Информация вокруг нас

Поэтому когда советский  биофизик Блюменфельд  утверждает: “Согласно физическим критериям, любая  биологическая система упорядочена  не больше, чем кусок горной породы того же веса”, то он, конечно, в чем-то прав. Энтропия камня и кошки, имеющих одну массу и одну температуру, может быть практически одинаковой, но информационное содержание у них существенно разное. Упорядоченность их на самом первом, термодинамическом уровне одного порядка (оба тела относятся к твердым, а не к жидкостям или газам), но сам факт жизни ясно указывает, что одного только параметра энтропии здесь явно недостаточно. Значит и недостаточно только термодинамических (статистических) законов для описания жизни. Ноль энтропии достигается при абсолютном нуле, но почему-то при низких температурах расцвета жизни не наступает. Там есть сверхпроводимость и сверхтекучесть (последствия низкой энтропии), но там нет сверх-информативности. Таким образом, Блюменфельд совершенно не прав, сводя все биологические законы только к основным законам физики. Каков же главный признак, по которому можно различить термодинамически равноупорядоченные тела или системы?

 

9. ИНФОРМАЦИОННАЯ  СИСТЕМА  ИЕРАРХИЧНА

Информация строится по уровням от цели к смыслу и ниже. Эту ступенчатую, иерархическую последовательность она сохраняет и дальше. Главная цель информационного сообщения только одна, хотя могут быть и сопутствующие, подчиненные цели. В соответствии с целью строится и прочая структура сверху вниз.

Пример – живая клетка. Цель — обеспечение роста и воспроизводства. Для этого требуются хранилище наследственной информации, аппарат ее использования, аппараты питания, дыхания и прочие. В каждом из них (в каждой органелле) идут свои строго определенные реакции: где синтез белков, где их распад, где изменение структуры, где копирование участка ДНК и т.д.  почти до бесконечности, но все подчинено общей цели, каждый процесс контролируется во имя общей единой цели всей клетки, или живого объекта в целом. Получается опять же ступенчатая, пирамидальная система подчинения всех частей общему делу и устройству.

А в термодинамике  совсем не так. Там иерархия не нужна. Выстроились все частицы по линеечке — вот вам и минимум энтропии. Простейший синтаксис, простейший смысл и простейшая цель — сохранять кристаллическую решетку, пока тебя не нагрели.

 

 

10. ИНФОРМАЦИЯ  И  ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ

Итак, взглянув на живую  клетку в электронный микроскоп, мы увидим потрясающее количество совершенно явно записанной информации. Хромосома (молекула ДНК) представляет собой целую книгу, написанную словами (генами), состоящими из 4-х букв — нуклеотидов, повторяющихся в разных комбинациях. Налицо уже два низших уровня информации: набор символов, знаков и его синтаксис. Эта книга (более похожая на перфоленту) частично переписывается на другую подобную же ленту — информационную РНК, а та в свою очередь на белок, задавая его структуру. Алфавит языка белков содержит уже не 4 буквы, а 20, и каждое “слово” из трех “букв ДНК” означает одну “букву” белка — аминокислоту. Клетка обладает особым механизмом контроля за правильностью переписывания и “перевода” информации с языка ДНК на язык белка. Белок, будучи “списан” и составлен правильно, должен выполнить свою задачу в клетке: послужить катализатором какой-то другой реакции, к примеру. Смысл существования данного белка и состоит в том,  чтобы он исполнил свою роль. В этом состоит семантический уровень переписанной из ДНК информации, т.е. ее значение. Совокупность значений всей информации клетки в том, что она растет, воспроизводит себя и выполняет какие-то функции в организме. Это целевой уровень информации.

Если мы имеем дело с информацией, то она должна подчиняться  своим законам, которым подчиняется  во всех человеческих — гораздо более примитивных и грубых — информационных системах. На всех уровнях мы ясно видим передаваемую информацию жизни: набор символов, знаков, синтаксис, значение. Приемником информации может послужить человеческий разум, если он наблюдает всю картину. Если же наблюдатель-человек отсутствует, то приемником информации служит Сам ее Источник. Подобным образом и конструктор самолета, наблюдающий за испытательным полетом, сам является и источником и приемником информации.

 

 

11. ИНФОРМАЦИЯ В БИОСИСТЕМАХ

 

Жизнь проявляется в  необычайном разнообразии форм. Даже одноклеточные организмы при  всей своей кажущейся простоте более  сложны и целенаправленны по своему замыслу, чем любые человеческие изобретения. И хотя материя и энергия неизбежно являются фундаментальными основами жизни, сами по себе они не определяют принципиальной разницы между живыми и неживыми системами. Одной из главных характеристик всех живых организмов все же является содержащаяся в них информация, которая-то и обеспечивает их жизнедеятельность (выполнение всех жизненных функций, генетическое воспроизводство).

 

Вне сомнения, самой сложной  системой обработки информации из всех существующих является человек. Если учесть все информационные процессы человека, как сознательные (язык; информационно управляемые осмысленные действия), так и бессознательные (информационно управляемые функции органов; гормональная система), они будут эквивалентны обработке 10²⁴ бит ежедневно. Эта астрономическая цифра в миллион раз больше суммы человеческих знаний в 10¹⁸ бит, собранной в библиотеках всего мира.

 

 

12. ИНФОРМАЦИОННЫЙ КОД В БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ

Эволюционисты считают  Хаос или Случай источником информации, но им необходимо еще объяснить появление  алфавита, языка и приемника информации. В случае с ДНК алфавитом является генетический код, языком – биологический смысл синтезированных белков/РНК, приемником информации – аппарат трансляции белков.

 

Белки – основное вещество живых организмов, образующее, в частности, такие важные вещества, как ферменты, антитела, гемоглобины и гормоны. Эти вещества являются определяющими и для отдельного организма, и для вида в целом. Только лишь в человеческом теле есть не меньше 50 000 различных белков. Их структуры кодируются с помощью ДНК. Все белки в живых организмах состоят из 20 различных аминокислот, связанных в определенном порядке. Каждая аминокислота кодируется с помощью цепочки аминокислот в ДНК.

Сегодня ДНК понимается как молекула, содержащая химические коды, определяющие формирование всех организмов от дрожжей до человека. Примечательно, что молекула состоит из длинной цепи сахара (S) и фосфатов (P) со связями A, C, G, T (аденина, цитозина, гуанина и тимина), которые имеют общее название "нуклеотиды". Строение молекулы выглядит так:

Цепи - S - P - S - P - являются "боковыми перилами", упорядочивающими "ступени лестницы". Их повторяющаяся структура позволяет предположить, что они не способны представлять собой информационный код. Особый порядок ступенек, выстроенный всего из четырех букв (A, C, G, T), выступает носителем кода. "A" соединяется исключительно с "T", а "C" - только с "G". Для воспроизводства белков живой организм "расстегивает" как молнию лестницу на две половины посредине вдоль линии связей (обозначенных символом "="). Освобожденные "буквы" ACGT (нуклеотиды) транскрибируются в идентичную половинчатую "лестницу", называемую "информационная рибонуклеиновая кислота" (иРНК), комплементарную начальной последовательности (С занимает место G, а А занимает место Т, в то время как Т заменяется на соответствующем месте похожим химическим соединение урацилом (U). Затем иРНК-копия покидает клеточное ядро и переносит содержащуюся информацию в окружающую его цитоплазму, где формирует основу для производства белка клетки. При таком процессе изначальная ДНК ядра остается без изменений, что является необходимым условием сохранения индивидуального генетического кода организма. Вся эта удивительная последовательность иногда приравнивается к сложному производству, на котором рабочие копируют из первоисточника на бумагу (иРНК) информацию (ДНК), сохраняемую в главном бюро (ядро клетки), которая затем передается на нижние этажи в рабочие цеха (цитоплазма клетки), где она применяется в целях строительства, обслуживания, ремонта и использования оборудования (белков), необходимого для производства продукции (жизни).

Нуклеотиды ACGT(U) образуют трехсимвольные "слова" (называемые "кодоны") и обычно выполняют селективную роль, поступательно выбирая для создания белка одну из двадцати аминокислот. Два вида селекторных кодонов (в зависимости от конкретного случая) используется в качестве кода "Начать", и три - в качестве кода "Закончить". Когда аминокислоты выбираются из цитоплазмы в соответствии с информацией иРНК, они выстраиваются в порядке, необходимом для воссоздания именно того белка, в котором организм испытывает потребность и который он воспримет (такой белок обычно не сходен с белком другого представителя одного и того же вида, т.е. белок родителей и детей). Однако, нетипичный белок, попадая в кровь, обычно отторгается иммунной системой организма как чужеродный, таким образом, защищая последний от болезни. Все настолько сложно, что Френсис Крик, получивший Нобелевскую премию за расшифровку генетического кода, писал:

"Честный человек,  вооруженный имеющимися у нас  сегодня знаниями, может лишь  утверждать, что, в определенном  смысле, возникновение жизни кажется  почти чудом, ведь так много  условий, которые должны были быть выполнены, чтобы она появилась".

 

13. ПЛОТНОСТЬ ИНФОРМАЦИИ В БИОСИСТЕМАХ

Самая высокая известная  нам плотность информации наблюдается  в молекулах ДНК, которые содержат в себе гены живых клеток. Эти  биохимические вместилища информации имеют 2 нм в диаметре (10⁹ нм = 1 м) и закручены в спираль с шагом 3,4 нм. В результате объем такой спирали составляет 1,068x10^-20 см³. Каждая спираль содержит десять химических символов (нуклеотидов), чем достигается плотность информации 9,4х10²⁰ знаков на см³. Поскольку содержание информации в каждом из четырех разных нуклеотидов, составляющих ДНК – 2 бита, то статистическая плотность информации в ДНК – 1,88х10²¹ бит на см³.

Интересно сравнить эти  величины с высочайшей плотностью информации в искуственных кремниевых микросхемах. Современный (1990г.) 1-Мбитовый DRAM (dynamic random-access memory) позволяет хранить 1048576 бит информации на площади примерно 50 мм². В таком устройстве, толщиной примерно 0,5 мм, плотность хранения информации составляет 42000 бит/мм³, или 4,2х10⁷ бит на см³. Информационная емкость ДНК, носителя информации живых существ, в 4,5х10¹³ раз выше, чем у мегачипа! Общая сумма информации, собранной во всех библиотеках мира, оценивается в 10¹⁸ бит. Если бы эта информация была записана в молекуле ДНК, для нее хватило бы одного процента объема булавочной головки. Если бы вся эта информация была бы записана с помощью мегачипов, то высота их, сложенных в стопку, была бы больше расстояния от Земли до Луны.

Эффективность ДНК так  высока потому, что ДНК – трехмерная молекула, а чип – двумерное хранилище информации. Кроме того, в чипе возможна лишь двухвариантная коммутация, что ведет к двоичному коду, а ДНК, с четырьмя различными нуклеотидами, имеет четверичный код, при котором одно состояние уже представляет два бита. Кроме того, даже самая продвинутая технология сверхвысокого уровня интеграции не дает нам возможности управлять чем-либо на уровне единичной молекулы.

Как носитель информации, молекула ДНК эффективней  кварцевых произведений высокой человеческой технологии в 45 миллионов раз. 

 

 

14. АРХИВИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В БИОСИСТЕМАХ

В микробиологии  доказано существование совмещенных (спаянных) генов, информация в которых  читается повторным прохождением по одной и той же последовательности ДНК (гену) со сдвигом "рамки", когда одни и те же генетические "буквы" читаются с разной начальной точки, давая в результате совершенно иную аминокислотную последовательность.

Обратимся к примерам из микробиологии, касающихся спаянных генов. Взгляните на самый простой бесклеточный организм, который микробиологи называют бактериофаг jX174. Он примечателен тем, что не содержит достаточно информации, чтобы воспроизвести собственный белок, прочитав свою ДНК лишь один раз. В качестве иллюстрации представим часть ДНК jX174 в сильно укороченной форме посредством следующей последовательности генов, обозначенных как D, E и J: где "SrD" означает "Старт D" (точка инициации, начало гена) и "SpD" – "Стоп D"; "Ser" – аминокислота серин, "Asp" – аспарагиновая кислота и т.д. (последовательность выше сильно укорочена в целях упрощения обсуждения, т.к. ген "D" фактически имеет 1389 нуклеотидов в длину).

Суть в следующем: при  первом чтении ДНК гена "D", код начинает читаться с нуклеотида №1 и заканчивает на нуклеотиде №21. Но такое количество информации недостаточно, для синтеза белка. Однако в коде гена G (но не в последовательности 123 456 789), начинаясь на нуклеотиде №8, имеется другая последовательность, оканчивающаяся на нуклеотиде №16, а также коды другой аминокислоты. Наконец, начиная с нуклеотида №21 (отсутствующего во всех предыдущих трехзначных последовательностях), начинается последовательности гена J.

Коротко говоря, эти кодоны читаются первый раз с начала, давая последовательность для гена D, до стоп-кодона. Затем код читается заново со смещением точки начала транскрипции в гене D ("сдвиг рамки") и дает белок гена Е, и таким образом, путем дифференцированного подбора последовательностей аминокислот, при использовании идентичного ряда нуклеотидов, воспроизводится полноценный белок (следует заметить, что последовательности нуклеотидов значительно укорочены; фактически, установлены последовательность от 40 до 600 аминокислот).

Можно сказать, что в  этом случае код заключен внутри кода. Это удивительное достижение «слепого естественного отбора», даже в наш век компьютерных возможностей никто из опытнейших программистов и не мечтал бы повторить. Также оно говорит и в пользу того, что "случайный танец атомов", воображаемый многими учеными-атеистами и используемый ими для объяснения сложности мира, просто научная недобросовестность. Разве не разумнее было бы предположить, что, будь случай причиной возникновения жизни, встречалось бы огромное количество лишних или ненужных кодов в ДНК, а не такая лишенная излишеств поразительная точность, как описано выше?

Чтобы представить себе всю сложность проблемы, попробуйте написать фразу, скажем, из пятидесяти букв (без пробелов), в которой  будет содержаться начало мысли  и которая может быть закончена, если перечитать фразу, поставив пробелы  в других местах и не меняя местами буквы. И при этом не разрешается опускать какие-либо из них!