Естественнонаучный базис концепции Золотого миллиарда в свете информационного обеспечения социума

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 особые потенциальные энергетические свойства, 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 к самоблокированию, суть которого состоит в механизме комплементарности. Дело в том, что входящие в структуру нуклеиновых кислот основания также характеризует особаяэнерговзаимозависимость, 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, нарушает состояние 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:

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 оценку содержательной (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, являются фрагменты 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, что белки, 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 название обратной 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:

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, α и ώ – 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.

Но, по аналогии с нашей биологической моделью, отдельное слово, как и более объемный набор слов – фраза, а также мысль, идея, в зависимости от качественного состояния воспринимающего объекта могут тогда выступать в двух ипостасях:

- сигнальной, если воспринимающая их система уже содержит представления об описываемом предмете или действии;

- информационной, если описываемое явление несет в себе образ, структуру, понятие - качественно новые для воспринимающей системы.

Иначе говоря, и образ, и слово, и мысль, и идея в равной степени могут быть признаны атрибутами информационного мира, способными существенно влиять на движение материи. Так что, классики марксизма не зря признавали тезис:

- Идея, овладевшая массами, становится материальной силой.

Проблема «левшей» и «правшей», ее место в информационном мире

Определенные биологические особенности строения мозга человека, связанные с его диссимметрией, то есть наличием в области левой височной извилины речевого центра, не дублированного в правой половине мозга, определяет уникальные свойства человеческого сознания. Более того, принципы функционирования мозга, в котором всегда преобладает активность либо правого, либо левого полушария, создают в социуме базу для психотипического разнообразия, причем носители каждого психотипа по-разному взаимодействуют с информационным потоком.

Так, для людей левополушарного типа характерна выраженность абстрактно-логического мышления, способность мыслить посредством движущихся образов, создавать технические конструкции, а также музыкальные композиции преимущественно не образного, а также конструктивного типа, равно как и в художественном творчестве быть не пейзажистами, а скорее авангардистами абстрактного толка.

Для правополушарного психотипа, напротив, характерны:

- образно-чувственное мышление;

- склонность к гуманитарным дисциплинам;

- в музыке – создание произведений, порождающих в воображении зрительные образы;

- в художественном творчестве - практически исключен абстракционизм как природная склонность.

В том, что перечисленные психологические характеристики действительно отражают различную биологическую базу психики, а не являются плодом воспитания или условий жизни, убеждают научные исследования психики будущих космонавтов. Как выяснилось, поведение людей каждого психотипа в условиях сурдокамеры разительно отличается. Условия полного обеззвучивания наиболее тяжелы для людей левополушарного типа, тогда как для «правополушарников» тишина – лишь стимул к работе воображения.

Это свидетельствует, что для каждого психотипа в природе заготовлен свой «ключ» и своя «замочная скважина».

Мозг «левополушарника» «открывает», то есть переводит в физиологически активное состояние, например, после сна, звуковая волна, а «скважиной» для «ключа» является периферический отдел слухового анализатора, проще говоря, - ухо.

Мозг «правополушарника» открывает световая волна, а «скважиной» служит сетчатка глазного дна.

Именно поэтому для успешного включения индивидуума в процесс общения с информационным потоком, то есть воспитания и обучения, необходимо учитывать данные природные предпосылки. При этом важны и форма подачи воспитывающей информации, и преимущественный выбор образовательных предметов.

Унифицированная система воспитания и образования в равной степени неблагоприятна для личностей того и другого психотипа. Это обстоятельство, как это и было, по-видимому, в древнейшие времена, учитывается в малых этнических группах, но отброшено в современном цивилизованном обществе.

Несмотря на то, что «и образ, и слово, и мысль, и идея в равной степени могут быть признаны атрибутами информационного мира, способными существенно влиять на движение материи», необходимо также согласиться с тем, что уже вследствие названного выше психотипического разнообразия каждая личность по-своему взаимодействует с информационным потоком и по-своему его перерабатывает.

Выводы, например, которые могут сделать личности право - и леворолушарного типа, находящиеся в одном и том же информационном поле, могут быть неидентичными, но в то же время каждый со своей стороны они будут абсолютно достоверными и адекватными данной ситуации.

Серьезные проблемы могут ожидать социум по мере утверждения идеи принципиальной заменимости человеческого интеллекта - искусственным. Человечество стоит перед реальной возможностью устранения из сферы разума его чувственно-эмоциональной составляющей, – кстати, уникального природного дара вида Homo sapiens. А ведь именно эта сторона личности наделяет её и прозорливостью, и интуицией, и способностью к выбору неординарных решений в критических ситуациях, которые являются важнейшим условием сохранения и личности, и вида.

Важно отметить, что правополушарному психотипу последние качества свойственны в гораздо большей степени, чем личностям левополушарного типа.

Человек (общество), претендующий (ее) на роль «Управляющего» природными явлениями или взаимоотношениями в социуме, в принципе не может справиться с проблемой собственного адекватного реагирования на изменения, возникающие в этих многофакторных системах, в особенности, если в основу таких оценок не введен паритет мнений, как право -, так и левополушарных психотипов.

Часть 3

Прикладные (экологические) аспекты внедрения информационных технологий

Кроме того, только человек способен накапливать и передавать информацию внеклеточным путем, а это - чрезвычайно обстоятельство.

Принципиальная возможность «управления» природой рассмотрена в книге «Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать?»(1,5,6).

Как известно, «генетическая информация закодирована в молекуле ДНК с помощью четырех «букв» - нуклеотидных пар, являющихся молекулярными ячейками памяти, каждая из которых может запомнить по две пары различных «букв», т.е. два бита информации. Запас информации в памяти человека примерно совпадает с запасом его генетической информации (примерно, 100 бит/с). Активное усвоение новой информациичеловекомпроисходитне далее чем в первые 20 лет жизни, т.е. в течение 6х10 в 8 ст./с. В дальнейшем информация памяти увеличивается незначительно и можно принять, что ее порядок величины не изменяется.

Культурная информация цивилизации (информация искусственной окружающей среды) складывается из не перекрывающихся частей информации всех людей на Земле. Информация, записанная в книгах и компьютерах, не является потерянной и мертвой только в том случае, если она содержится в памяти каких-либо живущих членов общества. Верхний предел запаса культурной информации цивилизации можно оценить величиной произведения числа людей, около 5х10 в девятой степени человек, на запас информации памяти каждого человека, 6х10 в 19 степени бит/человек, то есть величиной порядка 10 в 19 степени бит.

Отличие человеческого общества от обезьяньего стада заключается в наличии культурной информации - культурного наследия цивилизации.

Запас генетической информации всей естественной биоты в биосфере равен произведению средней информации генома одного вида и числа видов биоте (10 в 8 степени бит и 10 в 7 степени бит соответственно).

Таким образом, запас генетической информации биосферы, и запас культурной информации цивилизации примерно совпадают по порядку величин.

Объем памяти современного персонального компьютера достигает 10 в 9 степени бит и примерно совпадает с запасом генетической и культурной информации одного человека. Таким образом, по объемам памяти и запасам информации современная цивилизация не уступают естественной биоте.

Однако между информационными потоками цивилизации и естественной биоты существует разрыв примерно на 20 порядков в пользу биоты. Это количественное различие указывает, что запас информации, накопленный цивилизацией, совершенно недостаточен для управления окружающей средой. К тому же основная часть накопленной культурной информации направлена не на управление, а на разрушение биоты и окружающей среды.

Человечество не в состоянии помочь естественной биоте управлять качеством окружающей среды, оно может лишь не мешать биоте это делать» (1, с. 302-304).

Таким образом, человечество столкнулось с двумя явлениями, противоречащими друг другу - быстрым прогрессом цивилизации и потерей устойчивости биосферы. Для разрешения этого противоречия необходимо научиться соблюдать границы допустимого влияния человека на окружающую среду и биоту.

Следовательно, переход к действительно принципиально новому мышлению, обеспечивающему сохранение человека как вида, означает переход к сознательному самоограничению.

Современная экономическая культура есть культура гангстеров, конкурирующих за ресурсы и прибыль. Это - тупик цивилизации. Соревновательность в этой сфере ведет и к биологическому тупику, поскольку победителями на «празднике жизни» оказываются особи, не несущие в себе генов, обеспечивающих сохранение в природе человека как вида, способного обеспечить стабильность биосферы.

В противоположность генетическому наследию, культурное наследие может быть утеряно при жизни вида. Частично культурное наследие теряется в ходе накопления новой культурной информации и прогресса. Культура и цивилизация необходимы для жизни человека в той же степени, что и его генетическая программа.

Уничтожение соответствующей культуры делает человека неспособным к конкурентному существованию»(1,5,6).

Изменяя окружающую среду в процессе научно-технического прогресса, человек меняет и свою культуру. Но может ли быть альтернатива привычному поведению человека, когда выясняется, что эти изменения не обеспечивают выживания?

Генеральный секретарь Конференции в Рио-де-Жанейро (июнь, 1992 г.) Морис Стронг в своем заявлении на церемонии открытия отметил, что надежды, порожденные в мировом сообществе решениями Стокгольмской конференции 1972 года, не оправдались – глобальные нарушения в состоянии природной среды продолжают нарастать. Одной из главных причин этого является, по его мнению, «…экономическая система, которая не учитывает экологические ценности и ущерб, - система, которая рассматривает неограниченный рост как прогресс…».

Но существуют еще и чисто биологические причины, определяющие неизбежность прекращения этого неограниченного роста, касающегося в данном случае самой массы живого человеческого материала. Поскольку человечество является частью природы, то биологические закономерности его существования как одного из видов остаются общими со всеми другими живыми организмами планеты. Однако в силу особой способности организовывать мир по своему собственному, часто весьма абиологичному, соображению, взаимоотношения вида «sapiens» и биосферы должны со временем выливаться во все более выраженный конфликт, вплоть до массового вымирания вида.

Рассмотрим это на примере развития микробной популяции в замкнутой среде, например, в колбе с питательным бульоном (рис.1). Как известно, в этих условиях, то есть без притока нового питательного материала и устранения продуктов обмена, жизнедеятельность и прогрессивное нарастание числа особей в единице объема среды будет закономерно изменяться - от кратковременного снижения плотности микробной массы, за счет гибели части посевного материала, до резкого возрастания и последующей ее стабилизации.

«Плато» этой кривой соответствует ситуации, когда число вновь появившихся особей равно количеству погибающих, продолжительность этого периода относительно невелика, в среднем – 5-6 часов. Период экспоненциального роста соответствует максимально выраженным адаптивным возможностям микробных клеток, период «плато» - минимальным возможностям адаптации.

Рис.1

ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ МИКРОБНОЙ ПОПУЛЯЦИИ