Статья по теме:
Идеи и гипотезы информационного управления на молекулярном уровне живых клеток
Калашников Юрий Яковлевич
Аннотация
Базовой основой организации биологической формы материи является генетическая информация, биологический (биохимический) алфавит и те закономерности молекулярной биохимической логики и молекулярной информатики, которыми пользуется живая природа при кодировании, передаче, преобразовании и использовании наследственной информации. Автор в этой статье предлагает конкретные идеи, гипотезы и концепции, которые, с его точки зрения, в наибольшей степени определяют информационную сущность биологической формы движения материи, а значит, и природу, и принципы её организации. Возможно, что это и есть тот подход, который заинтересует биологов, ищущих пути к изучению систем обработки и реализации наследственной информации в живых системах.
1. Об информационном дуализме и виртуальности (нематериальности) молекулярной кодированной информации
Для начала разговора об информационном управлении живой материей приведем цитату из статьи лауреата Нобелевской премии А. Львова, написанной в 80-х годах прошлого века, которая, видимо, отражает и современный взгляд биологов на молекулярную генетику - «науку о наследственности», он пишет: «Все знают, что генетический материал, геном, то есть совокупность генов, программирует структуру и функцию каждой клетки, развитие каждого организма и управляет ими. Кроме того, при посредстве генов осуществляется эволюция, которой мы обязаны самим существованием рода человеческого. Ген - в высшей степени интересная структура. Образованный двумя комплементарными нитями, каждая из которых берет на себя формирование, то есть синтез, другой нити, ген является и, вероятно, останется единственной «молекулой», способной «размножаться делением», то есть воспроизводить себя» [1].
Не, хотелось бы, разочаровывать биологов, но согласно информационным представлениям, любой ген (или геном) как материальный субстрат, сам по себе не может программировать, ни структуру, ни функции живой клетки (организма). Их может программировать только та наследственная информации, которая закодирована на этом носителе. Так получается потому, что ДНК, как и другие компоненты живого, по своей сути, представляют собой не только материальную основу живого, но они же, являются еще и носителями нематериальной сущности живого мира, а именно - кодированной молекулярной информации. Поэтому считается, что живая материя представляет собой как бы две неотделимые компоненты (вещество и информацию, если не считать третьей - энергетической), образующие с ней одно целое. Отсюда следует и теоретическое представление о молекулярной биологической информации как дуальной компоненте живой материи. Вследствие этого, любая структура или процесс, протекающий в живой системе, всегда должны рассматриваться с двух точек зрения, - с материальной и информационной, то есть, дуально.
Давно уже пора относиться к молекулярной (наследственной) информации как к самостоятельной дуальной и универсальной нефизической силе, которая является не только главным атрибутом, но и всеобщим свойством биологической формы движения материи. Пора уже признать, что живая материя существует благодаря информационному дуализму и функциональному триединству (триаде) её составляющих - вещества, энергии и информации [11]. Концепции дуализма и принцип триады могут разрешить многовековую проблему живого, так как материальные и нематериальные компоненты существуют в живой материи одновременно, более того они не могут существовать друг без друга. Поэтому «вопрос о приоритете материальной или нематериальной (информационной) сущности живого - это некорректно поставленный вопрос, следствие недопонимания существа живой материи» [2].
«Со времен великих греческих философов - Платона, который считался основоположником объективного идеализма и Демокрита - основателя материализма в европейской философии, в истории человеческой мысли прочно укрепилось два противоположных направления - материализм и идеализм. Материалисты утверждают примат материи над «идеями», идеалисты утверждают обратное. Сами великие основатели двух философских направлений, хотя и жили в одно и то же время, никогда не пытались опровергнуть друг друга, не опускаясь даже до взаимного отрицания. Более того, Платон в своей «Пармениде» развил диалектику «одного» и «иного» [2]. И кто знает, возможно, Платон интуитивно чувствовал, что «одно» и «иное» существуют одновременно, и что «одно», не может существовать без «иного». К примеру, наследственная информация в живой системе определяет биоорганическую структуру и химическую энергию вещества, а биоорганическое вещество является материальным носителем и энергии, и информации. Поэтому любой процесс, протекающий в живом мире - физический, химический, биологический, социальный, должен всегда рассматриваться дуально, то есть не только с материальной, но и с информационной точки зрения.
Этот момент почему-то смущает некоторых читателей, особенно тех «материалистов» которые считают свои догмы превыше фактических данных. Между тем, о наличии наследственной информации наслышан практически любой человек. При этом известно, что каждый триплет ДНК, является кодовым биологическим знаком обозначаемого объекта (в частности, соответствующей аминокислоты), а сам обозначающий объект (триплет нуклеотидов) приобретает двойственное (дуальное) значение, то есть он выполняет (играет) двойную роль, так как одновременно является и материальным компонентом и носителем нематериальной (виртуальной) сущности - кодированной информации.
«При этом «похожесть» обозначаемых и обозначающих объектов, вообще говоря, не прослеживается. Поэтому в рамках действующих физических, химических и логических законов можно закодировать все, что угодно, и всем, чем угодно. В силу этих обстоятельств обозначающий объект всегда реально существует и является сугубо материальным. Однако, очевидно, что кодовый знак не есть сам обозначаемый объект. Сам обозначаемый объект, может являться и реальным, и материальным, существующим параллельно, а может им и не являться. По этой причине сам кодовый знак этого изначального объекта, вполне может быть отнесен к «виртуальному» явлению.
Следовательно, материальный «мир кодовых знаков» уже сам по себе является «виртуальным миром» по отношению к реальным обозначаемым объектам» [3]. Все эти соображения, и главное, нематериальность самой информации, позволяет отнести молекулярную (кодированную) информацию к категории нематериальных, то есть виртуальных явлений живого мира. Виртуальный - синоним слова воображаемый или возможный, то есть реально не существующий, но допускающий формальное рассмотрение как «якобы существующий».
Так как же тогда узнать, закодирована ли информация на материальном носителе, или нет? «Анализ физических и химических свойств носителя здесь оказывается несостоятельным, так как не позволяет однозначно установить - несет ли такой носитель дополнительную нагрузку, содержит ли он, кроме своих физико-химических свойств, еще и кодированную информацию об обозначаемом объекте. Для ответа на такой вопрос необходимо знать язык кодирования либо иметь, хотя бы какие-то сведения об этом языке. В противном случае мы не сможем отличить материальный носитель, содержащий кодированную информацию, от природного образования, сложившегося естественным физико-химическим путем.
Однако существует всеобщий признак «диагностики» наличия кодированной информации на конкретном носителе. Он заключается в том, что в природе обязательно имеются: во-первых, некая система, которая нанесла на носитель код, то есть произвела кодирование; во-вторых, некая система (возможно, та же самая), способная воспринимать свойства этого носителя как код, способная правильно интерпретировать содержащуюся на носителе закодированную информацию» [3]. Опираясь на современные знания, можно утверждать, что каждая из таких систем является функциональным устройством логических (или биологических) элементов или цепью логических (или биологических) элементов.
«Всякий логический элемент включает в себя две части: материальную и логическую. Материальная часть построена из материальных «кирпичиков», физическая природа которых может быть любой. Простейший логический элемент производит, по крайней мере, одну элементарную логическую операцию над кодированной информацией, записанной на определенный материальный носитель на определенном языке кодирования. Логический (биологический) элемент, как и кодированная информация, имеет двойственную (дуальную) природу. С одной стороны, являясь субстанцией материального мира, он полностью подчиняется всем физическим и химическим законам. С другой же стороны, идущие логические (или биологические) процессы подчиняются законам логики» [3] или, в случае живой материи, - закономерностям молекулярной биохимической логики. Из простейших логических элементов строятся логические схемы практически любой сложности и конфигурации, а из биологических (биохимических) элементов живой материи могут быть построены любые биологические структуры и реализованы любые биохимические функции и операции. Логические (или биологические) законы - это существующие в природе и независимые от человека законы. Все что происходило и происходит в живой природе, есть результат проявления информационного дуализма, триединства вещества, энергии и информации и информационного взаимодействия, при котором живая материя использует универсальный язык живого - кодированную молекулярную информацию.
Бесспорно, что самое сложное в существующей проблеме информационного дуализма - это психологическое отношение к вопросам познания биологической формы движения материи. Во-первых, оно требует признания нематериальной (информационной) сущности живого, которая действительно управляет и регулирует всеми процессами живой природы, в том числе и процессами эволюционного развития. «При этом следует понимать, что дуализм отличается от двухстороннего рассмотрения явлений или процессов. При двухстороннем рассмотрении обе стороны рассматриваются независимо одна от другой, в то же время дуальный подход предусматривает и раздельное рассмотрение, и изучение их совместного проявления» [2]. Вещество и информация, слишком разные сущности, чтобы не видеть их присутствия в живой материи. Удивительно только, почему информационный дуализм, столь ярко проявляющийся в живой материи, до сегодняшнего дня не применяется биологами в качестве инструмента для изучения живой природы и принципов её организации?
Во-вторых, с точки же зрения автора статьи, при изучении всех явлений и процессов жизни, их следует рассматривать комплексно, учитывая и информационный дуализм, и всю триаду составляющих живой материи - вещество (материю), энергию и информацию в их структурном и функциональном триединстве (слиянии). Поэтому мировоззренческие основы биологии должны соответствовать не только критериям информационного дуализма живой природы, но и основному закону существования живой материи - триединству (триаде) вещества, энергии и информации в их совместном функциональном проявлении (слиянии). Очевидно, что концепция «дуализма» и принцип «триады» требуют существенного уточнения современных биологических знаний и пересмотра культа физико-химического направления в изучении живой материи. Только при таком подходе биологи могут быстрее ликвидировать те познавательные пробелы в исследовании живой материи, которые возникли в последние десятилетия.
2. Кодированная информация как главный атрибут и всеобщее свойство живой материи
Кодированная информация наряду с материей и энергией является не только основной фундаментальной сущностью нашего мира, но и одним из главных самовоспроизводящихся его ресурсов. Отметим, что по своему положению и природному статусу она является самой таинственной из этих трёх слагаемых. Информацию следует считать особым видом ресурса. При этом имеется в виду трактовка «ресурса» как запаса необходимых знаний и сведений о материальных предметах или энергетических, структурных или каких-либо других характеристик объектов, процессов или явлений. С кодированной информацией человек встречается на каждом шагу: в информационных технологиях, системах связи, в компьютерных технологиях, системах управления, в информационных системах живых клеток и т. д. В общем виде можно сказать, что «Информация - это закодированные данные или сведения о любом факте, явлении, объекте или процессе, которые вырабатываются, передаются, и воспринимаются той или иной системой». Здесь информация обозначена как содержательные данные и сведения, которые представлены только в закодированной форме.
«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 носителями и средствами, тем не менее, всегда выступает в виде автономного виртуального спутника своего носителя, то есть самостоятельного нематериального (абстрактного, умозрительного, дуального) природного явления. Поэтому кодированная информация является нематериальной (виртуальной) сущностью. Вспомним обобщение Норберта Винера, который в свое время недвусмысленно отметил, что: «Информация - есть информация, а не материя и не энергия. Тот материализм, который не признает этого, не может быть жизнеспособным в настоящее время». Между тем, анализ закономерностей кодированной информации приводит к твердому убеждению в том, что в основе всех явлений жизни лежит информация как универсальная нефизическая сила, определяющая не только все функциональные и биохимические процессы живого, но и обеспечивающая ведущие силы биологической эволюции живых систем.