Много интересного и полезного узнал Вильямс, читая произведения Щуровского. Вильямса интересовала летопись истории. Земли, изучение горных пород и минералов. Уроки по естествознанию помогали ему разбираться в этих сложных вопросах.

Программа училища предусматривала изучение всех главнейших минералов, начиная с простых самородных элементов: золота, серы, фосфора, и кончая самыми сложными по химическому составу — алюмосиликатами: полевыми шпатами, роговыми обманками, слюдами. Преподаватель естествознания рассказывал ученикам о процессах выветривания, и перед Вильямсом постепенно раскрывалась картина тех постоянных сложных изменений, которые все время совершаются в, казалось бы, неподвижной и мертвой земной коре. На этих уроках он получил и первое представление о почвах.

Уроки сопровождались демонстрациями и практическими занятиями. Ученикам показывали небольшую коллекцию минералов и горных пород: здесь был молочно-белый кальцит, дымчатый кварц, сростки кристаллов горного хрусталя, зеленый, в разводах малахит, сферические темно-серые куски фосфорита, апатит, гипс и другие минералы. В кабинете естествознания были собраны и многочисленные образцы горных пород. В картонных коробочках, склеенных самими учениками, лежали образцы уральского гранита, стекловидного кавказского базальта, ледниковые валуны, причудливой формы куски конгломерата, грубые и тонкозернистые песчаники, известняки, пески и глины.

Многие из этих образцов были собраны Вильямсом. В воскресные дни он отправлялся в дальние пешие экскурсии по окрестностям Москвы. Излюбленным районом его путешествий была местность около большого села Мячково, расположенного при впадении реки Пахры в Москву-реку, верстах в двадцати пяти от города. Мячково было знаменито своими каменоломнями, — здесь с древних времен, а особенно с XVIII века, добывали превосходный плотный известняк, получивший название мячковского мрамора. Из этого «мрамора» строились многие здания «белокаменной». Здесь же, начиная со времен Ивана III, обжигали известь для Москвы.

В старых, заброшенных каменоломнях было очень интересно. Вильямс изучал тут слои известняков, принадлежавших к так называемому московскому ярусу каменноугольной системы, собирал прекрасно сохранившиеся в мячковском известняке образцы каменноугольных ископаемых: морских лилий, кораллов, щитки и зубы вымерших рыб, панцыри древних ракообразных.

Особенно интересная каменоломня находилась сразу за селом Мячково, где можно было наблюдать хороший геологический разрез. Под почвой залегали различные породы юрского периода, изобиловавшие ископаемыми остатками. Ниже начинались более древние каменноугольные известняки: зеленоватые, желтые, серые, а в самой нижней части разреза ярко-белые. Все слои известняков были переполнены ископаемыми остатками древних животных и растений. Крутые берега Москвы-реки, вниз и вверх от устья Пахры, обнажали пласты прочного серого песчаника-дикаря, который шел на мельничные жернова, на постройку тротуаров и московских набережных.

Окрестности Мячкова, где Вильямс бывал не один раз, явились для него своеобразной практической школой по геологии — науке, с которой в последующем были тесно связаны его многие, научные работы.

Во время экскурсий интересы юного натуралиста не ограничивались геологией. Не меньше его занимали «живые царства» природы — растительное и животное. Путь в Мячково лежал через обширную Быковскую пойму Москвы-реки. Здесь, на высоких частях поймы, были пестрые разнотравные луга, а ниже их тянулись ивняки с почти чистыми зарослями безостого костра. Дальше от реки на обоих берегах начинались луга, поросшие лисохвостом, тимофеевкой, овсяницей луговой и клеверами. А в нижней половине Быковской поймы путь Вильямса лежал вдоль осоковых болот.

Это замечательное разнообразие здешнего растительного мира помогло Вильямсу создать свой первый гербарий. Он приносил домой гербарные сетки, заполнявшиеся все новыми и новыми видами злаков, бобовых и других растений.

Молодой ботаник с исключительной любовью и старательностью монтировал гербарные листы, снабжал их этикетками с каллиграфически выведенными надписями.

Чтобы сделать свой гербарий более полным, Вильямс не ограничился Мячковом, собирая значительное число растений, особенно древесных, в Петровском парке. Он часто отправлялся туда и брал с собой своего младшего брата Владимира [2] до сих пор с любовью вспоминающего эти увлекательные экскурсии.

Большой, прекрасно оформленный гербарий с рисунками в красках, с микроскопическими препаратами был преподнесен Вильямсом своему училищу, где этот гербарий в течение многих лет являлся ценным учебным пособием.

В это же время Вильямс собирает коллекцию бабочек, сооружает у себя дома просторный террариум, в котором жили змеи, ящерицы и лягушки, пойманные им в окрестностях Москвы. С исключительным умением оборудовал он также аквариум для рыб, где росло несколько видов водных растений.

Тесная квартира на Смоленском бульваре постепенно превращалась в своеобразный краеведческий музей, который помогал не только Вильямсу, но и его младшим братьям и сестрам, а также товарищам по училищу изучать естествознание.

Интерес юноши к биологии поддерживался в значительной мере его школьным учителем Григорием Федоровичем Ярцевым, прекрасным педагогом и горячим сторонником К. А. Тимирязева. Ярцев был в училище убежденным пропагандистом дарвинизма.

«Еще учеником московского реального училища, — говорил Вильямс, — я под влиянием нашего ботаника Ярцева, бывшего слушателя лекций Тимирязева, воспринял дарвинизм как единственно правильную теорию развития органического мира.