В 1971 г. М. Эйген [20] сформулировал последовательную концепцию предбиологической молекулярной эволюции. Эйген распространил идеи дарвиновского отбора на популяции макромолекул в первичном бульоне. Далее он показал, что кооперирование молекул в "гиперциклы" приводит к компартментализации в виде отдельных клеточных единиц. Гиперцикл – это средство объединения самовоспроизводящихся единиц в новую устойчивую систему, способную к эволюции. Он построен из автокатализаторов, которые сочленены посредством циклического катализа, т. е. посредством еще одного автокатализа, наложенного на систему.
Дарвиновский отбор, являющийся предпосылкой для возникновения гиперциклов, на молекулярном уровне может иметь место в системах, обладающих следующими свойствами:
1. метаболизмом – система должна быть далеко от равновесия. Образование и разложение молекулярных видов должны быть независимы. Отбор должен действовать только на промежуточные состояния, которые образуются из высокоэнергетических предшественников и разрушаются в низкоэнергетические отходы. Система должна использовать освободившуюся энергию и вещества;
2. самовоспроизведением – способностью инструктировать свой собственный синтез;
3. мутабилъностью, которая всегда сопутствует самовоспроизведению. Ошибки копирования – основной источник новой информации. Образование и отшлифовка эйгеновских гиперциклов привели к созданию аппарата трансляции. Образование вслед за этим клеточной мембраны завершило предбиологический период эволюции.
Вернемся снова к формуле Шеннона (6) и проанализируем текст "Завтра будет буря". Действительно, осмысленность или информация текста "Завтра будет буря" очевидна. Достаточно, однако, сохранив все элементы (буквы) этого сообщения, переставить их случайным образом, например, "рдеа Звубуб траяи", как оно утратит всякий смысл. Но бессмысленной информации не бывает. Согласно же формуле (7) оба предложения содержат одинаковое "количество информации". О какой же информации здесь идет речь? Или, вообще, можно ли говорить об информации по отношению к разрозненным элементам сообщения?..
Очевидно, отдельные элементы сообщения можно назвать "информацией" лишь при условии, если перестать связывать информацию с осмысленностью, т. е. с содержательностью. Но тогда это бессодержательное нечто вряд ли стоит называть "информацией", вкладывая в первичный термин несвойственный ему смысл. Учитывая, однако, что элементы сообщения реально используются для составления осмысленных текстов, содержащих информацию, эти элементы (буквы, сигналы, звуки) удобнее трактовать как информационную тару, которая может содержать информацию, а может быть и бессодержательной, пустой [21]. Очевидно, что емкость тары зависит от того, заполнена ли она и чем она заполнена. Поэтому частотную характеристику элементов сообщения
лучше называть не "количеством информации", а "емкостью информационной тары". Это, кстати, хорошо согласуется с формулой К. Шеннона (7), по которой "количество информации" в данном сообщении не зависит от порядка следования составляющих его букв, а только от их числа и частотных характеристик.
Однако здесь резонно возникает вопрос, насколько обоснованно считать
емкостью i-го элемента информационной тары? Судя по работе [3], такой способ измерения количества информации введен скорее из соображений удобств. Коэффициент k здесь играет подсобную роль – его величина зависит от выбора единицы измерения количества информации (или емкости тары) и основания логарифма. Как мы уже отмечали, если за такую единицу принять бит, т. е. информационную емкость одного элемента стандартного бинарного кода, когда р1 = р2 = 0.5, а за основание логарифмов "2", то k=1, и тогда формула (7) приобретет вид Нм = М. В общем же случае эту формулу можно записать как (1), что по смыслу своему представляет собой не что иное, как расчет числа букв бинарного кода, требующегося для записи данного сообщения. При такой интерпретации выбор единицы измерения емкости тары и способа определения этой емкости приобретает обычное звучание, – но, конечно, лишь при условии максимальной компактности кода (когда реже встречающиеся в языке символы заменяются большим числом букв бинарного кода, чем чаще встречающиеся) и только в пределах данного разговорного языка. Сохранится ли это правило перехода от одного кода к другому для разных разговорных языков? А также от одного языка к другому?
Заметим, однако, два обстоятельства в данном примере текста "Завтра будет буря". Первое – текст понятен русскому, но является "китайской грамотой" для китайца. Это говорит о том, что каждый раз, когда мы говорим о семантике, необходимо иметь в виду семантическое родство сообщения и воспринимающей системы.
Второе обстоятельство касается того, что текст – замкнутая система.
Перейдем к открытым динамическим системам. Как мы уже отмечали, в таких системах будут возникать параметры порядка, именно они станут "семантикой информации", адекватной внешней среде. На основании этой новой информации будет идти естественный отбор на выживание этих организованных систем. Дарвиновский отбор накладывает ограничения на объекты всех уровней – физические, химические, биологические и другие [22]. В биологических системах первым уровнем дарвиновского отбора является генетический отбор. В этой монографии мы будем рассматривать биологические системы, начиная с генетической – живой клетки.
Литература
1. Налимов В. В. Вероятностная модель языка. М., "Наука". 1979.
2. Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине. М., Советское радио, 1968.
3. Шеннон К. Математическая теория связи. В кн.: Работы по теории информации и кибернетике. М., Изд. ин. лит., 1963. С. 243-496.
4. Шредингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физика? М., Гос. изд. ин. лит. 1947.
5. Бриллюэн Л. Наука и теория информации. М., Гос. изд. физ.-мат. лит., 1960.
6. Бриллюэн Л. Научная неопределенность и информация. М., "Мир", 1966.
7. Шеннон К. Бандвагон. В кн.: Работы по теории информации и кибернетике. М., Изд. ин. лит., 1963, С. 667-668.
8. Голдман С. Теория информации. М., Изд. ин. лит., 1957.
9. Стратанович Р. Л. Теория информации. М., "Советское радио", 1975.
10. Яглом А. М., Яглом И. М. Вероятность и информация. М., "Наука", 1973
11. Коган И. М. Прикладная теория информации. М., "Радио и связь", 1981.
12. Поплавский Р. П. Термодинамика информационных процессов. М, "Наука", 1981.
13. Седов Е. А. Эволюция и информация. М., "Наука", 1976.
14. Кадомцев Б. Б. Динамика и информация. М.: Ред. ж. УФН, 1997.
15. Колмогоров А. Н. Теория информации и теория алгоритмов. М., "Наука", 1987.
16. Гленсдорф П., Пригожий И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуации. М.: "Мир", 1973.
17. Баблоянц А. Молекулы, динамика и жизнь. М., "Мир", 1990.
18. Белоусов Б. П. Периодически действующая реакция и ее механизмы. В Сб. рефер. по радиац. мед. за 1958 г. М.: Медгиз, 1959.
19. Жаботинский А. М. Концентрационные автоколебания. М.:"Наука", 1974
20. Эйген М. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул. М.:"Мир", 1976.
21. Корогодин В. И. Определение понятия "информация" и возможное его использования в биологии. Биофизика, 1983, т. 28, с. 171-178.
22. Моисеев Н. Н. Алгоритмы развития. М., "Наука", 1987.
Глава вторая
ИНФОРМАЦИЯ И ЕЁ СВОЙСТВА
События, происходящие вокруг нас, можно разделить на два класса: изменения и целенаправленные действия. В соответствии с этим и объекты, окружающие нас, можно подразделить на те, которые могут только изменяться, и те, которые могут действовать целенаправленно. Ко второму классу относятся события из мира живой природы [1-3].
Изменениями обычно называют все, что происходит с окружающими нас объектами и с нами самими с течением времени, независимо от особенностей и скорости отклонения от того состояния, которое мы можем зафиксировать в некоторый данный момент. Изменяется все: "Ничто не вечно под луной". Происходят изменения в соответствии с законами физики и химии, которые, таким образом, и управляют изменениями окружающего нас мира. Физическая и химическая природа объектов и условий, в которых они находятся, с неизбежностью определяют направления, характер и скорость их изменений, будь то атом, человек или Вселенная. Конечным итогом таких изменений всегда и неизбежно является гибель, распад или иная форма превращения материального объекта. Но некоторые объекты способны так изменяться во внешней среде, что одни процессы в них идут чаще, другие реже, адекватно условиям среды.