Определение информации; определение жизни; эволюция




НазваниеОпределение информации; определение жизни; эволюция
страница1/6
Дата публикации24.02.2013
Размер0.92 Mb.
ТипДокументы
litcey.ru > Информатика > Документы
  1   2   3   4   5   6




573.55; 576.11; 576.15; 621.391

Определение информации; определение жизни; эволюция
Пути изменчивости и эволюции живых систем.

Шулюпин О.К. ,

olkoshu@rambler.ru

Резюме
Предлагается определить информацию как поток энергии, который производит в системе обратимые изменения. Введено понятие неинформации, как потока энергии, не вызывающего в системе изменений.

Информация связана с энергией по крайней мере в двух аспектах – внутренний, объективный, как необходимый материальный носитель и внешний, субъективный, как энергетический эквивалент (стоимость) для разнообразных внешних приемников (наблюдателей).

Предлагается определить жизнь как многосубстратную и многопродуктную каталитическую систему, способную использовать входящие потоки энергии и информации для поддержания своей структуры, создавать информацию, а также некоторое время сохранять каталитическую структуру в отсутствии входящих потоков.

Жизнь в любых проявлениях – энергетически бесценное явление природы и энергетический эквивалент биологической информации любой простейшей живой системы настолько велик, что не поддается даже скромной оценке с точностью хотя бы до нескольких порядков.

Центральный путь эволюции всех живых систем – совершенствование путей поддержания и восстановления после нарушений активной каталитической структуры, во многом определяемое наличием резервов информации, не имеющей энергетического эквивалента. Эволюция человека еще не завершена и тоже, прежде всего, состоит в эволюции путей поддержания и восстановления после повреждения активной каталитической структуры.

Эволюция человека смещается из области морфологии и анатомии субъекта в область генетики поведения, совершенствования социальных структур, совершенствования общественных отношений. Совершенствование путей создания информации. Дальнейший переход от поддержания отдельных государств и организаций к поддержанию всей биосферы в целом.

Введение
Для рассмотрения возможных путей изменчивости живых систем и перспектив эволюции, по нашему мнению, нужно сформулировать ряд вспомогательных определений и получить некоторые промежуточные выводы. На наш взгляд, существующие определения мало отвечают сформулированным задачам [1,5,17].

Так, в «Википедии» приводят следующие определения жизни –

биологическое – особый вид материального взаимодействия генетических объектов, которые осуществляют синтез себе подобных. Критика – в чем состоит особенность? Почему в основе - синтез себе подобных? Биосфера в целом – живая, но не синтезирует себе подобных. По не опубликованному устному замечанию Блюменфельда, сделанному на одном из семинаров кафедры биофизики физфака МГУ, получается, что женатый человек живой, он может размножаться, а холостой – мертвый. Можно добавить, что далеко не все женатые люди имеют детей (если начать с уровня молодоженов), а те, кто имеет, разве они только и делают, что размножаются? К тому же, как классифицировать детей, людей пенсионного возраста? Другой пример – пчелиная семья – размножается только оплодотворенная матка, трутни участвуют в размножении вспомогательно, не все и очень ограниченный период времени, рабочие пчелы в принципе не могут размножаться. Таких коллективных видов в энтомологии масса, а в биологии немало особей, которые не могут размножаться по причине генетических дефектов. Кобыла, покрытая ишаком, рожает мула, мало похожего на мать и на отца, и не способного размножаться в принципе.

Физико – химический подход – жизнь – преобладание процессов синтеза над процессами распада. Критика – это только часть жизни, а когда организм умирает? Процесс умирания в большинстве случаев достаточно продолжителен, организм умирает по частям. Так, смерть человека связывают со смертью мозга, но ряд органов можно пересадить другому человеку, либо некоторые органы умирают раньше мозга и их приходится даже удалять хирургическим путем. Растения без воды увядают, прекращая синтезы, но оживить их без проблем, если вовремя полить. Только у растений в период светового дня синтезы преобладают над распадом, в темное время суток количество синтезов резко сокращается и распад преобладает над синтезом даже у растений. Семена растений и споры микробов – покоящаяся форма без каких-либо синтезов и а prori неизвестна их всхожесть. Семена растений в период прорамтания до начала фотосинтеза активно растут за счет запасов в зерне и распад преобладает над синтезами. Более того, даже активно растущий гетеротрофный организм, потребляя пищу, только часть пищи использует собственно для построения себя. Большая часть потребляемой энергии рассеивается в виде тепловой энергии, или не утилизируется – у теплокровных животных около 10% пищи не усваивается. К.п.д. синтезов и механической работы не превышает 30%. На синтез одной пептидной связи расходуется 4 молекулы АТФ, хотя гидролиз пептидной связи дает энергии мене одной фосфодиэфирной связи молекулы АТФ. В синтезах участвуют только мономеры макромолекул – аминокислоты, нуклеозиды, незаменимые жирные кислоты и т.д. В составе пищи эти соединения входят в виде макромолекул, а их гидролиз и всасывание в пищеварительном аппарате тоже идут с потерями [3,10]. Для синтезов необходимо построить значительное количество внутриклеточных органелл - рибосомы, аппарат Гольджи и т.д., что тоже весьма энергоемко [3,10] , а для получения энергии ее необходимо зафиксировать в макроэргических связях через гидролиз макромолекул пищи. Таким образом, процессы распада преобладают в живом почти всегда над процессами синтеза, что в корне отрицает подобное определение.

Химико - волновое определение – химическая волна, многомерная каталитическая циклическая реакция. Критика – неконструктивное введение других, по крайней мере, многим непонятных терминов. Отсутствие определения как такового и подмена некими тавтологиями.

Кибернетическое – жизнь – кибернетическая структура, реализующая специфические информационные свойства. Критика – подобные замечания как для химической модели, к тому же – а что такое информационные свойства?

Энтропийное определение – турбуленция в потоке информации – критика, аналогично выше приведенной.

Термодинамическое определение жизни – процесс одностороннего обмена информацией о структуре между ограниченной частью материального мира с ее окружением.- Информационные взаимодействия – не только одностороннее поглощение информации, нередко идет обмен, спор, дискуссия и они более продуктивны, чем одностороннее запоминание. Дальнейшая критика, аналогичная выше приведенным определениям.

В Большой Британской энциклопедии понятие жизнь как общебиологическое явление, не рассматривается. Прочие зарубежные источники приводят высказывания, не отличающиеся принципиально от рассмотренных выше.

Есть философские определения жизни, которые так же имеют все вышеперечисленные недостатки. Религиозные, ненаучные и юмористически определения приводить не вижу смысла.

Мне не удалось найти ни одного конструктивного определения жизни, которое бы связывало жизнь с более базовыми понятиями – пространство, время, масса, энергия. Несомненно, что жизнь отличается от косной материи составом, но в чем качественное отличие живой материи от мертвой (некогда живой) или косной материи, никто ничего не говорит. Медики, биологи и просто заинтересованные люди решают этот вопрос на интуитивном уровне, в каждом конкретном случае.

Некоторые определения жизни оперируют понятием «информация», не определяя ее. Несомненно, что жизнь сильно связана с информацией и без определения ее не обойтись. Все живые системы способны к восприятию, хранению и переработке информации. Это одно из основных отличий от косной материи и от мертвого организма. Не случайно смерть человека связывают прежде всего со смертью головного мозга, основной информационной системы, которую нельзя реанимировать уже после нескольких минут кислородного голодания и травмы которого крайне тяжело отражаются на состоянии организма.

В «Википедии» информация – это сообщение, но это не есть определение, а буквальный перевод с латинского языка. В теории информации информацию вводят как математическую функцию, зависящую от вероятностей событий до и после получения информации, не связывая ее с более базовыми понятиями, к которым можно отнести энергию или материю, пространство, время, массу. Можно привести много примеров того, что информация появляется в косной материи до живых систем и может быть независима от живых систем. Понятие информация более базовое, чем понятие жизнь.

Нам кажется, что необходимо попытаться ввести новые определения информации и жизни, поскольку рассмотренные в ранее опубликованных обзорах определения не всегда отвечают современным задачам [1,3,5,10,17], к которым можно отнести необходимость конструктивности определений и связь определения жизни с основными базовыми понятиями – материя, энергия, пространство, время, масса. Существующие определения и экспликации информации и жизни во многом носят мировоззренческий характер. Материализм, по нашему мнению, характеризует индивидуальные особенности восприятия мира субъектом, и нет оснований считать его единственно верным. Но, по нашему мнению, материализм позволяет построить более адекватные модели и сделать более конструктивные выводы, чем остальные течения, такие, как идеализм, дуализм или религиозные подходы. Если представители названных течений предложат конструктивные определения, позволяющие сделать адекватные прогнозы, то подобные подходы можно только приветствовать.


^ Информация и энергия
Исходя из достаточно адекватного приближения к реальности в виде материалистического монизма, согласно которому в мире нет ничего, кроме энергии, информация должна иметь связь с энергией. Нередко единую материю разделяют на вещество (материю) и энергию (энергия кинетическая, полей, химических связей и т.д.). Согласно уравнению Эйнштейна - E=mc2 - энергия и материя едины [15]. Использование терминов материя или энергия, на наш взгляд, принципиального значения не имеет и отражает малосущественные лингвистические предпочтения автора. На эту тему можно спорить, но я объясняю свою точку зрения и буду ее придерживаться. Сторонники идеалистического монизма либо дуализма или иных течений могут иметь другие точки зрения, и было бы интересно узнать об их построениях связей между энергией и информацией.

Можно поставить вопрос, - в какой форме связаны понятия энергии и информации в принятом приближении? Давно подмечено Сциллардом и Хартли, развито Кастлером и Бриллюэном (равенство ХСБ) формальное сходство между формулой Больцмана для энтропии S=klnW (1) и формулой Шеннона для количества информации I=log2 P2 /P1 (2). Где S- энтропия, k - постоянная Больцмана, W- термодинамическая вероятность, I- количество информации, P2 и P1 - вероятности наступления события после получения информации и до получения информации [цит. по 1,5]. Других соотношений, связывающих информацию и энергию, мне не известно. Могу ошибаться.

Энтропия по Больцману введена для идеального газа – системы абсолютно упругих шарообразных (бесконечно симметричных) незаряженных частиц, взаимодействующих только при соударении в отсутствии внешних полей и при условии сохранения механической энергии поступательного движения. Без переходов в другие формы и по другим степеням свободы (колебательное и вращательное движения атомов). Объем атомов не учитывают, что справедливо только для достаточно разряженных газов [15]. В какой мере такая предельно идеальная модель максимально простой системы способна к обобщению?

Некоторые теоретики согласны со Сциллардом. Делают весьма спорное предположение о том, что klnW=Qlog2 P2 /P1 (3) c точностью до размерного множителя Q и производят на этом основании расчеты энергетического эквивалента (энергетической стоимости) информации для молекул, надмолекулярных структур и даже человека [1,11]. Не все согласны с этими допущениями, но детальная критика такого подхода отсутствует. Обзор мнений на эту тему приведен Волькенштейном [5].

Известно, что размерность постоянной Больцмана k в системе СИ – джоуль/градус К. Физический смысл температуры - средняя по времени и по пространству кинетическая энергия движения атомов идеального газа. Отсюда следует, что постоянная Больцмана k и энтропия S – величины безразмерные [15]. Энтропию не измеряют, а вычисляют, эталон энтропии отсутствует. Аналогично и количество информации по Шеннону [15]. Насколько конструктивно приравнивать две безразмерные величины с точностью до некого множителя, величину которого невозможно оценить независимыми способами и рассчитывать энергетическую стоимость (эквивалент) информации?

Применяя равенство (3) были произведены расчеты и получены интуитивно парадоксальные для некоторых выводы о том, что энергетическая стоимость информации, заключенной в человеке, не превышает таковой в куске горной породы того же веса [1]. Не все согласны с этими расчетами и выводами, но детальная критика подхода расчетов энергетического эквивалента информации на основании равенства ХСБ отсутствует.

Можно добавить, что в естествознании много логарифмических зависимостей. В какой мере справедливо их все приравнивать между собой и делать выводы, противоречащие здравому смыслу и обыденному опыту, которые не всегда противоречат научному мышлению?

Рассмотрим равенство (3) более подробно. Теоретиками подразумевается [1,11], что коэффициент Q в равенстве (3) порядка единицы, что нужно доказывать, а не постулировать, но доказательства нет. А численное значение коэффициента может очень сильно отличаться от единицы, как, например, универсальная гравитационная постоянная в законе всемирного тяготения Ньютона. Один этот факт ставит под сильное сомнение справедливость равенства ХСБ (3), не смотря на их авторитет. Экспериментальный путь оценки коэффициента Q отсутствует, поскольку материального эталона энтропии нет, эту величину вычисляют. Такие же соображения касаются и формулы Шеннона для количества информации и невозможности экспериментального определения количества информации.

Предпосылки для расчетов, сделанные на основании равенства (3), тоже имеют ряд слабых мест. Рассмотрим подробнее рассуждения некоторых теоретиков, сделанные на основании указанного равенства.

Некоторые теоретики рассчитывают энергетический эквивалент информации, необходимый для синтеза аминокислот и нуклеотидов, подразумевая, что достаточно смешать химические элементы. Другие авторы начинают с уровня молекул, подразумевая, что мономеры уже есть. Теоретик всегда делает какие-либо упрощения, но в какой мере они оправданы? Человека моделируют небольшим количеством белка и нуклеиновых кислот. Не разделяют РНК и ДНК. Пренебрегают их разнообразием по молекулярным весам, первичной и высшим структурам, важностью этих структур и многочисленные биологические функции. Примерно 7 кг белка и около 150 г нуклеиновых кислот [1].

В этом приближении [1] совсем не учтены липиды и минеральные компоненты. Но липиды входят в состав мембран, образуя высокоупорядоченые структуры стенок соматических клеток, а так же образуют сложные структуры в нервной и мозговой тканях. Даже в соматических клетках липиды не только входят в состав стенок, но и образуют ряд внутриклеточных органелл, таких, как ядро, аппарат Гольджи и т.д. А в составе клеточных стенок мембраны содержат многочисленные белки-пермеазы, рецепторы, антигены и т.д., специфичные для каждой ткани. В составе клеточных стенок и нервной ткани мембраны лежат в основе разнообразных рецепторов, очень сложно организованных по составу и пространственно [3,10,14]. По массе липиды могут составлять до 30% массы тела. До сих пор никому не удавалось синтезировать в лабораторных условиях даже фрагмент эукариотической клеточной стенки с функциями активного транспорта или какого-нибудь рецептора.

Минеральные компоненты образуют высокоупорядоченный скелет, содержащий разнообразные по функциям клетки [3,10]. До сих пор ни кому не удалось вырастить в пробирке даже самый малый фрагмент костной ткани. Отсутствуют даже теоретические подходы к возможному решению этой проблемы. А синтез костной ткани – актуальная задача, решение которой востребовано в трасплантологии. Минеральные компоненты могут достигать 20% массы тела человека. Пренебрежение названными компонентами и их биохимическими функциями, по нашему мнению, - слишком сильное упрощение, даже без глубокого критического рассмотрения сомнительной справедливости равенства ХСБ (3) на физико-математическом уровне.

Рассмотрим более подробно синтез нуклеиновых кислот. По мысли теоретиков [11] достаточно взять мономеры и смешать их, без указания условий (растворитель, концентрации реагентов, катализаторы, рН, температура, время синтеза, прочие добавки). Но так синтез сложных соединений проходит только на бумаге. Тем более без учета энергии активации, которая необратимо рассеивается после образования химической связи, со 100% выходом, без возможности образования побочных продуктов, без указания количества стадий синтеза. Так ни одна сложная реакция не проходит. В нашей биосфере спонтанный абиогеннный синтез нуклеиновых кислот не пойдет, а в какой пойдет - нам не известно.

Для синтеза даже небольших фрагментов ДНК квалифицированному экспериментатору необходимо из биосферы выделить дезоксинуклеозидтрифосфаты, что достаточно энергоемко, либо приобрести их, что тоже не дешево. Потом необходимо создать условия синтеза, т.к. просто в водном растворе (каком?) либо при смешивании сухих компонентов реакция не пойдет. Для твердофазного нематричного синтеза нуклеиновых кислот необходимо надлежащее оборудование и чистые реактивы, которые тоже что-то стоят энергетически, т.к. в биосфере присутствуют в качестве продуктов деятельности человека. При этом синтез нужной (какой?) последовательности необходимо контролировать энергетически дорогостоящими средствами. Полученные олигонуклеотиды желательно сшивать в полимеры более высокого молекулярного веса, что на данном этапе сильно ограничено величиной молекулярного веса. Для синтеза очень больших фрагментов ДНК просто ни кем не реализовано [10]. Тем не менее, молекулярный вес фрагментов ДНК – решающий фактор для биологической активности (передаче информации), что показано при трансформации бактерий – процесс передачи некоторых признаков через введение в бактериальные клетки чистой ДНК. На этом явлении держится вся генная инженерия, значительная часть биотехнологии.

Ферментативный синтез нуклеиновых кислот нуждается в матрице - затравке и ферментах, и не решает проблемы спонтанного синтеза даже короткого олигонуклеотида. Синтез мономеров биогенных макромолекул – совсем не спонтанный процесс и тоже много от чего зависит, в том числе и энергетически [8].

По предположениям теоретиков [1,11], синтез надмолекулярных структур малоэнергоемок, но на данном этапе еще никому не удавалось синтезировать, или реконструировать даже самую маленькую хромосому, как нуклеопротеиновый комплекс. Что говорить о клетках эукариотического организма, тканях и органах. А такая технология выращивания органов и тканей вне организма востребована в трансплантологии и возможная продукция имеет немалую рыночную стоимость. Условия самоорганизации клеток из макромолекул тоже неизвестны и отсутствуют даже фантастические гипотезы на эту тему. Подобные рассуждения можно привести и для синтеза мономеров нуклеиновых кислот, аминокислот, белков, липидов, скелета, органов и тканей. Таким образом, вопрос об энергетическом эквиваленте информации остается открытым. Других соотношений, связывающих энергию и информацию, мне неизвестно.

Следует отметить, что формула Шеннона (2) введена для расчетов количества информации, без определения понятия информации как таковой. Шеннон с самого начала оговаривал, что его формула применима только для расчетов, связанных с передачей телеграмм [цит. по 5].

В разнообразной литературе многочисленные авторы достаточно адекватно описывают процессы, связанные с информацией, употребляя термины - информацию скачали, что есть каналы распространения информации, и эти слова не вызывают непонимания. Естественно предположить, что информация - всегда поток некой энергии. В приближении применимости материалистического монизма к адекватному моделированию реальности, согласно которому в мире нет ничего, кроме энергии, можно предложить следующее определение.
  1   2   3   4   5   6

Похожие:

Определение информации; определение жизни; эволюция icon«Текстовая информация»
Ребята, мы дали определение понятия кодирования информации и вспомнили различные формы представления информации. Знаем ли мы определение...
Определение информации; определение жизни; эволюция iconНегосударственное Аккредитованное Частное Образовательное Учреждение...
Философский аспект информации. Кибернетический аспект информации. Данные и метаданные. Сигналы. Информация и связь. Комбинаторное...
Определение информации; определение жизни; эволюция icon1. Жизненный цикл программного обеспечения. Чем занимается ооп
Что такое ооп. Определение. Определение класса. Определение объекта. Что такое суперкласс (метакласс). 4
Определение информации; определение жизни; эволюция iconОпределение производной функции
Если ввести обозначение (можно назвать эту величину приращением аргумента), то определение запишется в виде
Определение информации; определение жизни; эволюция iconВопросы по алгебре демонстрируются на карточках
Проконтролировать степень усвоения правил: определение линейной функции, взаимное расположение графиков линейных функций, определение...
Определение информации; определение жизни; эволюция iconГоу впо «Тюменский государственный университет» Нижневартовский экономико-правовой...
...
Определение информации; определение жизни; эволюция iconЛабораторная работа №2 Определение масштаба аэроснимка и определение высоты фотографирования
Исходные данные: фокусное расстояние аэрофотоаппарата (афа), равное 100 мм, карта(ксерокопия) масштаба 1: 25 000,аэроснимок
Определение информации; определение жизни; эволюция iconУчебно-методический комплекс для студентов заочной формы обучения...
...
Определение информации; определение жизни; эволюция iconДайте определение науки «Информатика»
И – наука о законах и методах организации и переработки информации в естественных и искусственных системах с применением ЭВМ. И –...
Определение информации; определение жизни; эволюция iconТема : Определение скорости передачи информации при заданной пропускной способности канала
Тема: Определение скорости передачи информации при заданной пропускной способности канала

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница