Характеристики информации - Секреты молекулярной информации

Молекулярная биологическая информация мало чем отличается от других видов кодируемой информации. Ясно, что она выделяется чрезвычайно высокой плотностью записи (на молекулярном уровне), исключительно длительным сроком своего существования и своим биологическим назначением, так как является фундаментальной основой живой материи. И если на понятии информация держится не только весь багаж мировых знаний, но и любая область человеческой деятельности, то молекулярная информация лежит в основе самой жизни и того необъятного "айсберга" генетических и информационных молекулярно-биологических технологий, которые правят миром живого уже более 3,5 миллиардов лет.

Очевидно, что молекулярная информация по своему статусу является праматерью всех других видов кодируемой информации, с которыми человек имеет дело. Во всем остальном она, так же как и другие виды кодируемой информации, характеризуется стандартными характеристиками и уровнями существования.

1. Статистическим, - когда информация передается с помощью фиксированного комбинационного набора букв, символов или знаков определенного алфавита. Этот уровень позволяет определить статистическое содержание информации. Поэтому содержание информации в последовательности букв или символов является количественной величиной. Оно может быть выражено в битах. Количество информации на единицу объема называется плотностью информации или мерой эффективности хранения и передачи информации. Информационные сообщения всегда существуют в каком-то реальном физическом воплощении.

К примеру, информационные сообщения в данной статье кодируются с помощью 33 букв алфавита русского языка. При этом различные буквы соответствующим образом группируются на бумаге в слова, фразы и предложения. Алфавит живой материи также состоит из более 30 биохимических букв и символов, с помощью которых кодируется молекулярная биологическая информация. Для построения различных классов высокомолекулярных соединений, таких как нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды или липиды и для записи в их линейную структуру информации используются свои системы (алфавиты) биохимических элементов.

Для этой цели в каждой живой клетке существуют системы биологических элементов (химических букв и символов) различных типов:

    1) нуклеотиды - система (алфавит) структурно-информационных биохимических элементов (химических букв) ДНК и РНК; 2) аминокислоты - система (алфавит) структурно-функциональных и информационных элементов (химических букв) белков, для которых существует генетический код (в виде тройки нуклеотидов); 3) простые сахара - структурно-функциональные элементы и информационные символы (алфавит) полисахаридов; 4) жирные кислоты - структурно-функциональные элементы и информационные символы (алфавит) липидов и т. д. [2].

Этот системный набор различных химических букв и символов представляет собой ничто иное, как общий алфавит живой материи. А наличие систем элементов (отдельных алфавитов) существенно упрощает процессы построения различных классов биомолекул и структурных компонентов клетки, а так же позволяет автоматически производить запись (кодирование) информации в их структуру, что значительно повышает технологичность изготовления биомолекул и, одновременно, определяет их функциональные возможности.

Поэтому если живая клетка строит молекулярные цепи различных биомолекул с помощью этих букв или символов, значит, она записывает в их структуру информацию. Причем, по аналогии с ранее существующим типографским набором, живая клетка использует "россыпи молекулярного биологического шрифта" - отдельных химических букв и символов и в автоматическом режиме (по генетической программе) группирует их в информационные передачи - последовательности букв или символов молекулярной цепи.

Очевидно, что линейная последовательность расположения химических букв или символов в молекулярной цепи всегда представляет собой запись определенной биологической информации. Более того, важно отметить, что все биохимические буквы и символы элементной базы (мономеры) живой материи оказалась наделенными Такими химическими и физическими природными качествами и свойствами, сочетание которых позволяет им в составе биологических молекул одновременно выполнять буквально различные по своей биологической роли функции и операции:

    1) Служить в качестве строительных блоков, с помощью которых осуществляется физическое построение различных макромолекул; 2) Выполнять роль натуральных информационных единиц - химических букв или символов, с помощью которых в биомолекулы записывается молекулярная информация; 3) Служить в качестве элементарных единиц молекулярного кода, с помощью которых идет кодирование, преобразование, передача, а впоследствии, - воплощение и реализация генетической информации; 4) Быть программными элементами, с помощью которых строятся алгоритмы структурного преобразования, а затем и программа функционального поведения различных биологических макромолекул; 5) Обуславливать потенциальную и свободную химическую энергию биомолекул.

Все без исключения биологические свойства и качества макромолекул оказались напрямую связанными с многофункциональными особенностями составляющих их биологических элементов. Поэтому, при рассмотрении живой материи, всегда необходимо учитывать не только структурный состав различных биомолекул, но и функциональную взаимозависимость и взаимодополняемость различных характеристик составляющих их элементов. Такое "Слияние" различных характеристик биологических элементов в одно функциональное целое и их информационное содержание, делает возможным проявление тех биологических черт и признаков макромолекул, которые привыкли наблюдать биологи.

Пользуясь общим алфавитом, живая клетка способна хранить, передавать и преобразовывать молекулярные информационные сообщения. Все сообщения в клетке воплощаются в виде определенной фиксированной позиционной последовательности химических букв или символов, то есть в виде цепей биомолекул. Мы давно привыкли к тому, когда информационное дискретное сообщение передается с помощью фиксированной последовательности букв русского или иного алфавита, с помощью телеграфных точек и тире, или даже с помощью последовательности единиц и нулей при записи двоичным кодом. Если же кодирование сообщений осуществляется при помощи букв и символов биологического алфавита, то мы почему-то, предпочитаем говорить не об информации, а о синтезе биополимерных цепей и их физико-химических свойствах, забывая о том, что это, в первую очередь, информационное сообщение, записанное химическим способом. Между тем, следует отметить, что эта удивительная естественная информационная нанотехнология позволяет не только строить, но и управлять различными биологическими макромолекулами, структурами и процессами живых систем.

    2. Синтаксический уровень информации - это когда комбинационный набор букв или символов упорядочен использованием кода. Известно, что любой язык, независимо от его принадлежности, имеет в своей основе алфавит, словарь и правила построения. Соединение букв или символов, образующих те или иные слова, также как и связь слов всегда подчинены определенным правилам. Очевидно, что генетический язык живой природы, точно так же как и полипептидный язык белковых молекул в своей основе имеют свой алфавит, синтаксис и свою семантику сообщений. Линейная запись сообщений в цепях биологических молекул во многом напоминает линейное построение записи различных слов, фраз и предложений с помощью букв русского или другого алфавита. На синтаксическом уровне передачи информации, используемые буквы или символы любого алфавита определяют лексику и грамматику. А при передаче информации используемые буквы или символы так же важны, как и состоящие из них коды. В молекулярной биологии в настоящее время известен только трехпозиционный генетический код, однако для решения различных биологических задач живая материя применяет различные коды и разные молекулярные алфавиты, например, аминокислотный алфавит и, соответственно, - многопозиционный аминокислотный код. Оказывается, что человек стал пользоваться примерно такими же принципами записи и кодирования информации, какими живая материя пользуется уже миллиарды лет. 3. Семантический уровень информации, определяется кодированием, которое применяется для передачи того или иного смыслового сообщения, обуславливающего ответную реакцию. К примеру, генетический код, как известно, отражает связь между триплетом оснований (нуклеотидов) и аминокислотой. Поэтому последовательность аминокислот в белке, то есть его первичная структура, обуславливается порядком расположения кодонов в структуре и РНК (а значит, и в ДНК). Следовательно, последовательность букв или символов и синтаксические правила формируют необходимые предпосылки для представления информации. В биологии, так же как и в технике, информация может записываться разными алфавитами и поэтому может передаваться в различных системах кодирования. В связи с этим информация в живой системе может записываться разными молекулярными кодами в структурах различных биологических молекул и иметь различное биологическое назначение. "Именно значение (семантика) превращает последовательность букв или символов в информационное сообщение" [1]. Значение всегда имеет виртуальный и умозрительный характер, оно никак не связано со свойствами материи или энергии.

Поэтому Информация не зависит ни от своих материально-энергетических носителей, ни от способов ее передачи, она имеет виртуальную, а, следовательно, нематериальную природу. Очевидно, что в ДНК важен не сам генетический код или способ передачи, а сама информация, то есть ее смысловое биологическое значение. И хотя общепризнанно, что биоорганическое вещество и химическая энергия являются фундаментальными основами жизни, однако сами по себе они не могут определить живое состояние. В связи с этим, одной из главных характеристик живых организмов является содержащаяся в их молекулярных структурах информация, которая собственно и обеспечивает выполнение всех их биологических функций.

Интегративный характер молекулярной информации указывает на то, что лишь она имеет право претендовать на ту особую роль в живой системе, которая раньше приписывалась "таинственной жизненной силе". В связи с этим, нам еще предстоит обозначить и утвердить главную аксиому живой материи: биологическая форма движения материи отличается от других форм тем, что ее структура обладает уникальным свойством единства трех активных составляющих - вещества, энергии и информации. Такое триединство является фундаментальным свойством живой материи и основным способом ее существования. А как оно осуществляется и каким образом информация участвует в управлении химическими процессами и биологическими функциями - нам еще предстоит разобраться. По этой проблематике биологическая наука находится лишь в начале пути, поэтому так остро и нуждается в новых идеях, обобщениях и гипотезах.

Похожие статьи




Характеристики информации - Секреты молекулярной информации

Предыдущая | Следующая