. Норсиа
В эпоху Эратосфена уже создавались глобусы, представляющие, как выглядит Земля из космоса; они довольно точно отображали хорошо исследованный район Средиземноморья, но становились все более приблизительными по мере удаления от него. Для современных знаний о Космосе характерно то же неприятное, но неизбежное свойство. В первом столетии александрийский географ Страбон писал:
По длине тени в Александрии можно измерить угол А, но согласно элементарной геометрии («если две параллельные прямые пересечены третьей прямой, то внутренние накрест лежащие углы равны») угол B равен углу А. Так что, измерив тень в Александрии, Эратосфен пришел к заключению, что Сиена находится на расстоянии A = B = 7° от полной окружности Земли
…те, кто предпринял кругосветное плавание и затем возвратился назад, не достигнув цели, говорят, что они вернулись не потому, что наткнулись на какой-то материк, который помешал их дальнейшему плаванию, так как море оставалось открытым, но вследствие недостатка съестных припасов и пустынности мест. Эратосфен утверждает, что ‹…› если бы не существовало препятствия в виде огромного пространства Атлантического океана, то можно было бы проплыть из Иберии в Индию ‹…› возможно, что в одном и том же умеренном поясе два обитаемых мира и даже больше. ‹…› В самом деле, если [эта иная часть света] населена, то не такими людьми, какие живут в наших частях, и мы должны считать ее другим населенным миром[24 - Цит. по: Страбон. География / Пер. Г. А. Стратановского. – М.: Наука, 1964. – С. 11, 71 (кроме последней фразы). – Прим. пер.].
Человечество отправлялось в полный риска и приключений путь к другим мирам.
Взгляд вверх со дна колодца в древней Сиене (неподалеку от современного Абу-Симбела, в Египте) стал, согласно местному преданию, отправной точкой для исследований Эратосфена, посвященных измерению окружности Земли
Дальнейшее исследование Земли стало начинанием глобального масштаба, включавшим путешествия в Китай и Полинезию. Его кульминацией, безусловно, было открытие Америки Христофором Колумбом, а также странствия нескольких последующих столетий, завершившие географическое исследование планеты. Первое плавание Колумба напрямую связано с вычислениями Эратосфена. Колумб был захвачен тем, что называл «Индийским предприятием», планом того, как достичь Японии, Китая и Индии, не следуя вдоль береговой линии Африки и далее на восток, но смело отправившись в неизведанный «Западный океан», – как говорил в своем поразительном пророчестве Эратосфен, «проплыть из Иберии в Индию».
Колумб был странствующим торговцем старинными картами и неутомимым читателем книг древних географов, в том числе Эратосфена, Страбона и Птолемея. Однако для того, чтобы «Индийское предприятие» стало осуществимо, чтобы корабли и команда выдержали долгие скитания, Земле следовало быть поменьше, чем вытекало из расчетов Эратосфена. Поэтому Колумб подтасовал его вычисления, что было совершенно надежно установлено исследованием, выполненным в Университете Саламанки[25 - Университет Саламанки – старейший в Испании. В 1486–1490 гг. созванный при нем совет рассматривал проект Колумба и не поддержал его. Несмотря на это, королева Кастилии Изабелла I позволила Колумбу осуществить его экспедицию. – Прим. пер.]. Он взял наименьшее возможное значение окружности Земли и наибольшую протяженность Азии на восток из тех, что удалось найти в доступных ему книгах, да и ту увеличил. И если бы на пути кораблей не встретилась Америка, экспедиция Колумба непременно провалилась бы.
Сегодня Земля уже изучена во всех подробностях. На ней больше не осталось места для новых континентов и затерянных миров. Однако развитие технологии, позволившее исследовать и заселить самые отдаленные уголки Земли, теперь дает возможность выбраться в космос, узнать другие миры. Сегодня мы можем, покинув Землю, взглянуть на нее со стороны, увидеть сферу Эратосфеновых размеров и контуры континентов, подтверждающих замечательную осведомленность многих античных землеописателей. Какое удовольствие доставил бы подобный вид Эратосфену и другим александрийским географам!
(a) Плоская карта Древнего Египта. Когда Солнце находится прямо над головой, вертикальный обелиск не отбрасывает тени ни в Александрии, ни в Сиене
(б) Плоская карта Древнего Египта. Когда Солнце не находится прямо над головой, тень вертикального обелиска имеет одинаковую длину и в Александрии, и в Сиене
(в) Искривленная карта Древнего Египта. В Сиене Солнце может быть прямо над головой, а в Александрии – нет. Соответственно обелиск в Сиене не отбрасывает тень, в Александрии же в это самое время тень отчетливо видна
Именно в Александрии люди на протяжении шести веков, начиная примерно с 300 г. до н. э., в самом высоком смысле слова заложили традицию тех интеллектуальных приключений, которые привели нас к берегам Космоса. К сожалению, от того великолепного мраморного города ничего не осталось. Угнетение и страх познания стерли почти всю память о древней Александрии. Ее население было удивительно разнообразным. Македонские, а позднее римские солдаты, египетские жрецы, греческие аристократы, финикийские моряки, еврейские торговцы, заезжие гости из Индии и Центральной Африки – все они, за исключением бесчисленных рабов, жили в согласии и взаимном уважении почти все то время, что сохранялось величие Александрии.
Карты мира. Во времена Гомера мир ограничивался Средиземноморьем и считалось, что со всех сторон он окружен океаном. Эратосфен и Птолемей значительно усовершенствовали эту картину. В XI в. эти древние географические представления сохранялись арабами (которые дополнили их сведениями о Китае), однако были практически полностью утрачены европейцами, которые представляли себе Землю плоской, с центром в Иерусалиме. Последняя карта, составленная до открытия Америки (показан контур), была нарисована флорентийским астрономом Тосканелли. Вероятно, Колумб брал эту карту в свою первую экспедицию. Название «Америка», в память о друге Колумба Америго Веспуччи, было предложено в книге Вальдземюллера «Введение в космографию» (1507).
Публикуется с разрешения «Шотландского географического журнала» (Scottish Geographical Magazine)
Город был основан Александром Македонским и застраивался под управлением его бывшего телохранителя. Александр уважал чужую культуру и покровительствовал непредубежденному поиску знания. Согласно легенде – и не так уж важно, насколько она правдива, – он опускался на дно Красного моря в первом в мире водолазном колоколе. Он поощрял своих военачальников и солдат брать в жены персидских и индийских женщин. Он чтил чужеземных богов. Он коллекционировал экзотические формы жизни и прислал слона в дар своему учителю, Аристотелю. Город его возводился с размахом, замысленный как мировое средоточие торговли, культуры и образования. Украшением его стали проспекты 30-метровой ширины, величественные изваяния и архитектурные сооружения, монументальная гробница Александра и одно из семи чудес света – гигантский Фаросский маяк.
Маршруты некоторых важнейших исследовательских экспедиций
Но величайшим чудом Александрии была библиотека и связанный с ней музей (греч. мусейон – слово, буквально означающее учреждение, посвященное девяти музам и тем наукам и искусствам, которым они покровительствуют). Все, что осталось от знаменитой библиотеки в наши дни, – это сырой и заброшенный подвал Серапеума[26 - Серапеум – храм эллинистического бога Сераписа. – Прим. ред.], крыла здания, которое первоначально было храмом, а затем стало служить знаниям. Но и здесь можно увидеть лишь несколько разрушенных полок. И все же когда-то это место было центром мысли и предметом гордости величайшего города на планете, первым в мировой истории настоящим научно-исследовательским институтом. Александрийские ученые исследовали весь Космос. «Космос» – это греческое слово, означающее порядок во Вселенной. Оно противоположно по смыслу слову «хаос» и подразумевает глубокую взаимосвязь всего сущего. Оно внушает священный трепет перед сложностью и изощренностью взаимосвязей, пронизывающих мироздание. Александрия дала приют сообществу ученых, занимавшихся физикой, литературой, медициной, астрономией, географией, философией, математикой, биологией и инженерным делом. Наука и образование достигли тут совершенства. Здесь процветала гениальность. Александрийская библиотека была тем местом, где люди впервые объединили на серьезной и систематической основе свои знания о мире.
Серапис – один из богов эллинистического мира. Культ Сераписа был введен в Египте Птолемеем I в III в. до н. э. Серапис сидит на троне, у его ног – Цербер, трехглавый пес преисподней
Помимо Эратосфена в Александрии жили: астроном Гиппарх, который составлял звездные карты и ввел систему оценки яркости звезд; Евклид, блестящий систематизатор геометрии, заметивший монарху, поставленному в тупик сложной математической задачей: «В геометрию нет царского пути»; Дионисий Фракийский, который выделил части речи и сделал для изучения языков то, что Евклид сделал для геометрии; Герофил, физиолог, установивший раз и навсегда, что вместилищем разума является мозг, а не сердце; Герон Александрийский, изобретатель цепной передачи и парового двигателя, автор труда «Automata» – первого сочинения о роботах; Аполлоний Пергский, математик, исследовавший формы конических сечений[27 - Они называются так потому, что могут быть получены сечением конуса под разными углами. Спустя 18 столетий Иоганн Кеплер использовал труды Аполлония о конических сечениях, когда первым правильно объяснил движение планет. – Прим. пер.]: эллипса, параболы и гиперболы – кривых, по которым, как мы теперь знаем, движутся планеты, кометы и звезды; Архимед, величайший до Леонардо да Винчи гений механики; Птолемей, астроном и географ, собравший воедино многое из того, что сегодня составляет псевдонауку астрологию; его геоцентрическая система мира продержалась полторы тысячи лет – хороший пример того, что интеллектуальная мощь не страхует от смертельных заблуждений. Среди всех этих великих мужей была и великая женщина, Гипатия, математик и астроном, последнее светило александрийской науки, чья мученическая кончина связана с гибелью библиотеки спустя семь столетий после основания – история, к которой мы еще вернемся.
Александр Македонский в облачении фараона. В таком одеянии его могли видеть в Александрийской библиотеке
Эллинские цари, правившие Египтом после Александра, весьма серьезно относились к наукам. Веками они покровительствовали изысканиям и заботились о том, чтобы в библиотеке царила атмосфера, способствующая работе лучших умов своего времени. В здании, украшенном фонтанами и колоннадами, имелись десять больших научных залов, посвященных каждый своему предмету, ботанический сад, зоопарк, анатомический класс, обсерватория и огромная обеденная зала, где в часы досуга ученые мужи могли поспорить о своих идеях.
Так могли выглядеть утраченные книги Аристарха на полках Александрийской библиотеки
Но, конечно, сердцем библиотеки было собрание свитков. Создатели его прошлись частым гребнем по всем культурам и языкам мира. Они засылали в чужие пределы своих агентов скупать библиотеки. На торговых судах, швартующихся в александрийском порту, стражи искали не контрабанду, но папирусы. Свитки изымали, копировали и затем возвращали владельцам. Трудно назвать точные цифры, но, вероятно, библиотека содержала около полумиллиона рукописей, папирусных свитков. Что случилось с этими сочинениями? Создавшая их классическая цивилизация погибла, а библиотека была целенаправленно уничтожена. До наших дней сохранилась лишь малая часть собранных в ней трудов да немногочисленные разрозненные фрагменты. Сколько же несбыточных надежд внушают эти обрывки! Мы знаем, например, что на одной из полок библиотеки лежало сочинение Аристарха Самосского, доказывавшего, что Земля – одна из планет, которая, подобно другим, обращается вокруг Солнца и что звезды находятся чрезвычайно далеко. Эти выводы абсолютно верны, но нам пришлось ждать почти 2000 лет, пока истинность их не была вновь доказана. Если горечь от утраты Аристархова труда умножить в 100 000 раз, только тогда мы постигнем величие классической цивилизации и трагедию ее гибели.
Большой зал Александрийской библиотеки в Египте. Реконструкция на основе научных данных
Мы далеко превзошли науку, известную античному миру. Но в наших исторических знаниях остались невосполнимые пробелы. Представьте, какие загадки прошлого удалось бы разрешить, будь у нас читательский билет Александрийской библиотеки. Мы знаем, что там хранилась утраченная ныне мировая история в трех частях, написанная вавилонским жрецом Беросом. Первая часть освещала период от сотворения мира до Всемирного потопа, период, который длился 432 000 лет, то есть примерно в сотню раз дольше, чем по хронологии Ветхого Завета. Любопытно, что же там было написано?
Древние знали, что мир очень стар. Они пытались заглянуть в отдаленное прошлое. Теперь нам известно, что Космос гораздо старше, чем они могли себе представить. Мы исследовали пространственные масштабы Вселенной и увидели, что живем на ничтожной пылинке, крутящейся возле ординарной звезды в дальнем углу малозаметной галактики. Будучи лишь пятнышком в необъятности пространства, мы и в безмерности времени занимаем лишь мгновение. Теперь нам известно, что наша Вселенная – по крайней мере, ее последнее воплощение – имеет возраст около 15 или 20 млрд лет[28 - Современное значение – 13,8 млрд лет – получено по данным спутника «Планк» (2015). – Прим. пер.]. Именно столько времени прошло с того знаменательного события, которое мы называем Большим взрывом. В момент рождения нашей Вселенной не существовало ни галактик, звезд или планет, ни жизни и цивилизаций – только однородная расширяющаяся плазма, заполняющая все пространство. Этот переход от хаоса Большого взрыва к Космосу, который мы начинаем познавать, – самая невероятная трансформация материи и энергии, какую только нам посчастливилось наблюдать. Пока где-нибудь не отыщется более разумных существ, именно мы будем самым эффектным результатом этой трансформации – далекими потомками Большого взрыва, чье предназначение – познавать и преображать тот самый Космос, что вызвал нас к жизни.
Жизнь на Земле. Макрофотография клеща с пыльцой розы гибискус, сделанная сканирующим электронным микроскопом.
С разрешения Ж.-П. Ревеля, Калифорнийский технологический институт
Глава 2
Один голос в космической фуге
И приказано мне предаться Господу миров. Он – тот, который сотворил вас из праха.
Коран, сура 40
Древнейшая из всех философий, философия эволюции, была связана по рукам и ногам и брошена в тысячелетнюю тьму теологической схоластики. Но Дарвин влил новую кровь в старый сосуд, разорвал узы и воскресил древнегреческую идею, доказав, что она может служить более адекватным объяснением существующего порядка вещей, чем любая из тех схем, что легковерно принимались 70 поколениями суеверных людей.
Томас Генри Гексли. 1887
Мы должны допустить, что и все органические существа, когда-либо жившие на земле, могли произойти от одной первобытной формы ‹…› Есть величие в этом воззрении… и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм.
Чарльз Дарвин. Происхождение видов. 1859[29 - Цит. по: Дарвин Ч. Происхождение видов / Под ред. А. Л. Тахтаджяна. – СПб.: Наука, 2001. – Прим. пер.]
Общность материи обнаруживается во всей видимой Вселенной, потому что звезды содержат многие из тех элементов, которые существуют на Солнце и на Земле. Примечательно, что некоторые элементы, наиболее широко распространенные в царстве звезд, в частности водород, натрий, магний и железо, принадлежат к числу наиболее тесно связанных с живыми организмами нашей планеты. Может ли быть, что звезды, по крайней мере ярчайшие из них, не являются, подобно нашему Солнцу, центрами и источниками энергии для планетных систем, пригодных для обитания живых существ?
Уильям Хаггинс[30 - Сэр Уильям Хаггинс (1824–1910) – английский астроном, первым применивший спектроскоп для изучения звезд и туманностей. – Прим. пер.]. 1865
Сколько себя помню, я всегда стремился узнать, есть ли жизнь где-нибудь еще во Вселенной. На что она похожа? Как устроена? На нашей планете все живое состоит из органических молекул – сложных микроскопических образований, в которых центральную роль играет атом углерода. Было время до появления жизни, когда бесплодная Земля прозябала в запустении. Теперь наш мир переполнен жизнью. Как она зародилась? Как вышло, что в отсутствие живого возникли органические молекулы на основе углерода? Каким образом эволюция жизни породила столь сложные существа, как мы с вами, способные исследовать тайну собственного происхождения?
Темные облака межзвездной пыли. Такие газопылевые комплексы содержат простые органические молекулы; отдельные частицы пыли могут состоять, в числе прочего, из органических соединений.
Художник А. Шеллер
А бесчисленные планеты, которые, возможно, обращаются вокруг иных солнц, – есть ли там жизнь? И если внеземная жизнь существует, то лежат ли в ее основе те же органические молекулы, что и на Земле? Похожи ли существа других миров на земные формы жизни? Или совсем непохожи – иное порождение иной окружающей среды? Что еще возможно? Природа жизни на Земле и поиски жизни за пределами нашей планеты – это две стороны одного вопроса, вопроса о том, кто мы такие.
В великой межзвездной пустоте встречаются облака из газа, пыли и органического вещества. Радиотелескопы обнаружили в космосе десятки разных органических молекул. Распространенность этих молекул заставляет думать, что необходимые для жизни вещества встречаются повсеместно. Не исключено, что в космосе жизнь с неизбежностью возникает и развивается, если ей на это отпущено достаточно времени. На некоторых из миллиардов планет Млечного Пути жизнь может не возникнуть никогда. На других она появится и погибнет или никогда не зайдет в своем развитии дальше простейших форм. Но есть горстка миров, где возможно появление разума и цивилизаций, более развитых, чем наша.
Время от времени приходится слышать: как удачно сложилось, что Земля идеально подходит для жизни – умеренные температуры, жидкая вода, кислородная атмосфера и прочее. Говорящие так путают, по крайней мере отчасти, причину и следствие. Мы, земляне, великолепно приспособлены к земной среде обитания просто потому, что здесь выросли. Те ранние формы жизни, что адаптировались не столь успешно, вымерли. Мы произошли от организмов, которые смогли приспособиться. А живые существа, которые эволюционировали в совершенно ином мире, будут, без сомнения, возносить хвалу именно ему.
Японский самурай в доспехах. Для японской литературы «Повесть о доме Тайра» имеет такое же значение, как «Илиада» для западной.
С разрешения Ч.-Ч. Ли
Все формы жизни на Земле тесно взаимосвязаны. Мы имеем общую органическую химию, общее эволюционное наследие. И в результате наши биологи крайне ограничены в своих исследованиях. Они изучают только один тип биологии, только одну тему в музыке жизни. Является ли этот слабый и пронзительный мотив единственным голосом на тысячи световых лет? Или существует своего рода космическая фуга с темами и контрапунктом, гармониями и диссонансами, с миллиардами разных голосов, исполняющих музыку жизни в Галактике?
Позвольте мне рассказать об одной лишь маленькой фразе из земной музыки жизни. В 1185 г. трон императора Японии занимал семилетний мальчик по имени Антоку. Он был номинальным главой самурайского клана Хэйкэ, который вел долгую и кровавую войну с другим кланом, Гэндзи[31 - В русскоязычной литературе клан Хэйкэ чаще фигурирует под именем Тайра, а клан Гэндзи – под именем Минамото. – Прим. пер.]. Каждый клан предъявлял наследственные права на императорский престол. Решающее сражение состоялось 24 апреля 1185 г. на Внутреннем Японском море, вблизи местечка Данноура[32 - Данноура – восточная приморская часть города Симоно-сэки. – Прим. пер.]. Во время боя император находился на борту корабля. Хэйкэ уступали противнику в численности и маневренности. Многие из них погибли в схватке. Уцелевшие, великое множество людей, предпочли плену смерть в морской пучине. Бабка императора, Ниидоно, не могла допустить, чтобы ее и Антоку захватили враги. Случившееся дальше описывает эпос «Повесть о Доме Тайра» («Хэйкэ-моногатари»):
Краб Хэйкэ из японского Внутреннего моря.
Lonmelo/Flickr
Императору Антоку исполнилось восемь лет, но на вид он казался гораздо старше. Черные прекрасные волосы ниспадали у него ниже плеч. Он был так хорош собой, что, казалось, красота его, как сияние, озаряет все вокруг.
– Куда ты ведешь меня? – удивленно спросил он, и Ниидоно, утерев слезы, отвечала юному государю:
– ‹…› я отведу вас в прекрасный край, что зовется Чистой землей, обителью райской, где вечно царит великая радость! – так говорила она, а сама заливалась слезами.
Государь, в переливчато-зеленой одежде, с разделенными на прямой ряд, завязанными на ушах волосами, обливаясь слезами, сложил вместе прелестные маленькие ладони, поклонился сперва восходу, простился с храмом богини в Исэ, потом, обратившись к закату, прочел молитву, и тогда Ниидоно, стараясь его утешить, сказала:
– Там, на дне, под волнами, мы найдем другую столицу! – и вместе с государем погрузилась в морскую пучину[33 - Цит. по: Монах Юкинага. Повесть о Доме Тайра / Пер. И. Львовой. – М.: Азбука-классика, 2005. – Прим. пер.].
Боевой флот Хэйкэ был полностью уничтожен. Из всего клана выжили только 43 женщины, дамы императорского двора. Их заставили продавать цветы и оказывать другие услуги рыбакам, живущим близ места сражения. Клан Хэйкэ канул в вечность. Но несколько бывших придворных дам и дети, прижитые ими от рыбаков, стали проводить поминальный ритуал. Каждый год 24 апреля рыбаки, потомки клана Хэйкэ, облачаются в одежды из сурового холста и черные головные уборы и шествуют к часовне Акама, где в память об утонувшем императоре возвели мавзолей. Там разыгрывается действо, изображающее события, что последовали за битвой у Данноура. Спустя столетия людей посещает видение призрачных самурайских армий, которые тщатся вычерпать море, чтобы очистить его от крови, позора и унижения.
Рыбаки говорят, что самураи Хэйкэ до сих пор скитаются по дну Внутреннего моря, обратясь в крабов. Иногда здесь вылавливают крабов, на спине которых обнаруживаются странные рельефные отметины, напоминающие лицо самурая. Таких крабов не едят, а отпускают в море в память о печальных событиях у Данноура.
Легенда, о которой идет речь, поднимает интереснейшую проблему. Каким образом на панцире краба появляется лик воина? Похоже, это случилось благодаря людям. Рисунок на панцире краба – наследуемый признак. У крабов, как и у людей, существует много разных линий наследования. Предположим, что по чистой случайности среди далеких предков краба был один, на чьем панцире проступали, пусть и смутно, очертания человеческого лица. Даже до сражения у Данноура рыбаки не слишком охотно употребляли в пищу таких крабов. Выбрасывая их в море, они запустили эволюционный процесс. Если ты краб с обычным панцирем, люди съедят тебя. И потомства по твоей наследственной линии будет меньше. Если же твой панцирь несет на себе изображение человеческого лица, тебя выбросят. И ты оставишь после себя больше потомства. Участь крабов была поставлена в зависимость от рисунка на панцире. По мере того как сменялись поколения крабов и рыбаков, выживало все больше ракообразных, чей панцирный узор походил на лицо самурая, и постепенно рисунок стал напоминать не просто человеческое лицо, и даже не просто лицо японца, но именно лицо жестокого и разгневанного воина. Все это никак не связано с тем, чего хотят крабы. Отбор был им навязан. Чем больше сходства с самураем, тем больше шансов выжить. В конце концов таких «самурайских» крабов развелось очень много.
Этот процесс называется искусственным отбором. В случае с крабами Хэйкэ он производился рыбаками более или менее бессознательно и уж конечно не осознавался самими крабами. Однако на протяжении тысячелетий люди целенаправленно выбирали, каким растениям и животным жить, а каким умирать. С детства нам привычны домашние животные и скот, фрукты, овощи и другие культурные растения. Откуда они появились? Может, существовали в диком виде, а затем были приспособлены к менее суровой жизни в человеческом хозяйстве? Вовсе нет. Большинство из них созданы нами.
Десять тысяч лет назад не было молочных коров, охотничьих собак, высокоурожайной кукурузы. Одомашнивая предков этих животных и растений – некоторые из них выглядели тогда совсем иначе, – мы управляли их размножением. Мы заботились о том, чтобы определенные разновидности, обладавшие нужными нам свойствами, пользовались преимуществом при воспроизводстве. Когда нам требовалась собака, которая помогала бы следить за овцами, мы отбирали для размножения наиболее смышленых и послушных особей, предрасположенных к управлению стадом – навык, весьма полезный для животных, охотящихся стаями. Огромное коровье вымя – результат человеческой потребности в молоке и сыре. Десять тысяч поколений потребовалось, чтобы вывести нашу вкусную и питательную кукурузу (маис) из хилых дикорастущих злаков; более того, изменения зашли так далеко, что теперь она даже не может воспроизводиться без вмешательства человека.
Суть искусственного отбора – для краба Хэйкэ, собаки, коровы или злака – состоит в следующем: многие физические свойства и особенности поведения растений и животных наследуются, воспроизводясь в потомстве. По тем или иным причинам человек поощряет воспроизведение одних разновидностей и препятствует размножению других. В результате отобранные разновидности получают повсеместное распространение, а те, против которых направлен отбор, становятся редкими и даже исчезают.
Но если люди могут создавать новые разновидности растений и животных, то не должна ли и природа делать то же самое? Соответствующий процесс называется естественным отбором. Тот факт, что на протяжении эонов жизнь претерпевала фундаментальные изменения, со всей очевидностью доказывается как метаморфозами, происшедшими со скотом и овощами за короткий срок владычества человека на Земле, так и остатками ископаемых животных. Летопись окаменелостей неоспоримо свидетельствует о созданиях, некогда во множестве обитавших на нашей планете, но теперь полностью исчезнувших[34 - Правда, западные религиозные деятели всегда настаивали на обратном, как, например, Джон Уэсли (основатель методистской церкви, живший в 1703–1791 гг. – Прим. ред.), заявивший в 1770 г.: «Смерти никогда не будет позволено истребить [даже] самый незначительный вид». – Прим. авт.]. Вымерших видов в истории Земли гораздо больше, чем ныне живущих. Это оконченные эксперименты эволюции.
Вызванные одомашниванием генетические изменения произошли очень быстро. Кролики не были домашними животными до начала Средневековья (их стали разводить французские монахи, считавшие, что новорожденный крольчонок – это рыба, а потому его мясо годится в пищу в постные дни); кофейное дерево окультурено в XV в., сахарная свекла – в XIX в.; а норка в наши дни еще остается на самой начальной стадии одомашнивания. Менее чем за 10 000 лет одомашнивание увеличило настриг шерсти от одной овцы с одного килограмма до 10–20, причем волокна стали тоньше и однороднее; надой молока от одной коровы в период лактации увеличился с нескольких сотен до миллиона кубических сантиметров[35 - Вероятно, автор имел в виду: от несколько сотен тысяч до десяти миллионов кубических сантиметров. – Прим. пер.]. Если искусственный отбор позволяет добиться столь значительных изменений за такое короткое время, то на что же должен быть способен естественный отбор, действующий на протяжении миллиардов лет? Ответом может служить красота и разнообразие биологического мира. Эволюция – это факт, а не теория.
Открытие того, что естественный отбор есть механизм эволюции, – величайший шаг в познании, связанный с именами Чарльза Дарвина и Альфреда Рассела Уоллеса. Больше века назад они обратили внимание, что природа чрезвычайно плодовита и родит гораздо больше животных и растений, чем имеют надежду выжить, а значит, окружающая среда отбирает те разновидности, которые по воле случая лучше приспособлены для выживания. Внезапные изменения наследственности – мутации – передаются по наследству. Они поставляют эволюции сырой материал. Среда отбирает те немногие мутации, которые способствуют выживанию, и в результате серии медленных трансформаций, преобразующих одну форму жизни в другую, появляется новый вид[36 - В священной книге народа майя «Пополь-Вух» появление различных форм жизни приписывается неудачным попыткам богов создать людей. Первые попытки, очень далекие от цели, породили низших животных; предпоследняя проба, почти достигшая цели, вызвала к жизни обезьян. В китайском мифе люди произошли от вши на теле бога Паньгу. В XVIII в. Бюффон предположил, что Земля значительно старше, чем говорит Священное Писание, что формы жизни на протяжении тысячелетий медленно изменяются. Однако обезьян он считал выродившимися потомками людей. Хотя эти представления не совсем точно отражают описанный Дарвином и Уоллесом эволюционный процесс, они явились его предтечами – подобно взглядам Демокрита, Эмпедокла и других ионийских ученых, о которых мы поговорим в главе VII. – Прим. авт.].
В книге «Происхождение видов» Дарвин пишет:
Изменчивость не вызывается самим человеком; он только бессознательно подвергает органические существа новым жизненным условиям, и тогда природа действует на их организацию и вынуждает их варьировать. Но человек может отбирать и действительно отбирает вариации, доставляемые ему природой, и, таким образом, кумулирует их в любом желательном направлении. Он, таким образом, адаптирует животных и растения к своим потребностям или прихотям. Он может достигать этого методически или бессознательно, сохраняя особей, наиболее ему полезных или приятных, без всякого намерения изменить породу ‹…› Нет никакого основания, чтобы принципы, которые действовали столь эффективно при доместикации, не могли бы действовать в естественных условиях ‹…› Рождается более особей, чем может выжить ‹…› Самое слабое преимущество некоторых особей, обнаруживающееся в известном возрасте или в известное время года, над теми, с кем они конкурируют, или хотя бы в ничтожной степени делающее их более приспособленными к окружающим физическим условиям, может со временем нарушить равновесие[37 - Цит. по: Дарвин Ч. Происхождение видов / Под ред. А. Л. Тахтаджяна. – СПб.: Наука, 2001. – Прим. пер.].
Гексли, самый активный защитник и популяризатор эволюции в XIX в., писал, что публикации Дарвина и Уоллеса были «вспышкой света, которая человеку, заблудившемуся темной ночью, неожиданно озаряет дорогу, если и не ведущую прямо к дому, то указующую направление». И далее: «Когда я впервые овладел центральной идеей "Происхождения видов", мне подумалось: "Насколько же глупо было не догадаться об этом!" Полагаю, компаньоны Колумба говорили что-то подобное. ‹…› Примеров изменчивости, борьбы за существование, адаптации к окружающим условиям было известно более чем достаточно; но, пока Дарвин и Уоллес не развеяли тьму, никто из нас не догадался, что путь к решению проблемы видового разнообразия пролегает именно здесь».
Многих людей шокировали – кое-кого шокируют и до сих пор – обе идеи, эволюция и естественный отбор. Наблюдая изящество земной жизни, приспособленность строения организмов к их функциям, наши предки усматривали в этом руку Великого Конструктора. Простейший одноклеточный организм – гораздо более сложная машина, чем самые хитрые карманные часы. Но ведь современные карманные часы не собираются спонтанно и не развились в ходе постепенной эволюции, скажем, от дедовских ходиков. Раз имеются часы, был и часовых дел мастер. Казалось, что атомы и молекулы не могут самопроизвольно соединиться в организмы такой невероятной сложности и точно заданной функциональности, какие мы во множестве находим в любом районе Земли. Представления о том, что каждая форма жизни специально сконструирована, что один вид не может превратиться в другой, отлично согласовывались с теми знаниями о жизни, которыми располагали наши предки, крайне ограниченные в части сведений о естественной истории. Идея сотворения каждого организма Великим Конструктором наделяла природу смыслом и порядком и придавала человеческому существованию ту особую значимость, в которой мы испытываем нужду до сих пор. Конструктор – это естественное, привлекательное и универсальное человеческое объяснение биологического мира. Но, как показали Дарвин и Уоллес, существует другое объяснение, столь же привлекательное, столь же человеческое и гораздо более убедительное, – естественный отбор, который на протяжении эонов делает музыку жизни все более красивой.
Существование ископаемых можно примирить с идеей Великого Конструктора; возможно, некоторые виды были уничтожены, поскольку недовольный ими Конструктор предпринял новые эксперименты в попытке улучшить творение. Однако это довольно неудачное объяснение. Каждое растение или животное – это совершенное творение; разве не должен был всезнающий Конструктор сразу создавать нужные разновидности? Ископаемые свидетельствуют о пробах и ошибках, о невозможности предвидеть будущее, что несовместимо с представлением о Великом Конструкторе (хотя и не противоречит возможности отдаленного или косвенного его участия).
Когда я был студентом колледжа в начале 1950-х, мне посчастливилось работать в лаборатории Г. Дж. Мёллера[38 - Герман Джозеф Мёллер (Hermann Joseph Muller, 1890–1967) – один из основоположников радиационной генетики. В 1916 г. доказал, что четырем хромосомам в ядрах клеток дрозофил соответствуют четыре группы связных генов. В 1920 г. совместно с Алтенбургом продемонстрировал постоянство скорости мутаций, независимо от необходимости в них. В 1927 г. обнаружил, что рентгеновские лучи увеличивают скорость мутации в сотни и тысячи раз по сравнению с нормой, что было отмечено Нобелевской премией в 1946 г. – Прим. пер.], великого генетика, человека, открывшего, что радиация вызывает мутации. Мёллер был первым, кто привлек мое внимание к крабу Хэйкэ как примеру искусственного отбора. Я потратил много месяцев на изучение практической генетики, работая с плодовыми мушками Drosophila melanogaster (что означает «чернотелые любители росы») – крошечными, безобидными существами, двукрылыми и пучеглазыми. Мы держали их в бутылках из-под молока и, скрещивая две разновидности, наблюдали, какие новые формы возникают в результате перераспределения родительских генов, естественных и спровоцированных мутаций. Самки откладывали яйца на определенном виде патоки, которую лаборанты помещали в бутылки; затем бутылки закупоривались, и мы две недели ждали, пока оплодотворенные яйца превратятся в личинки, личинки – в куколки, а куколки – в новых взрослых плодовых мушек. Однажды я разглядывал в слабый бинокулярный микроскоп новую партию взрослых дрозофил, обездвиженных небольшим количеством эфира, и сортировал их на разновидности кисточкой из верблюжьего волоса. К моему удивлению, я обнаружил нечто совершенно необычное: это была не просто небольшая вариация вроде красного цвета глаз вместо белого или щетинок на шее там, где их прежде не росло. Это был другой и очень функциональный тип существа с гораздо более крупными крылышками и с длинными мохнатыми усиками. Я пришел к выводу, что судьбе было угодно преподнести редкий пример крупного эволюционного скачка за одно поколение. И надо же было такому случиться в лаборатории Мёллера, который категорически отрицал подобную возможность. А несчастье объявить ему об этом выпало именно мне.
С тяжелым сердцем я постучал в дверь его кабинета. «Входите!» – послышался приглушенный голос. Зайдя внутрь, я увидел, что вся комната погружена в темноту и лишь одна маленькая лампочка освещает предметное стекло микроскопа, за которым он работал. В такой мрачной обстановке мои объяснения прозвучали довольно сбивчиво. Я обнаружил совершенно новый тип мушки. Я уверен, что она появилась из куколки, которая была в патоке. Я не хотел доставлять беспокойство, но… «Она ведь больше похожа на Lepidoptera, чем на Diptera?» – спросил он. Его лицо было подсвечено снизу. Я понятия не имел, что это значит, и ему пришлось пояснить: «У нее большие крылья? И мохнатые усики?» Я угрюмо кивнул.
Мёллер включил верхний свет и добродушно ухмыльнулся. Это была старая история. Оказывается, существовал вид моли, который приспособился к условиям генетических лабораторий, работающих с дрозофилами. Он не имел ничего общего с плодовыми мушками и не проявлял к ним никакого интереса. Единственное, что ему было нужно, – это предназначенная для них патока. За то короткое время, которое требовалось лаборантам, чтобы откупорить и закупорить молочную бутылку (например, при добавлении в нее плодовых мушек), самка моли, подобно пикирующему бомбардировщику, успевала на лету сбросить яйца в питательную патоку. Я не открыл макромутацию. Просто я столкнулся с примером еще одного восхитительного приспособления в живой природе, которое появилось в результате микромутации и естественного отбора.
Секрет эволюции складывается из смерти и времени – из смерти огромного числа форм жизни, которым не удалось достаточно хорошо адаптироваться к окружающей среде, и из времени, необходимого для постепенного накопления длинной цепочки небольших мутаций, которые по чистой случайности оказываются благоприятными и способствуют адаптации. Неприятие выводов Дарвина и Уоллеса отчасти связано с тем, что трудно представить себе даже период в несколько тысяч лет, не говоря уж о целых эонах. Что может значить срок в 70 млн лет для существ, чья жизнь в миллион раз короче? Мы подобны бабочкам-поденкам, выпорхнувшим в мир на день и полагающим, что это и есть вечность.
Случившееся на Земле может быть более или менее типичным для эволюции жизни во многих мирах; но вполне может статься, что в таких частностях, как химия белков или физиология мозга, история развития земной жизни уникальна для нашей Галактики. Земля сконденсировалась из межзвездных газа и пыли примерно 4,6 млрд лет назад. Древнейшие окаменелости говорят нам, что уже вскоре после этого, где-то около 4 млрд лет назад, в первобытных океанах зародилась жизнь[39 - В период написания книги это была очень оптимистичная оценка. Вплоть до недавнего времени самые древние следы жизни, найденные на Земле, были не старше 3,5 млрд лет. Однако буквально в 2017 г. обнаружены окаменелые следы микробов возрастом 3,8 млрд лет, а возможно, и старше (Dodd M. S. et al., Nature 543:60–65). Есть также косвенные признаки существования жизни ранее 4 млрд лет назад. – Прим. пер.]. По сложности своего устройства первые живые объекты намного уступали одноклеточным организмам, представляющим собой уже весьма изощренную форму жизни. Проявления жизни были тогда гораздо скромнее. Грозовые разряды и ультрафиолетовое излучение Солнца расщепляли простые богатые водородом молекулы первичной земной атмосферы на фрагменты, которые затем, объединяясь случайным образом, порождали все более и более сложные молекулы. Продукты этой древней химической фабрики растворялись в океанах, образуя своего рода органический бульон, состав которого постоянно усложнялся, пока в один прекрасный день совершенно случайно не появилась молекула, способная воспроизвести свою собственную грубую копию, используя в качестве строительных блоков другие молекулы бульона. (В дальнейшем мы еще вернемся к данной теме.)
Это был древнейший прообраз дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) – главной молекулы жизни на Земле[40 - По современным представлениям, появлению ДНК предшествовала стадия РНК-мира, когда отбор шел среди самовоспроизводящихся молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК), также несущих генетический код. Однако чисто случайное появление самовоспроизводящейся молекулы РНК все же выглядит статистически невероятным. Поэтому активно обсуждается вопрос о возможных этапах химической эволюции (на основе автокаталитических реакций), которые могли предшествовать РНК-миру. – Прим. пер.]. По форме ДНК напоминает скрученную в спираль веревочную лестницу, перекладинами которой служат молекулярные конструкции четырех разных типов, соответствующих четырем буквам генетического кода. Эти перекладины, называемые нуклеотидами, кодируют наследуемую инструкцию по созданию того или иного организма. Каждая форма жизни на Земле имеет свой набор инструкций, записанных, впрочем, на одном и том же языке. Источник различия организмов кроется в различии их нуклеотидных инструкций. Мутация – это изменение нуклеотидов, которое воспроизводится в следующем поколении, образуя линию наследования. Будучи случайными изменениями нуклеотидов, мутации в большинстве своем вредны или даже смертельны, так как приводят к появлению бесполезных белков. Требуется немалое время, чтобы случилась мутация, улучшающая работу организма. И тем не менее движущей силой эволюции служат именно эти невероятные события – едва заметные полезные мутации нуклеотидов, размер которых составляет одну 10-миллионную долю сантиметра.
Четыре миллиарда лет назад Земля была молекулярным Эдемом. Здесь еще не водилось хищников. Отдельные молекулы медленно самовоспроизводились, конкурируя за строительные блоки и порождая грубые копии самих себя. Однако эволюционный процесс, пусть и на молекулярном уровне, уже начался благодаря самовоспроизведению, мутациям и отсеву наименее эффективных разновидностей. Со временем точность воспроизведения увеличивалась. Молекулы с различными специальными функциями объединялись, образуя своеобразный молекулярный коллектив – первую клетку. Клетки современных растений содержат крошечные молекулярные фабрики, называемые хлоропластами, которые отвечают за фотосинтез – преобразование солнечного света, воды и углекислого газа в углеводы и кислород. Клетки в капле крови содержат молекулярные фабрики другого типа – митохондрии, которые, окисляя питательные вещества, извлекают необходимую для жизнедеятельности энергию. В наше время эти фабрики входят в состав растительных и животных клеток, но, возможно, когда-то они сами были свободноживущими клетками.
Около 3 млрд лет назад несколько одноклеточных растений объединились по какой-то причине, возможно из-за мутации, которая препятствовала разъединению клеток, образовавшихся после деления. Так началась эволюция многоклеточных организмов. Каждая клетка вашего тела – это своего рода сообщество, которое объединило ради общего блага некогда самостоятельные живые элементы. А состоите вы из сотен триллионов клеток. Все мы, каждый из нас, – это множество.
Разделение полов, похоже, произошло около 2 млрд лет назад[41 - По последним данным, самые ранние известные ископаемые подтверждения полового размножения у одноклеточных имеют возраст 1–1,2 млрд лет (Nicholas Butterfield N., 26 (3):386–404). – Прим. пер.]. Прежде новые разновидности организмов могли появляться только в результате накопления случайных мутаций. Отбор изменений в генетических инструкциях происходил буква за буквой. Эволюция должна была протекать мучительно медленно. С появлением полов два организма смогли обмениваться целыми абзацами, страницами, томами своего ДНК-кода, порождая новые разновидности, готовые пройти решето естественного отбора. Организмы выбрали половой путь развития; те, что проигнорировали эту возможность, очень быстро вымерли[42 - Есть исключения. Например, у амебы нет полового процесса, они размножаются только делением. – Прим. пер.]. И это относится не только к микробам, жившим 2 млрд лет назад. Мы, люди, тоже испытываем тягу к обмену сегментами своих ДНК.
Окаменелые трилобиты.
Слева: три слепых экземпляра, которым полмиллиарда лет.
В центре и справа: более высокоразвитые особи с прекрасно сохранившимися глазами. Появление трилобитов – одно из следствий кембрийского взрыва.
Ил. из книги «Трилобиты» Р. Леви-Сетти.
© University of Chicago, 1975
Около 1 млрд лет назад[43 - По последним данным, атмосфера начала насыщаться кислородом около 2–2,5 млрд лет назад. Именно к этой эпохе относится описываемая далее «кислородная катастрофа». Долгое время океан поглощал большую часть поступающего кислорода, однако около 1 млрд лет назад содержание кислорода в атмосфере продолжило расти и примерно 500 млн лет назад стало близким к современному уровню. – Прим. пер.] жизнедеятельность растений привела к поразительным изменениям среды обитания на Земле. Зеленые растения производят молекулярный кислород. Поскольку океаны были, как и теперь, густо населены простыми зелеными растениями, кислород становился главной составляющей земной атмосферы, необратимо изменяя ее первоначальный, богатый водородом состав и приближая конец той эпохи в истории Земли, когда живая материя порождалась небиологическими процессами. Кислород способствует расщеплению органических молекул. Несмотря на наше пристрастие к нему, в своей основе он является ядом для всякой незащищенной органической материи. Переход к окисляющей атмосфере стал величайшим кризисом в истории жизни, в результате которого погибло огромное множество организмов, неспособных справиться с кислородом. В наши дни существуют лишь немногочисленные примитивные формы жизни, такие как ботулизм и бациллы столбняка, выживающие только в бескислородной среде. Азот в земной атмосфере химически гораздо более инертен и потому намного менее опасен, чем кислород. Однако и он поставляется биологическими процессами. Таким образом, 99 % земной атмосферы имеет биологическое происхождение. Наше небо было создано жизнью.
Из 4 млрд лет, прошедших от зарождения жизни, бо?льшую часть времени доминирующими организмами были микроскопические синезеленые водоросли, которые покрывали и заполняли океаны. Затем, около 600 млн лет назад, монополия этих водорослей была нарушена, и появилось невероятное изобилие новых форм жизни – событие, получившее название кембрийского взрыва. Живая материя возникла почти сразу после образования Земли, и это позволяет предположить, что жизнь, возможно, есть химический процесс, с неизбежностью возникающий на планетах земного типа. Однако 3 млрд лет эволюция не шла дальше синезеленых водорослей, и это заставляет думать, что развитие живой материи в крупные формы со специализированными органами – задача куда более трудная, чем даже само появление жизни. Быть может, существует множество заселенных микробами планет, где не встретишь больших животных и растений.
Вскоре после кембрийского взрыва океаны уже кишели многочисленными и разнообразными формами жизни. Около 500 млн лет назад в них обитали огромные полчища трилобитов – замечательно устроенных животных, отдаленно напоминавших насекомых; некоторые из них охотились стаями на дне океана. Кристаллическое вещество в их глазах позволяло им различать поляризацию света. Однако в наши дни живых трилобитов больше нет; вот уже 200 млн лет, как они вымерли. Землю неоднократно заселяли растения и животные, от которых в современной флоре и фауне не осталось и следа. И конечно же, видов, населяющих Землю сейчас, в далеком прошлом тоже не было. Среди древних окаменелостей нет и намека на подобных нам животных. Виды появляются, живут какое-то время, а затем угасают.
Дерево и человек – близкие родственники.
Фото Б. Рэя
Похоже, что до кембрийского взрыва виды сменяли друг друга относительно медленно. Отчасти, наверное, такое впечатление складывается из-за того, что чем дальше мы углубляемся в прошлое, тем скуднее становится доступная нам информация; лишь немногие организмы на ранних этапах истории нашей планеты имели твердые органы, а мягкие ткани почти не дают ископаемых остатков. Однако отчасти представление о том, что до кембрийского взрыва принципиально новые формы жизни появлялись редко, соответствует действительности; тончайшие эволюционные изменения в структуре и биохимии клетки не находят непосредственного отражения во внешних формах, фиксируемых окаменелостями. После кембрийского взрыва новые изощренные акты приспособления следовали друг за другом со скоростью, от которой захватывает дух. В стремительной череде превращений появились первые рыбы и позвоночные; растения, прежде обитавшие только в океанах, начали колонизировать сушу; народилось первое насекомое, и его потомки стали пионерами в освоении земной тверди среди животных; крылатые насекомые вывелись одновременно с амфибиями, существами, которые, подобно двоякодышащим рыбам, способны жить и на земле, и в воде; выросли первые деревья и рептилии; расплодились динозавры; возникли млекопитающие, а вслед за ними первые птицы; увидели свет первые цветы; динозавры исчезли с лица Земли; первые китообразные, предки современных дельфинов и китов, пришли в мир одновременно с приматами, пращурами обезьян и человека. Первые подобия человека, со значительно увеличенным объемом мозга, обрели плоть меньше 10 млн лет назад. И всего несколько миллионов лет назад появились первые настоящие люди.
Человеческий род взращен в лесах, и мы питаем естественное влечение к зеленым кущам. Как чудесно дерево, устремленное к небу! Его листья собирают солнечный свет, необходимый для фотосинтеза, и потому деревья соперничают, затеняя соседей. Часто, приглядевшись, можно заметить, как два дерева с медлительной грациозностью борются друг с другом. Деревья – это замечательные механизмы, которые у солнца берут энергию, у почвы – воду, у воздуха – углекислый газ и все это превращают в пищу для себя и для нас. Созданные ими углеводы растения используют в качестве источника энергии для своих, растительных нужд. А мы, животные, паразитирующие на растениях, воруем углеводы для достижения наших собственных целей. Поедая растения, мы соединяем углеводы с кислородом, растворенным в нашей крови, благодаря дыханию, и таким образом извлекаем энергию, позволяющую нам двигаться. По ходу дела мы выдыхаем углекислый газ, который растения вновь превращают в углеводы. Какая изумительная кооперация: растения дышат тем, что выдыхают животные, и наоборот! Этакий изящный всепланетный цикл взаимного питания, который поддерживается энергией звезды в 150 млн км от нас.
Макрофотография клеток крови человека. Клетки, напоминающие пончики, – это красные кровяные тельца (эритроциты), переносящие кислород. Более крупные комки – белые кровяные тельца, которые уничтожают чужеродные микроорганизмы.
Публикуется с разрешения Д. Голди, Калифорнийский университет, Лос-Анджелес
Известны десятки миллиардов типов органических молекул. Но лишь около 50 типов участвуют в фундаментальных процессах жизнедеятельности. Одни и те же схемы снова и снова используются с изобретательностью и экономным консерватизмом для разных функций. В самой основе земной жизни – белках, управляющих клеточной химией, и нуклеиновых кислотах, несущих наследственные инструкции, – мы обнаруживаем молекулы, одинаковые у всех растений и животных. И дуб, и я сделаны из одного материала. Если мы заглянем достаточно далеко в прошлое, то найдем нашего общего предка.
По сложности и красоте устройства живая клетка не уступает царству звезд и галактик. Ее тщательно отлаженный механизм совершенствовался миллиардами лет эволюции. Фрагменты пищи причудливым образом превращаются в работающие клеточные структуры. Сегодняшние белые кровяные тельца – это вчерашнее пюре из шпината. Как подобное удается клетке? Внутри нее находится сложнейшая самоподдерживающаяся структура, которая преобразует молекулы, запасает энергию и готовится к самовоспроизведению. Попав внутрь клетки, мы увидели бы многочисленные пятна-молекулы, в основном белки, некоторые в состоянии бешеной активности, другие – в ожидании чего-то. Самые важные белки – ферменты. Эти молекулы управляют химическими реакциями в клетке. Ферменты подобны сборщикам у конвейера – каждый специализируется на какой-то отдельной молекулярной операции: один выполняет, например, шаг 4 в процессе конструирования нуклеотида гуанозинфосфата, другой – шаг 11 в процессе расщепления молекулы сахара в целях извлечения энергии, универсальной валюты, которой расплачиваются за выполнение всех остальных работ в клетке. Однако не ферменты заказывают музыку. Они получают инструкции и сами создаются по указаниям свыше. Молекулы-начальники – это нуклеиновые кислоты. Они живут изолированно в запретном городе в самой сердцевине клетки – ее ядре.
Электронные микрофотографии клеток крови человека (с последовательным увеличением). На верхнем снимке большинство клеток – красные кровяные тельца. Клетка, которая занимает весь нижний снимок, это B-лимфоцит, внутрь которого мы заглянем на следующей странице. Его диаметр – около одной десятитысячной сантиметра.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/chitat-onlayn/?art=70614751) на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
notes
Сноски
1
Ану, Эа, Шамаш – месопотамские божества. – Прим. ред.
2
Слово «Cosmos», вынесенное в название книги, Саган пишет с заглавной буквы, вкладывая в него смысл «Вселенная», «всё сущее», «всеобщий порядок вещей». В таких случаях в переводе слово «Космос» тоже пишется с заглавной буквы. Но если речь идет о космическом пространстве и его исследовании методами астрономии и космонавтики, то слово «космос» пишется со строчной буквы. Как правило, в таких случаях Саган использует слово «space». – Прим. пер.
3
Речь именно о первом успешном исследовании на поверхности другой планеты. Поэтому Саган не рассматривает состоявшиеся ранее многочисленные полеты к Луне и ряд неудачных попыток посадки на Марс, произведенных советскими автоматическими межпланетными станциями. – Прим. пер.
4
Джентри Ли (р. 1942) – американский ученый и писатель-фантаст. Впоследствии был главным инженером межпланетной станции «Галилео», участвовал в подготовке марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити» и других космических миссий. Несколько романов написал в соавторстве с Артуром Кларком. – Прим. пер.
5
Роберт Годдард (1882–1945) – пионер американского ракетостроения. – Прим. пер.
6
За прошедшее время гипотеза о нейтринных осцилляциях блестяще подтвердилась. Это сняло вопрос о дефиците солнечных нейтрино, но породило новые проблемы. У осциллирующих нейтрино должна быть масса, а это противоречит Стандартной модели, лежащей в основании современной физики элементарных частиц. Вместе с тем этой массы все равно недостаточно, чтобы остановить расширение Вселенной. Более того, оказалось, что это расширение не замедляется, а наоборот, ускоряется. – Прим. пер.
7
Энн Друян (р. 1949) – американская сценаристка и продюсер, специализирующаяся на популяризации науки, жена Карла Сагана. – Прим. пер.
8
Стивен Сотер (р. 1943) – американский астрофизик и популяризатор науки. Один из авторов определения планеты, принятого в 2006 г. Международным астрономическим союзом, по которому Плутон был лишен статуса планеты. – Прим. пер.
9
Цит. по: Пополь-Вух / Пер. Р. В. Кинжалова // Священные письмена майя. – СПб.: Амфора, 2007. Имена первых людей у Сагана даны в переводе на английский: «the Sorcerer of Fatal Laughter, the Sorcerer of Night, Unkempt, the Black Sorcerer», что можно перевести как «Колдун Рокового Смеха, Колдун Ночи, Косматый и Черный Колдун». Однако перевод с языка киче допускает иные интерпретации. Слово «балам» буквально означает «ягуар», но может служить титулом, означающим могущество или магическую силу. Кице может указывать на лес или на киче – союз четырех племен майя. Смысл имени Махукутах неясен, среди вариантов «странник», «старейшина», «не сейчас». Ики может пониматься не только как «черный» или «темный», но и как «ветер». – Прим. пер.
10
Цит. по: Блез Паскаль. Мысли / Пер. Ю. Гинзбург. – М., 1995. – С. 105. – Прим. пер.
11
Один миллиард = 1 000 000 000 = 10
; один триллион = 1 000 000 000 000 = 10
. Показатель степени соответствует количеству нулей после единицы.
12
Сегодня эта оценка может быть увеличена на 1–2 порядка величины – порядка 10
. Открытия экзопланет показали, что, скорее всего, в Галактике планет может быть на порядок больше, чем звезд, и оценка общего числа галактик в видимой части Вселенной тоже в несколько раз выросла, согласно последним исследованиям. – Прим. пер.
13
На сегодня численность Местной группы перевалила за 50. – Прим. пер.
14
Сегодня у галактики M31 открыто уже девять спутников. – Прим. пер.
15
Солнечная система находится в рукаве Ориона – Лебедя. Он третий или четвертый по счету от центра Галактики, но не последний. За нами идет рукав Персея и, по-видимому, еще один внешний рукав. – Прим. пер.
16
На сегодняшний день о переходных формах между рассеянными и шаровыми звездными скоплениями не известно. Эти два типа скоплений имеют существенно различное происхождение. – Прим. пер.
17
Хотя саму черную дыру не видно, вблизи будет заметно, как ее тяготение, искривляя световые лучи, искажает вид звездного неба вокруг себя. – Прим. пер.
18
Астрономы называют этот рой облаком Оорта, по имени голландского астронома Яна Хендрика Оорта (1900–1992), который выдвинул гипотезу о его существовании. Облако Оорта до сих пор остается гипотетическим объектом, так как непосредственное наблюдение принадлежащих ему объектов находится далеко за пределами возможностей современной техники. – Прим. пер.
19
По данным зонда «Новые горизонты», исследовавшего Плутон в 2015 г., лед на его поверхности преимущественно азотный (97–98 %) с небольшой примесью метана, которая, однако, играет важную роль, создавая в разреженной атмосфере Плутона парниковый эффект. В 2006 г. Международный астрономический союз принял определение планеты, по которому Плутон перестал считаться планетой. По характеристикам своей орбиты он относится к категории транснептуновых объектов, а по своей сферической форме – к новой категории карликовых планет. В отличие от больших планет, карликовые неспособны расчистить область вблизи своей орбиты от «конкурентов» сопоставимой массы. Ввести формальное определение планеты потребовалось после открытия многочисленных экзопланет и транснептуновых объектов. – Прим. пер.
20
Солнце светит на Плутоне в 150–450 раз ярче полной Луны (яркость зависит от меняющегося расстояния до Солнца). При таком освещении вполне можно читать. Атмосфера Плутона, хотя и в сотни раз уступает по плотности марсианской, но способна рассеивать свет. С поверхности небо, по-видимому, выглядит тусклым белесо-голубым со слоистой дымкой. – Прим. пер.
21
Именно высокое содержание азота (78 %) в земной атмосфере определяет голубой цвет нашего неба. – Прим. пер.
22
Речь о дне летнего солнцестояния, который приходится на 21 июня по нашему календарю, но, конечно, не по календарю эпохи Эратосфена. О работе Эратосфена мы знаем по краткому пересказу в трактате Клеомеда «О круговращении небесного свода», где без конкретной даты говорится о летнем солнцестоянии в созвездии Рака (сегодня оно происходит в созвездии Тельца). Сиена – греческое название города Сун (ныне Асуан). – Прим. пер.
23
Нехо II (609–595 до н. э.). – Прим. ред.
24
Цит. по: Страбон. География / Пер. Г. А. Стратановского. – М.: Наука, 1964. – С. 11, 71 (кроме последней фразы). – Прим. пер.
25
Университет Саламанки – старейший в Испании. В 1486–1490 гг. созванный при нем совет рассматривал проект Колумба и не поддержал его. Несмотря на это, королева Кастилии Изабелла I позволила Колумбу осуществить его экспедицию. – Прим. пер.
26
Серапеум – храм эллинистического бога Сераписа. – Прим. ред.
27
Они называются так потому, что могут быть получены сечением конуса под разными углами. Спустя 18 столетий Иоганн Кеплер использовал труды Аполлония о конических сечениях, когда первым правильно объяснил движение планет. – Прим. пер.
28
Современное значение – 13,8 млрд лет – получено по данным спутника «Планк» (2015). – Прим. пер.
29
Цит. по: Дарвин Ч. Происхождение видов / Под ред. А. Л. Тахтаджяна. – СПб.: Наука, 2001. – Прим. пер.
30
Сэр Уильям Хаггинс (1824–1910) – английский астроном, первым применивший спектроскоп для изучения звезд и туманностей. – Прим. пер.
31
В русскоязычной литературе клан Хэйкэ чаще фигурирует под именем Тайра, а клан Гэндзи – под именем Минамото. – Прим. пер.
32
Данноура – восточная приморская часть города Симоно-сэки. – Прим. пер.
33
Цит. по: Монах Юкинага. Повесть о Доме Тайра / Пер. И. Львовой. – М.: Азбука-классика, 2005. – Прим. пер.
34
Правда, западные религиозные деятели всегда настаивали на обратном, как, например, Джон Уэсли (основатель методистской церкви, живший в 1703–1791 гг. – Прим. ред.), заявивший в 1770 г.: «Смерти никогда не будет позволено истребить [даже] самый незначительный вид». – Прим. авт.
35
Вероятно, автор имел в виду: от несколько сотен тысяч до десяти миллионов кубических сантиметров. – Прим. пер.
36
В священной книге народа майя «Пополь-Вух» появление различных форм жизни приписывается неудачным попыткам богов создать людей. Первые попытки, очень далекие от цели, породили низших животных; предпоследняя проба, почти достигшая цели, вызвала к жизни обезьян. В китайском мифе люди произошли от вши на теле бога Паньгу. В XVIII в. Бюффон предположил, что Земля значительно старше, чем говорит Священное Писание, что формы жизни на протяжении тысячелетий медленно изменяются. Однако обезьян он считал выродившимися потомками людей. Хотя эти представления не совсем точно отражают описанный Дарвином и Уоллесом эволюционный процесс, они явились его предтечами – подобно взглядам Демокрита, Эмпедокла и других ионийских ученых, о которых мы поговорим в главе VII. – Прим. авт.
37
Цит. по: Дарвин Ч. Происхождение видов / Под ред. А. Л. Тахтаджяна. – СПб.: Наука, 2001. – Прим. пер.
38
Герман Джозеф Мёллер (Hermann Joseph Muller, 1890–1967) – один из основоположников радиационной генетики. В 1916 г. доказал, что четырем хромосомам в ядрах клеток дрозофил соответствуют четыре группы связных генов. В 1920 г. совместно с Алтенбургом продемонстрировал постоянство скорости мутаций, независимо от необходимости в них. В 1927 г. обнаружил, что рентгеновские лучи увеличивают скорость мутации в сотни и тысячи раз по сравнению с нормой, что было отмечено Нобелевской премией в 1946 г. – Прим. пер.
39
В период написания книги это была очень оптимистичная оценка. Вплоть до недавнего времени самые древние следы жизни, найденные на Земле, были не старше 3,5 млрд лет. Однако буквально в 2017 г. обнаружены окаменелые следы микробов возрастом 3,8 млрд лет, а возможно, и старше (Dodd M. S. et al., Nature 543:60–65). Есть также косвенные признаки существования жизни ранее 4 млрд лет назад. – Прим. пер.
40
По современным представлениям, появлению ДНК предшествовала стадия РНК-мира, когда отбор шел среди самовоспроизводящихся молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК), также несущих генетический код. Однако чисто случайное появление самовоспроизводящейся молекулы РНК все же выглядит статистически невероятным. Поэтому активно обсуждается вопрос о возможных этапах химической эволюции (на основе автокаталитических реакций), которые могли предшествовать РНК-миру. – Прим. пер.
41
По последним данным, самые ранние известные ископаемые подтверждения полового размножения у одноклеточных имеют возраст 1–1,2 млрд лет (Nicholas Butterfield N., 26 (3):386–404). – Прим. пер.
42
Есть исключения. Например, у амебы нет полового процесса, они размножаются только делением. – Прим. пер.
43
По последним данным, атмосфера начала насыщаться кислородом около 2–2,5 млрд лет назад. Именно к этой эпохе относится описываемая далее «кислородная катастрофа». Долгое время океан поглощал большую часть поступающего кислорода, однако около 1 млрд лет назад содержание кислорода в атмосфере продолжило расти и примерно 500 млн лет назад стало близким к современному уровню. – Прим. пер.