Kitobni o'qish: «Информация – основа жизни»

1. Живое

–

это движение

Вергилий: Добрый день, Горацио. Не ожидал тебя здесь увидеть.

Горацио: Добрый день, учитель. Я все утро читал книгу, которую Вы мне порекомендовали, и пришел сюда немного подышать свежим морским воздухом.

Вергилий: Да, здесь очень хорошо. Но у тебя какой-то задумчиво-удивленный вид.

Горацио: Я просто увидел целую поляну лилий (рис. 1) и очень удивился, что они прекрасно себя чувствуют здесь, вдали от воды, и растут на сухом песке.

Рис. 1. Белые лилии (Lilium candidum) Средиземноморья

Вергилий: Весенние обильные дожди хорошо увлажняют песчаную почву. Вода проникает в песок довольно глубоко. Я думаю, мой друг, что корни этих лилий довольно длинные и получают достаточно влаги на определенной глубине. Ведь без воды нет жизни.

Горацио: Жизнь – удивительная вещь. Насколько она разнообразна и красива! Как могла природа создать все это?

В.: Хм… Ты думаешь, жизнь – это творение природы?

Г.: На первый взгляд, как будто так и есть. Все вокруг так гармонично, так хорошо вписано в окружающий мир, что невольно приходит мысль о каких-то естественных процессах, которые создали все это.

В.: Горацио, я должен тебя разочаровать. Природа здесь совершенно ни при чем.

Г.: Неужели? Как же тогда могла возникнуть жизнь, все это великолепие и разнообразие? Есть ли какие-нибудь предположения, гипотезы?

В.: О да, мой друг. Конечно, есть, но сначала нам надо уяснить, что такое жизнь.

Г.: И что же такое жизнь?

В.: На этот вопрос пытались ответить многие ученые, философы, поэты.

Г.: Поэты – это интересно. И что они писали?

В.: Ну вот, например:

По форме мой вопрос довольно прост,

Но вряд ли так же прост по содержанию.

Его, однако, вашему вниманию

Я предлагаю. Вот он, мой вопрос.

Кто разрешит моих сомнений муку

(Поверьте, это вовсе не каприз),

Известно всем, что химия – наука,

Но кто ответит, что такое жизнь?

К. Сибирский

Или еще вариант:

Каков вопрос, таков ответ – поверьте,

Здесь нет нужды терзаться и стонать.

Жизнь так прекрасна и бесценна,

Как Всемогущий Бог, Который был и есть.

Г.: Что ж, мне нравится. Ну а философы, наверное, тоже не отстали?

В.: Знаешь, Горацио, когда надо что-то очень хорошо изучить, надо начинать, как ты думаешь, с чего?

Г.: Ну… наверное, с самого простого.

В.: Хороший ответ, ну а философы начали изучение жизни с самого начала, то есть с рождения индивида. И закончили чем, как ты думаешь?

Г.: По логике выходит – концом, то есть – смертью.

В.: Правильно, мой друг. Изучением границ неведомого. Отсюда появилось своеобразное философское направление, изучающее смерть, – танатология. Согласно логике одного из ее основателей – М. Ф. К. Биша (1771–1802), – жизнь понимается как совокупность явлений, сопротивляющихся смерти [1].

Г.: Очень даже логично.

В.: Вообще-то Биша был анатомом, физиологом и врачом. Он занимался изучением тканей человека и впервые показал, что органы человека состоят из различных тканей. Ему же принадлежит определение жизни как совокупности отправлений, противящихся смерти.

Г.: Ну это было больше двухсот лет назад. Я уверен, что современная наука значительно продвинулась вперед в понимании, что такое жизнь.

В.: Одно из современных определений гласит, что жизнь – это принцип существования сложных биологических систем, состоящих из крупных органических молекул и способных самовоспроизводиться и поддерживать свое существование в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой.

Г.: Звучит вполне правдоподобно. А как вы считаете, учитель Вергилий?

В.: А ты не заметил в этом определении ничего странного?

Г.: А что тут странного?

В.: Жизнь определяется как принцип.

Г.: Да, действительно. Но ведь жизнь вокруг нас вполне материальна.

В.: Ты имеешь в виду различные формы жизни.

Г.: Что-то я не улавливаю разницы.

В.: Разница есть, Горацио. Здесь есть свои, я бы сказал, смысловые особенности. Часто люди, говоря о жизни, действительно подразумевают все живое, которое существует на нашей уникальной планете.

Г.: А на самом деле?

В.: А на самом деле все живое действительно материально, так как воплощено в самые различные формы живых организмов.

Г.: Ну а жизнь? Что это?

В.: Вот этими вопросами мы и займемся в нашей беседе. А сейчас я хочу сказать, что в этом определении кое-чего не хватает.

Г.: Чего же?

В.: Об этом мы поговорим попозже. А сейчас я хочу сосредоточить твое внимание именно на живом: живое – это движение.

Г.: Ну, это слишком общее определение. Вода, например, тоже движется, но она же не живая.

В.: Вода не всегда в движении, однако остается водой. Вода в стакане, например, или когда превращается в лед.

Г.: Так-то оно так, но все-таки, можно ли поконкретнее?

В.: Когда я говорю о движении, я имею в виду все виды движения, а не только видимые глазом.

Г.: Не совсем понимаю, что вы имеете в виду.

В.: В нашем теле постоянно движется кровь, сердце постоянно совершает движения, как насос, качая кровь по сосудам. В каждой живой клетке, которых десятки триллионов в нашем организме, постоянно совершаются обменные процессы. Безостановочно идет синтез одних веществ и распад других, которые выводятся из организма в виде ненужных отходов (катаболитов). В нашем мозгу неустанно идет работа по анализу внешних воздействий и оценке внутреннего состояния организма. Вот что я называю движением. Сюда же относятся и многие другие изменения, которые происходят не только в животных и растениях, но и в микроорганизмах. Если какие-то процессы останавливаются, наступает смерть.

Г.: Да, действительно, общая картина впечатляет. Но такое ощущение, что в этом определении – «Живое есть движение» – словно бы чего-то недостает.

В.: Ты прав, мой юный друг. Живое – это движение, но это еще не все. Живое можно определить так же, как отражение внешнего мира в процессе адаптации к нему и нейтрализации энтропии.

Г.: А энтропия – это что такое?

В.: Энтропия – это мера беспорядка и характеристика состояния некой системы. Или, иначе говоря, это мера хаоса этой системы. Живое – это также коммуникация и связь, в процессе которой устраняется неопределенность. При этом сохраняются разнообразие и сложность различных форм по структуре и организации.

Г.: Вы имеете в виду разнообразие животного или растительного мира?

В.: И тех, и других, и микроорганизмов в том числе. Невероятно важным является то, что жизнь представляет собой информацию, которая заложена во все, что есть, для ориентации, управления и самоуправления.

Г.: Постойте, учитель, ведь информация – это что-то другое. Например, вот мы с вами сейчас обмениваемся информацией. Я сегодня читал книгу, которую вы мне порекомендовали, и там я нашел огромное множество полезной информации. Но какое отношение эта информация имеет к жизни?

В.: Друг мой Горацио, самое прямое. И, наверное, нам придется разобраться, что же такое информация.

Г.: Мне кажется, это довольно просто. Информация есть информация.

В.: Насколько я помню, так определял информацию Норберт Винер, которого считают отцом кибернетики [2].

Г.: Значит, все в порядке. Я угадал, и можно двигаться дальше?

В.: Гм… Ты ведь учил латынь? Так вот в переводе с латинского информация – это сведения, факты, данные. Но это, конечно, далеко не все. Информация – это не просто слова. Существует множество ее определений. Но и их, как мне кажется, недостаточно.

2. Кое-что об информации

Г.: Странно. Мне кажется, тут все должно быть просто.

В.: Мой друг, ты молод и порывист. Если дать правильное определение информации, мы очень близко подойдем к пониманию, что такое жизнь.

Г.: Очень интересно. Продолжайте, пожалуйста.

В.: Как я уже сказал, существует довольно много определений информации. Все зависит от того, для какой области знаний мы используем это понятие. Для наших целей, т. е. для того, чтобы уяснить, что такое жизнь, мне кажется, представляют интерес следующие определения.

Информация – это отрицание энтропии [3]. Информация представляет собой коммуникацию и связь, в процессе которых устраняется неопределенность [4]. Информация отображает уровень разнообразия [5]. Информация определяет меру сложности структур [6] и количественную меру устранения неопределенности (энтропии) системы, меру организации системы [7].

Г.: Стоп, учитель Вергилий. Вы только что почти теми же самыми словами описали жизнь.

В.: Я рад, что ты это заметил, мой друг.

Г.: Выходит, что информация как-то тесно связана с жизнью, т. е. с пониманием жизни?

В.: Конечно, Горацио. Но есть еще одно чрезвычайно важное свойство информации. Она не возникает самостоятельно: ни тексты книг, ни теле- и радиопрограммы, ни электронные письма и SMS-послания не возникают сами собой. Выражаясь языком информатики, ни один бит информации не может появиться без разумного вмешательства.

Г.: С этим трудно не согласиться. Не могу представить, чтобы какая-нибудь книга или SMS-послание появились сами собой. Но все-таки как все это связано с пониманием жизни?

В.: Начнем с того, что жизнь противостоит энтропии. Жизнь устраняет неопределенность. Феномен жизни вполне определен, каждое живое существо вполне конкретно. Заяц – это заяц, акула – это акула, ястреб – это ястреб. Это вполне определенные виды, и в них нет никакой неопределенности. Живому свойственна некая консервативность, и это свойство со временем не теряется.

Г.: И поэтому зайцы остаются зайцами, акулы – акулами, а ястребы – ястребами и т. д.

В.: Совершенно верно, мой друг. Однако надо всегда помнить, что каждое живое существо, каждая живая клетка снабжена достаточным потенциалом для изменчивости, ориентации в пространстве.

Г.: У меня вопрос. Что значит «ориентация в пространстве» для живой клетки?

В.: Ну, во-первых, если это одноклеточный микроорганизм, для него очень важно «понимать», где он находится. Во-вторых, для многоклеточного организма, каковыми являемся мы с тобой, каждой клетке «предписано» вести себя не изолированно и независимо, но «осознавать», что она часть целого организма и является, скажем, частью мышечной ткани, а не эпителиальной, например.

Г.: Слова «понимать» и «осознавать» звучат довольно странно для какой-то клетки.

В.: Само собой, Горацио, слова «понимать», «предписано» и «осознавать» я использую здесь метафорически.

Г.: Однако у меня появилось еще больше вопросов по поводу этих слов – «предписано» и «осознавать».

В.: Я хотел лишь выразить мысль, что клетки снабжены соответствующей информацией для того, чтобы они реагировали адекватно на внешнюю среду. А чтобы завершить наши рассуждения, хочу еще раз повторить, что жизнь – это прежде всего коммуникация и связь (причем постоянная) на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях.

Г.: Пожалуйста, не так быстро. Что, вообще, значит последняя фраза?

В.: Оно значит, что коммуникация начинается уже на молекулярном уровне. Коммуникация осуществляется между соответствующими молекулами при биосинтезе белка. Коммуникация между клетками совершенно необходима при их делении. Клеток соответствующей ткани не должно быть ни слишком мало, ни слишком много. Если, например, кровяных клеток слишком мало, организм испытывает дефицит в кислороде. Если жировых клеток слишком много, наступает ожирение.

Г.: Значит, размножение клеток находится под довольно серьезным контролем?

В.: Совершенно верно, Горацио. Если клетки теряют специфичность и начинают неуправляемо размножаться (то есть нарушается их управляющий информационный механизм), возникает злокачественная опухоль. В каждом живом организме все клетки и ткани взаимосвязаны и коммуницируют (то есть обмениваются информацией) невероятно быстро и слаженно. И только поэтому многочисленные живые организмы, населяющие Землю, могут существовать.

Г.: Да… понимаю. И животные ведь тоже обмениваются друг с другом информацией?

В.: Конечно! И постоянно. Самый яркий пример этого взаимодействия – это пчелы, муравьи, термиты, да и вообще все животные, птицы и рыбы, которые живут группами, стаями.

Г.: Для животных, очевидно, это существенно.

В.: И еще один важный момент. Жизнь сама по себе, так же как информация, нематериальна, но при этом облечена, я бы сказал, в удивительные по своему разнообразию формы.