Естественнонаучный базис концепции "Золотого миллиарда" в свете информационного обеспечения социума - (реферат)

Дата добавления: март 2006г.

Информация как фактор развития и гибели биологических систем и их производных

    Часть 1
    Введение

Как известно, основой жизни являются информационные программы, записанные в геноме посредством определенных“букв” - химических соединений, именуемых основаниями. Молекулы оснований, имеющие индивидуальную пространственную конфигурацию и свои особыепотенциальные энергетическиесвойства, именно в силу этих характеристик способны или не способны вступать во взаимодействие друг с другом и с другими органическими и неорганическими молекулами и соединениями.

Программы синтеза белковых молекул записаны в них определенной (как буквы в словах), последовательностью оснований, нанизанных на молекулу рибозы или дезоксирибозы.

Важной особенностью функционирования этих информационных центров является их способность ксамоблокированию, суть которого состоит в механизме комплементарности. Дело в том, что входящие в структуру нуклеиновых кислот основания также характеризуетособая энерговзаимозависимость, благодаря которой они, находясь в двух антипараллельных цепях, не просто способны к замыканию в пары, а неизбежно создают такие парные соединения. Такая организация структуры придает ДНК уникальные свойства. Во-первых, каждая одиночная цепь ДНК оказывается продублированной в своем антиподе–комплементарной цепи, что увеличивает надежность сохранения наследственной программы. Во-вторых, та или другая из спаренных цепей работают только тогда, когда это действительно необходимо с позиции рассматриваемого биологического объекта, или вынужденно неизбежно, если складывается ситуация вторжения новых информационных программ в геном извне (например, при оплодотворении или вирусной инфекции).

Таким образом, строгое взаимное соответствие последовательности комплементарных оснований в антипараллельных цепях ДНК создает равновесную систему, фактически“молчащую”информационную базу. Внедрение в одну из таких цепей каких-либо фрагментов ДНК–вирусной или даже собственной (то есть, происходящей из среды собственного организма) природы, нарушаетсостояние равновесности, что и является ключом, открывающим к ним доступ, который осуществляют информационные РНК, а это и есть начало белкового синтеза.

Так наглядно иллюстрируется биофизический принцип: – “неравновесность – мера жизни”.

    Главная Догма Биологии в свете информатики

Как известно, все биологические системы существуют под непрерывным воздействием информационного потока. Главная Догма Биологии (ГДБ) утверждает, что все живое функционирует по принципу предетерминированности. Иначе говоря, даже процесс индивидуальной адаптации базируется исключительно на реализации программ, уже записанных в геноме.

Схема взаимодействия живого объекта и окружающей среды в этом случае выглядит так:

Генотропные факторы среды: сигналы и элементы информационного потока, действующие на ядерную ДНК

Активация генов, продукты которых возвращают систему в состояние равновесности

При этом предполагается, что реестр ответов настолько полон, что способен обеспечить организму неограниченный набор заранее заготовленных средств защиты адекватный информационной сущности любых факторов среды, включая и такие как, например, вновь синтезированные химические соединения, не имеющие аналогов в природе. Так ли это в действительности?

Прежде всего, с позиций информатики как науки, рассматриваемой на модели ДНК, представляется необходимым внести ясность в сами понятия:

    “информационный поток”;
    “сигнал”;
    “элемент информационного потока”.

“Расширенное понятие информации выдвинуто кибернетикой- наукой об управлении и связи в живых организмах, обществе и машинах. Кибернетика формулирует принцип единства информации и управления, который особенно важен для анализа сути процессов, протекающих в самоуправляющихся, самоорганизующихся биологических и социальных системах.

Развитая в работах Н. Винера концепция предполагает, что процесс управления в упомянутых системах является процессом переработки (преобразования) некоторым центральным устройством информации, получаемой от источников первичной информации (сенсорных рецепторов) и передачи ее в те участки системы, где она воспринимается ее элементами как приказ для выполнения того или иного действия. По совершении самого действия сенсорные рецепторы готовы к передаче информации об изменившейся ситуации для выполнения нового цикла управления. Так организуется циклический алгоритм (последовательность действий) управления и циркуляции информации в системе. При этом важно, что главную роль играет здесь содержание информации, передаваемой рецепторами и центральным устройством” /Пархомчук А. А. , контрольная работа “Новое информационное общество” (по курсу “Современный уровень системного подхода к Природе и обществу”), Гос. унив. Управления Института Национальной и мировой экономики, М. 1998/. Как видим, кибернетический подход к оценке принципов самоорганизации живых систем не вполне близок к представлениям, защищаемым ГДБ.

Во-первых, согласно ГДБ сигналы и элементы информационного потока представляются фактически идентичными понятиями, а во-вторых, концепция предетерминированности даже не обсуждает кибернетический смысл и саму возможность активной ретрансляционной переработки (преобразования) информации, представленной белковой молекулой, в“некотором центральном устройстве”. Роль белковой молекулы, таким образом, рассматривается, в лучшем случае, наряду с любым сигналом, получаемой от источников первичной информации (сенсорных рецепторов) только лишь как приказ для выполнения того или иного действия.

Формальным аргументом в пользу такого представления является действительно существующий механизм взаимодействия с ДНК белков - регуляторов активности ядерных генов.

В значительной степени и другое, не вполне корректное представление современной биологии о значении и роли белков в жизнедеятельности организмов, как бы оправдывает эту точку зрения. Речь идет об утверждении, что поступающие с пищей белковые молекулы распадаются до аминокислот в процессе пищеварения. В действительности, сложные организмы имеют не только средства снижения плотности информационного потока, но и средства защиты поступающих в организм, в том числе и с пищей, информационных программ. В желудочно-кишечном тракте ферменты, главным образом, поджелудочной железы, а в кровотоке–лизосомальные ферменты лейкоцитов, разрушают целостность белковых молекул до фрагментов, состоящих из небольшого количества аминокислот–пяти, шести и меньше, которые уже не способны выступать в качестве матриц программ.

В качестве “защитников”программ, заключенных в структуре чужеродных белков, выступают особые клетки, как свободно циркулирующие в крови, так и фиксированные в тканях у“входных ворот”организма, всегда открытых для информации - в стенках кишечника и дыхательного тракта. Им, кстати, огромную роль в иммунитете отводил отечественный ученый Илья Мечников. Называют эти клетки“макрофагами”.

“Ранее, создатель статистической теории информации К. Шеннон обобщил результат Хартли и его предшественников. Его труды явились ответом на бурное развитие в середине века средств связи: радио, телефона, телеграфа, телевидения. Теория информации Шеннона позволяла ставить и решать задачи об оптимальном кодировании передаваемых сигналов с целью повышения пропускной способности каналов связи, подсказывала пути борьбы с помехами на линиях и т. д.

В работах Хартли и Шеннона информация возникает перед нами лишь в своей внешней оболочке, которая представлена отношениями сигналов, знаков, сообщений друг к другу - синтаксическими отношениями. Количественная мера Хартли-Шеннона не претендует на оценкусодержательной (семантической) или ценностной, полезной (прагматической) стороны передаваемого сообщения”. /Пархомчук А. А. , контрольная работа “Новое информационное общество” (по курсу “Современный уровень системного подхода к Природе и обществу”), М. 1998, Гос. унив. Управления Института Национальной и мировой экономики/. Применительно к выбранной нами конкретной модели - “ДНК – носитель информации”, согласно Главной Догме Биологии, элементами, представляющими собой готовые программы, являютсяфрагменты ДНК и РНК, имеющие чужеродное (гетерогенное) для рассматриваемой системы происхождение. Они-то и должны рассматриваться в качестве собственно элементов информационного потока.

В то же время, существует огромная группа так называемых генотропных факторов. К таковым следует относить как соединения, имеющие способность химически взаимодействовать с ДНК, так и физические факторы, способные нарушать комплементарность либо целостность спаренных цепей ДНК. Они, конечно, являются также знаками, отражающими состояние среды, в которой находится рассматриваемая система, но, поскольку все-таки не представляют собой последовательность оснований, им следует отводить лишь сигнальную функцию.

Таким образом, информационный поток, рассматриваемый ГДБ на уровне отдельной клетки, имеет две составляющие–собственно элементы информационного потока (ДНК, РНК) и генотропные факторы среды, выполняющие сигнальную функцию.

Программы, закодированные в структуре ДНК, в конечном итоге превращаются в белковые молекулы, первичная структура которых также состоит из последовательности“букв”, но букв уже другого рода, а именно – аминокислот. С этого момента –появления на арене жизни вновь синтезированной белковой молекулы, и начинается проблема корректности Главной Биологической Догмы. Согласно последней, этот белок следует определять как генотропный (т. е. имеющий сродство к геному, точнее, к ДНК как определенной физико-химической структуре) фактор, каковым он, конечно, и является по своей первичной структуре. Но его конечная биологически активная форма определяется четвертичной структурой–продуктом, пространственная конфигурация которого весьма далека от исходной формы. Соответственно, и активными группами на поверхности белка оказываются совсем не те последовательности аминокислот, которые выстраивались на начальных стадиях синтеза белковой молекулы, но именно сочетание аминокислот, представленных в таких активных группах на поверхности молекулы определяет функциональную значимость того или другого белка.

Казалось бы, все ясно: белковые молекулы несут сугубо сигнальные функции, не являясь сами программами, обучающего типа. Однако вся феноменология иммунитета свидетельствует, чтобелки, имеющие чужеродное для рассматриваемой системы происхождение, сами могут программировать ДНК, навязывая им трансформацию в соответствии с собственной структурой, а именно структурой их активных поверхностных групп. Гипотетически допускаемый, этот механизм получил названиеобратной трансляции.

Вопрос, однако, состоит в том, где и как осуществляется эта трансформация, какими энергетическими ресурсами она обеспечивается? По-видимому, современная наука уже достаточно близка к разрешению этой проблемы, если учесть успехи одной из отраслей современной биологии–генетики неядерных форм ДНК. Сегодня уже доказана роль таких ДНК в индивидуальной адаптации бактерий к антибиотикам, растений - к гербицидам, а также роль митохондриальных ДНК в иммунологических реакциях адаптации организма животных.

Для нас же, при анализе роли информативных молекул в развитии живых систем, важно само признание возможности белков выступать в качестве не только сигнала, но и фактора, вносящего в систему программы белкового синтеза, качественно новые для рассматриваемого объекта.

Следовательно, конкретизируя понятие “информационный поток”применительно к белоксинтезирующим и способным к самовоспроизводству (размножению) объектам, можно отнести к собственно элементам информационного потока два типа химических соединений:

    нуклеиновые кислоты;

белковые молекулы, начиная с фрагментов, содержащих цепи более чем из 7 аминокислот (минимальная величина антигена).

Тогда выше приведенная схема должна быть преобразована следующим образом:

    Генотропные факторы среды:
    - сигналы – дестабилизаторы спаренных цепей НК;

- элементыинформационного потока, представленные либо фрагментами ДНК, например, внедренными извне вирусами, либо цепочками ДНК, вновь синтезированными посредством механизмов:

    обратной транскрипции – считывания программы с РНК на ДНК;

- обратной трансляции – считывания программы с белковой молекулы на ДНК Активация:

    1. Генов ядерной ДНК

2. Новых программ, созданных посредством обратной трансляции –“направленной” мутации неядерных ДНК (например, митохондриальной природы)

Реализация программ ДНК возвращает систему, в том числе и посредством механизмов иммунной защиты, в состояние равновесности, именуемой Гомеостаз

Важно подчеркнуть, что процесс переработки информации является неотъемлемым атрибутом жизни вообще, на фоне которого зарождаются все другие её феномены, а именно обменные процессы, рост и размножение. Последнее, впрочем, является само краеугольным камнем, лежащим у истоков любой жизни.

Иначе говоря, б и ю – началом и концом жизни, является именно информация, то есть то, что ново и потому способно качественно изменить уже существующие программы.

    Часть 2
    Материя, информация, знания - связь понятий

Посмотрим, далее, каковы современные представления о движении и обращаемости информационных потоков на уровне личности и социума, что, собственно, должно соответствовать в нем выше представленной сугубо биологической модели, если принять эту модель в качестве универсального механизма и атрибута жизни. “Попытки построить модели понятия информации, охватывающие семантический аспект знания, содержащегося в некотором высказывании, относительно обозначаемого объекта, привели к созданию ряда так называемых логико-семантических теорий (Р. Карнап, И. Бар-Хиллел, Дж. Г. Кемени, Е. К. Войшвилло и др. ). В них информация рассматривается как уменьшение или устранение неопределенности. Естественно предположить, что средствами какого-либо языка с помощью создаваемых в нем высказываний можно описать некоторую совокупность возможных ситуаций, состояний, альтернатив. Семантическая информация, содержащаяся в каком-либо высказывании, исключает некоторые альтернативы. Чем больше альтернатив исключает высказывание, тем большую семантическую информацию оно несет. Исходной посылкой является утверждение, что информация является семантической сущностью материи. Понятие “материя” отождествляется с понятием “система”, в которую входят составными элементами - вещество, энергия, знания и информация. Эти элементы в соответствии с законом сохранения материи поддерживают систему в равновесном состоянии путем взаимных переходов из одной в другую субстанцию системы. При взаимодействии этих элементов системы вещество выступает носителем знания, а энергия - носителем информации” /Пархомчук А. А. , контрольная работа “Новое информационное общество” по курсу “Современный уровень системного подхода к Природе и обществу”, М. 1998, Гос. унив. Управления Института Национальной и мировой экономики/. Можно предположить, что если семантическая сущность материи –слово, однозначно идентифицирует объект или действие, то оно является в такой же степени элементом информационного потока, как и белковая молекула, хранящая внутри себя признаки породившей его программы, записанной языком генетического кода.

Страницы: 1, 2, 3