Ричард Докинз - Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции
Из всех элементов углерод, кажется, наиболее обязательным для жизни - элемент, без которого жизнь на любой планете труднее всего представить. Это из-за замечательной способности углерода к формированию цепочек, колец и других сложных молекулярных архитектур. Он попадает в пищевые цепи с помощью фотосинтеза, процесса, при котором зеленые растения поглощают молекулы углекислого газа из атмосферы и используют энергию солнечного света, чтобы объединить атомы углерода с водой, создавая сахар. Весь углерод в нас и во всех других живых существах происходит, в конечном счете, через растения, из углекислого газа в атмосфере. И он постоянно возвращается обратно в атмосферу: когда мы выдыхаем, когда мы выделяем, и когда мы умираем.
Большая часть углерода в углекислом газе атмосферы - углерод 12, который не радиоактивен. Однако, примерно один атом на триллион является углеродом-14, который радиоактивен. Он распадается довольно быстро, с периодом полураспада 5730 лет, как мы видели, в азот-14. Биохимия растений слепа к различию между этими двумя углеродами. Для растения углерод - всего лишь углерод. Таким образом, растения берут углерод 14 вместе с углеродом 12, и включают оба этих вида атомов углерода в сахара в той же самой пропорции, в какой они присутствуют в атмосфере. Углерод, входящий в состав в атмосферы (вместе с такой же пропорцией атомов углерода-14 ) быстро (по сравнению с периодом полураспада углерода-14) распространяются через пищевую цепь, когда растения поедаются травоядными, травоядные хищниками и так далее. Все живые существа, будь то растения или животные, имеют примерно равное соотношение углерода-12 и углерода-14, которое является тем же самым соотношением, что мы находим в атмосфере.
Итак, когда эти часы обнуляются? В момент, когда живое существо, будь то животное или растение, умирает. В этот момент оно отсекается от пищевой цепи, и от притока свежего углерода-14 через растения из атмосферы. С течением столетий углерод 14 в трупе, или куске дерева, или части ткани, или чего-то еще постоянно распадается в азот-14. Соотношение углерода-14 к углероду-12 в образце поэтому постепенно падает дальше и дальше ниже стандартного соотношения, которое живущие существа делят с атмосферой. В конце концов, останется только углерод-12 - или, точнее, содержание углерода-14 будет слишком малым, чтобы его измерить. И соотношение углерода-12 и углерода-14 может быть использовано для расчета времени, которое прошло со дня смерти существа, отрезанного от пищевой цепи, и его обмена с атмосферой.
Это очень хорошо, но это работает только потому, что идет непрерывное пополнение запаса углерода-14 в атмосфере. Без этого углерод-14 с коротким периодом полураспада давно бы исчез с лица Земли, наряду со всеми другими естественными изотопами с коротким периодом полураспада. Углерод 14 является особенным, потому что он непрерывно создается космическими лучами, бомбардирующими атомы азота в верхних слоях атмосферы. Азот -самый распространенный газ в атмосфере, и его атомное число 14, то же самое, что и у углерода 14. Различие в том, что у углерода-14 6 протонов и 8 нейтронов, в то время как у азота-14 7 протонов и 7 нейтронов (нейтроны, помните, имеют почти ту же массу, что и протоны). Частицы космических лучей способны, бомбардируя протон в ядре азота, преобразовывать его в нейтрон. Когда это происходит, атом становится углеродом-14, который стоит на одну клетку левее, чем азот в периодической системе. Скорость, с которой это преобразование происходит, примерно постоянна из века в век, и поэтому радиоуглеродное датирование работает. Фактически скорость не является точно постоянной, и в идеале мы должны делать поправки на это. К счастью, у нас есть точная калибровка колебаний поставки углерода-14 в атмосферу, и мы можем ввести поправку на них, чтобы уточнить наши вычисления возраста. Помните, что, примерно для того же самого временного диапазона, покрываемого датированием по радиоуглероду, у нас есть альтернативный метод датирования древесины - дендрохронология - который абсолютно точен до года. Глядя на датируемые по радиоуглероду возрасты деревянных образцов, возраст которых независимо установлен датированием с помощью годичных колец, мы можем откалибровать эту колеблющуюся ошибку в датировании по углероду. Теперь мы можем использовать эти калибровочные измерения, когда мы возвращаемся к органическим образцам, для которых у нас нет данных годичных колец (для большинства).
Датирование по радиоуглероду - сравнительно недавнее изобретение, берущее начало лишь в 1940-ых. В его первые годы требовались существенные количества органического материала для процедуры датирования. Только, в 1970-х техника, называемая масс-спектроскопией, была адаптирована для датирования, в результате чего сейчас необходимы только крошечные количества органического вещества. Это произвело революцию в археологическом датировании. Самым известным примером является Туринская плащаница. Поскольку на этом пресловутом куске ткани оказался запечатлен, кажется таинственным образом, лик бородатого, распятого человека, многие люди надеялись, что он может происходить со времен Иисуса. Она впервые появляется в исторической летописи в середине четырнадцатого столетия во Франции, и никто не знает, где она была до этого. Она находилась в Турине с 1578, и в Ватикане с 1983 года. Когда масс-спектрометрия сделала возможным датирование по крошечному образцу плащаницы, а не значительному куску, который был бы необходим прежде, Ватикан позволил отрезать маленькую полосу. Полоса была разделена на три части и послана в три ведущих лаборатории, специализирующиеся на радиоуглеродном датировании, в Оксфорде, Аризоне и Цюрихе. Работающих в условиях неукоснительной независимости, не сравнивая записей, эти три лаборатории представили свои отчеты о дате, когда лен, из которого соткали ткань, умер. Оксфорд указал на 1200, Аризона 1304 и Цюрих 1274 годы нашей эры. Все эти даты в пределах погрешности, совместимы друг с другом и с датой 1350 года, в котором саван впервые упомянут в истории. Датирование плащаницы остается спорным, но не по причинам, которые ставят под сомнение саму технику радиоуглеродного датирования. Например, углерод в саване, мог быть загрязнен пожаром, который, как известно, произошел в 1532 году. Я не буду рассматривать вопрос далее, потому что саван имеет исторический, а не эволюционный интерес. Тем не менее, это хороший пример, чтобы проиллюстрировать метод и тот факт, что, в отличие от дендрохронологии, он не обладает точностью до года, только до столетия или около того.
Я неоднократно подчеркивал, что существует много различных часов, которые современный эволюционный детектив может использовать, и также что они работают лучше всего на различных, но перекрывающихся временных масштабах. Радиоактивные часы могут быть использованы для независимой оценки возраста одного и того же куска породы, если держать в голове, что все часы были обнулены одновременно, когда этот самый кусок породы кристаллизовался. Когда такие сравнения были сделаны, различные часы были согласованы друг с другом - в рамках ожидаемых пределов погрешности. Это дает большую уверенность в правильности часов. Таким образом, взаимно откалиброванные и проверенные на известных породах, эти часы можно с уверенностью применять к интересным проблемам датирования, таким как возраст самой Земли. В настоящее время установленный возраст в 4.6 миллиарда лет является оценкой, на которой сходятся несколько различных часов. Такое согласование не удивительно, но, к сожалению, мы должны подчеркнуть его, потому что, как я указал во Введении (и описал в приложении), приблизительно 40 процентов американского населения, и несколько меньший процент британского населения, выражают веру в то, что возраст Земли, вовсе не измеряется миллиардами лет, а составляет менее 10.000 лет. Печально, особенно в Америке и в большой части исламского мира, некоторые из этих отрицателей истории владеют властью над школами и их программами.
Итак, отрицатели истории могут заявить, скажем, что что-то неладно с калий-аргоновыми часами. Что если современная очень малая скорость распада калия-40 действовала только после Ноева потопа? Если до этого, период полураспада калия-40 радикально отличался, скажем был длительностью в несколько веков, а не 1.26 миллиарда лет? Специальная оговорка в таком заявлении бросается в глаза. С какой стати законам физики меняться именно так - так масштабно и так удобно? Это выглядит даже более кричащим, если вы должны сделать взаимосогласованные специальные оговорки по каждым из часов отдельно. В настоящее время все применяемые изотопы согласуются друг с другом в определении даты возникновения Земли на времени между четырьмя и пятью миллиардами лет назад. И они основываются на предположении, что период полураспада всегда один и тот же, что мы и фиксируем сегодня, на самом деле, как известные законы физики прямо предписывают им быть. Отрицатели истории должны были бы поиграться с периодом полураспада всех изотопов в их отдельных пропорциях, так, чтобы они все согласовывались с тем, что Земля образовалась 6 000 лет назад. Итак, это - то, что я называю специальной оговоркой! И я даже не упомянул различные другие методы датирования, например, "трековое датирование", которое также приводит к тому же самому результату. Примите во внимание огромные различия во временных масштабах различных часов, подумайте о степени натянутости и сложности подгонки законов физики, которые были бы необходимы, чтобы заставить все часы согласовываться между собой в диапазоне порядков, что Земле 6000 лет, а не 4.6 миллиарда! Учитывая, что единственным мотивом для таких подгонок является желание поддержать миф о сотворении, принадлежащий частной группе племен бронзового века, удивительно, что по вообще кого-либо на это покупается.
