Информационная концепция эволюции нашего мира

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Информационная концепция эволюции нашего мира

Калашников Юрий Яковлевич

Аннотация

Большой неожиданностью для нас оказалось то, что генетические и информационные молекулярно-биологические технологии правят миром живого уже миллиарды лет. И только наступивший век технических систем и информационных технологий позволил это заметить и слегка приоткрыть многочисленные секреты жизни, увидеть закономерность и направленность эволюционных событий. Оказывается, - все мы живём под диктатом информации, которая не только окружает нас, но и внедрена, сосредоточена и циркулирует в каждом из нас на генетическом и молекулярно-биологическом уровне. Даже появление самой биосферы обязано только тем разнообразнейшим информационным молекулярно-биологическим технологиям, которые используются живой природой для поддержания своего существования, развития и воспроизведения. Очевидно, что основы эволюции, причины построения и развития нашего мироздания следует искать в направленности процессов и событий, происходящих на нашей планете, которые обеспечиваются общими информационными закономерностями. При этом, сама биосфера, также как и ноосфера, техносфера и инфоноосфера являются следствием последовательной информационно-направленной эволюции нашего мира.

Информационный подход проникает во все сферы человеческой деятельности. Не исключением является и наука о живой материи. Это естественно, так как концепция генетического кода предполагает и наличие в любой живой клетке целостной системы управления, передачи и обработки генетической информации.

Известно, что в живых системах нет ничего более загадочного, чем молекулярная информация. Недаром ученые до сих пор спорят, что такое «молекулярная информация - миф или реальность?» Между тем, напомним, что первая закодированная информация появилась на Земле более 3,5 миллиардов лет тому назад! Это была «буквенно-символьная» информация биологических макромолекул. Большой неожиданностью для нас оказалось и то, что генетическая информация и информационные молекулярно-биологические технологии правят миром живого с самого начала его зарождения. И только наступивший век технических систем и информационных технологий позволил это заметить и разгадать некоторые тайны жизни. Наука показывает, что только благодаря наследственной молекулярной информации, жизнь на нашей планете существует и развивается уже многие сотни миллионов лет. Однако, основной массив информационных технологий, применяемый живой природой и приведший к появлению и распространению растительного и животного мира, а также становлению самого человека, - современной науке до настоящего времени практически неведом. Это и есть то неохватное «целинное поле», которое самой природой предназначено для развития нового в науке направления - «Молекулярной и биологической информатики». Все биологические макромолекулы, структуры живой клетки и организма должны рассматриваться с информационно-кибернетической точки зрения как носители и реализаторы генетической информации.

В этом контексте должны даваться и общие представления о теории молекулярной информации и биологической информатике. Сейчас же «Биологической информатикой» почему-то называют науку, изучающую живую материю с помощью средств технической информатики, что явно не соответствует не только смыслу названия, но и самой сути информационной биологической науки. Очевидно, что «Молекулярная и биологическая информатика» должна изучать тот необъятный и мало исследованный информационный мир, который является причиной функционирования живых систем и лежит в основе природы и сущности самой жизни.

Сравнительно недавно в технических устройствах для программной переработки информации стали применяться микропроцессоры. Известно, что процессор в технической системе осуществляет процессы автоматического выполнения последовательности команд в соответствии с принципами программного управления. На основе микропроцессоров строятся различные устройства, способные перерабатывать любую информацию.

Это чудо техники прошлого века, способное к программному управлению, внесло большой вклад в развитие современных информационных систем и технологий, компьютеров, управляющих устройств и т. д. Тем не менее, обратим внимание на то обстоятельство, что первые процессоры, встроенные в клетку, были применены живой природой ещё миллиарды лет тому назад! В первую очередь, - это молекулярные биопроцесcорные системы репликации, транскрипции и трансляции генетической информации. Живая клетка должна постоянно пользоваться той информацией, которая хранится в её генетической памяти. Поэтому каждая клетка имеет все необходимые программные, аппаратные и энергетические средства для «автоматизированной» переработки генетической информации. Обработанная и загруженная в различные биологические молекулы управляющая информация нужна как для взаимодействия биомолекул друг с другом, так и для их функционального поведения.

Кроме того, эта же информация нужна и для управления молекулярными объектами - разного рода и назначения субстратами. Наука и техника всегда перенимали и копировали опыт великих достижений живой природы. Поэтому в настоящее время более детально и пристально изучаются и исследуются «творческие» пути, причины и механизмы живого состояния материи. Достаточно сказать, что ведутся разработки по микроминиатюризации различного рода технических средств по переработке информации. Изучаются принципы и методы обработки и использования генетической информации живыми клетками. Делаются попытки построения логико-вычислительных систем и интеллектуальных автоматов на принципах, которые присущи живым организмам.

Очевидно, что особое внимание науке следует уделить универсальной во всех отношениях молекулярной элементной базе, применяемой в живых системах. Как известно, эта база состоит более чем из 30 типовых молекулярных мономеров (химических букв и символов) - нуклеотидов, аминокислот, жирных кислот, простых сахаров и других типовых «биологических» элементов. Эту элементную базу уже не нужно разрабатывать, её можно получать в любых количествах, а по своим непревзойденным свойствам и качествам она не имеет себе аналогов и успешно используется живой природой в течение миллиардов лет! [1,2].

Ясно, что живая природа - это бездонный кладезь новых идей, принципов и механизмов. Она обладает надежно сконструированными и эффективно действующими молекулярными аппаратными устройствами, автоматами, манипуляторами, биопроцессорными системами и т. д. Поэтому апробированная миллионолетиями молекулярная технология химических, энергетических и информационных процессов должна стать достоянием науки сегодняшнего дня.

1. Молекулярная биологическая информатика

Обратим внимание, что первым важнейшим условием, обусловившим возникновение живой материи, явилось наличие совершенной и качественной молекулярной элементной базы. Как известно, эта база представляет собой молекулярный алфавит живой материи и состоит более чем из 30 молекулярных мономеров (химических букв и символов). Благодаря наличию такого алфавита, 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.

Поэтому не случайно различные информационные коды в молекулярной системе записываются химическим способом с помощью молекулярных букв и символов и переносятся непосредственно в структурах биологических макромолекул. Только таким путём была достигнута невероятная плотность записи информации, так как её кодирование в структурах макромолекул осуществляется на субмолекулярном уровне с помощью боковых атомных групп молекулярных биологических элементов - нуклеотидов, аминокислот, простых сахаров, жирных кислот и других мономеров. Вспомним старый пример: сообщение в цепи ДНК или РНК кодируется в виде последовательности нуклеотидов, а носителями генетической информации являются азотистые основания - «боковые» атомные группы нуклеотидов [1].

Соответственно, и в полипептидной цепи белка это сообщение записывается в виде последовательности аминокислот, где носителями информации являются их боковые R-группы. 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 сформулирована проблема действия генов как расшифровки закодированных в них сообщений.

Однако успешно начатое исследование прохождения генетической информации почему-то остановилось на этапе синтеза белковых молекул. И это довольно странно, так как известно, что генетические и информационные молекулярно-биологические технологии правят миром живого уже миллиарды лет! Видимо среди биологов не нашлось квалифицированных криптографов, которые могли бы расшифровать многочисленные молекулярные коды и различные линейные и пространственные кодовые комбинации молекулярных биологических элементов (мономеров), используемые в структурах биологических макромолекул. С большим трудом были открыты и исследованы всего лишь некоторые фрагменты кодирования и передачи генетической информации.

К сожалению, даже сегодня мы можем только предполагать, какие закономерности молекулярной биохимической логики и информатики лежат в основе жизненных процессов. Попробуем кратко рассмотреть и обобщить некоторые известные и предполагаемые информационные основы.

Во-первых, мы уже отметили, что первым важнейшим условием, обусловившим возникновение живой формы материи, явилось наличие совершенной и качественной молекулярной элементной базы. Следовательно, в живой природе только молекулярный носитель информации мог положить начало молекулярно-биологической технологии переработки информации, а, стало быть, и соответствующим преобразованиям тех молекулярных компонентов биоорганического вещества, в структурах которых осуществлена запись информации [3].

При этом заметим, если вещество и энергия живой материи являются её материальными наполнителями, то информация в структуре живого вещества, по своей сути, является руководством к действию, а значит, и критерием управления всех химических, молекулярных, энергетических и других биологических процессов.

Во-вторых, была достигнута необыкновенная стабильность хранения информации на генетическом носителе и высокая помехоустойчивость передачи её в бесчисленных поколениях клеток и организмов, которая обусловлена не только структурной комплементарностью цепей ДНК, но и применением надёжных систем репарации и репликации.

В-третьих, любой живой клетке, для реализации функциональных и информационных процессов, постоянно нужна энергия. Растения, к примеру, путём фотосинтеза запасают энергию солнечного света в виде химической энергии в молекулах питательных веществ. А организмы, в процессе клеточного дыхания, извлекают эту энергию, расщепляя питательные вещества. Энергия митохондриального окисления в виде АТФ используется значительной частью живого мира. Поэтому одним из главных этапов эволюционного развития живого стал факт внедрения в клеточную систему уникальных генераторов химической энергии - митохондрий - АТФ-генерирующих установок. Живая клетка должна постоянно поддерживать дозовую циркуляцию химической энергии в виде АТФ к «потребителю», а АДФ и фосфата - к митохондриям, для нового восстановления их до АТФ. АТФ в клетке - это гибкий источник энергии, позволяющий получить нужные дозы её в нужном месте. Поэтому при недостатке свободной энергии любая биомолекула, к примеру, белка, способна адресно (информационно) связываться с молекулой АТФ, которая в живой системе играет роль аккумулятора химической энергии.

В-четвёртых, следует отметить особое значение биопроцессорных систем репликации, транскрипции и трансляции, которое заключается в том, что с их появлением живая клетка получила целый комплекс различных молекулярных биопроцессорных единиц, предназначенных для «автоматизированной» переработки и передачи генетической информации. При этом достаточно высокая эффективность и производительность биопроцессорных систем транскрипции и трансляции, а также большая скорость передачи данных стала обуславливаться широким параллелизмом их действия на молекулярном уровне. Весь смысл работы этих биопроцессорных систем состоит в том, чтобы передать генетическую программную информацию ферментам и другим белкам клетки - выходному звену управления. Это явление, по своей значимости, можно сравнить только с изобретением микропроцессорных систем для автоматизированной переработки информации, которые были реализованы и внедрены в наше время. В-пятых, действие выходного управляющего звена молекулярных биопроцессоров - ферментов и других клеточных белков было основано не на переборе вариантов при поиске решений. Теперь мы знаем, что ферменты, как молекулярные биологические автоматы, реализуют стереохимические принципы узнавания и динамического взаимодействия, которые гарантируют точность матричного спаривания биологических молекул и проверку их на информационное комплементарное соответствие друг другу с помощью их кодовых стереохимических матриц (микроматриц). Этим достигается не только повышенная помехоустойчивость при прохождении управляющей информации, но и высокая достоверность передачи информационных сообщений.

С появлением ферментов и белков, выполняющих роль молекулярных биологических автоматов с программной биохимической логикой управления, живая клетка получила целый комплекс уникальных средств для дистанционной «автоматизированной» переработки, как управляющей, так и сигнальной, осведомляющей информации (молекул субстратов и пищевых веществ).

Поэтому, в целом, можно констатировать, что управление всеми химическими и биологическими функциями живой клетки осуществляется молекулярными информационными потоками и сетями «автоматизированного» управления [4]. Внедрение в клетку молекулярных биопроцессоров и их выходного управляющего звена - белков и ферментов, оказало колоссальное влияние на дальнейшее развитие биологической формы материи, в частности, на появление многоклеточных сообществ и организмов и вызвало взрывной, революционный процесс «биокибернетизации» живых систем.

Следовательно, можно сказать, что молекулярная информатика - это, прежде всего, информационная молекулярно-биологическая «автоматика», которая основана не на двоичной арифметике, а на принципах и правилах молекулярной биохимической логики. Она предназначена для «автоматизированной» переработки как генетической, так и субстратной информации. Это и есть одна из тех областей, где находят применение различного рода и назначения информационные молекулярно-биологические технологии.

А на практике - это та область и сфера молекулярных информационных технологий, которая оказалась приспособленной не только для обработки информации, но и для переработки вещества и энергии. И это должно нами восприниматься как нормальное явление, так как информация, точно так же, как и химическая энергия, обнаруживает полное сродство с живым веществом на его молекулярном уровне. Поэтому можно констатировать, что единство вещества, энергии и информации является основным и фундаментальным принципом существования живой формы материи! А живая клетка, как элементарная основа жизни, как раз и становится тем центром, который предназначен для «автоматизированной» переработки биоорганического вещества, а значит, и химической энергии, и молекулярной биологической информации.

Эволюционное развитие клетки как мультипроцессорной системы для «автоматизированной» переработки генетической и субстратной информации означало начало революции в областях накопления, передачи и обработки различных форм и видов молекулярной информации в живых биологических системах. Поэтому важно отметить, что каждая живая клетка, точно так же, как и любая другая сложная информационная система, в первую очередь, - это универсальная система для «автоматизированной» переработки информации. Для этой цели она имеет все необходимые программные, аппаратные и энергетические молекулярные средства.

Появление клетки означало и начало эволюционного взрыва в областях накопления наследственной информации, её обработки, использования и передачи в бесчисленных поколениях дочерних клеток. Эти процессы характеризуются также становлением и унификацией молекулярной элементной базы живой формы материи и этапом форсированного овладения живыми системами вещества, энергии и информации.

Особое значение клеток как раз и состоит в том, что с их появлением живая природа получила: 1) феноменальную генетическую (ДНК) и уникальную оперативную (РНК) память; 2) целый комплекс удивительных молекулярных биопроцессорных систем репликации, транскрипции и трансляции генетической информации; 3) выходное управляющее звено в виде белков и ферментов, выполняющих в клеточной системе роль молекулярных биологических автоматов с программной биохимической логикой управления; 4) собственные универсальные АТФ-генерирующие «станции» и т. д. [4]. Все сведения о живой системе, необходимые сообщения, генетические инструкции, директивы, команды управления и другая информация находится в клетке в закодированной форме в виде последовательности нуклеотидов в структуре ДНК (или РНК).

Генетическая память имеет потрясающие информационные возможности, но по молекулярным меркам находится далеко от объектов управления (субстратов). Поэтому она вынуждена все необходимые сведения о структуре и функциях биомолекул передавать в виде закодированных циклических посланий (сообщений), которые сначала записываются в оперативной памяти иРНК, а затем транслируются на полипептидные цепи белковых молекул. Именно с кодированием связано одно из замечательных свойств живой клетки - возможность хранить, передавать и обрабатывать генетические сообщения. Естественно, что клетка вынуждена постоянно пользоваться той наследственной информацией, которая хранится в её генетической памяти.

Поэтому вся управляющая информация в живой клетке хранится, передаётся и реализуется только в молекулярной форме, в виде кодируемых сообщений, имеющих свою адресную, операционную, структурную и текстовую части. Как мы видим, гены управляют поведением биологических молекул не непосредственно, а только путём программирования их биологических функций.

Это важное обобщение говорит об информационной сущности всего живого. Очевидно, что живые клетки уже давно пользуются своей, сугубо специфической молекулярной информационной технологией. А это означает то, что в основе всех биохимических и биологических «технологий» лежат процессы информационные. Именно такие информационные молекулярно-биологические технологии стали базовой основой эволюционного развития биосферы нашей планеты и привели к великому разнообразию живого мира. Но, как ни странно, этот могучий природный пласт пока неведомых нам информационных технологий до сих пор не поддаётся изучению!? Наше поколение с конца 20 века переживает большой информационно-технологический бум во всех сферах и областях человеческой деятельности. Однако этот бум, как мы теперь узнаём, оказался всего лишь малой верхушкой того великого «айсберга» информационных технологий, который лежит в фундаменте нашего мироздания.

Поэтому основной массив информационных технологий, применяемый живой природой и приведший к появлению растительного и животного мира и становлению самого человека, - современной науке до настоящего времени практически неизвестен. Только необыкновенное разнообразие живых систем и их длительное информационно-вещественное взаимодействие с окружающей средой и друг с другом стало фундаментальной основой всех дальнейших эволюционных событий.

Как мы видим, - наше мироздание построено на различных видах и формах материи, энергии и информации и великом разнообразии информационных технологий. Вещество, энергия и информация стали важнейшими сущностями нашего мира, главнейшими его составляющими. Однако пальму первенства из этой триады, в любых созидательных процессах, мы должны отдать только информации. В связи с этим, можно надеяться, что естественные науки сегодняшнего дня стоят на пороге открытия одной из важнейших основ нашего существования и бытия - необъятного мира пока неизвестных нам информационных молекулярно-биологических субстанций и технологий.

Поэтому в ближайшее время самым перспективным направлением в изучении живой формы материи должна стать новая дисциплина, наука будущего - «Молекулярная и биологическая информатика», наука о преобразовании молекулярной и других видов и форм биологической информации, базирующаяся на изучении живых клеток и организмов. Только она может определить и исследовать информационную модель биологической формы движения материи. Это необходимо, прежде всего, для получения знаний о методах и способах организации молекулярных биологических систем, принципах и механизмах их функционального поведения, которые осуществляются с помощью генетических информационных технологий. К сожалению, такого направления в биологической науке до сих пор не существует.

А исследование прохождения генетической информации в живой клетке почему-то остановилось на этапе синтеза белковых молекул ещё в середине 20-го века, о чём говорит центральная догма молекулярной биологии. И это несмотря на то, что генетические и информационные молекулярно-биологические технологии правят миром живого уже более 3,5 миллиардов лет. 

2. Живые системы - это самовоспроизводящиеся информационные субстанции

интеллектуальный автомат репликация транскрипция

Если вспомнить, что химические буквы и символы (биологические элементы) строятся на базе отдельных атомов и атомных групп, то можно себе представить, какое колоссальное количество информации хранится в генетической памяти и циркулирует в одной-единственной клетке, размеры которой порой составляю сотые доли миллиметра. Информация в структуре живого вещества кодируется и записывается с помощью химических букв и символов.

При этом любая буква или символ информации является тождественным эквивалентом такой биологической единицы, которая в живой системе играет роль и типового строительного блока, и элементарного информационного сигнала, и функциональной единицы, и программного элемента [3,5]. Иными словами, - сама генетическая информация, для своего физического воплощения, использует элементарную форму органической материи! К примеру, можно утверждать, что куриное яйцо и выведенный из него цыпленок состоят из одного и того же набора и количества биологических элементов - молекулярных мономеров. Однако, в первом случае, яйцо представляет собой оплодотворённую яйцеклетку с полным комплектом генетической и клеточной наследственной информации и запасом питательных веществ, содержащих нужное и достаточное количество пластического материала и энергии, необходимых для развития целостного организма. Во втором же случае, в процессе морфогенеза уже была осуществлена реализация определенной части наследственной информации за счет информационной переработки запасенных материалов и энергии в молекулярно-биологические структуры цыплёнка. Таким способом осуществляется преобразование питательных веществ (составляющих их элементов) в программно-функциональную и молекулярную информацию биологических структур цыплёнка. Следовательно, органическое вещество и химическая энергия с помощью управляющей системы могут трансформироваться в молекулярную информационно-биологическую субстанцию.

Поэтому, если физико-химический подход декларирует о биохимической сущности живого вещества, то с информационной точки зрения вполне можно утверждать, что в живой материи нет ничего, кроме молекулярно-биологической программной и структурной информации. К примеру, известно, что гусеница и бабочка, в которую она превращается, содержат абсолютно одинаковые наборы генов. Получается, что одна и та же наследственная информация, в зависимости от характера переключения генов и способов её преобразования, может существовать и реализовываться в различных её молекулярно-биологических видах и формах. При этом информация отдельных генов может быть переписана со структуры ДНК на нуклеотидные цепи РНК, затем со структуры иРНК она может быть преобразована в информацию полипептидных цепей белковых молекул. Заметим, что преобразование информации при этом осуществляется из одного её молекулярного вида в другой. Затем эта же информация трансформируется из «линейной» её молекулярной формы в пространственную - стереохимическую форму.

Поэтому, в результате стереохимического кодирования и программирования белков, информация полипептидных цепей трансформируется в пространственную информацию белковых молекул и т. д. О чем это говорит? Да о том, что любые биомолекулы, структуры и компоненты живого, - это всего лишь различные виды, формы и категории информации, которые в живой системе формируются и существует только в молекулярно-биологическом виде. При этом заметим, что здесь первичная генетическая информация - одна, а виды и формы её реализации могут быть разными, в зависимости от того, какие гены и какой молекулярный алфавит (система биологических элементов) будут использованы для перекодировки информации. Таким образом, в живой системе могут быть экспрессированы различные гены, а одна и та же информация может быть представлена разными алфавитами (химическими буквами или символами), а значит, и разными молекулярными языками и кодами.

То есть информация в живой системе существует в различных её молекулярных видах и формах. В связи с этим, мы приходим к заключению, что если в изучении живого имеет право на существование чисто физико-химический подход, то, несомненно, такое же право имеет и альтернативный - чисто информационный подход. Поэтому с альтернативной точки зрения можно сказать, что необъятным миром живого уже миллиарды лет правит некая информационная субстанция, проникшая и внедрившаяся в его молекулярный биологический компонент! И поскольку ни вещество, ни энергия, сами по себе, не могут претендовать на самоуправление и самовоспроизведение, то в этих явлениях приходится признать примат только одной информации [5]. Иными словами, в клетках заключена некая информационная сущность, которая представляет собой как бы «живую» самовоспроизводящуюся информационную субстанцию!

Автор настолько уверен в этой необычной идее, что теперь его не покидает ощущение, что живые системы - это высококонцентрированные сгустки или сферы самоорганизующейся информации, находящиеся на высокой ступени своего развития - некие дискретные информационные субстанции, которые могут самостоятельно формироваться, существовать, развиваться и самовоспроизводиться на базе вещества и энергии! Причем, мы их воспринимаем в виде живых существ. Эти информационные субстанции обладают чрезвычайно высокой способностью к самоорганизации и самовоспроизведению, обладают неуемной жаждой активности, размножения и распространения. Все они обладают удивительной способностью на основе энергии и вещества создавать копии самих себя, развиваться и совершенствоваться и поэтому вечно существовать во времени и в пространстве. По крайней мере, до тех пор, пока имеются источники энергии и вещества, подходящие условия для существования и позволяет их программа развития.

Эти субстанции с начальных времён своего возникновения и существования отыскали и открыли универсальные способы кодирования и представления своей наследственной информации, её декодирования, преобразования и использования в различных молекулярно-биологических процессах; нашли способы улавливания и преобразования энергии, обрели способность к развитию и самосовершенствованию. Они нашли универсальные информационные способы взаимодействия друг с другом и с окружающей средой, репликативные методы размножения во времени и в пространстве, механизмы продолжения своего существования и эволюционного развития. Все мы: люди, животные, растения и даже бактерии представляем собой, ничто иное, как информационные субстанции в молекулярно-биологическом исполнении. И ничего тут не поделаешь, - просто на Земле информационные субстанции существует в таких видах и формах, которую они формируют на базе своей первичной (генетической и клеточной) информации и имеющейся на Земле материи. Причем, каждая оплодотворённая яйцеклетка - зигота, это уже и есть та, до предела сжатая и сконцентрированная информационная субстанция, которая упакована во всех генах, молекулах и структурах клетки. Зигота содержит феноменальное количество информации, которое необходимо и достаточно для построения и развития целостного организма. Однако для реализации этого мощного сгустка информации нужны потоки энергии и вещества, которые в системе будут трансформированы и воплощены в различные виды и формы молекулярно-биологической информации, необходимые для построения, функционирования и развития целостного организма. Вечный круговорот этих информационных субстанций и их удивительная способность к саморазвитию и самовоспроизведению явились причиной их необъятного распространения и фантастического разнообразия в виде различных живых форм и видов.

Оказывается, - все мы живём под диктатом информации, которая не только окружает нас, но и внедрена и сосредоточена в каждом из нас на генетическом и молекулярно-биологическом уровне! Все мы - люди, по своей сути, и представляем собой высшую форму информационной субстанции, потому что в буквальном смысле состоим из одной информации и подчинены ей на всех уровнях своей сущности: на уровне генов, биологических молекул, на уровне каждой клетки. В силу этих обстоятельств, мы оказались приспособленными к переработке и вещественной, и виртуальной информации. А каждый из нас воспринимается как единый информационный молекулярно-биологический самоуправляемый объект, нацеленный на реализацию и выполнение наследственной программной информации. Очевидно, что все мы, сами по себе, являемся лишь молекулярно-биологическим базисом представления определённой специфической информационной субстанции! Не потому ли биологические макромолекулы и молекулярные структуры находятся в организме в процессе постоянного информационного взаимодействия и движения, который и называется Жизнью? Вот и получается, что Жизнь, в различных её проявлениях и форме,- это необъятный мир различных молекулярно-биологических информационных субстанций и их технологий, которые правят биологической формой движения материи с самого начала её зарождения. Это, по всей вероятности, и есть та диктатура информационной субстанции, которая определяет нашу биологическую сущность на самом фундаментальном - молекулярном уровне. Но данного факта, похоже, мы еще не осознали.

3. Информация правит нашим миром или информационная концепция эволюции

Информация… Она кажется нам нереальной и неопределимой. Необъятный мир её разнообразен и не изучен. Но информация не только существует, но даже живёт полнокровной жизнью, причем, в каждом из нас, поскольку мы её и душа, и тело, и средство её материального наполнения, и орудие её взаимодействия с окружающим миром. Следовательно, основы эволюции, причины построения и развития нашего мироздания следует искать в строгой направленности процессов и событий, происходящих на нашей Земле, которые обеспечиваются едиными информационными закономерностями.

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. Отсюда, как следствие, вытекает возможность существования и иной информационной субстанции, возможно в другом, более всеобъемлющем формате и в другом, более совершенном материальном наполнении.

А существование информационных субстанций в молекулярно-биологическом исполнении такого предположения не исключает. Таким образом, в своих суждениях мы можем исходить от полного отрицания и неприятия информации - до глубокого признания её могущества и величия. Как мы видим, гипертрофированный односторонний подход к молекулярным биологическим проблемам может быть не только физико-химическим, но и информационным. И это несмотря на то, что многие 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.

А сама информационная составляющая, кроме своего прямого назначения, в молекулярной биологии должна стать связующим звеном и фактором интеграции различных свойств и характеристик живой формы материи, в том числе, и физико-химических [5]. Биосфера появилась благодаря тем разнообразнейшим информационным молекулярно-биологическим технологиям, которые используются информационными субстанциями для поддержания своего существования, развития и воспроизведения.

В связи с этим главнейшей сущностью всего живого на Земле стала информация и информационные взаимодействия. Даже весь биотический круговорот вещества и энергии на Земле основан и обеспечивается только информацией. Однако заметим, - все приведённые здесь идеи и гипотезы полностью доказуемы, и каждой из них вполне можно посвятить многочисленные статьи и научные публикации. Итак, самая активная оболочка Земли - биосфера, по своей сути, есть результат длительного эволюционного развития информационных субстанций и их молекулярно-биологических технологий. Следовательно, сущностью всего живого является информация и информационные взаимодействия, а Жизнь и эволюция являются процессами взаимосвязанными и целенаправленными. Естествознание уже давно занимается загадками жизни и тайнами биологической эволюции.

К примеру, доминирующая в науке теория эволюции Дарвина в своей основе предполагает отбраковку неудачно сконструированных образцов живых организмов, что, якобы, и является движущей силой развития. Однако отделы технологического контроля существуют не только в живой природе и, как мы знаем, не они являются разработчиками и конструкторами годных к применению изделий. Что же тогда является причиной тех могучих движущих сил, которые порождают необузданную генерацию живой материи и ошеломляющее разнообразие жизни? Ответ должен быть однозначным. Автору он видится в наличии самой биосферы. Биосфера - это сложнейший системный информационно-функциональный уровень организации бесчисленных видов и форм молекулярно-биологических субстанций, функциональная деятельность которых носит характер обмена вещества, энергии и информации между ними и окружающей средой. Это именно та суперинформационная сфера, которая имеет свой порядок взаимодействий и взаимоотношений, определяющий и необычайную многовариантность генерации различных молекулярно-генетических систем, и общую направленность эволюции.

Только сама суперинформационная сфера и бесчисленные информационные субстанции с их удивительной способностью к самоуправлению, саморазвитию и самовоспроизведению, могут быть факторами и движущими силами биологической эволюции. В живом веществе, как оказалось, заключены не только ковалентные и нековалентные силы и связи, определяющие характер биохимических и информационных взаимодействий, но также и те элементарные внутренние силы саморазвития, которые делают возможным возникновение большого числа различных вариантов форм, позволяющих осуществить процесс селекции. Поэтому основной функцией живой материи стала системная организация и интеграция в её структуре органического вещества, химической энергии и молекулярной биологической информации. Только эта триада составляющих, в виде их структурно-функционального единства («слияния»), оказалась приспособленной к обеспечению процессов движения и развития биологической формы материи. Удивительно, но и сама биологическая эволюция не стала последним критерием развития молекулярно-биологических информационных субстанций, а преподнесла новый сюрприз. Им стал Homo sapiens - человек разумный. Именно выделение человека из царства животных с помощью орудий труда, а затем становление его как человека думающего и созидающего преподнесло новый эволюционный феномен. По всей вероятности, процесс биологического усложнения человека природой себя исчерпал, и как новый способ его развития явился процесс его умственного и интеллектуального развития.

А биосфера через деятельность людей постепенно стала трансформироваться в сферу разума, которую ученые назвали ноосферой. С началом своего обобществления человек получил способность к умственной и духовной деятельности, накоплению необходимых знаний и навыков, то есть получил возможность деятельности в сфере разума - ноосфере. Это обеспечивалось разными способностями и талантами людей к различным видам деятельности и творчества, многие из которых стали относиться к процессам виртуальным. Следовательно, интеллектуальные и виртуальные процессы, по своему характеру, стали еще одним из способов развития человека. А интеграция этих способностей и талантов в общественную жизнь постепенно вела и к развитию самого общества. Последовавшая дифференциация общества по отдельным сферам знаний, областям наук, искусств и трудовой деятельности, в значительной степени способствовала эволюционному развитию ноосферы как сферы разума человека. Поэтому ноосфера, в своей совокупности, стала представлять собой ничто иное, как новый виток развития биологических информационных субстанций. Творческая деятельность человека, как индивидуальная, так и общественная, уже не выглядит какой-то загадкой, а является закономерным эволюционным событием и, в свою очередь, становятся фактором дальнейшего эволюционного развития нашего мира. Для реализации этих способностей человеку не потребовалось никаких высших нематериальных сил и воздействий.

Все интеллектуальные данные человека, способность к мышлению и творчеству стали обеспечиваться информационно-функциональными возможностями его мозга. Причем, способность к мышлению и интеллектуальной деятельности была достигнута не только за счет более высокого уровня организации информационных компонентов, составляющих мозг, но и за счет более высокой активной их информационно-функциональной деятельности. Поэтому человек и его мозг становятся именно той высшей информационной субстанцией, которая, кроме биологической, обеспечила себе и новую, более высокую форму существования - сознательную, умственную, духовную, разумную, интеллектуальную и творческую.

Только на этой базе постепенно формируется коллективная воля и коллективный разум человеческого общества. Все мы: люди, животные, растения и вообще весь наш живой мир развились на базе информационно-биологических субстанций, которые, в свою очередь, были сформированы в течение многих сотен миллионов лет на основе вещества, энергии и информации. Как мы видим, в нашем мире нет информации и информационных сообщений вне их материального наполнения. А источником развития ноосферы, точно так же как и биосферы, стала молекулярно-биологическая информационная субстанция, только на более высоком уровне её развития. Следовательно, направленная эволюция биосферы и ноосферы обеспечивается только информацией, которая, как некая невидимая и неведомая субстанция, не только незримо присутствует во всём и вся, но и руководит нашим бытием и сознанием. Заметим, что развитие ноосферы принесло нам новый, но уже ожидаемый информационный сюрприз - феномен в виде появления техносферы. И это уже нам видится как закономерный и целенаправленный этап общего процесса развития ноосферы. Как мы видим, ничего не может возникнуть из ничего и вдруг.

Для этого требуются различные этапы и уровни развития - эволюция одного качества вещества, энергии и информации для перехода их в другое более высокое качество. Вплоть до их полного функционального слияния, как это случилось на уровне живой материи, когда путём пошагового объединения было достигнуто наивысшее их качество - «живое» состояние. Здесь уже практически не различишь, где в структуре живой материи вещество, а где энергия или информация. Не поэтому ли биохимия и молекулярная биология рассматривают живое только с вещественной, биохимической точки зрения? И ведь, действительно, информационное сообщение закодировано в структуре живой материи на молекулярном уровне, поэтому его тождественно можно рассматривать как вещество, имеющее определённую позиционную последовательность или координатную организацию молекулярных мономеров, в химических ковалентных и нековалентных связях которых скрыта энергия. А процесс образования энергии можно представить как синтез ещё одного вещества - АТФ, - тождественно представляющего энергию.

Это и есть феномен триединства, то есть стадия такого партнёрства трёх активных составляющих - вещества, энергии и информации, которое доходит до фазы их функционального слияния в одно целое. Этот феномен и создаёт для исследователя иллюзию того, что в живой материи, кроме вещества, нет ничего. Возможно, поэтому в изучении биологической формы движения материи до сих пор и господствует лишь только одно физико-химическое направление. Однако, истина, как известно, рождается только в мировоззренческих дискуссиях.

Следует обратить внимание, что аналогичным путём идёт развитие и техносферы, когда сначала возникли орудия труда, затем из орудия труда, - путём объединения с энергетической составляющей возникают машины, а затем, и автоматы с важнейшими составляющими: материи, энергии и информации. Заметим, что в техносфере ещё далеко не достигнута та желаемая степень «слияния» главнейших составляющих, которая была достигнута живыми системами.

Поэтому, чтобы обеспечить возможность дальнейшего развития техносферы средства производства должны быть полными автоматами. Ясно, что развитие производительных сил и средства производства в эпоху больших научно-технических достижений требуют единства материи, энергии и информации на новом, более высоком и более совершенном уровне.

В техносфере нет ничего, что было бы более значимее, чем информация и информационные технологии, воплощенные и реализованные в различных её материальных видах и формах. С развитием микроэлектроники, компьютерной техники, Интернета, телевидения, систем связи и других мощных средств информатики постепенно формируется общественное сознание и воля, многократно усиливается коллективная интеллектуальная мощь человечества и возникает понятие инфоноосферы. При этом эволюция техносферы и инфоноосферы идёт более целенаправленно, а закономерность её как общего процесса развития становится более наглядней и очевидней. Однако, взаимодействие человека и инфоноосферы как один из способов существования «высшей формы информационной биологической субстанции» становится уже процессом интеллектуальным и виртуальным.

Как мы видим, эволюция - это закономерный переход одного уровня системной организации материи (вещества), энергии и информации на другой более высокий уровень. Причем, информация в этой триаде играет ключевую роль, так как только она способна обеспечить целенаправленность, закономерность и упорядоченность процессов. 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. Наш мир закономерно становится всё более и более информационным, а сама информация выступает в роли универсального критерия направленности эволюции.

Поэтому нельзя функционально отделять друг от друга биологические, духовные, общественные, технические, научные и другие процессы последовательного развития. В связи с этим, биосфера, ноосфера, техносфера и инфоноосфера становятся закономерным следствием направленной эволюции информационных субстанций и их технологий. Все они являются эволюционными ветвлениями одного дерева, корнями уходящего в древние информационные молекулярно-биологические технологии, явившиеся результатом развития первичных информационных субстанций. Некоторые биологи отрицают факт существования молекулярной информации и особенно факт её участия в различных химических и биологических процессах.

А на самом деле, как оказалось, информационные субстанции и их технологии так заполонили нашу планету, что, можно сказать, - информация во всеоружии осуществляет планетарный диктат и правит нашим миром уже многие сотни миллионов лет. Причем, как мы видим, самый главный и основной её массив - необъятный «айсберг» генетических и информационных молекулярно-биологических технологий, лежащий в основе существования и развития биосферы, наукой, к сожалению, пока еще не выявлен, поэтому ни практически, ни теоретически еще не исследован и не освоен.

Все загадки биологической формы материи, видимо, кроются не только в системной организации, но и в таком уникальном явлении, как слияние в одно структурно-функциональное целое трёх важнейших её составляющих - органического вещества, химической энергии и молекулярной информации. А информация, внедрившаяся в структуру биоорганического вещества, стала той организующей и системной силой, которая гарантировала их функциональное единство и движение по различным ступеням развития [5]. Одна из формулировок философии, определяющая сущность жизни, гласит: «Жизнь есть особая форма движения материи». Однако уже достаточно давно известно, что без информации и без энергии движение биологической формы материи немыслимо.

Очевидно, что основную формулировку необходимо приводить в соответствие с новыми воззрениями, учитывая, что естественный ход эволюции жизни на Земле носит характер планетарного информационного явления.

С одной стороны, очевидно, что Жизнь, - это особая системная форма движения, воспроизведения и генерации информации, которая осуществляется на базе использования энергии и вещества. Поэтому первый, фундаментальный уровень развития информационных субстанций и их технологий на нашей планете был реализован на молекулярно-биологической основе. С тех пор важнейшей сущностью на Земле стала информационная субстанция, а информация как одна из главных составляющих нашего мира действительно стала основой нашего мироздания [3].

С этой точки зрения получается, что Жизнь - это такая материальная форма движения, циркуляции и генерации информации, которая целенаправленно связана с преобразованием и обменом энергии и вещества с целью их функционального и эволюционного перехода в новые виды и формы молекулярной и функционально-биологической информации. Однако есть и другая точка зрения.

Если принять во внимание, что основным свойством материи являются различные формы движения - физическая, химическая, механическая и иные другие (которые играют фундаментальную роль в её развитии), то вполне можно предположить, что живая материя, также как и сама Жизнь - есть системная, информационная форма движения и циркуляции материи (органического вещества). Как же теперь быть, какая из формулировок больше соответствует действительности?

По моему мнению, обе эти формулировки имеют право на существование, потому что они не только дополняют друг друга по смыслу, но и каждая по своему, с разных сторон объясняют уникальную сущность живой материи. Заканчивая эту статью, я могу лишь подчеркнуть, что естественный ход развития и эволюции жизни на Земле, по всей вероятности, носит характер планетарного информационного явления. С этой точки зрения, имеются серьёзные основания полагать, что Жизнь - это особая системная форма движения, воспроизведения и генерации информации, которая осуществляется на базе использования энергии и вещества. Приходится признать, что первый, фундаментальный уровень развития информационных субстанций и их технологий на нашей планете был реализован на молекулярно-биологической основе. С тех пор важнейшей сущностью на Земле стала информационная субстанция, а информация, как одна из главных составляющих нашего мира, действительно стала основой нашего мироздания. В связи с этим, на повестку дня ставится вопрос о новой, обобщающей информационной концепции эволюции нашего мира.

Список литературы

1. А. Ленинджер. Основы биохимии. Пер. с англ. В 3-х томах - М: Мир, 1985.

2. Ф. Айала, Дж. Кайгер. Современная генетика. Пер. с англ. - М: Мир, 1988.

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

4. Ю.Я. Калашников. Концепция информационной молекулярно-биологической системы управления. - М., 2005.- 88с. - Депонир. в ВИНИТИ РАН 14.04.05, №505-В2005.

5. Ю.Я. Калашников. Статьи, посвященные «молекулярной информатике»: «Ферменты и белки живой клетки - это молекулярные биологические автоматы с программным управлением», «Единство вещества, энергии и информации - основной принцип существования живой формы материи» и другие, опубликованные в Интернет на сайте «SciTecLibrary.ru» или на сайте http://new-idea.kulichki.com/

Размещено на Allbest.ru