Секреты молекулярной информации - Секреты молекулярной информации

Перед живой клеткой не возникает проблемы, как передать информацию и, главное, какие материальные средства использовать при строительстве своих аппаратных средств. Информация в живых молекулярных системах записывается с помощью элементарной формы органического вещества - мономеров (то есть биологических элементов). Следовательно, переносчиком информационных сообщений являются биомолекулы, в структурах которых записывается нужная информация.

При этом обратим внимание на удивительно важные свойства живой материи, которые проявляются повсеместно. А именно: При построении любых биологических молекул и структур используются те же материальные носители, которые применяются для передачи молекулярной информации. Этот факт, пожалуй, может объяснить, почему биомолекулы одновременно подчиняются не только физико-химическим, но и информационным закономерностям.

Однако Здесь необходимо заметить, что если информация не зависит от физических свойств своего носителя, то состав и свойства самого биоорганического вещества полностью зависят от информации. Поэтому можно сказать, что каждое информационное сообщение через элементарный состав и энергию передает своему носителю (биомолекуле) все те биологические качества и свойства, которые определяются генами. К примеру, таким путем происходит трансформация информации и ее носителя в определенную структуру белковой макромолекулы со всеми ее коммуникативными матрицами, исполнительными органами, механизмами, а так же программным и энергетическим обеспечением. Это позволяет каждой белковой молекуле функционировать в клетке в качестве молекулярного биологического автомата с программным управлением. Таким образом, живая клетка для реализации и управления своих функций и процессов, создает свой парк молекулярной "робототехники" с программной биохимической логикой управления. В этом, очевидно, и заключается один из секретов естественных информационных нанотехнологий.

Очевидно, что природа биоорганического вещества живой системы характеризуется двумя сторонами - материальной, которая достаточно хорошо изучена естественными науками и информационной, которая по своей сути представляет собой виртуальную часть живого. К сожалению, Эта вторая и "таинственная" сторона живого вещества, по значению не уступающая первой - материальной, естественными науками оказалась незамеченной и поэтому практически неизученной. Удивительно, но информация, - это именно тот Виртуальный посредник, который с самого начала зарождения жизни, связывает материальную часть нашего мира с нематериальной его частью. Особенно заметно это проявляется при рассмотрении живой материи. И, действительно, обратим внимание на то, что Живая природа Здесь Пошла по пути использования, как самой информации, так и средств ее молекулярных носителей. То есть она пошла по пути связывания друг с другом материальных, энергетических и виртуальных компонентов (программ, данных, команд). Причем, Долевое участие каждого из этих составляющих в системную организацию живого велико и практически немыслимо без каждого из них. Следовательно, назначение клеточного вещества не исчерпывается уже изученными физико-химическими процессами, потому что, оно подчинено еще и законам молекулярной биохимической логики и информатики. Для биологов это может оказаться именно тем необъятным "целинным полем", которое гарантирует дать невиданный урожай различных идей, открытий и новых знаний.

Как мы видим, Живая природа пошла по пути использования, как самой информации, так и средств ее молекулярных носителей. Посредством оперативной памяти и РНК, молекулярного алфавита и соответствующих аппаратно-программных средств (трансляции) информация загружается в структуру белковых молекул, где она диктует биомолекулам не только структурное содержание, но и правила их поведения. Таким образом, циркуляция информации в клетке определяет не только структурную, но и программную часть всех компонентов клетки. Кроме того, заметим, что Движение информационных сообщений в живой клетке никогда не может осуществляться без движения их молекулярных носителей. Этот факт, по-видимому, и является первопричиной, побуждающей клетку строить свои вещественные отношения таким образом, чтобы движения информации всегда были бы обеспечены вещественными носителями!

Для этих целей клетка имеет все необходимые механизмы и устройства для получения предшественников и синтеза из них молекулярной элементной базы. Обмен веществ в своей основе является основным механизмом, который задействован для получения энергии и синтеза элементной базы. Поэтому информация является ведущей и движущей силой, определяющей ход как метаболических, так и энергетических процессов живой системы. Причем, биоорганические структуры живой системы являются не только вещественным наполнителем системы, как это декларируется сейчас. Ясно, что они всегда были носителями химической энергии и молекулярной информации. Их структурный состав всегда определяется генетической информацией. Поэтому Биоорганическое вещество повсеместно служит не только средством воплощения, но и орудием реализации информации! В связи с этим, многим исследователям уже давно стало ясно, что наступила пора устранить возникшую историческую несправедливость. В молекулярной биологии настало время и возможность научно обобщить и обосновать ключевую роль молекулярной информации в организации живых систем и навсегда узаконить ее фундаментальное значение во всех проявлениях жизни.

Исследователи еще не разобрались с сущностью информации в таких сферах как общество, производство, наука, а уже ведутся разговоры об информации в мировом и космическом масштабе как категории мирового абсолюта. Тысячелетия информация существовала, но ее, как говорится, не видели в упор, а теперь ее видят во всем и вся. Одни ее связывают со свойством материи, другие признают существование в системах управления, третьи, вообще, оспаривают реальность информации на том основании, что она не материальна. Нематериальность, то есть виртуальность информации отметил еще Н. Винер. Широко известно по этому поводу его замечание, что "Информация есть информация, а не материя и не энергия". Это высказывание стало своего рода центральной догмой информации.

Во-первых, из "центральной догмы" вытекает тот факт, который нас больше всего интригует и изумляет: "Информация" не является физической величиной, несмотря на то, что лежит в основе самой жизни и играет роль одной из ключевых субстанций нашего мира. Она, хотя и пользуется для своего воплощения различными материально-энергетическими средствами, тем не менее, всегда выступает в качестве отдельного спутника и независимого природного явления.

Во-вторых, Несмотря на то, что информация является нематериальной категорией, однако существовать и воспроизводиться она может только на базе системной организации и на основе тех или иных материально-энергетических носителей. Информация всегда предполагает наличие той или иной системы, где она может кодироваться, генерироваться и передаваться. Поэтому в соответствии с "центральной догмой", информация в системе всегда выступает как отдельное и самостоятельное явление, имеющее виртуальный характер. Отсюда следует, что кодируемая информация, по своей природе, сущность не материальная, а виртуальная. То есть она и не вещество, и не энергия, а что-то другое, данное живой (материи) природе и нам в представление. Причем, важно отметить, что, несмотря на ее виртуальность, она обладает способностью к селективному отбору, эволюционному разнообразию и подчиняется не физическим законам, а только своим специфическим принципам и правилам (закономерностям информатики). Причем, информация, как правило, всегда выступает главной доминантой во всех функциональных процессах той или иной системы.

Обсуждение формулировок информации продолжается и в настоящее время. Несмотря на определенное разнообразие концепций еще рано говорить о достижении согласия. Легче всего говорить о тех видах кодируемой информации, где уже достигнута определенная договоренность. Тем более эти виды охватывают максимальную часть физически существующей информации, а именно: в информационных технологиях, системах коммуникации и связи, в системах управления, в биологических системах, языках и т. п. Здесь информация, понятие базовое, наиболее распространенное, достаточно определенное и всегда существующее в своем естественном, кодируемом виде.

С этой точки зрения Информация - это совокупность закодированных данных или сведений о любом факте, явлении или объекте, которые вырабатываются, передаются и воспринимаются той или иной системой. Здесь информация обозначена как содержательные данные и сведения тех или иных сообщений, которые представлены только в закодированной форме. Как мы видим, Любая информация всегда предполагает наличие своей системы, где она способна циркулировать - восприниматься, перерабатываться, генерироваться и передаваться. Информационные процессы непосредственно связаны с отбором нужных сведений и данных, поэтому необходимые сведения всегда "черпаются" из тех источников, которые жизненно необходимы для данной системы [8].

Следует обратить внимание на тот факт, что все физические, световые, звуковые и другие процессы подчинены физическим законам, вследствие чего они сами по себе не имеют статуса информации. Информация о них передается только в виде кодовых сигналов, которые будут получены в результате специальных технических или биологических средств их обработки, приема и передачи. Поэтому нельзя получить и передать информацию не только без средств рецепции (датчиков) исследуемых процессов, но и без материально-энергетических средств ее кодирования, записи, хранения, преобразования и передачи. Информационные сообщения становятся видимыми, слышимыми или осязаемыми только посредством материального переносчика, который несет кодируемые сообщения. Изображения объектов окружающего нас мира попадают на сетчатку наших глаз, где они преобразуются в импульсно-кодовые сигналы слабого электрического тока и передаются через зрительный нерв в соответствующий участок головного мозга. Там информация перерабатывается и преобразуется в зрительные ощущения. Зрительные пути правого и левого глаза могут служить наглядным примером параллельной двухканальной передачи информации, и это позволяет нам видеть предметы объемно, в трех измерениях. Слуховые каналы передачи информации от обоих ушей также является примером двухканальной передачи звуковой информации.

Зрение, слух, вкус, обоняние и осязание (тактильные ощущения) - это пять основных чувств, с помощью которых мы воспринимаем внешний мир. Для каждого из этих чувств имеются свои сенсорные системы, служащие для передачи в наш мозг различного рода информационных сообщений, где они фиксируются, преобразуются и вновь передаются для соответствующей переработки и использования в поведенческих реакциях. Как мы видим, любой живой организм имеет все необходимые системы для принятия различного рода световых, звуковых и других физических воздействий, которые по своему определению еще не могут быть информацией, так как являются чисто физическими категориями. Они становятся информационными только после преобразования их в кодовые сигнальные последовательности, которые воспринимаются нашим мозгом. Этот факт предоставляет нам возможность воспринимать окружающий мир, вырабатывать соответствующие решения и адекватно реагировать на текущую информацию.

В сенсорных системах живых организмов и в технических информационных системах, как правило, используются методы канального разделения различного рода информации и различные принципы ее кодирования, преобразования и передачи. Поэтому всю информацию мы всегда получаем в закодированном виде. Другого вида природной информации для нас просто не существует. Мы порой думаем, а иногда даже уверены, что информация в закодированном виде существует только в сложных технических системах, а на самом деле всю жизнь только тем и занимаемся, что информацию, записанную одним кодом, переводим в информацию другого кода. К примеру, словесную (тоже кодируемую) информацию переводим (перекодируем) на язык буквенных обозначений и записываем при помощи букв русского (или другого) алфавита; сообщения, полученные на иностранном языке, переводим на свой родной язык; даже по телефону постоянно кодируем и передаем деловую или бытовую информацию. Мы постоянно только и занимаемся кодированием и перекодированием одного вида информации в другой вид, одной формы в другую, однако все это делаем с такой скоростью и автоматизмом, что практически никто из нас этих процессов просто не замечает!

Кодирование сообщений оказалось настолько Эффективным способом Записи и передачи информации, что первоначально эти Принципы были "разработаны" и развиты в молекулярных системах живой природы и в дальнейшем применены для сложных биологических систем. Закодированная информация в цепочках химических букв и символов биологических молекул - это та умозрительная сущность, существование которой мы можем мысленно себе представить, то есть для нас это виртуальная реальность. Однако для самих биомолекул, это структурная и программная реальность, данная биомолекулам для построения и функционирования. Поэтому виртуальная реальность сейчас определяется как актуальная, событийная реальность, которая реально значима в настоящий момент времени. Поразительно, что Общие законы и принципы кодирования информации стали не только фундаментальными основами жизни, но и, впоследствии, Заново были "открыты" человеком И нашли широкое распространение во многих областях человеческой деятельности: В технике, в науке, в управлении, в экономике, в социальной и общественной сфере и т. д. Кодированием стал называться процесс преобразования тех или иных сведений и данных в совокупность букв (символов, цифр или знаков), определяемую кодом. А любой код стал ключом для перевода информации из одной ее формы в другую.

Важно осознать, что Информационные сообщения никогда не могут идти "сами по себе", их передача от источника к потребителю всегда осуществляется при помощи различных приемо-передающих устройств, с применением различного рода материально-энергетических средств кодирования, преобразования и передачи. "Информация" сама по себе не зависит ни от физических, ни от химических свойств и характеристик своего переносчика, а становится как бы самостоятельным виртуальным спутником своего носителя. Очевидно, что "информация", в своем классическом природном виде, всегда существует, циркулирует и передается только в закодированном виде! Я придерживаюсь именно такого подхода к информации. Все другие "предлагаемые" виды информации хотелось бы отнести к плодам изощренного ума или к хитроумным изобретениям человека. Однако в мировоззренческих дискуссиях вряд ли приемлемы такие обобщения. Кодирование, передача, хранение, переработка и другие информационные процессы лежат в основе работы всех сложных систем, в том числе устройств контроля и управления, используемых не только в технических, молекулярно-биологических, но и в других информационных системах. Поэтому, чтобы не смешивать используемые понятия, всегда следует видеть понятийную разницу между объектами (процессами), которые могут служить (или являются) источником сведений, самой информацией и ее носителями [8].

Сейчас уже точно известно, что генетическая и молекулярная информация записывается, хранится и используется в форме ДНК и в виде других биологических макромолекул, - настолько хрупких биоорганических соединений, что они легко разрушаются на множество различных фрагментов лишь при простом перемешивании раствора с этими компонентами. Поэтому наше воображение сегодня поражает тот факт что, несмотря на свою кажущуюся ненадежность, биомолекулы ДНК сменили немыслимое множество своих поколений, однако, при этом, все-таки, донесли до настоящего времени и ту далекую информацию, которую содержали самые древние биологические макромолекулы! Ясно, что этот феномен основан на свойствах информации. Поэтому Одним из основных и важных свойств (секретов) информации является вероятность чрезвычайно длительного ее существования, которая зависит не столько от времени хранения, сколько от возможности смены ее носителей.

Нисколько не преувеличиваю, если скажу, что сама биологическая жизнь своим появлением, зарождением и эволюционным развитием, в первую очередь, обязана замечательным способностям информации - кодироваться с помощью химических букв и символов и передаваться при помощи различных молекулярных средств и носителей. Именно с кодированием связаны многие замечательные свойства живых клеток:

    1) возможность хранения, передачи и переработки управляющей генетической информации; 2) возможность структурно-функционального программирования биологических молекул и клеточных структур; 3) совмещение программно-аппаратных средств в структурах белков, нуклеиновых кислот и других функциональных биомолекул; 4) возможность обработки сигнальной информации субстратных молекул и т. д.

Поэтому биологические макромолекулы повсеместно несут ту информацию, которая определяет их класс и конфигурацию, и программирует их функциональное поведение в живых системах [3].

А разве, к примеру, не интригует нас известный биологический факт, что генетическая информация как самостоятельная виртуальная сущность, способна передаваться из поколения в поколение путем простой смены своих материальных носителей?! При этом информация не только сохраняется, но даже преумножается, несмотря на телесную хрупкость и недолговечность своего носителя. Естественно, для своего сохранения и преумножения она пользуется различными биологическими системами и механизмами, например, живой клеткой. Как мы видим, всегда можно удостовериться в том, что все рассмотренные выше свойства и способности информации, хотя, и кажутся загадочными, но все они легко могут быть объяснены с позиций приведенной в данной статье формулировки информации.

При этом следует отметить, что Хотя "информация" повсеместно и служит человеку, однако, в первую очередь, она выступает как виртуальная, умозрительная реальность. В этом, видимо, и кроется ее главная загадка. Заметим, что и живая природа, и человек издревле занимаются кодированием информации, что указывает на правильность предложенной формулировки, о том, что информацией являются лишь закодированные данные и сведения. К сожалению, мы еще полностью не осознали, что "Информация" является отдельной самостоятельной сущностью и подчиняется не законам материального мира, а только своим специфическим принципам и правилам!

Например, мы забываем (или не знаем), что функциональное поведение биологических макромолекул в живой системе подчинено не только всем известным законам физики и химии. В первую очередь, оно подчинено закономерностям молекулярной биохимической логики и информатики, иными словами, - информации, закодированной (загруженной) в структурах биологических макромолекул. Следовательно, изучением живой материи должны заниматься не только биофизика, биохимия, молекулярная биология, но и молекулярная информатика [4]. К сожалению, этот факт биологами пока еще не осознается и не воспринимается, что, на мой взгляд, является причиной мировоззренческого застоя и отставания в изучении биологической формы движения материи.

Автор этой статьи уже давно придерживается мнения, что первичная биологическая информация, находящаяся в структурах ДНК живой клетки, представляет собой закодированные генетические сообщения и послания. Поэтому путем транскрипции (переписывания) и трансляции (перекодирования) этих сообщений на аминокислотный код, в полипептидные цепи записываются (загружаются) те текстовые предписания, в которых содержится не только описание алгоритмов структурного преобразования, но и сама программа функционального поведения белковых молекул. А посредством ферментов и других белковых молекул кодируются и программируются все остальные макромолекулы и структуры живой клетки. Таким образом, само появление и развитие живой материи обязано такому фундаментальному свойству, как способности одной и той же информации существовать в различных ее видах и формах. Причем, переводом информации из одной ее системы кодирования в другую, обычно занимаются различные устройства - дешифраторы, трансляторы, преобразователи и т. д. А секреты информации базируются на удивительных ее закономерностях и свойствах.

Как мы видим, Одним из основных секретов информации является возможность выражения одного и того же смыслового содержания в самых различных физических представлениях, то есть в различных кодах. На этом основана возможность перекодировки информации с одного носителя на другой. К примеру, в процессе трансляции линейная информация записанная генетическим кодом в иРНК (а значит, и в ДНК) транслируется в линейную информацию полипептидных цепей белковых молекул. При этом происходит как перекодирование информации, так и смена ее молекулярных носителей. Поэтому одна и та же информация может передаваться по разным каналам и в самых различных системах кодирования. Эта удивительная закономерность информации широко используется в живых и технических системах. Косная же природа сама не обладает способностью к перекодировке информации и переносу ее на другой носитель. Поэтому кажущиеся информационные способности косной материи не являются в классическом понятии информацией. К информации они, по-видимому, могут быть отнесены в такой же мере, в какой, к примеру, вирусы могут быть отнесены к миру живого.

Информация - это "многоликий Янус": Она может кодироваться на разных языках; записываться различными буквами, цифрами, знаками или химическими биологическими элементами. Информация способна иметь множество разнообразнейших форм, видов и категорий и передаваться различными способами. Загадочной остается способность Одной и той же информации Находиться и существовать в различных ее видах и формах. Причем, Это одно из ключевых и фундаментальных свойств информации. К исключительным, на мой взгляд, свойствам информации (к примеру, генетической) относится ее способность Бесчисленное количество раз передаваться из поколения в поколение, путем простой смены своих материальных носителей! Поразительно, хотя в природе нет памяти с бесконечным сроком существования однако Информация действительно способна чрезвычайно долго существовать за счет бесконечной смены своих носителей. Мы живем, благодаря полученной наследственной информации от наших далеких и близких предков. В нашем организме нескончаемым потоком идут процессы обмена веществ и энергии, с возрастом мы постоянно меняемся, и у нас в теле не остается ни одной биомолекулы, с которыми мы появились на свет при рождении, - Неизменным остается только наше "Я" и та генетическая информация, благодаря которой мы существуем и развиваемся! Поэтому одна генетическая информация всегда определяет существование другой генетической информации.

В силу этих обстоятельств, на первый план В живой системе выступает уникальная Способность генетической информации двигать потоками энергии и вещества, но при этом Самой оставаться неизменной или почти неизменной. Наследственная информация является фундаментальной основой любой живой системы! Очевидно, что Информация всегда существует в сцеплении только с теми материально-энергетическими средствами, при помощи которых осуществляется ее запись, передача, хранение или преобразование. Поэтому При разрушении переносчика сообщений сразу же исчезает и та информация, которая была записана на этом носителе.

Очень Важное свойство информации заключается также в том, что она способна быть действующей силой только в той системе, которая воспринимает ее как истинную смысловую реальность, то есть, где она становится реально значимой сущностью. Поэтому работа живых и сложных технических систем может быть обеспечена потоками и циркуляцией Только той информации, которая Реально значима и дееспособна в этих системах. В связи с этим, Любая Сложная система способна пользоваться лишь той информацией, которая свойственна и присуща ее природе! Поэтому в каждой системе, например, в живом организме циркулирует только "Своя информация". А информация биомолекул другого организма является чуждой для данного организма, в связи с чем, она всегда отторгается и отвергается. Вспомним защитную реакцию иммунной системы. Это, на мой взгляд, тоже очень Важное качество, которое входит в круг основных секретов информации.

Как правило, для передачи информации и других информационных процессов требуется относительно Небольшое количество энергии, однако слабые информационные воздействия в системе способны управлять работой любых, даже самых сложных силовых механических или энергетических установок.

Здесь мы затронули, по всей вероятности, лишь основную часть удивительных загадок "Информации". Однако, пользуясь этим понятием, прежде всего, необходимо видеть огромнейшую разницу между самими материально-энергетические объектами и физическими процессами нашего мира, которые порой бывают чрезвычайно грандиозными по своим масштабам, И той информацией, которая о них передается. Природные материальные и физические процессы подчиняются только своим фундаментальным законам, изучением которых занимаются соответствующие науки. Информация же, исходя из "центральной догмы", не зависит ни от физических, ни от энергетических свойств своего носителя, она подчиняется только своим принципам и правилам. Все эти ключевые обобщения позволяют нам относиться к информации, как к отдельно существующей субстанции и Идентифицировать ее не только как природное явление, но и как виртуальную сущность нашего мира.

Информация многим кажется нереальной и неопределимой. Необъятный мир ее разнообразен и мало изучен. Но информация не только существует, но даже живет полнокровной жизнью, причем, в каждом из нас, поскольку мы ее и душа, и тело, и средство ее материального наполнения, и орудие ее взаимодействия с окружающим миром. Сама Жизнь, Благодаря внедрению и использованию наследственной информации, оказалась явлением Эволюционного и функционального перехода вещества, энергии и информации на качественно новый уровень их системной организации. Диктат информационной субстанции подчинил движение Потоков вещества и энергии своей воле, а направленность эволюционных процессов оказалась изначально Подчинена информации.

Учитывая фундаментальную роль информации в живых системах и во всех областях человеческой деятельности, можно убедиться в том, что Информация - это и есть та таинственная сила, которая правит всем нашим миром. В связи с этим, имеются веские основания полагать, что Эволюция, по своей сути, является процессом возрастающего воспроизведения и генерации новых видов и форм информации. Этот процесс осуществляется за счет использования и круговорота потоков энергии, информации и вещества. Особенно заметно это проявляется в живой природе и в сфере технических информационных технологий. Таким образом, в своих суждениях мы можем исходить От полного отрицания и неприятия информации - до глубокого признания ее силы и мощи. Как мы видим, Подход к молекулярным биологическим проблемам может быть не только физико-химическим, но и информационным. И это несмотря на то, что некоторые биологи не признают участия информации в биохимических процессах.

Информационный подход, естественно, Не отрицает достижений биофизики и биохимии в изучении живой материи, а, наоборот, на основе физико-химических закономерностей предполагает дополнительное понятие - Информационной составляющей живого. Потому что Только информация может быть причиной тех могучих движущих сил, которые порождают необузданную генерацию живой материи и ошеломляющее разнообразие жизни. А сама Информационная составляющая, кроме своего прямого назначения, в молекулярной биологии Должна стать связующим звеном и фактором интеграции различных свойств и характеристик биологической формы движения материи.

Похожие статьи




Секреты молекулярной информации - Секреты молекулярной информации

Предыдущая | Следующая