Четверг, 06.08.2020, 14:13
Приветствую Вас Гость | RSS
Писака
Главная
Регистрация
Вход
Меню сайта

Категории раздела
Изобретения [21]
Иностранные языки [5]
Педагогика [1]
Учебные заведения [33]
Научные исследования [60]
Курсы [22]

Главная » Статьи » Наука и Образование » Научные исследования

Калашников Юрий Яковлевич. Молекулярная информация – это не миф, а виртуальная реальность . Часть 1
Несмотря на фундаментальную роль информации в различных биологических, технических, общественных и других процессах, мы почти всегда ощущаем затруднения с пониманием смысла и содержания этого слова. Даже в науке сохранились огромнейшие заповедные участки, где информации, несмотря на её ключевую роль, чрезвычайно мало уделяется внимания. Например, в молекулярной биологии и генетике до сегодняшнего дня не определены те силы и та информация, которые заставляют функционировать живую клетку. Биологи никак не могут определиться с понятием «Информация». До сих пор дискутируется вопрос: «Молекулярная информация: миф или реальность? (1,2) Как ни странно, но всё это происходит на фоне общеизвестных научных фактов, которые свидетельствуют о том, что генетические и информационные молекулярно-биологические технологии правят миром живого уже более 3,5 миллиардов лет! 1. Особенности информационных сообщений

«Информация» входит в круг самых удивительных явлений и таинственных сущностей нашего мира. С ней напрямую связаны не только феномены живого состояния материи, но и многие сложно организованные процессы, определяющие развитие биосферы, техносферы и ноосферы. Вопрос о том, что же стоит за понятием «Информация», обсуждается уже давно. Суть и значение этого слова трудно объяснить одной формулировкой. Между тем, этот термин уверенно вошел в нашу жизнь и широко применяется в науке, технике и на бытовом уровне. Информация имеет большое значение для каждого человека и общества в целом. Однако её восприятие обычно сопровождается особыми нюансами и иллюзиями.

И, действительно, термин «Информация» является настолько расплывчатым и неоднозначным, что мы постоянно испытываем затруднения с определением его смыслового значения. Оказывается, не только мы, но даже отцы-основатели подхода к «Информации» как к обще-планетарному явлению, не смогли оставить нам ясных и четких формулировок. В частности, широкую известность получила фраза Норберта Винера о том, что: «Информация – есть информация, а не материя и не энергия. Тот материализм, который не признаёт этого, не может быть жизнеспособным в настоящее время».

С тех пор многое изменилось в нашем мире. Теперь мы знаем, что, несмотря на нечеткость определения, а порой и на явное неприятие, «Информация» во всеоружии осуществляет планетарный диктат и правит не только молекулярно-биологическими системами, но и широко применяется в управлении обществом, на производстве, в технике, в управлении различными информационными устройствами и технологиями. Информация стала одной из главнейших составляющих и сущностей нашей жизни. Ясно, что это понятие слишком ёмкое и обширное, оно имеет различные виды и формы представления, категории и области применения.

Информация классифицируется по сферам применения (живой мир, человеческое общество, техническая) и назначению (научная, производственно-технологическая и др.); по форме существования (статическая, динамическая) и способу организации информационных процессов. Она отличается способами хранения и передачи, формами передающих сигналов, способами преобразования (кодирования) и т. д. В общем виде трудно охарактеризовать понятие «Информация», «она и понимается по-разному. Одни считают её свойством материи, другие признают существование информации только в системе управления [3]. Поэтому и нам, учитывая вышеизложенные обстоятельства, следует разбираться только с теми её видами и категориями, которые нас больше всего интересуют.

В общепринятом виде, «информация – это содержательные сведения (данные), заключенные в том или ином сообщении. Сообщением может быть телеграмма, какой-либо текст, значение контролируемого параметра, команда управления и т. п.» [4]. Информационные сообщения могут быть записаны при помощи разных алфавитов, выражены различными языками или могут быть закодированы и переданы при помощи разнообразных материальных или энергетических средств.

Информацию мы способны воспринимать – видеть, слышать или осязать. Органы чувств даны нам для ввода внешней информации. Посредством различных сообщений информация попадает в человеческий мозг, где «она записывается, преобразуется» и становится способной воздействовать на наш разум, сознание и поведение. Она становится той реальностью, которая через человеческий язык способна приводить человека сначала к размышлению, а затем и к действию. Следовательно, информация является такой сущностью, которая способна через сигнальную форму представления, привести любую сложную систему (в том числе и живой организм) к функциональному управлению. Очевидно, что информация не может передаваться «сама по себе», но, внедрившись посредством информационных передач (сообщений), к примеру, в структуру ДНК, она уже становится тем смысловым и программным содержанием живой системы, от которого зависит развитие, построение и функциональное поведение целостного организма.

Важно отметить, что «сообщение может иметь форму, неприспособленную для передачи, хранения и других информационных процессов в автоматизированных системах. В связи с этим применяются различные способы преобразования сообщения, такие, как дискретизация, кодирование, модуляция с целью получения оптимального сигнала. Сигналом называется средство передачи – переносчик сообщения. В общем виде сигнал – это однозначное отображение сообщения, всегда существующее в некотором физическом воплощении [4]. Информационные сообщения могут быть записаны при помощи разных алфавитов, выражены различными языками или могут быть закодированы и переданы при помощи разнообразных материальных или энергетических средств

Следовательно, информация, через информационные сообщения и сигнальную форму представления, способна циркулировать и действовать в обществе, в биологических и сложных технических системах управления. А её путь и движение можно проследить при помощи информационных сообщений. К сожалению, мы до сих пор воспринимаем существование информации только на интуитивном уровне, как нечто неосязаемое, но способное играть большую роль во всех областях человеческой деятельности. Поэтому, даже в наш просвещенный век некоторые исследователи пытаются оспорить реальность существования информации на том основании, что она нематериальна, или пытаются определить её сущность через влияние «Высшего разума». В связи с этим, роль информации как реально значимой субстанции или принимается и учитывается (к примеру, в технических системах), или отрицается (например, в биохимических процессах), или же, наоборот, воспринимается, однако, в роли какой-то необъяснимой мистической сущности.

Кодирование информации, 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 технике, но и в биологических системах. Именно с кодированием связано одно из замечательных свойств живой клетки, – возможность хранить, передавать и обрабатывать генетические сообщения.

Заметим, что «информация обнаруживает сходство с энергией: последняя выражает не свойства носителя самого по себе, а его способность совершать работу, то есть отношения, внешние для носителей» [3]. Аналогичные отношения существуют между информацией и материально-энергетическими субстратами её записи, хранения и передачи. Известно, что кодируемая информация в любых сообщениях всегда записывается материальными или энергетическими средствами. При этом она формируется и существует как бы отдельной, хотя и виртуальной составляющей, но вполне самостоятельной субстанцией. Информация независима от физико-химических или энергетических свойств носителя, но «телесно» неотделима от своего переносчика. Ясно, что информация здесь становится виртуальным спутником своего носителя, поэтому при исчезновении переносчика исчезает и сама информация.

«Информация, разумеется, не вещественна и не существует отдельно от вещественно-энергетического субстрата как своего носителя; однако, через субстрат она воздействует на органы чувств и через ощущение вызывает мысли и чувства. Если мы допустим, что информация не существует, то будем обязаны принять, что несуществующее воздействует на материальный мир» [3]. Это очень важное замечание, потому, что нашей бедой, по-видимому, является тот факт, что мы привыкли рассматривать информацию как некую «бестелесную» и абстрактную, почти «одухотворённую» субстанцию, существующую как бы отдельно от своего материального или энергетического носителя. Мы забываем о том, что нельзя получить информацию без материально-энергетических средств её записи, хранения, преобразования и передачи.

Интересно, что информация в закодированном виде всегда имеет виртуальную сущность, то есть она физически неотделима от своего носителя, а в восприятии реально значима только для «посвященных» (потребителей информации). К примеру, информация в данной статье кодируется с помощью 33 букв алфавита русского языка и должна быть понятна человеку, владеющему русским языком. А чтобы эта информация стала реальной и понятной, допустим, для китайца, её следует перекодировать, то есть перевести на китайский язык и записать иероглифами. В этом, видимо, и заключается особое свойство закодированной информации как виртуальной реальности. Виртуальная информация циркулирует в средствах массовой информации, и мы получаем сведения о реальных событиях. Поэтому виртуальная реальность сейчас определяется как актуальная, событийная реальность, которая реально значима в настоящий момент времени.

Виртуальность – это не только та виртуальная реальность, которая создается компьютерными технологиями. Пребывая в виртуальном мире интересной книги, мы порой и не задумываемся о том, что такую возможность дарит нам кодируемая информация. Человек научился обманывать свои ощущения, свою сенсорную систему, погружая себя в пространство виртуальной реальности. Сейчас можно только догадываться о перспективах развития информационных технологий, позволяющих создавать феномены и эффекты виртуальной реальности, когда окружающая обстановка виртуальна, а ощущения, которые мы испытываем, вполне реальны.

Молекулярная информация не исключение, она, как и любая другая кодируемая информация обладает свойствами виртуальности. Однако здесь информация кодируется при помощи элементарной формы органического вещества (нуклеотидов, аминокислот и других мономеров), поэтому записывается в линейные и трёхмерные структуры биологических молекул и реально существует только в молекулярно-биологическом воплощении. А живая материя – это уже объективная реальность, данная нам в ощущениях. Отсюда следует, что реальность молекулярной информации может быть доказана. Важно отметить, что виртуальная реальность здесь – это реальность и значимость отдельного дискретного (биологического) объекта, которая обусловлена эффектом сложения (слияния) трёх активных составляющих живого: вещества, энергии и информации [6].

Биологи не могут определиться с понятием «молекулярная информация» по ряду причин. Одна из причин, видимо, заключается в том, что для своих потребителей закодированная информация всегда ясна, реальна и значима, а для непосвященных она не имеет никакой ценности, поэтому и воспринимается как случайный набор букв, иероглифов или знаков. Только тогда информация для нас существенна и реальна, когда мы понимаем её смысл и содержание.

Мы еще не посвящены в сферу информационных отношений живой материи, поэтому и не видим реальности существования молекулярной информации. В настоящее время наукой определены лишь некоторые фрагменты, подтверждающие существование генетической информации и управляющей системы живой клетки. Очевидно, что когда исследователи расшифруют весь спектр кодовых посылок и смыслового содержания различных молекулярных сообщений, передаваемых геномом, то тогда и для нас молекулярная и биологическая информация станет реально значимой сущностью.

Особое свойство закодированной (виртуальной) информации, видимо, и заключается в том, что она способна быть действующей силой только в той системе, которая воспринимает её как смысловую сущность, то есть, где она становится реальностью. Работа живых и сложных технических систем может быть обеспечена потоками и циркуляцией той информации, которая реально значима и дееспособна в данной системе. Поэтому любая сложная система способна пользоваться только той информацией, которая свойственна её природе. К примеру, информация биомолекул одного организма, как правило, не тождественна информации биомолекул другого организма, поэтому биомолекулы могут участвовать в информационных процессах только своих организмов.

Очевидно, что информация в закодированном виде – это та виртуальная реальность, которая как сущность может восприниматься, воспроизводиться и генерироваться только живыми субстанциями: в одних случаях клетками (молекулярная информация), в других – живыми существами (например, пчелами) и в, особенности, – человеческим мозгом. Поэтому, можно считать, что древними прародителями кодируемой информации как виртуальной реальности, являются первые живые молекулярно-биологические системы.

Только живая система и, в частности, человек, воспринимает информацию как реальную движущую силу, способную управлять объектами, структурами и процессами. Ясно, что функционирование живых и сложных технических систем, в первую очередь, обеспечивается потоками и циркуляцией информации. К примеру, клетка без источника информации (ДНК) и её циркуляции быстро теряет свою жизнеспособность. Это происходит потому, что для клетки информация является реально необходимой и весьма значимой сущностью. А человек сам является конструктором и создателем различных сложных технических устройств, «вдохнувшим» виртуальную реальность (в виде программного обеспечения) в структуру этих систем. Поэтому без соответствующего обслуживания технические системы также теряют способность к функционированию и через некоторое время превращаются в груду ненужного металлолома и косного хлама.

Информационные передачи всегда предусматривают наличие источника информации и её потребителей, они предусматривают и сигнальный способ передачи сообщений, содержательные сведения которых принято называть информацией. Прослеживая пути и движение различных сообщений всегда можно проследить путь и движение информации. Поэтому следует признать, что в чистом виде, голой информации, без её фиксации, в природе не существует. Как правило, в живой природе, в обществе, на производстве и в технике информационные сообщения существуют только в виде тех сведений и тех данных, которые хранятся, передаются и записываются в сигнальной форме представления, всегда существующей в некотором физическом воплощении

При этом, информация может быть перекодирована без потери её содержания и смысла не только с одного языка на другой, но и из одного её сигнального вида в другой вид, из одной её формы представления в другую форму. «Сигнал может нести информацию о событии, то есть однозначно находиться в соответствии с ним. При определенных условиях сигнал может быть преобразован и восстановлен без потери информации. В информационных технических системах наиболее широко используются электрические сигналы, с переносчиком в виде синусоидального или импульсного тока и напряжения» [4].

В живых молекулярно-биологических системах элементарные переносчики, также как и сами носители информации считаются пока еще невыявленными и неопределёнными. Между тем, игнорирование биологами информационной составляющей биомолекул до крайности тормозит изучение и исследование живой материи. Отсюда, как следствие, наблюдается мировоззренческое отставание молекулярной биологии и топтание на месте. По всей вероятности, это следствие господствующего влияния культа физико-химического направления, традиционно доминирующего в молекулярной биологии.

Многие исследователи уже давно интуитивно чувствуют, что без информационной составляющей существование живого немыслимо. Поэтому сейчас в Интернет можно найти различные теории и гипотезы существования информации живого: от синергической теории – до голографической концепции; от лазерной, квантовой, волновой и до обычной двоичной, шифруемой единицами и нулями. И не удивительно, что актуальной задачей в молекулярной биологии становится поиск и определение, как переносчика информации, так и средств её записи, хранения, обработки (перекодирования), передачи и реализации

Автор этой статьи, сам того не замечая, тоже включился в гонку идей и концепций об информационной сущности живой материи. Он полагает, что в качестве элементарных сигналов в живых клетках используются химические сигналы различных био-логических элементов – нуклеотидов, аминокислот, простых сахаров, жирных кислот и других мономеров с переносчиком информации в виде их боковых атомных групп. Отсюда следует, что элементарной единицей информации в биологической макромолекуле является любой био-логический элемент (типовой мономер), входные и выходные цепи (функциональные группы) которого служат для фиксации элемента в молекулярной цепи. А боковая атомная группа (или группы) био-логического элемента как раз и является тем элементарным физико-химическим сигналом, с помощью которого осуществляется воплощение информации, то есть кодовая форма записи информации!

Наглядный пример: сообщение в цепи ДНК или РНК кодируется в виде последовательности нуклеотидов, а переносчиками генетической информации являются азотистые основания – «боковые» атомные группы нуклеотидов. Соответственно, и в полипептидной цепи белка это сообщение записывается в виде последовательности аминокислот, где элементарными переносчиками информации являются их боковые R-группы. Этот пример показывает, что различного рода сообщения в живой клетке записываются и переносятся только в структурах биологических молекул. А биологические молекулы повсеместно несут ту информацию, которая определяет их функциональное поведение в живых системах. Таким образом, живые молекулярные системы применяют химический принцип записи информации, а для кодирования используют элементарную форму органического вещества (мономеры).

Поэтому элементарные химические сигналы определяются соответствующими био-логическими элементами, выступающими в качестве единиц молекулярной информации. К примеру, каждая из 20 типовых аминокислот, – кодирующих единиц белковых молекул, характеризуется своим индивидуальным набором структурных и химических свойств. Причем, аминокислоты отличаются друг от друга только вариабельными боковыми цепями – R-группами. Они подразделяются в зависимости от структурной конфигурации боковых атомных групп, их химических свойств и особенностей. По характеру заряженности боковых R-групп и их полярности, аминокислоты классифицируются: «на полярные или гидрофобные; полярные, но незаряженные; полярные с отрицательным зарядом; полярные с положительным зарядом. Внутри каждого класса имеется определённая градация по полярности, размерам и форме R-групп» [5]. Поэтому в живой системе для представления информации применяется широкий спектр физико-химических свойств и структурных особенностей различных био-логических элементов.

В связи с этим, отдельно необходимо подчеркнуть, что широкий диапазон природных свойств и качеств различных элементов является базовой основой сигнальной формы представления молекулярной биологической информации! Носителями единичной информации в биологических молекулах являются биохимические элементы (типовые мономеры), а их специфические боковые атомные группы – это и есть те элементарные химические сигналы, при помощи которых осуществляется кодирование, передача, а также воплощение и реализация информации в различных биологических процессах! Все химические буквы и символы общего алфавита живой материи являются кодирующими единицами молекулярной информации. Поэтому для кодирования информации в живых клетках широко применяется комбинационный принцип использования химических букв и символов общего алфавита и позиционная система представления с фиксированными дискретными данными.

Как мы видим, – первая закодированная информация появилась на Земле более 3,5 миллиардов лет тому назад! И это была «буквенно-символьная» информация биологических макромолекул. Можно без преувеличения сказать, что химический способ представления информации стал именно тем гениальным изобретением природы, с помощью которого была подведена черта под химической эволюцией материи, и были открыты необъятные дали и непредсказуемые пути великой эволюции – биологической.

При этом живая природа оказалась настолько искусным шифровальщиком и применила на молекулярном уровне такие системы кодирования и программирования, которые гарантировали сохранность тайн живой формы материи буквально до наших дней. И только в начале второй половины 20 века был открыт генетический код, и была сформулирована проблема действия генов как расшифровки закодированных в них сообщений. К сожалению, среди биологов не оказалось квалифицированных криптографов, которые могли бы расшифровать остальные коды и различные линейные и пространственные кодовые комбинации молекулярных био-логических элементов (мономеров), используемые в структурах биологических макромолекул для передачи информационных сообщений. Следовательно, первым важнейшим условием, обусловившим возникновение живой материи, явилось наличие совершенной и качественной молекулярной элементной базы, которая, как известно, состоит и формируется более чем из 30 типовых молекулярных мономеров. Только благодаря наличию элементной базы, живая природа с большим успехом освоила удивительные химические методы кодирования молекулярной информации и уникальные способы переноса и загрузки программной информации на молекулярные носители – биологические молекулы. Ясно, что различные информационные коды в молекулярной системе записываются химическим способом и поэтому переносятся непосредственно в структурах биологических макромолекул. Всё это стало возможным благодаря замечательным свойствам применяемых био-логических (биохимических) элементов.

Очевидно, что размещение био-логических элементов в пространственной решетке трёхмерных биологических макромолекул является более совершенным способом их организации, чем размещение логических элементов на плоской поверхности микросхем. Размещение био-логических элементов в трёхмерных структурах макромолекул, как известно, осуществляется стереохимическим способом, поэтому сами элементы оказываются как бы упакованными «горизонтальными слоями на вертикальных уровнях». Таким образом, в живой материи была достигнута невероятная плотность записи как линейной, так и стереохимической информации, так как её кодирование в структурах макромолекул осуществляется на субмолекулярном уровне, с помощью боковых атомных групп молекулярных био-логических элементов – нуклеотидов, аминокислот, простых сахаров, жирных кислот и других мономеров.

Информация, как самостоятельная категория, по мнению автора, возникла так же давно, как и сама живая материя. Можно сказать, что информация, в первую очередь, стала главной сущностью живой природы, а появилась она на свет вместе со способностью биологических молекул кодировать и передавать информационные сообщения. Очевидно, что только замечательная триада – молекулярная информация, химическая энергия и органическое вещество могла обеспечить появление, существование и развитие живой материи. А молекулярный носитель информации положил начало молекулярно-биологической технологии переработки информации, а значит, и соответствующим преобразованиям тех молекулярных компонентов биоорганического вещества, в структурах которых осуществлена запись информации [6, 7].

Обратим внимание, что сегодня понятие «Информация» рассматривается в контексте с возможностью её хранения, передачи и вероятностью её автоматизированной переработки. В первую очередь, с этим понятием связана новая область научно-технической деятельности человека – «Информатика», наука о преобразовании информации, базирующаяся на применении современной компьютерной техники. Информатика, в частности, занимается и методами разработки информационного обеспечения ходом управления не только материальными объектами, но и процессами любой природы, вплоть до интеллектуальных и виртуальных процессов. Видимо в силу этих обстоятельств и молекулярные биологи пытаются перевести четырехбуквенный язык ДНК и двадцатибуквенный язык белковых молекул на двоичный цифровой язык. При этом они забывают, что появление самого цифрового двоичного языка было обусловлено лишь техническими возможностями логических элементов, которые применяются в микросхемах компьютеров.

Известно, что двоичные коды получили широкое распространение главным образом из-за простой аппаратурной реализации логических операций, двоичных арифметических действий, а также из-за простоты изготовления переключающих и аппаратных устройств для записи, передачи и запоминания сообщений. Кроме того, к моменту применения цифровых устройств были хорошо разработаны и теоретические основы алгебры логики, где рассматриваются двоичные переменные. Очевидно, что важнейшим условием, обеспечившим бурное развитие и широкое распространение различных цифровых систем и компьютеров, стало появление микропроцессоров и больших интегральных логических схем, содержащих значительное количество логических элементов. Возможно, поэтому мы теперь подвержены соблазну всё и вся исследовать и моделировать с помощью компьютерных технологий, в том числе структуру и функциональное поведение биологических молекул.

При этом мы забываем о том, что живые системы уже миллиарды лет пользуются своей специфической программной биохимической логикой управления, а в основе их функционирования лежит своя собственная молекулярная биологическая информатика. Для решения информационных и функциональных проблем, живые клетки имеют собственное программное и энергетическое обеспечение. Они обладают своими сложными молекулярными биологическими аппаратными и биопроцессорными устройствами и применяют свои специфические молекулярные био-логические элементы, которые реализуют элементарные функции молекулярной биохимической логики и информатики.

Мы забываем о том, что живые системы уже давно и успешно пользуются своими генетическими и молекулярно-биологическими информационными системами и технологиями. А тот развернувшийся информационно-технологи-ческий бум, который наблюдается в начале 21 века, является лишь малой верхушкой того великого айсберга информационных систем и технологий, который лежит в основе фундамента нашего мироздания. Поэтому нам, видимо, легче будет перестроить технические информационные системы на «новую» био-логическую элементную базу и молекулярно-биологические принципы функционирования, чем понять сущность живых систем с помощью компьютерных технологий.

ПРОДОЛЖЕНИЕ

Данная статья была опубликована в Интернет на сайте: http://new-idea.kulichki.com/ 15.12.2006г.

Список литературы

1. Вадим Репин. Молекулярная информация: миф или реальность? Полемика с Александром Викоруком. («НГ-наука», №2, 16 февраля 2000г). – Интернет «НГ-наука», №06 (42) 20 июня 2001г. 2

. Александр Викорук. Метафоры вместо информации. Полемика с Вадимом Репиным. («НГ-наука», №3, 17марта 1999г. и №9, 20 октября 1999г.). – Интернет «НГ-наука», №06 (42) 20 июня 2001г.

3. Н. А. Заренков. Теоретическая биология. – Изд. Московского университета, 1988.

4. В. А. Ильин. Телеуправление и телеизмерение. – М: Энергоиздат, 1982.

5. А. Ленинджер. Основы биохимии. Перевод с англ. в 3-х томах – М: Мир, 1985.

6 . Ю. Я. Калашников. Триединство вещества, энергии и информации – основной принцип существования живой материи. Дата публикации: 30. 06. 2006г., источник: SciTecLibrary.ru; сайт http://new-idea.kulichki.com/ , дата публикации: 07.12.2006г.

7. Ю. Я. Калашников. Основы молекулярной биологической информатики. – М., 2004. – 66с. – Депонир. в ВИНИТИ РАН 13.04.04, №622-В2004, УДК 577.217:681.51

8. Ю. Я. Калашников. Ферменты и белки живой клетки – это молекулярные биологические автоматы с программным управлением. Дата публикации: 30 июня 2006г., источник: SciTecLibrary.ru; сайт http://new-idea.kulichki.com/ , дата публикации: 13.12.2006г.

Категория: Научные исследования | Добавил: --- (14.10.2007)
Просмотров: 1434
Форма входа

Поиск

Наш опрос
Какая скорость Вашего Интернета
Всего ответов: 297

Статистика
Каталог популярных сайтов


Copyright © 2020, Интернет библиотека интересных статей
Сайт управляется системой uCoz